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消防滅火機器人及其應用

發布時間:2020-05-19 08:31點擊:

消防滅火機器人是集成了眾多前沿技術的運動機器人。發生火災時,尤其是大規?;馂默F場,使用消防滅火機器人搜集信息,確定火場的特定物質,幫助制定滅火救援方案,進行有效的滅火救援,不僅能夠避免或減少消防員的傷亡,而且能有效提升滅火救援效果。

消防滅火機器人及其應用(組圖).png

1 消防滅火機器人的實戰需求

隨著我國經濟的快速發展 ,伴隨著火災事故多發 :2015年1月2日,哈爾濱市某倉庫發生火災,火場所在居民樓坍塌,多名消防員被埋,直接導致5名消防員犧牲,13名消防員受傷,一名保安受傷。2015年1月15日,廣西寧明縣一大排檔煤氣泄漏,因處置不當致煤氣爆炸,導致6人死亡,19人受傷。2015年1月17日,大連市金州區一液化氣站發生爆炸,造成4名操作人員燒傷送醫。2015年1月20日,臺灣一保齡球館發生火災,導致6名消防員犧牲。2015年4月6日,福建省漳州市某石化公司發生爆炸,導致14人受傷,其中2人傷勢較重。2015年4月21日,南京市某石化烯烴廠環氧精制塔發生爆炸,導致1人受傷。2015年7月16 日,日照市某石化有限公司液態烴球罐起火爆炸,導致3人受傷。

從上述案例看,事故發生時如果沒有有效的方法、合適的設施及裝備,強行進入事故現場采取行動,不僅達不到救援的預期效果,而且還會對救援人員的生命安全構成嚴重威脅。在多次大型災害事故發生后,國內對于配備消防滅火機器人的呼聲也越來越高,力求給消防員多一層保障。

消防滅火機器人及其應用(組圖).png

2 國內外消防滅火機器人的最新研究進展

國內目前從事消防滅火機器人研發的公司和科研院所約有50余家,近年來在消防滅火機器人領域投入了不小的人力、財力、物力,也涌現了一批性能出色功能各異的消防滅火機器人產品。以下是國內外市場占有率較高、性能比較有代表性的幾款新產品。上海某消防設備有限公司研發的履帶式消防滅火機器人(見圖1)適用于大型倉庫、建筑物、石油化工、油罐區等高溫、強熱輻射、易坍塌場所(消防裝備及無法靠近),進行冷卻、滅火及化學污染場所的洗消作業等,可以明顯避免人員傷亡等現象發生。

上海某公司最新研發的多功能消防機器人(見圖2)采用履帶式底盤,柴油發動機作為動力源,除滅火水炮、泡沫炮外整車采用液壓驅動,具備排煙送風,噴射水、泡沫滅火的能力,該機器人前部中央部位設置有一機械手,機械手的作業部件可以方便更換為液壓抓手、液壓鏟斗、液壓鎬等功能部件,實現抓取、破拆、挖掘作業,十分靈活。

蘇州某公司最新研發的“大型滅火機器人”消防車(見圖3)適用于固(液)體爆炸品,易燃易爆氣(液)體,放射性物品生產加工、儲存、運輸過程中火災的撲救。配置防高溫涂層和細水霧冷卻系統,可深入有高溫、爆炸、中毒、輻射危險的“火海”中執行任務,在保障滅火劑供給的情況下,可在800~1 000 ℃火焰中持續工作1h 以上。

國外在消防機器人研究方面走在前列,圖4為日本近年研制出的一款火場救助機器人。該款機器人可以沖進火勢最猛的地方,拉住受困人員的下顎或手腳,將其救出火場。該機器人由操作員遠程控制,并可通過頭燈上的監視攝像機眼觀八方。美國海軍的艦船自主消防機器人具有自主系統(見圖5),能擔負起船上滅火的職責。

圖 5 THOR 機器人

美國推出的TAF20 多功能消防滅火機器人(見圖6),機身有4個接水口,開啟水霧模式利用水霧隔絕氧氣,使燃燒物因缺氧無法燃燒,既能高效滅火又能節約水源,這款機器人特別適合撲救石油化工類火場的火災。該機器人還配備了排煙風機,排風量可達12.5 萬m3/h,適合在危險復雜的場所作業。圖7為美國大黃蜂薩邁特遙控消防機器人,薩邁特體形較小,速度可達10km/h,能進行360?原地旋轉,非常靈活,爬坡能力出眾,能爬上35?的陡坡,能適應大部分復雜路面。這款機器人還配備了視頻系統,能將火場高清圖像傳送到后方。

3 消防滅火機器人的典型實戰場合

3.1 高溫、強熱輻射、有毒有害、易坍塌場所

石化區、油罐區存在大量的易燃易爆物質,一旦發生危險往往伴隨著大量易燃物質泄漏,泄漏物質燃燒過程中極易引發爆炸、坍塌等二次事故。強輻射、有毒有害氣體均對消防員的人身安全和消防車等滅火裝備安全構成嚴重威脅。消防員進入極易發生危險。

針對石化、油罐區、大型倉庫等高溫、強熱輻射、有毒有害、易坍塌場所的火災救援,消防滅火機器人可以在最危險的位置進行作業,消防滅火機器人在石化區可以近距離有效實施儲油罐的冷卻降溫,防止火勢蔓延,消防機器人的運用能夠有效減少消防戰士的傷亡。

3.2 隧道、地鐵場所

公路隧道、地鐵場所呈圓筒狀結構,一旦發生火災,煙氣在隧道內部蔓延聚集,極易造成人員傷亡,同時由于火災所處位置特殊,易產生“煙囪”效應,使火災現場溫度在短時間內升高,加劇火災蔓延。如果不能在短時間內控制火災,隧道內彌漫的煙霧會導致嚴重的道路擁堵,使救援車輛無法到達火災現場。

隧道消防滅火機器人利用排煙風機噴射出高壓細水霧,利用強大的霧狀水流能夠有效地封堵圓筒狀的隧道,幾臺消防滅火機器人在隧道內一字排開聯合“接力”作業可以為隧道內滯留的人員營造較安全的通道,方便人員撤離,也可以方便消防員深入隧道內部作業。具備爬樓梯功能、能夠進入地鐵車站內作業的消防滅火機器人非常適合地鐵場所使用。

3.3 高層建筑火災

高層建筑可燃物多、火災荷載大,發生火災時因“煙筒效應”而燃燒猛烈、蔓延迅速。加之高層建筑主體建筑高、功能復雜、層數多、建筑形式多樣,人員疏散困難,撲救難度大。高層建筑火災撲救應堅持“立足于自救”、“固定消防設施撲救為主、移動消防設施撲救為輔”。然而,在消防救援的實戰中,上述方法的效果并不好。即使采用較為先進的舉高消防救援車,由于事先無法準確了解火災現場的火情,救援時也難以達到預期效果。

可利用具有偵察功能的消防滅火機器人進入樓層內部,深入火場內部進行火情偵察、找準著火點,實施有效內攻、強力排煙、搜索救助等,可大大提高滅火劑的利用率及排煙和滅火救援的效率,有效降低損失,避免消防人員傷亡。同時,利用具有消防偵察功能的消防機器人,還能為被困人員輸送必要的防護和自救工具,加強其防護和自救能力,為等待救援贏得時間。

3.4 冷庫等特殊場所

濃煙、有毒、減光性大是冷庫火災滅火救援的難題。冷庫溫度一般保持在0~20 ℃,通常為大跨度鋼結構建筑,隔熱防潮性能好、出入口少且空間密閉。冷庫火災初期,其燃燒所產生的熱量不足以使庫內溫度迅速升高,但產生的低溫煙氣比一般火災的熱煙氣減光性更強。而由于冷庫密封,燃燒極不充分,造成煙氣毒性和密度更大。消防滅火機器人能直接進入冷庫內部實施排煙、滅火,有效提高滅火效率。

4 實戰案例

2016 年3月9日,合肥市肥東縣經濟開發區一塑料泡沫廠發生大火,合肥市消防部門共調集5個中隊11輛消防車趕赴現場。用消防水槍和泡沫控制了火勢的蔓延,但過火面積很大,火場內溫度很高、濃煙熏天,廠房隨時可能坍塌。消防官兵在廠區外利用遙控器控制機器人進入火場對大火展開撲救。在事故處置中,消防機器人一直處于處置前沿地段。機器人耐高溫,既能噴水霧也能噴泡沫,還能排煙。消防員們制定好有效的滅火方案后,再操控機器人實施作業。機器人進入火災現場,身前的高清攝像頭立即啟動獲取現場情況,同時機器人配有火源點高溫探測報警器,可探測出隱藏很深的暗火,在保障消防員人身安全的同時,高效、快速地撲滅了火災。

5 消防滅火機器人的優點和不足

消防滅火機器人作為一種新裝備有自己的優點,也同樣有很多不足之處。機器人作為一種新裝備,市場尚未打開,銷售基數小,多采用單件定制、手工打造的方式生產,因而研制費用居高不下,交貨期長,售價較昂貴;機器人架構涉及機械、電氣控制、車輛、信號傳輸等多個學科,系統較為復雜,正常使用和維護保養均需一定的費用支撐,對操作維護人員的專業知識文化素養都提出了更高的要求;機器人尚未大規模裝備部隊,在實際使用中缺少必要的技戰術經驗和理論指導。

6 總 結

隨著新技術、新工藝的發展和新產品的推出,消防滅火機器人在保護火場一線消防官兵生命安全方面的重要作用凸顯,各地消防官兵有更多的機會接觸并認識這一新裝備。消防科研單位不斷提出的貼近實戰的新理論、新戰術也逐漸完善著消防滅火機器人這一新產品本身及其在實戰中的應用。機器人產業已經上升為國家戰略,消防滅火機器人作為機器人中的重要一員也受到越來越多的關注,大批的技術、資本正源源不斷地進入該行業,消防滅火機器人的市場正在逐漸形成。應結合消防部隊現狀,充分用消防科研系統的技術力量,依靠國家政策,大力扶持防滅火機器人骨干生產企業,使消防滅火機器人這一新產品能夠盡早裝備部隊,在實戰中發揮其價值。

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