消防排烟机器人隧道火灾救援好助手
在演习中使用消防排烟机器人
近10年来，由于我国隧道里程的增加、交通流量的增长以及运输物品的多样化，使交通隧道的火灾风险大大增加，引发了不少严重的火灾事故。隧道内一旦发生火灾，由于火势蔓延的快速性，往往造成局部区域的危险，并产生大量的有毒烟雾，严重阻碍消防、救援人员快速进入火灾现场实施疏散和抢救。
火灾统计资料表明，烟气是公(铁)路隧道以及地下大空间火灾中致人员死亡的罪魁祸首，在所有的伤亡统计中，因烟熏窒息死亡的比例高达80%。显而易见，在公(铁)路隧道以及地下大空间发生火灾时，有效地进行火场排烟，是阻止火势蔓延、抢救被困人员及灭火的重要环节。
然而，隧道环境的火灾特点限制了排烟车、照明车等常规消防装备的使用，因此，急需小型、轻便的能够进入隧道及地下大空间等场所进行排烟的现代化消防装备。
隧道火灾特点
由于隧道内空间小、道路窄、通风条件差、环境相对密闭等因素影响，一旦发生火灾，容易造成烟雾浓密且久聚不散，产生较强的热冲击。具体而言，公(铁)路隧道以及地下大空间的火灾具有烟雾密度大、升温速度快、起火点隐蔽、不完全燃烧产物毒气含量大等特点。
烟雾密度大
公(铁)路隧道以及地下大空间火灾烟雾密度大的原因主要有两方面：一是烟雾扩散渠道有限，生成的烟雾大多积存在有限的空间内，因此，这些场所的单位立体空间内，火灾烟雾的密度大于其他建筑物火灾的烟雾密度;二是公(铁)路隧道以及地下大空间内，空气补充缓慢，物质受热气化后得不到充分燃烧，致使大量不完全燃烧产物生成，从而增加了烟雾在空气中的含量。由于火灾形成的大量烟雾向外流动时，充满了整个隧道，使消防人员很难深入内部进行火情侦察和灭火作业。
升温速度快
公(铁)路隧道以及地下大空间火灾中，烟雾的温度取决于易燃物质燃烧所放出的热量。目前，地下空间有一部分建成大型地下商场，但是地下商场中可燃物质数量较大，单位火灾荷载远远高于地面建筑，一旦发生火灾，火源点附近的温度往往接近1000oC，因此造成火灾烟雾的温度很高。此外，受公(铁)路隧道以及地下大空间场所相对密闭的特点影响，火灾生成的大量烟雾难以扩散，造成场所内部压力较大，冷空气的补充进入受到一定制约，使隧道内部温度下降缓慢，由此产生带有较高温度的烟雾，这些烟雾在扩张过程中，又对周围的可燃物质进行了加热，使其达到燃点形成新的燃烧。
隐蔽火点多
公(铁)路隧道以及地下大空间火灾中，由于冷空气补充缓慢，物质在燃烧过程中得不到充分的燃烧，故绝大多数物质处于阴燃状态，使隐蔽着火点增多。特别是大型地下商场中成垛的棉毛纤维织物等物品，最容易形成阴燃，且这些部位又易被其产生的烟雾笼罩，短时间内很难被消防人员发现，这给快速消灭火灾造成一定困难。
不完全燃烧产物毒气含量大
火灾中人员伤亡的主要原因是烟熏窒息。在公(铁)路隧道中车辆运输的货物以及大型地下商场中储存的大量棉、毛、麻、化学纤维、橡胶、塑料、有色金属、木材、油漆、高分子化合物等原料制成的商品，这些物质在得不到充分氧气助燃的情况下，将产生大量有毒气体和其他不完全燃烧产物，这些毒气的存在对消防救援十分不利。特别是化纤地毯的主要原料尼龙纤维(锦纶)、聚丙烯纤维(丙纶)，海绵的主要原料聚氨酯等，这些物质在燃烧时会产生一些剧毒气体，极微量毒气的吸入就会造成人员伤亡。
公(铁)路隧道以及地下大空间火灾特点，使常规的排烟车、照明车等消防装备难以发挥作用，不利于消防救援工作的开展。为解决这个难题，公安部上海消防研究所研制出新型的排烟工具——消防排烟机器人。
消防排烟机器人
专用的消防排烟机器人是解决隧道内消、排烟问题的新型产品，主要是在机器人本体上装载一台大型排烟机，并通过遥控来调节排烟机角度，以替代消防人员进入危险的火灾环境。
公安部上海消防研究所研制的消防排烟机器人
国外生产的消防排烟机器人主要是德国制造的“陆虎60”，这种消防排烟机器人是由造雪机改造而成，外形如图1所示，排风量达到4万m3/h，排烟机前端内置了360个细小喷嘴，通过后方消防车供水，机器人的喷嘴每分钟可喷射300~400L的水量，射程可达60m。
“陆虎60”消防排烟机器人
国内的第一台消防排烟机器人是2009年底由公安部上海消防研究所研制成功，随后进入产业化，机器人图片如图2所示。我国生产的消防排烟机器人配有大风量(9万m3/h)的专用排烟风筒，可以通过遥控的方式指挥机器人进入消防队员无法进入的隧道火灾现场，同时履带式的行走结构使机器人具备一定的越野性能，可以直接在灾害现场的废墟上行走，比如攀爬倾角为30°的斜坡，跨越15cm的壕沟或台阶等，行走速度保持在5km/h以上。
目前国内配备消防排烟机器人的消防部队主要分布在上海、北京、朔州等城市，由于机器人装备到消防部队时间尚短，还未有实战使用的报告，图3为2011年消防排烟机器人在部队演习时的图片。
消防机器人在隧道火灾中的作用
消防排烟机器人具有排烟量大、机动性能强等特点，非常适合进入隧道代替消防人员进行消防排烟作业，主要体现在以下4方面。
一是消防排烟机器人能为消防抢险救援创造有利条件。在灭火行动中，首要任务是抢救被困人员。消防排烟机器人的排烟风量巨大，能有效地进行火场排烟，能使公(铁)路隧道以及地下大空间火灾中的烟雾迅速扩散，提高火场的可见度，帮助被困人员逃生。
二是消防排烟机器人可以提高疏散物资和灭火的效率。消防排烟机器人在隧道内排出大量烟气，不仅可提高火场的可见度，也能降低燃烧空间的温度，有利于消防人员进入公(铁)路隧道以及地下大空间内部，对贵重物资进行疏散和进行灭火作业。同时，可见度的提升，使消防人员更易及时发现着火点，有效地提高灭火效率。
三是消防排烟机器人可以减缓火势的蔓延速度。在对公(铁)路隧道以及地下大空间的高温烟气进行驱散的同时，消防排烟机器人还会对火场进行细水雾的冷却，使火场温度不断下降，火势蔓延速度减缓，减少了火灾的损失。
四是降低消防人员的安全风险。消防排烟机器人可以通过遥控代替消防人员进入火场，避免了消防人员与火场的正面冲突，降低了消防人员的排烟风险。(作者方戍单位：公安部上海消防研究所;其他作者单位：四川省公安消防总队司令部)
编辑郑君
高速公路隧道巡检机器人
1.外观结构标准：
l机器人比例协调、造型美观、表面光洁、平整，没有凹痕、划伤、裂缝、变形等缺陷。
l所有紧固件没有扭伤、松动等缺陷，金属机壳表面有防锈、防腐蚀涂层，金属零件没有锈蚀。
l外表面色泽鲜明，无突出颗粒、流柱起泡、失光、剥落等现象。
2.标志、铭牌标准：
l机器人上使用的文字、图形、标志符合如下要求：
a)耐久、醒目、规范；
b)操作说明、铭牌、标志中的文字使用中文，根据需要也可以同时使用其他文字。
l机器人有铭牌，铭牌符合如下规定：
a)铭牌_上标出制造商信息、产品中文名称、规格型号、主机唯一性编号等内容；
b)铭牌安装在可视部位；
c)铭牌安装牢固。
3.接地电阻
l在主接地端子和绝缘破坏可能带电的任何有关裸露的导体零件和外壳之间所测得的电阻不大于0.021Ω。
4.绝缘电阻
l电源插头或电源引入端与外壳裸露金属部件之间的绝缘电阻,在正常环境条件下不小于500MΩ。
5.急停保护
l设备具备急停保护功能。压下任一急停开关,能立即切断设备供电电源，急停键的设置符合GB7251.3-2006规定。
6.移动与轨道机构
l原材料要求均符合有关国家标准的规定，并具有质量保证书和产品合格证。
l移动机构设有防冲撞功能或者机构。
轨道型材采用高强度铝合金，可以拼接，并且可以根据现场地形设计弯曲度。
1）最小弯轨道弯曲半径：R300mm
2）承载重量：50KG以上。
3）轨道应能够防锈，防腐蚀。
7.性能要求
l控制器外部安装的所有控制台部件能预防不良外部环境的影响或机械碰撞。
l安装在控制器内的所有元器件易于检修或更换。
l控制软件能实现下列功能（包括但不限于）：
a)设备的开启和关闭；
b)设备故障报警警示；
c)目标识别、实时监控；
d)运动机构动作状态提示、机器人控制、智能设备管理；
e)视频分析（事故现场联动）、报警管理、系统管理、解码管理；
f)烟雾检测、浓度报警；
g)光线检测摄录；
h)异常侵入警示对话；
i)方位记忆与识别；
j)自动摄录、语音对讲、录像回放、音视频同步。
l内置加速传感器，监测机器人的运动状态。
l正常工作时无异常声响。
8.电源适应性（根据现场自主选择）
l机器人本体宜采用蓄电池（电压直流48V），机器人充电桩电源输入宜采用交流220V/50Hz，如采用电池供电一次充电续航能力不小于4小时
9.运动性能要求
在轨道上运行的最大速度应不小于50m/min。
10.云台性能要求
l预置位数量大于5000个。
l垂直范围180°。
l水平范围360°。
11.自动导航定位要求
重复导航定位误差不大于5mm。
12.通讯性能要求
l机器人应能与本地监控后台采用无线通信方式，通信模块的选择取决于通信距离。
l三台及以上高速隧道轨道巡检机器人在同一环境内工作时，其控制信号不相互干扰。
l控制、传输信号应具有良好的穿墙性能，并具有良好的抗干扰能力。
l通讯射频指标符合国家无线电委员会相关要求。
13.轨道要求
轨道型材采用高强度铝合金，可以拼接，并且可以根据现场地形设计弯曲度。
l承载重量：50KG以上。
l轨道应能够防锈，防腐蚀。
14.外壳防护等级
l机器人外壳防护等级符合GB4208中IP45的要求。
15.耐运输性
l机器人按要求包装和运输后,保持正常。
l机器人运输包装件自由跌落适应性，跌落高度300mm，能保持正常。
16.可靠性、环境适应性和耐久性
水平接近国内外同类产品水平，平均无故障时间不低于50000小时。
l如采用电池供电一次充电续航能力不小于4小时（具体续航时间根据用户实际需求调节）。
l在排除光线、噪音、拍摄角度等影响因素外，现场实时数据准确率不低于97%。
17.机器人导航方式与自检
机器人采用轨道导航方式。
机器人具备自检功能，自检内容包括电源、驱动、通信和检测设备等部件的工作状态。
18.控制功能
通过平台可以实现机器人位置控制，具备水平、垂直运动功能，使得覆盖范围可辐射高速隧道内所有现场状态，其中水平行程取决于导轨的长度。
机器人能正确接收本地监控和远程集控后台的控制指令，实现云台转动、车体运动、自动充电和设备检测等功能，并正确反馈状态信息；能正确检测机器人本体的各类预警和告警信息，并可靠上报。
19.巡检和检测功能
l系统支持全自主和遥控巡检模式：
全自主模式包括例行和特巡两种方式。例行方式下，系统根据预先设定的巡检内容、时间、周期、路线等参数信息，自主启动并完成巡视任务；特巡方式由操作人员选定巡视内容并手动启动巡视，机器人可自主完成巡检任务。
遥控巡检模式由操作人员手动遥控机器人，完成巡视工作。
l现场环境远程可视化：
日常巡视：按照事先设定的巡视顺序，运行人员在控制室查看巡检的信息，具备自动和手动巡视功能。
特殊巡视：依据现场情况、设备运行情况可自由选择或自由设定部分设备的巡视、现场指挥警示等。