景 臣，祝敬妥

(應(yīng)急管理部消防救援局南京訓(xùn)練總隊(duì)，江蘇 南京 211133)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的化學(xué)物質(zhì)走進(jìn)人類的生活范圍，其中相當(dāng)數(shù)量的化學(xué)物質(zhì)已經(jīng)明確列入危險(xiǎn)化學(xué)品范圍內(nèi)，例如工業(yè)電鍍冶金用的氰化鈉等氰化物、溫度計(jì)中的重金屬汞、醫(yī)藥上用作消毒劑的高錳酸鉀等。這些危險(xiǎn)化學(xué)品在生產(chǎn)、儲存、運(yùn)輸、經(jīng)營、使用等過程中，由于操作不當(dāng)、儲存不利等常導(dǎo)致其泄漏而引發(fā)嚴(yán)重的化學(xué)災(zāi)害事故。此類化學(xué)災(zāi)害事故不但具有突發(fā)性，一般還伴有燃燒爆炸、腐蝕毒害甚至放射等危害，嚴(yán)重污染周邊環(huán)境，對救援人員也容易造成一定的傷害，成為目前搶險(xiǎn)救援工作中的一個(gè)難點(diǎn)。相關(guān)化學(xué)事故救援專家一直把在保證成功處置化學(xué)災(zāi)害事故的前提下，采取何種措施才能充分降低甚至避免救援人員傷亡作為一項(xiàng)課題在不斷深入研究。一般來講，降低救援人員的傷亡率可以從提高救援人員的自身素質(zhì)和減少救援人員數(shù)量兩方面實(shí)現(xiàn)：提高救援人員自身素質(zhì)可以通過提高救援人員的防護(hù)裝備等級、加強(qiáng)救援人員業(yè)務(wù)技能的熟練度、減少現(xiàn)場作業(yè)時(shí)間等途徑來實(shí)現(xiàn)；減少救援人員即降低進(jìn)入化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場的救援人員人次、數(shù)量，這可以通過依靠現(xiàn)有固定消防設(shè)施或架設(shè)消防炮減少火場前沿滅火消防員、操作無人機(jī)航拍事故現(xiàn)場全貌、投入機(jī)器人進(jìn)行救援等方式來實(shí)現(xiàn)。其中，依靠先進(jìn)科學(xué)技術(shù)而生的機(jī)器人，不但能最大程度的代替救援人員進(jìn)入化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場，還能獲得與救援人員進(jìn)入現(xiàn)場相當(dāng)?shù)木仍Ч＿@使機(jī)器人成為目前各化學(xué)災(zāi)害事故救援專家及各特種裝備設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠商的研究熱點(diǎn)。本文結(jié)合當(dāng)今機(jī)器人的應(yīng)用現(xiàn)狀簡要闡述機(jī)器人在化學(xué)災(zāi)害事故救援中的廣闊應(yīng)用。

1 機(jī)器人應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，機(jī)器人在我國投入使用量迅速增多，本土機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)也呈快速增長趨勢[1]。一般來說，機(jī)器人主要由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和感知系統(tǒng)四部分構(gòu)成。其中，機(jī)械系統(tǒng)主要包括機(jī)身、末端操作器和行走機(jī)構(gòu)等，通過自身具有的若干個(gè)自由轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，達(dá)到行走、抓拿取物等功能；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，則相當(dāng)于人的肌肉，使機(jī)器人執(zhí)行接受指令信號同時(shí)能夠準(zhǔn)確控制執(zhí)行力度，防止因用力過猛造成被抓物體損壞等；控制系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，通過輸入相關(guān)程序，操控機(jī)器人完成相應(yīng)的作業(yè)任務(wù)；感知系統(tǒng)相當(dāng)于人的五官，可以獲知機(jī)器人周邊環(huán)境的某些特定狀態(tài)，如距離、接觸情況等[2]。

目前機(jī)器人在許多行業(yè)都有所應(yīng)用。2015年機(jī)器人因具有行走功能，首次應(yīng)用于快遞行業(yè)解決最后一公里問題[3]。隨著科技的發(fā)展，機(jī)器人具備了仿真手腳結(jié)構(gòu)，利用視覺識別技術(shù)在快遞行業(yè)的包裹分揀、碼垛等環(huán)節(jié)都有了更廣闊的用武之地[4-5]。除此之外，先進(jìn)技術(shù)賦予機(jī)器人行走功能、配備機(jī)械手足、安裝視覺系統(tǒng)等，這使機(jī)器人廣泛應(yīng)用于焊接、裝配、噴涂、搬運(yùn)、拋光打磨等工業(yè)生產(chǎn)[6]，甚至在果蔬采摘等農(nóng)業(yè)領(lǐng)域也大展身手[7]。已經(jīng)在多個(gè)行業(yè)領(lǐng)域成功投入使用的機(jī)器人，相信其在化學(xué)災(zāi)害救援事故現(xiàn)場同樣能大顯身手。

2 機(jī)器人替代救援人員進(jìn)行化學(xué)災(zāi)害事故救援偵查檢測工作

成功處置化學(xué)災(zāi)害救援事故，關(guān)鍵在于盡快查明現(xiàn)場泄漏及存在的危險(xiǎn)化學(xué)品的種類、儲量、泄漏部位、泄漏量和周邊擴(kuò)散情況等信息，這為現(xiàn)場指揮部制定正確阻止危險(xiǎn)化學(xué)品進(jìn)一步泄漏以及疏散周邊受威脅的群眾等諸多科學(xué)決策提供理論依據(jù)。傳統(tǒng)的偵查檢測方法主要有詢問現(xiàn)場知情人、外部觀察、內(nèi)部偵查和儀器檢測。詢問知情人和外部觀察主要是通過詢問現(xiàn)場人員對事故發(fā)生過程進(jìn)行了解、觀察現(xiàn)場人員接觸危險(xiǎn)化學(xué)品后的一些癥狀、現(xiàn)場動(dòng)植物接觸泄漏的危險(xiǎn)化學(xué)品的反應(yīng)以及泄漏危險(xiǎn)化學(xué)品的顏色氣味狀態(tài)等信息，初步判斷泄漏危險(xiǎn)化學(xué)品的種類和危險(xiǎn)性，這些對救援人員的威脅相對較小。內(nèi)部偵查和儀器檢測則是組織救援人員成立偵查檢測小組，攜帶偵查檢測裝備器材深入事故現(xiàn)場，探查災(zāi)害事故現(xiàn)場存在危險(xiǎn)化學(xué)品的種類、泄漏位置、泄漏量及空氣中的易爆、毒害等物質(zhì)的濃度。偵查檢測小組成員的防護(hù)裝備是否能承受未知危險(xiǎn)化學(xué)品的腐蝕滲透、泄漏現(xiàn)場是否具有燃燒爆炸性等諸多危險(xiǎn)因素除了給偵查檢測人員帶來一定的心理壓力外，還容易造成一定程度上的身體傷害；從偵查檢測小組準(zhǔn)備進(jìn)入災(zāi)害事故現(xiàn)場到檢測完畢，耗時(shí)較長、檢測數(shù)據(jù)不能實(shí)時(shí)更新，存在一定的誤差，這都會(huì)影響指揮部的科學(xué)決策。

利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，機(jī)器人在設(shè)計(jì)上能夠?qū)崿F(xiàn)具有一定的抗腐防爆功能，從而具備進(jìn)入化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場的基本條件。常見的救援人員使用的偵查檢測裝備器材，其核心部件是通過電化學(xué)傳感器、紅外檢測、氣相色譜、質(zhì)譜等手段將被測危險(xiǎn)化學(xué)品的定性定量信息轉(zhuǎn)化為電信號，并且采用的檢測手段不同，所能檢測的危險(xiǎn)化學(xué)品種類有所不同。這些核心部件同樣可以加工改裝成相應(yīng)的危險(xiǎn)化學(xué)品檢測模塊，被具有行走功能的機(jī)器人帶入危險(xiǎn)的化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場，通過轉(zhuǎn)換各個(gè)檢測模塊，對化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場的可疑物質(zhì)進(jìn)行定性定量檢測、時(shí)時(shí)檢測、巡查檢測，結(jié)合機(jī)器人的位置定位信息則可以形成化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場的實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)。利用無線視頻和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的無限傳輸技術(shù)，機(jī)器人操控者能夠在化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場周邊的安全地帶實(shí)時(shí)接收機(jī)器人的實(shí)時(shí)檢測結(jié)果，甚至可以操控機(jī)器人近距離查看危險(xiǎn)化學(xué)品的泄漏現(xiàn)狀，及時(shí)繪制化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場中心區(qū)的詳細(xì)情況說明，為指揮部下一步制定的救援決策提供更為準(zhǔn)確的科學(xué)依據(jù)。目前攜帶硫化氫氣體報(bào)警器、可視視頻攝像頭的相關(guān)機(jī)器人已應(yīng)用于中國石化站場，按照規(guī)定的路線能夠?qū)﹂y門、管道等進(jìn)行巡檢[8-9]。

3 機(jī)器人替代救援人員疏散救助被困人員

化學(xué)災(zāi)害事故具有突發(fā)性。危險(xiǎn)化學(xué)品的突然爆炸、燃燒、泄漏容易導(dǎo)致現(xiàn)場及周邊出現(xiàn)建筑坍塌、空氣染毒等危險(xiǎn)；現(xiàn)場人員若不能及時(shí)躲避則會(huì)因被埋壓、中毒而受傷甚至休克昏迷，被困在事故現(xiàn)場，無法依靠個(gè)人力量逃脫。傳統(tǒng)搜救被困人員的方法是儀器探測和搜救犬對被困人員位置進(jìn)行粗略定位，搜救人員深入現(xiàn)場內(nèi)部通過身體觸摸等摸索排查進(jìn)行精準(zhǔn)定位。無論是何種方式，最終都是救援人員需要攜帶破拆、頂撐等功能的工具靠近被困人員的狹小空間，運(yùn)用工具盡力為被困人員營造相對安全的空間，再通過拖拽被困人員或清除坍塌雜物來解救被困人員。救援過程中隨時(shí)伴有二次坍塌、燃爆、毒害等危險(xiǎn)，救援人員時(shí)刻受到自身的傷亡威脅。

在被困人員的救援疏散過程中，機(jī)器人的投入使用則能夠很好地降低救援人員的人身傷亡風(fēng)險(xiǎn)。這需要機(jī)器人具有行走功能，配備能夠適用黑暗環(huán)境的視覺系統(tǒng)。具有此功能的機(jī)器人能夠在操控者的指揮下深入事故現(xiàn)場搜尋和準(zhǔn)確定位被困人員，并將被困人員的現(xiàn)狀以動(dòng)態(tài)影像形式傳輸至機(jī)器人操控終端。根據(jù)被困人員的受困信息，指揮部可以有針對性的選擇相應(yīng)裝備器材和最佳救援人員進(jìn)入狹小空間現(xiàn)場進(jìn)行救助，從而避免攜帶不必要的裝備耗費(fèi)體力、因選擇不合適的救援人員而需要更換等現(xiàn)象的發(fā)生，節(jié)約救援時(shí)間，降低現(xiàn)場環(huán)境對救援人員的威脅；若機(jī)器人同時(shí)配備了機(jī)械手等輔助工具，條件具備的情況下指揮部也可以選擇遠(yuǎn)程操控機(jī)器人對受傷、昏迷的被困人員進(jìn)行搬運(yùn)的方式，將被困人員疏散至安全地帶。

4 機(jī)器人攜帶相應(yīng)裝備輔助滅火救援

伴有火災(zāi)發(fā)生的化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場，容易產(chǎn)生毒害煙氣，并伴有爆炸的危險(xiǎn)性。傳統(tǒng)的滅火方法是救援人員鋪設(shè)水帶至前沿陣地，并停留在前沿水槍陣地實(shí)時(shí)調(diào)整射流位置、方式等進(jìn)行滅火。從后方的水源地到火場前沿的水帶鋪設(shè)，不間斷供水、供泡沫液，需要多名救援人員的數(shù)次奔波于危險(xiǎn)區(qū)域；即使架設(shè)水炮替代水槍，仍需救援人員定期前去對水炮射流方位進(jìn)行調(diào)整?？傮w來說危險(xiǎn)化學(xué)品火場的突然爆炸、爆燃或毒害氣體對救援人員的人身安全都存在巨大的危險(xiǎn)隱患。

具有行走功能的機(jī)器人投入滅火救援事故現(xiàn)場，能夠運(yùn)送水帶、泡沫液等物資往返于火場前沿，大大降低救援人員前往危險(xiǎn)化學(xué)品火災(zāi)前沿的人數(shù)次數(shù)；攜帶消防炮的行走機(jī)器人則能夠拖動(dòng)水帶直接前進(jìn)到火場前沿；配有機(jī)械手臂的機(jī)器人甚至可以按照相關(guān)指令對自身攜帶的水炮射流等進(jìn)行調(diào)整，這充分降低了化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場的火災(zāi)對救援人員的威脅。目前投入使用的消防機(jī)器人“路虎60”雪炮車、JMX-LT50機(jī)器人已經(jīng)具備消防炮功能，可以噴射直流水、霧狀水甚至泡沫[10]，據(jù)實(shí)戰(zhàn)資料顯示，消防滅火機(jī)器人可以根據(jù)需要到達(dá)指定位置，并能調(diào)整噴射角度[11]。

隨著科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，更多的危險(xiǎn)化學(xué)品被賦予新的使命，隨之而來的是更復(fù)雜、更危險(xiǎn)的化學(xué)災(zāi)害事故的發(fā)生。人機(jī)交互的機(jī)器人既可以接受操作者指揮，也可以運(yùn)行預(yù)先編排的程序代碼，已經(jīng)能夠協(xié)助甚至取代人類進(jìn)入多個(gè)行業(yè)中工作，危險(xiǎn)的化學(xué)災(zāi)害事故現(xiàn)場救援急需機(jī)器人的加入。目前市場上，跟消防救援有關(guān)的主要是滅火機(jī)器人和偵查檢測機(jī)器人，其中攜帶消防炮的消防機(jī)器人已在滅火實(shí)戰(zhàn)中發(fā)揮了巨大的作用；偵查檢測方面的機(jī)器人雖有開發(fā)，但是多局限于對可燃?xì)怏w和部分有毒氣體等的檢測，檢測范圍較小，難以實(shí)現(xiàn)替代救援人員進(jìn)行全方位的偵查檢測任務(wù)。機(jī)器人的攜帶能力大小、行走方式(輪式、履帶式等)和遙控距離等都對機(jī)器人的投入使用有很大的影響。如何利用先進(jìn)科學(xué)技術(shù)改進(jìn)機(jī)器人使之更加具備化學(xué)災(zāi)害事故救援技能，將成為機(jī)器人在化學(xué)災(zāi)害事故救援中應(yīng)用的一個(gè)重要研究方向。