淺談應急救援數字化實訓教學系統的設計及應用

謝天天 程振華 張建強 馬向波 孟曉飛

摘要：國家危化品應急救援實訓濮陽基地模擬數字化實訓教學系統是為培訓消防與安全專業人員指揮及戰術模擬訓練的軟硬件一體化系統，系統設置了演練監控區、指揮調度/評審區、導調控制區、講解區、觀摩區、綜合演練區、專項訓練區等7大功能區，軟件平臺集成了滅火救援模擬演練軟件系統、消防技戰術理論知識教學系統和VR消防模擬演練系統三套軟件模塊，通過對消防指戰員和消防員等進行專業化訓練，有效解決危化品工業事故應急救援處置方案不力和人員培訓不足等問題，提高消防作戰指揮能力，豐富消防技戰術知識，為應急救援的消防實力建設輸送中堅力量和技術保障。

關鍵詞：應急救援； 消防演練； 數字化； 實訓教室； 消防教學

近年來，我國石油和化學工業總量規模迅速擴張，石油化學工業已是國民經濟發展的基礎工業和支柱產業之一，但石油化學工業危險性極大，其生產、運輸等過程均存在不安全因素，極易發生事故。近年來，國內發生多起重特大火災爆炸事故，如：2015年天津東疆保稅港區瑞海國際物流有限公司危險品倉庫爆炸事故[1]、2013年山東青島中石化東黃輸油管道泄漏爆炸事故[2]、2010年中石油大連國際儲運有限公司輸油管道爆炸火災事故等，這些事故都造成了特別重大的人員傷亡、財產損失和環境污染，產生了極大的社會影響。在這些事故中，大都暴露出現場應急處置不力、人員培訓不足、消防力量不足等問題。針對該現象，建設應急救援數字化實訓教學系統，培訓消防指戰員的消防作戰指揮能力，豐富消防技戰術知識，增強企業及其他應急機構人員的消防應急處置能力，為應急救援的消防實力建設輸送中堅力量和技術保障。

1 應急救援數字化實訓教學系統簡介

國家危化品應急救援實訓濮陽基地模擬數字化實訓教學系統是為培訓消防與安全專業人員指揮及戰術模擬訓練的軟硬件一體化系統，實現多層級指揮、多部門聯合作戰，各級處置專業人員在發生事故的同一模擬場景中進行協同處置演練。通過網絡協同技術，將指揮、救援處置、評估合為一體，實現多層級、多部門共同參與的模擬演練，實現了演練任務編輯、模擬演練、演練評估等全流程功能應用，實時監控情景化演練全過程，融合3D仿真及VR體感設備，逼真還原事故現場，內置豐富的行業案例庫和分類模型庫，并實現從企業內外操處置至消防、交通、政府安監等多層級決策、多部門協同演練。

2 硬件及功能分區

應急救援數字化實訓教學系統硬件部分按照功能分區由演練監控區、指揮調度/評審區、導調控制區、講解區、觀摩區、綜合演練區、專項訓練區這7大功能區組成，平面布置如圖1。

（1）演練監控區由拼接屏及控制模塊組成，并可由導調控制臺進行實時控制，切換或自由組合顯示各演練終端當前界面，用于演練實時監控、指揮。

（2）指揮調度、評審區由指揮/評審會議桌、語音話筒及搖桿控制終端組成，可通過搖桿控制進行現場漫游等功能，用于高級別指揮員進行作戰指揮、調度或專家評審監控演練過程。

（3）導調控制區由導調控制臺及導調系統模塊組成，用于演練前的任務劇情編輯、發布，演練中的劇情干預、控制以及顯示終端切換控制等。

（4）講解區由信息化講演臺及演練操作系統組成，用于演練后作戰方案演示、講解說明或平時授課使用。

（5）觀摩區由觀摩座椅組成，用于非參演隊伍及嘉賓觀摩演練全過程。

（6）綜合演練區由消防機構演練區、企業及其他應急機構演練區和VR體感演練區等3個區域組成。用于多部門參演隊伍或人員參與演練，在虛擬事故環境中，各司其職完成各項應急處置任務，協同完成演練任務。

① 消防機構演練區：本區域由全息電子沙盤演練控制終端及演練系統模塊組成，可同時支持8個支隊/大（中）隊同時進行演練。

② 企業及其他應急機構演練區：本區域由多角色分區演練控制終端及演練系統模塊組成，可同時支持6個不同部門或角色同時進行演練。

③ VR體感演練區：本區域由VR體感設備終端及演練系統模塊組成，可支持2個角色同時進行VR體感演練。

（7）專項訓練區由4個專項訓練室組成，每個訓練室由顯示終端及演練系統組成，可用于獨立專項預案推演、演練，也可4個專項訓練室聯合演練，還支持與演練區大規模協同演練。

3 軟件系統

應急救援數字化實訓教學系統軟件的設計與建設，旨在為提高各級消防指戰員及相關應急機構人員的消防技戰術專業技能與事故狀態下的應急處置能力，為滿足不同等級、不同層次、不同應用場景的應用目標，軟件系統由滅火救援模擬演練軟件系統、消防技戰術理論知識教學系統和VR消防模擬演練系統組成[3]。

3.1 滅火救援模擬演練軟件系統

滅火救援模擬演練軟件系統以“源于實戰、高于實戰、提升多層級、多部門協同作戰能力”為目標，基于“六熟悉”、滅火救援預案，貫穿了演練任務設計、模擬演練、演練結果評估全流程的全新的滅火救援模擬演練平臺[4]。

為了滿足訓練要求，提供多樣化的場景，在系統中構建了、典型石油化工及煤化工裝置三維場景模型、典型城市綜合體模型、人員密集區模型、高層建筑模型等多套三維場景模型，在這些場景下開展模擬消防演練。

在演練準備階段，教員可根據演練需要，調用軟件平臺的3D模型庫，快速搭建演練場景，定義各個救援隊伍的規模和數量，完成演練基本要素配置；接著，教員通過系統提供的災害特效模型庫，在虛擬環境中快速構建科學、合理、情況復雜的災情環境，并在演練任務中的關鍵環節設置觸發考評任務，考評參演人員對關鍵處置環節的熟知程度；一切準備就緒后，通過網絡進行任務發布，導調端可隨時選擇任務進行演練活動的開展。

在演練實施階段，各參演隊伍通過已創建的任務進場，開啟一次網絡虛擬演練；演練過程中，不同層級、不同部門擁有各自角色所對應的操作技能，并可以第一人稱或第三人稱視角，通過鼠標、鍵盤，搖桿或觸屏等多種形式進行操作。為了增強指揮人員應對突發狀況的應變能力，導調端在演練過程中改變風向、天氣等氣象條件、增加衍生災情、災情態勢控制等干擾，以提高演練任務的難易程度，為參演隊伍提供一個更加真實的演練環境。

在演練結束后，系統自動將本次演練全過程進行復盤保存，并可以通過導調端視角進行復盤，復盤記錄內容包括流程的記錄和參演人員音視頻的記錄；系統針對演練過程中觸發的客觀題、可量化標準的三維考核點，系統給予自動評價。

通過滅火救援模擬演練軟件系統提供了一個不受時間、地點制約并且接近真實指揮戰斗的網絡虛擬仿真“實戰演練”系統平臺，在公用/專用通信網絡環境下，各級指揮人員可以在同一災情場景下，動態模擬事故的發生全過程、依據救援的流程，實現多方協同作戰指揮、“作戰”指令下達上傳、互標互繪、戰術制定、力量部署等多端信息同步功能，從而提升指揮員臨場指揮能力和各級部隊間的協同作戰能力。

3.2 消防技戰術理論知識教學系統

消防技戰術理論知識教學系統以《消防員國家職業技能鑒定與考核大綱》為基礎，并結合石油化工企業上、中、下游企業的典型設備、消防車輛及裝備制作滿足指戰員知識教學需求的三維動畫視頻課件庫，課件庫的類型包括儲罐類、閥門類、塔累、爐類、反應器類、泵類、消防設備類、消防車輛類共8大類60項模型和教學內容，未指戰員的知識教學提供多樣化的內容。

3.3 VR消防模擬演練系統

VR消防模擬演練系統以各類煉化裝置、大型罐區中發生的事故現場為虛擬場景基礎，在三維場景以事故為背景進行推演，采用數據頭盔等虛擬現實傳感設備與虛擬場景任務聯動[5]，在整個救援過程中完全以第一視角進行漫游體驗，體驗者可在虛擬場景中通過操作手柄進行場景切換，以完成如登山云梯救援、滅火掩護、關閉工藝管道閥門、堵漏、破拆等系列在真實救援過程的觀摩體驗。

4 結語

消防工作是國民經濟和社會發展的重要組成部分，是發展社會主義市場經濟不可缺少的保障條件，消防工作直接關系人民生命財產的安全和社會的穩定[6]。中石化中原石油工程設計有限公司根據消防演練工作需求，集國內優質資源，設計并建設了國家危化品應急救援實訓濮陽基地應急救援數字化實訓教學系統，通過專業化的培訓，提高消防指戰員的消防作戰指揮能力，豐富消防技戰術知識，增強企業及其他應急機構人員的消防應急處置能力，為應急救援的消防實力建設輸送中堅力量和技術保障。目前，該系統已應用到了中石化內部消防培訓中，并完成了上海、內蒙、海口等地方，長慶油田、延長油礦等企業，以及文萊國消防隊員的培訓，取得了非常好的應用效果。

參考文獻：

[1] 徐敏.天津港8·12特別重大火災爆炸事故現場特點[J].城市與減災，2015（5）：9-12.

[2] 王成.三維高精度高性能氣體爆炸仿真軟件的研發[C]//油氣儲運安全消防技術研討會.北京市：安全衛生消防技術中心站，2014：194-199.

[3] 蔣國民.石化企業數字化消防應急演練系統研究[J].安全.健康和環境，2011，11（8）：2-4.

[4] 陳建斌.淺談如何結合實際充分發揮“六熟悉”、預案和演練在實戰中的作用[J].內蒙古科技與經濟，2016（15）：35-36.

[5] 韓海燕，張靜.基于虛擬現實的三維動態場景重建[J].現代電子技術，2018（2）：170-173

[6] 于興.消防部隊滅火救援安全現狀及對策分析[J].江西化工，2017（4）：195-196.