淺談應(yīng)急救援?dāng)?shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

謝天天 程振華 張建強(qiáng) 馬向波 孟曉飛

摘要：國家?；窇?yīng)急救援實(shí)訓(xùn)濮陽基地模擬數(shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)是為培訓(xùn)消防與安全專業(yè)人員指揮及戰(zhàn)術(shù)模擬訓(xùn)練的軟硬件一體化系統(tǒng)，系統(tǒng)設(shè)置了演練監(jiān)控區(qū)、指揮調(diào)度/評審區(qū)、導(dǎo)調(diào)控制區(qū)、講解區(qū)、觀摩區(qū)、綜合演練區(qū)、專項(xiàng)訓(xùn)練區(qū)等7大功能區(qū)，軟件平臺集成了滅火救援模擬演練軟件系統(tǒng)、消防技戰(zhàn)術(shù)理論知識教學(xué)系統(tǒng)和VR消防模擬演練系統(tǒng)三套軟件模塊，通過對消防指戰(zhàn)員和消防員等進(jìn)行專業(yè)化訓(xùn)練，有效解決危化品工業(yè)事故應(yīng)急救援處置方案不力和人員培訓(xùn)不足等問題，提高消防作戰(zhàn)指揮能力，豐富消防技戰(zhàn)術(shù)知識，為應(yīng)急救援的消防實(shí)力建設(shè)輸送中堅(jiān)力量和技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急救援； 消防演練； 數(shù)字化； 實(shí)訓(xùn)教室； 消防教學(xué)

近年來，我國石油和化學(xué)工業(yè)總量規(guī)模迅速擴(kuò)張，石油化學(xué)工業(yè)已是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)工業(yè)和支柱產(chǎn)業(yè)之一，但石油化學(xué)工業(yè)危險(xiǎn)性極大，其生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)冗^程均存在不安全因素，極易發(fā)生事故。近年來，國內(nèi)發(fā)生多起重特大火災(zāi)爆炸事故，如：2015年天津東疆保稅港區(qū)瑞海國際物流有限公司危險(xiǎn)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(yùn)有限公司輸油管道爆炸火災(zāi)事故等，這些事故都造成了特別重大的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失和環(huán)境污染，產(chǎn)生了極大的社會影響。在這些事故中，大都暴露出現(xiàn)場應(yīng)急處置不力、人員培訓(xùn)不足、消防力量不足等問題。針對該現(xiàn)象，建設(shè)應(yīng)急救援?dāng)?shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，培訓(xùn)消防指戰(zhàn)員的消防作戰(zhàn)指揮能力，豐富消防技戰(zhàn)術(shù)知識，增強(qiáng)企業(yè)及其他應(yīng)急機(jī)構(gòu)人員的消防應(yīng)急處置能力，為應(yīng)急救援的消防實(shí)力建設(shè)輸送中堅(jiān)力量和技術(shù)保障。

1 應(yīng)急救援?dāng)?shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)簡介

國家?；窇?yīng)急救援實(shí)訓(xùn)濮陽基地模擬數(shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)是為培訓(xùn)消防與安全專業(yè)人員指揮及戰(zhàn)術(shù)模擬訓(xùn)練的軟硬件一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多層級指揮、多部門聯(lián)合作戰(zhàn)，各級處置專業(yè)人員在發(fā)生事故的同一模擬場景中進(jìn)行協(xié)同處置演練。通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)，將指揮、救援處置、評估合為一體，實(shí)現(xiàn)多層級、多部門共同參與的模擬演練，實(shí)現(xiàn)了演練任務(wù)編輯、模擬演練、演練評估等全流程功能應(yīng)用，實(shí)時(shí)監(jiān)控情景化演練全過程，融合3D仿真及VR體感設(shè)備，逼真還原事故現(xiàn)場，內(nèi)置豐富的行業(yè)案例庫和分類模型庫，并實(shí)現(xiàn)從企業(yè)內(nèi)外操處置至消防、交通、政府安監(jiān)等多層級決策、多部門協(xié)同演練。

2 硬件及功能分區(qū)

應(yīng)急救援?dāng)?shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)硬件部分按照功能分區(qū)由演練監(jiān)控區(qū)、指揮調(diào)度/評審區(qū)、導(dǎo)調(diào)控制區(qū)、講解區(qū)、觀摩區(qū)、綜合演練區(qū)、專項(xiàng)訓(xùn)練區(qū)這7大功能區(qū)組成，平面布置如圖1。

（1）演練監(jiān)控區(qū)由拼接屏及控制模塊組成，并可由導(dǎo)調(diào)控制臺進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，切換或自由組合顯示各演練終端當(dāng)前界面，用于演練實(shí)時(shí)監(jiān)控、指揮。

（2）指揮調(diào)度、評審區(qū)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(jìn)行現(xiàn)場漫游等功能，用于高級別指揮員進(jìn)行作戰(zhàn)指揮、調(diào)度或?qū)＜以u審監(jiān)控演練過程。

（3）導(dǎo)調(diào)控制區(qū)由導(dǎo)調(diào)控制臺及導(dǎo)調(diào)系統(tǒng)模塊組成，用于演練前的任務(wù)劇情編輯、發(fā)布，演練中的劇情干預(yù)、控制以及顯示終端切換控制等。

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

（5）觀摩區(qū)由觀摩座椅組成，用于非參演隊(duì)伍及嘉賓觀摩演練全過程。

（6）綜合演練區(qū)由消防機(jī)構(gòu)演練區(qū)、企業(yè)及其他應(yīng)急機(jī)構(gòu)演練區(qū)和VR體感演練區(qū)等3個(gè)區(qū)域組成。用于多部門參演隊(duì)伍或人員參與演練，在虛擬事故環(huán)境中，各司其職完成各項(xiàng)應(yīng)急處置任務(wù)，協(xié)同完成演練任務(wù)。

① 消防機(jī)構(gòu)演練區(qū)：本區(qū)域由全息電子沙盤演練控制終端及演練系統(tǒng)模塊組成，可同時(shí)支持8個(gè)支隊(duì)/大（中）隊(duì)同時(shí)進(jìn)行演練。

② 企業(yè)及其他應(yīng)急機(jī)構(gòu)演練區(qū)：本區(qū)域由多角色分區(qū)演練控制終端及演練系統(tǒng)模塊組成，可同時(shí)支持6個(gè)不同部門或角色同時(shí)進(jìn)行演練。

③ VR體感演練區(qū)：本區(qū)域由VR體感設(shè)備終端及演練系統(tǒng)模塊組成，可支持2個(gè)角色同時(shí)進(jìn)行VR體感演練。

（7）專項(xiàng)訓(xùn)練區(qū)由4個(gè)專項(xiàng)訓(xùn)練室組成，每個(gè)訓(xùn)練室由顯示終端及演練系統(tǒng)組成，可用于獨(dú)立專項(xiàng)預(yù)案推演、演練，也可4個(gè)專項(xiàng)訓(xùn)練室聯(lián)合演練，還支持與演練區(qū)大規(guī)模協(xié)同演練。

3 軟件系統(tǒng)

應(yīng)急救援?dāng)?shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與建設(shè)，旨在為提高各級消防指戰(zhàn)員及相關(guān)應(yīng)急機(jī)構(gòu)人員的消防技戰(zhàn)術(shù)專業(yè)技能與事故狀態(tài)下的應(yīng)急處置能力，為滿足不同等級、不同層次、不同應(yīng)用場景的應(yīng)用目標(biāo)，軟件系統(tǒng)由滅火救援模擬演練軟件系統(tǒng)、消防技戰(zhàn)術(shù)理論知識教學(xué)系統(tǒng)和VR消防模擬演練系統(tǒng)組成[3]。

3.1 滅火救援模擬演練軟件系統(tǒng)

滅火救援模擬演練軟件系統(tǒng)以“源于實(shí)戰(zhàn)、高于實(shí)戰(zhàn)、提升多層級、多部門協(xié)同作戰(zhàn)能力”為目標(biāo)，基于“六熟悉”、滅火救援預(yù)案，貫穿了演練任務(wù)設(shè)計(jì)、模擬演練、演練結(jié)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(xùn)練要求，提供多樣化的場景，在系統(tǒng)中構(gòu)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(qū)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(zhǔn)備階段，教員可根據(jù)演練需要，調(diào)用軟件平臺的3D模型庫，快速搭建演練場景，定義各個(gè)救援隊(duì)伍的規(guī)模和數(shù)量，完成演練基本要素配置；接著，教員通過系統(tǒng)提供的災(zāi)害特效模型庫，在虛擬環(huán)境中快速構(gòu)建科學(xué)、合理、情況復(fù)雜的災(zāi)情環(huán)境，并在演練任務(wù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)設(shè)置觸發(fā)考評任務(wù)，考評參演人員對關(guān)鍵處置環(huán)節(jié)的熟知程度；一切準(zhǔn)備就緒后，通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行任務(wù)發(fā)布，導(dǎo)調(diào)端可隨時(shí)選擇任務(wù)進(jìn)行演練活動(dòng)的開展。

在演練實(shí)施階段，各參演隊(duì)伍通過已創(chuàng)建的任務(wù)進(jìn)場，開啟一次網(wǎng)絡(luò)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(yīng)的操作技能，并可以第一人稱或第三人稱視角，通過鼠標(biāo)、鍵盤，搖桿或觸屏等多種形式進(jìn)行操作。為了增強(qiáng)指揮人員應(yīng)對突發(fā)狀況的應(yīng)變能力，導(dǎo)調(diào)端在演練過程中改變風(fēng)向、天氣等氣象條件、增加衍生災(zāi)情、災(zāi)情態(tài)勢控制等干擾，以提高演練任務(wù)的難易程度，為參演隊(duì)伍提供一個(gè)更加真實(shí)的演練環(huán)境。

在演練結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)將本次演練全過程進(jìn)行復(fù)盤保存，并可以通過導(dǎo)調(diào)端視角進(jìn)行復(fù)盤，復(fù)盤記錄內(nèi)容包括流程的記錄和參演人員音視頻的記錄；系統(tǒng)針對演練過程中觸發(fā)的客觀題、可量化標(biāo)準(zhǔn)的三維考核點(diǎn)，系統(tǒng)給予自動(dòng)評價(jià)。

通過滅火救援模擬演練軟件系統(tǒng)提供了一個(gè)不受時(shí)間、地點(diǎn)制約并且接近真實(shí)指揮戰(zhàn)斗的網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真“實(shí)戰(zhàn)演練”系統(tǒng)平臺，在公用/專用通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，各級指揮人員可以在同一災(zāi)情場景下，動(dòng)態(tài)模擬事故的發(fā)生全過程、依據(jù)救援的流程，實(shí)現(xiàn)多方協(xié)同作戰(zhàn)指揮、“作戰(zhàn)”指令下達(dá)上傳、互標(biāo)互繪、戰(zhàn)術(shù)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(duì)間的協(xié)同作戰(zhàn)能力。

3.2 消防技戰(zhàn)術(shù)理論知識教學(xué)系統(tǒng)

消防技戰(zhàn)術(shù)理論知識教學(xué)系統(tǒng)以《消防員國家職業(yè)技能鑒定與考核大綱》為基礎(chǔ)，并結(jié)合石油化工企業(yè)上、中、下游企業(yè)的典型設(shè)備、消防車輛及裝備制作滿足指戰(zhàn)員知識教學(xué)需求的三維動(dòng)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(yīng)器類、泵類、消防設(shè)備類、消防車輛類共8大類60項(xiàng)模型和教學(xué)內(nèi)容，未指戰(zhàn)員的知識教學(xué)提供多樣化的內(nèi)容。

3.3 VR消防模擬演練系統(tǒng)

VR消防模擬演練系統(tǒng)以各類煉化裝置、大型罐區(qū)中發(fā)生的事故現(xiàn)場為虛擬場景基礎(chǔ)，在三維場景以事故為背景進(jìn)行推演，采用數(shù)據(jù)頭盔等虛擬現(xiàn)實(shí)傳感設(shè)備與虛擬場景任務(wù)聯(lián)動(dòng)[5]，在整個(gè)救援過程中完全以第一視角進(jìn)行漫游體驗(yàn)，體驗(yàn)者可在虛擬場景中通過操作手柄進(jìn)行場景切換，以完成如登山云梯救援、滅火掩護(hù)、關(guān)閉工藝管道閥門、堵漏、破拆等系列在真實(shí)救援過程的觀摩體驗(yàn)。

4 結(jié)語

消防工作是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要組成部分，是發(fā)展社會主義市場經(jīng)濟(jì)不可缺少的保障條件，消防工作直接關(guān)系人民生命財(cái)產(chǎn)的安全和社會的穩(wěn)定[6]。中石化中原石油工程設(shè)計(jì)有限公司根據(jù)消防演練工作需求，集國內(nèi)優(yōu)質(zhì)資源，設(shè)計(jì)并建設(shè)了國家?；窇?yīng)急救援實(shí)訓(xùn)濮陽基地應(yīng)急救援?dāng)?shù)字化實(shí)訓(xùn)教學(xué)系統(tǒng)，通過專業(yè)化的培訓(xùn)，提高消防指戰(zhàn)員的消防作戰(zhàn)指揮能力，豐富消防技戰(zhàn)術(shù)知識，增強(qiáng)企業(yè)及其他應(yīng)急機(jī)構(gòu)人員的消防應(yīng)急處置能力，為應(yīng)急救援的消防實(shí)力建設(shè)輸送中堅(jiān)力量和技術(shù)保障。目前，該系統(tǒng)已應(yīng)用到了中石化內(nèi)部消防培訓(xùn)中，并完成了上海、內(nèi)蒙、?？诘鹊胤?，長慶油田、延長油礦等企業(yè)，以及文萊國消防隊(duì)員的培訓(xùn)，取得了非常好的應(yīng)用效果。

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