浅谈应急救援数字化实训教学系统的设计及应用

谢天天 程振华 张建强 马向波 孟晓飞

摘要：国家危化品应急救援实训濮阳基地模拟数字化实训教学系统是为培训消防与安全专业人员指挥及战术模拟训练的软硬件一体化系统，系统设置了演练监控区、指挥调度/评审区、导调控制区、讲解区、观摩区、综合演练区、专项训练区等7大功能区，软件平台集成了灭火救援模拟演练软件系统、消防技战术理论知识教学系统和VR消防模拟演练系统三套软件模块，通过对消防指战员和消防员等进行专业化训练，有效解决危化品工业事故应急救援处置方案不力和人员培训不足等问题，提高消防作战指挥能力，丰富消防技战术知识，为应急救援的消防实力建设输送中坚力量和技术保障。

关键词：应急救援； 消防演练； 数字化； 实训教室； 消防教学

近年来，我国石油和化学工业总量规模迅速扩张，石油化学工业已是国民经济发展的基础工业和支柱产业之一，但石油化学工业危险性极大，其生产、运输等过程均存在不安全因素，极易发生事故。近年来，国内发生多起重特大火灾爆炸事故，如：2015年天津东疆保税港区瑞海国际物流有限公司危险品仓库爆炸事故[1]、2013年山东青岛中石化东黄输油管道泄漏爆炸事故[2]、2010年中石油大连国际储运有限公司输油管道爆炸火灾事故等，这些事故都造成了特别重大的人员伤亡、财产损失和环境污染，产生了极大的社会影响。在这些事故中，大都暴露出现场应急处置不力、人员培训不足、消防力量不足等问题。针对该现象，建设应急救援数字化实训教学系统，培训消防指战员的消防作战指挥能力，丰富消防技战术知识，增强企业及其他应急机构人员的消防应急处置能力，为应急救援的消防实力建设输送中坚力量和技术保障。

1 应急救援数字化实训教学系统简介

国家危化品应急救援实训濮阳基地模拟数字化实训教学系统是为培训消防与安全专业人员指挥及战术模拟训练的软硬件一体化系统，实现多层级指挥、多部门联合作战，各级处置专业人员在发生事故的同一模拟场景中进行协同处置演练。通过网络协同技术，将指挥、救援处置、评估合为一体，实现多层级、多部门共同参与的模拟演练，实现了演练任务编辑、模拟演练、演练评估等全流程功能应用，实时监控情景化演练全过程，融合3D仿真及VR体感设备，逼真还原事故现场，内置丰富的行业案例库和分类模型库，并实现从企业内外操处置至消防、交通、政府安监等多层级决策、多部门协同演练。

2 硬件及功能分区

应急救援数字化实训教学系统硬件部分按照功能分区由演练监控区、指挥调度/评审区、导调控制区、讲解区、观摩区、综合演练区、专项训练区这7大功能区组成，平面布置如图1。

（1）演练监控区由拼接屏及控制模块组成，并可由导调控制台进行实时控制，切换或自由组合显示各演练终端当前界面，用于演练实时監控、指挥。

（2）指挥调度、评审区由指挥/评审会议桌、语音话筒及摇杆控制终端组成，可通过摇杆控制进行现场漫游等功能，用于高级别指挥员进行作战指挥、调度或专家评审监控演练过程。

（3）导调控制区由导调控制台及导调系统模块组成，用于演练前的任务剧情编辑、发布，演练中的剧情干预、控制以及显示终端切换控制等。

（4）讲解区由信息化讲演台及演练操作系统组成，用于演练后作战方案演示、讲解说明或平时授课使用。

（5）观摩区由观摩座椅组成，用于非参演队伍及嘉宾观摩演练全过程。

（6）综合演练区由消防机构演练区、企业及其他应急机构演练区和VR体感演练区等3个区域组成。用于多部门参演队伍或人员参与演练，在虚拟事故环境中，各司其职完成各项应急处置任务，协同完成演练任务。

① 消防机构演练区：本区域由全息电子沙盘演练控制终端及演练系统模块组成，可同时支持8个支队/大（中）队同时进行演练。

② 企业及其他应急机构演练区：本区域由多角色分区演练控制终端及演练系统模块组成，可同时支持6个不同部门或角色同时进行演练。

③ VR体感演练区：本区域由VR体感设备终端及演练系统模块组成，可支持2个角色同时进行VR体感演练。

（7）专项训练区由4个专项训练室组成，每个训练室由显示终端及演练系统组成，可用于独立专项预案推演、演练，也可4个专项训练室联合演练，还支持与演练区大规模协同演练。

3 软件系统

应急救援数字化实训教学系统软件的设计与建设，旨在为提高各级消防指战员及相关应急机构人员的消防技战术专业技能与事故状态下的应急处置能力，为满足不同等级、不同层次、不同应用场景的应用目标，软件系统由灭火救援模拟演练软件系统、消防技战术理论知识教学系统和VR消防模拟演练系统组成[3]。

3.1 灭火救援模拟演练软件系统

灭火救援模拟演练软件系统以“源于实战、高于实战、提升多层级、多部门协同作战能力”为目标，基于“六熟悉”、灭火救援预案，贯穿了演练任务设计、模拟演练、演练结果评估全流程的全新的灭火救援模拟演练平台[4]。

为了满足训练要求，提供多样化的场景，在系统中构建了、典型石油化工及煤化工装置三维场景模型、典型城市综合体模型、人员密集区模型、高层建筑模型等多套三维场景模型，在这些场景下开展模拟消防演练。

在演练准备阶段，教员可根据演练需要，调用软件平台的3D模型库，快速搭建演练场景，定义各个救援队伍的规模和数量，完成演练基本要素配置；接着，教员通过系统提供的灾害特效模型库，在虚拟环境中快速构建科学、合理、情况复杂的灾情环境，并在演练任务中的关键环节设置触发考评任务，考评参演人员对关键处置环节的熟知程度；一切准备就绪后，通过网络进行任务发布，导调端可随时选择任务进行演练活动的开展。

在演练实施阶段，各参演队伍通过已创建的任务进场，开启一次网络虚拟演练；演练过程中，不同层级、不同部门拥有各自角色所对应的操作技能，并可以第一人称或第三人称视角，通过鼠标、键盘，摇杆或触屏等多种形式进行操作。为了增强指挥人员应对突发状况的应变能力，导调端在演练过程中改变风向、天气等气象条件、增加衍生灾情、灾情态势控制等干扰，以提高演练任务的难易程度，为参演队伍提供一个更加真实的演练环境。

在演练结束后，系统自动将本次演练全过程进行复盘保存，并可以通过导调端视角进行复盘，复盘记录内容包括流程的记录和参演人员音视频的记录；系统针对演练过程中触发的客观题、可量化标准的三维考核点，系统给予自动评价。

通过灭火救援模擬演练软件系统提供了一个不受时间、地点制约并且接近真实指挥战斗的网络虚拟仿真“实战演练”系统平台，在公用/专用通信网络环境下，各级指挥人员可以在同一灾情场景下，动态模拟事故的发生全过程、依据救援的流程，实现多方协同作战指挥、“作战”指令下达上传、互标互绘、战术制定、力量部署等多端信息同步功能，从而提升指挥员临场指挥能力和各级部队间的协同作战能力。

3.2 消防技战术理论知识教学系统

消防技战术理论知识教学系统以《消防员国家职业技能鉴定与考核大纲》为基础，并结合石油化工企业上、中、下游企业的典型设备、消防车辆及装备制作满足指战员知识教学需求的三维动画视频课件库，课件库的类型包括储罐类、阀门类、塔累、炉类、反应器类、泵类、消防设备类、消防车辆类共8大类60项模型和教学内容，未指战员的知识教学提供多样化的内容。

3.3 VR消防模拟演练系统

VR消防模拟演练系统以各类炼化装置、大型罐区中发生的事故现场为虚拟场景基础，在三维场景以事故为背景进行推演，采用数据头盔等虚拟现实传感设备与虚拟场景任务联动[5]，在整个救援过程中完全以第一视角进行漫游体验，体验者可在虚拟场景中通过操作手柄进行场景切换，以完成如登山云梯救援、灭火掩护、关闭工艺管道阀门、堵漏、破拆等系列在真实救援过程的观摩体验。

4 结语

消防工作是国民经济和社会发展的重要组成部分，是发展社会主义市场经济不可缺少的保障条件，消防工作直接关系人民生命财产的安全和社会的稳定[6]。中石化中原石油工程设计有限公司根据消防演练工作需求，集国内优质资源，设计并建设了国家危化品应急救援实训濮阳基地应急救援数字化实训教学系统，通过专业化的培训，提高消防指战员的消防作战指挥能力，丰富消防技战术知识，增强企业及其他应急机构人员的消防应急处置能力，为应急救援的消防实力建设输送中坚力量和技术保障。目前，该系统已应用到了中石化内部消防培训中，并完成了上海、内蒙、海口等地方，长庆油田、延长油矿等企业，以及文莱国消防队员的培训，取得了非常好的应用效果。

参考文献：

[1] 徐敏.天津港8·12特别重大火灾爆炸事故现场特点[J].城市与减灾，2015（5）：9-12.

[2] 王成.三维高精度高性能气体爆炸仿真软件的研发[C]//油气储运安全消防技术研讨会.北京市：安全卫生消防技术中心站，2014：194-199.

[3] 蒋国民.石化企业数字化消防应急演练系统研究[J].安全.健康和环境，2011，11（8）：2-4.

[4] 陈建斌.浅谈如何结合实际充分发挥“六熟悉”、预案和演练在实战中的作用[J].内蒙古科技与经济，2016（15）：35-36.

[5] 韩海燕，张静.基于虚拟现实的三维动态场景重建[J].现代电子技术，2018（2）：170-173

[6] 于兴.消防部队灭火救援安全现状及对策分析[J].江西化工，2017（4）：195-196.