乏燃料联运数字化应急演练系统研究与应用

潘亚兰，杨政理，史 骥，苏 康

（1. 中广核铀业发展有限公司，北京 100029；2. 中广核（北京）仿真技术有限公司，深圳 518031）

乏燃料的联运是我国新兴的运输模式，主要指乏燃料通过公路、铁路、海路等任意2 种或3 种运输模式结合的运输方式，其复杂场景使得事故后的应急响应及处置较之核设施事故更加困难［1］。演练是维持应急响应能力的必要手段，通过各种不同情景的应急演练能有效地检验应急组织响应能力，确保响应人员能迅速、有序且高效地开展应急响应和救援行动［2］。

考虑到乏燃料联运的运输涉及多个环节，流程复杂且接口众多，演习环节的可操作性以及演习场地的限制和人员的配备等因素均对演习情景的设计及演练的开展产生了一定限制。随着技术的进步，数字化技术在企业应急管理工作中已逐步应用，包括用应急管理平台和数字预案技术来虚拟应急演练技术等［3］。为更好地开展乏燃料联运工作，建立充分的应急响应能力，笔者设计并实现了一套乏燃料联运数字化应急演练系统（以下简称系统）。这套系统通过数字化虚拟技术，能有效辅助应急演练的开展，提升人员应对突发事故的效率。

1 系统总体设计

系统以虚拟现实技术和网络协同技术为基础，构建符合乏燃料运输突发事件的场景、地貌和气象环境特征等的三维模型库与业务数据库。在事故场景的构建上，以乏燃料运输典型事故为蓝本，模拟灾害现场场景，并针对乏燃料运输过程中各级应急处置对象模拟应急事件过程中事件发展及应急处置过程，包括乏燃料不同运输方式的事故类型模拟、事故报告流程模拟、事故响应流程模拟和事故恢复流程模拟等。在操作模式上，系统分为单人推演模式和多人演练模式。单人推演模式主要用于应急处置方案讨论，多人演练模式主要是协同推演实现多角色扮演事件处置过程的模拟演练应用，通过反复的模拟演练锻炼应急人员的应急处置能力。

2 单人推演模式

单人推演模式类似沙盘推演，通过系统提供的场景信息、应急资源信息和灾害信息等实现单人推演。根据演练需要，依照实战情况下的乏燃料运输事故救援流程，实现平战结合。由于乏燃料运输应急处置的特殊性，用户可自定义设置编辑推演内容。例如，阶段设置、应急部署、人员编排以及测量标绘等。经制作研讨成功的推演预案可进行系统存储和统一管理。

2.1 情景设计

系统可进行情景设定，设置乏燃料运输事故发生的场景、重点部位、灾害的种类和天气情况等信息。下面主要介绍场景选择、环境设置、灾情设置、阶段设置及信息查询等功能。

2.1.1 场景选择

系统提供针对公路、海运和铁路三类运输方式的三维场景，运用三维建模技术，结合采集的业务数据资料进行建模，开发制作典型场景模型，包括场景的周边环境和建筑结构等，最大化地还原演练场景的真实性，操作人员可对不同场景下的应急响应进行有针对性的推演。

2.1.2 环境设置

在三维场景中，通过引擎粒子特效，可设置多样化的天气特效。主要包括风向特效、风力级别以及时间、温度等多种环境因素的设置。

2.1.3 灾情设置

系统提供灾情设置功能，可设置灾害类型，灾害类型包括：容器跌落、车辆撞击、火灾等，并支持调节火灾大小及范围等。

2.1.4 阶段设置

系统支持对各应急救援阶段进行推演，根据不同阶段选择人员、车辆和装备进行调派与部署，还支持对可选救援阶段进行线上展示和验证。

2.1.5 信息查询

信息查询包括应急救援的设施定位、查询以及应急救援支持单位的查询等。系统通过对设施的位置信息、基本信息和联系人信息等进行采集，从而实现对所需要的信息进行查询。系统将结合三维场景，对查询的设施进行位置定位，并以文字和附件等形式展现所要查询对象的信息。

2.2 推演讨论

系统支持应急救援设施设备、应急救援人员和移动应急救援装备的可视化部署，下面主要说明作战标绘与应急资源部署功能。

2.2.1 作战标绘

系统提供在指挥作战中具有重要作用的辅助态势标绘工具，可在三维空间中标绘出封锁区、推演区、进攻路线等战略层次防御区、各种单箭头、双箭头、三箭头、燕尾箭头、细直箭头、图形标绘、警戒线和特殊符号标绘等标绘形式，可对场景中的热点进行标注描述并保存。

态势标绘主要包括箭头、几何图形、文字、特殊线条和符号等多种方式，如图1 所示。在乏燃料运输三维场景中放置标绘图标，系统支持直接对标绘进行操作，包括移动、旋转和删除等。同时支持对标绘图形属性进行设置，属性包括透明度、线条样式、边线颜色和填充颜色等。

图1 标绘图标示例图Fig.1 Plot Icon

2.2.2 应急资源部署

系统针对在演练及灾害应急过程中可能发生的火灾和泄漏等事故，基于乏燃料运输路线现有的应急资源和器材等在三维场景中进行部署。系统支持现场固定及半固定应急设施设备、车辆、人员和移动消防装备的可视化部署，总指挥可通过拖拉拽的方式将应急资源摆放到三维场景中，并且可以根据现场救援需求调整车辆车头方向；还可对救援车辆、人物的入场顺序、停靠位置和作战任务等逐一进行部署。系统基于乏燃料运输真实道路情况支持三维模型摆放的调整设置。可视化部署示例参照图2。

图2 可视化部署示例图Fig.2 Visual deployment

3 多人演练模式

针对乏燃料运输应急救援演练，该模式支持多指挥层级、多部门和不同角色全链条情景化协同推演，包含总指挥、（现场）指挥、执行人员和评估人员。演练过程灵活自主，具备多部门和多角色协同的全流程演练应用形式。

应急仿真推演平台以三维场景资源为支撑，通过多角色场景同步协同演练，动态编组构建应急组织机构。系统采用分布式服务器软件系统，具有低延迟和高稳定性；采用“大厅—房间”的网络通信模型，支持多组演练同时进行，根据登录的不同角色，系统提供不同的能力和权限。

3.1 功能流程

演练准备开始，相关角色使用专有账号登录客户端，并做好准备。一旦总指挥下达演练开始的命令，所有客户端角色同时显示事先设置好的前情片段，让所有客户端的参演角色充分知悉本次推演的目的和组织情况。总指挥指示有事故发生，执行端一旦发现事故便立即通过上报功能将事故情况通报给指挥端。指挥端经过判定及研讨下达指令，由各执行端根据指令去完成对应的行动。执行端可以通过反馈功能，反馈行动的具体执行情况给指挥端，由指挥端根据执行端反馈的内容来调整后续具体行动。总指挥可以在应急行动执行的过程中适时地添加不同的干预因素进行干扰。指挥端不断下达指令且执行端不断进行反馈，多次往复，直至应急救援过程全部完成。

演练进行时，评估端人员能够实时观看所有执行端角色的行动并同时进行评估，记录信息进行录入。演练全程被记录，可以随时进行回放以便评估人员深入了解演练存在的问题，并有针对性地给出评估意见，为总结提供支撑。图3 为功能流程图。

图3 功能流程图Fig.3 Sequential function chart

3.2 脚本编辑

为了保证模拟演练内容的可拓展性及灵活性，系统提供数字化演练脚本的流程编辑功能，演练脚本的编制主要以现有应急预案为蓝本，进行逻辑化编辑，编制后的数字化演练脚本文件可支撑模拟演练应用。

3.3 总指挥功能

在整个演练实施过程中总指挥可自由观察全局，并可根据演练需要对灾情变化、环境信息、资源使用以及角色等进行过程干预，以此增加演练的难度。总指挥端进行干预的信息支持以文字等形式进行播报，并同步到各演练终端进行展示。总指挥端业务流程如图4 所示。

图4 总指挥端业务流程Fig.4 Business flow chart of general director

3.4 现场指挥功能

总指挥对三维场景中灾害及环境进行的配置完成后，便可进行应急响应处置流程的展开，首先系统对所有参演客户端播报警情，现场指挥端可实现资源查询、资源调配和战术决策部署等功能，下面主要说明信息查询及定位、应急力量编成、作战方案制定、应急资源调度、任务命令下达及辅助决策等功能。

3.4.1 信息查询及定位

系统支持三维场景浏览漫游、支持对象信息查询及定位，查询对象包括基本信息、各功能分区信息、建筑设施信息和应急救援力量等；支持定位查询以及列表查询相结合的方式，支持以文字、表格和图片等形式展现所要查询对象的信息，并且可进行编辑修改。

3.4.2 应急力量编成

应急力量编成是救援的基础，是以制作成固化作战编组模板的方式，实现人员、装备和外部环境等信息的集结。支持在推演过程中结合现场实际情况，快速调取模板及调整战斗方案，以最短的时间且科学合理地设置集结阵地和战斗阵地，实施有效的应急处置及人员救援。

3.4.3 作战方案制定

作战方案制定主要包括箭头、几何图形、文字、特殊线条和符号等多种方式。在三维场景中放置标绘图标，系统支持直接对标绘进行操作，包括移动、旋转和删除等。

3.4.4 应急资源调度

现场指挥通过查询灾情周边应急力量和装备物资的空间分布情况，如公安、消防、医疗及社会其他保障联动机构单位等位置信息、力量信息、物资数量、距离和路况等，基于决策部署方案，以指令通信方式将战术方案下达各参演角色端，实现所有应急力量的有序有效快速投入。现场指挥可根据事故的现场情形及辅助分析结果进行资源的调配。此外，在救援过程中可根据现场灾害情况，进行现场判定及支援力量的调配。

3.4.5 任务命令下达

系统支持文字和语音两种指令方式，可以一对一也可以一对多发送指令，并能够对指令进行快速选择及功能维护。指令可以被记录，系统支持对所下达指令进行语音或以屏幕信息框方式进行播报，播报对象为指令接收方。

3.4.6 辅助决策

系统支持空间测量工具、灾害衍生变化计算、事故辅助分析计算模型和应急物资损耗计算等辅助分析模型或工具，帮助指挥人员进行灾害评估分析，提供灭火剂量计算和冷却水量计算等多种业务逻辑分析算法。

3.5 任务执行功能

系统提供执行角色，用于模拟一线处置人员的任务指令接收与相应处置救援操作及动作特效。执行端收到指挥端下发的任务命令以后，便可遵照指挥端所下发的执行任务命令开展应急救援处置，如人群疏散、路障摆放、应急装备器材操作、破拆和救护等动作模拟。下面主要介绍角色扮演、定位及导航、执行任务命令和现场数据反馈等流程。

3.5.1 参训人员角色扮演

演练开始后，参训各方（如安保、消防、医疗及其他应急保障单位等）开始执行任务命令。系统支持以第三人称跟随视角或第一人称视角控制本身所属的资源，控制相应的动态模型进行走、跑、前进和灭火等的动作行为，通过生动形象的人物行为，类似于游戏的方式来对整个应急过程进行虚拟仿真表现。

3.5.2 定位及导航

系统支持定位导航及自动寻路功能，实现人员和车辆行进路线规划，导航功能根据规划路线显示行进距离。系统支持自动寻路功能，操作人员通过选择目的地，系统后台依据现路网信息和障碍情况自动行走或奔跑至目的地。

3.5.3 执行任务命令

执行端为应急救援的关键岗位角色提供符合其应急救援技能的指令控制集，以满足其在主题三维场景中通过“指令集”完成关键救援任务的“实践”，如装备选择、关键区域警戒、疏散和救援等。

各执行端都以第三人称视角控制本身所属的资源，控制相应的动态模型进行走、跑、前进、灭火和医护等多种不同的行为。

3.5.4 现场数据反馈

通过反馈功能可以使得客户端与指挥端建立联系，联系时可以通过截屏和文件传输等附带附件资料。

3.6 评估功能

评估功能端在模拟推演过程中起到对演练流程、执行过程和处置结果的评估作用，通过该功能可以对上述内容进行评估。该功能端通常由相关专家用户登录使用。

系统支持评估专家手动添加，实现自动评估数据和专家团队研讨与论证相结合的评估功能，支持生成评估报告及打印、导出，支持推演评估总结与推演过程回放。整体评估流程如图5 所示。

图5 评估流程Fig.5 Flow chart of appraisal

4 系统应用价值分析

乏燃料运输活动不同于核设施运行，是在公共道路上进行，事故发生时间不确定，事故地点也不确定，且这项活动发生在公众附近，敏感性强，一旦出现事故，其社会影响和公众舆论所带来的负面效应将超过事故本身的严重程度［4］。乏燃料运输的应急响应更加复杂，而多种模式的联合运输，则为核应急响应提出更大挑战。因此，乏燃料联运数字化应急演练系统的应用是建立和健全乏燃料运输安全应急管理的有效手段之一，对于防范或处置运输中的事故十分重要。

本文的相关研究成果可直接应用到乏燃料运输应急演练培训中。借助数字化手段实现线上应急演练，锻炼应急人员的应急处置能力。成功运用后还可推广到其他更广泛的放射性物质（如中子源、放射性同位素等）及危化品的运输应急演练领域。放射性物质运输是工农医疗等领域核能与核技术利用的必然活动，对于数字化演练场景具有更大的需求空间［5］。数字化应急演练系统的研究与应用能整体提升放射性物品运输应急管理的数字化、场景化和智能化水平，后续仍需进行不断的探索与实践，以演代训，更大地挖掘数字化技术在放射性物质运输应急演练中的潜能，持续提升营运单位运输管理中对突发事件的应急响应能力，保障运输安全。

5 结语

为更好地解决乏燃料运输在实战演练中的难点与痛点，增强应急组织对各类突发事件的应急处理能力，设计并实现了乏燃料联运数字化应急演练系统。该系统以乏燃料运输应急情景化构建为基础，借助数字化手段实现对特定场景应急脚本的演练，能打破传统实战演练的壁垒，随时随地辅助演练的开展，提升演练效率，提高乏燃料运输过程的应急处置及响应能力。后续需加强该系统在运输领域的应用推广，并进行持续的探索与创新；在推广中不断发现并解决新问题，在探索中持续挖掘数字化应用的潜能，开发新功能，持续提升系统的应用价值，不断提高企业的应急管理能力。