杜明輝

摘要：建筑火災預案式推演系統(tǒng)是以3D虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化、可視化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化理念為目標。通過3D建筑場景搭建，災害事故模擬，管理體系設(shè)置，救援力量部署等系統(tǒng)操作，可以還原建筑火災救援過程的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可視化的優(yōu)點，應(yīng)用于案例教學、想定作業(yè)以及數(shù)字化預案制作等教學活動中，具有比傳統(tǒng)教學方式更加優(yōu)越的效果。

關(guān)鍵詞：建筑火災預案式推演系統(tǒng);案例教學;想定作業(yè);數(shù)字化預案制作

隨著社會經(jīng)濟和城市化建設(shè)的快速發(fā)展，各類火災和突發(fā)事故日益增多。對于一起火災而言，指揮員的火場指揮決策對火災撲救的成功與否起著決定性作用。作為一門指導滅火救援行動指揮決策方法的學科，滅火戰(zhàn)術(shù)具有很強的理論性與實踐性。在滅火戰(zhàn)術(shù)課程的教學過程中，通常采用案例分析、想定作業(yè)等方式開展輔助和實踐教學活動，這是由于課程中所講述的作戰(zhàn)行動指導思想原則方法、組織指揮程序、戰(zhàn)斗行動各環(huán)節(jié)、業(yè)務(wù)理論等知識在一起滅火救援案例中都能得到很好的體現(xiàn)，進行案例分析可以達到提升分析判斷、決策、臨機處置、協(xié)同作戰(zhàn)能力的目標。

但在培訓過程中也存在著一定問題。文字、圖片不能直觀地反映事故現(xiàn)場的基本情況。對于一些火場情況較為復雜的案例，單純的文字描述以及圖片展示不能直觀地反映火災現(xiàn)場的整體情況，以至于在進行后期火場指揮決策的教學活動中，會遺漏部分火場信息片段，導致指揮決策力量部署不全面。對于多個指揮層級到場指揮的火場，在參考前期力量部署以及當前火場態(tài)勢的基礎(chǔ)上，才能較為正確合理地開展下一階段火場的力量安排。但在傳統(tǒng)的案例教學活動中，有時無法將前期進行的較多數(shù)量的力量部署持續(xù)完整地展示在界面上，那么就會影響下一層級火場力量部署問題的討論。這些問題都會影響案例教學開展的效果。

鑒于此，研究一套具有可視化界面、能夠搭建設(shè)定不同建筑火災模型、并且能夠進行消防力量部署的軟件顯得十分必要。此套軟件應(yīng)用于案例教學中，可以使教學具有真實性、形象性、觀賞性，動態(tài)效果，能夠增強學習者的感性認識，提高學習效率。同時，也符合現(xiàn)階段國家有關(guān)教育信息化、教育現(xiàn)代化的發(fā)展要求。

一、建筑火災撲救預案式推演系統(tǒng)

針對以上在開展案例教學中存在的問題，開發(fā)研究出一套建筑火災預案式推演系統(tǒng)。研發(fā)過程中以3D虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化、可視化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的理念為目標，使用3D搭建工具，實現(xiàn)自主構(gòu)建預案的場景、建筑、消防設(shè)備逐級可視，設(shè)計和配置相關(guān)建筑和各類消防設(shè)備布局。并將推演流程以動畫方式自動播放演示，播放過程中可隨時暫停進行周邊消防信息查詢，實現(xiàn)回播和快進等功能，系統(tǒng)支持多角色的聯(lián)合部署和推演。研究的內(nèi)容主要包括利用計算機軟件設(shè)計如下功能模塊：

（一）場景搭建及數(shù)據(jù)采集

該系統(tǒng)提供3D場景的快速搭建工具。根據(jù)CAD圖紙、照片等信息，進行3D預案場景的快速、低門檻搭建。包括：園區(qū)搭建，建筑外觀搭建，室內(nèi)結(jié)構(gòu)搭建。園區(qū)及建筑外觀的搭建可利用系統(tǒng)自帶的搭建工具進行搭建，也可以對園區(qū)進行影像采集并形成外觀三維場景;室內(nèi)結(jié)構(gòu)的搭建系統(tǒng)一方面可以利用系統(tǒng)自帶的搭建工具根據(jù)CAD圖紙進行搭建，也可根據(jù)室內(nèi)CAD圖紙自動建模。如圖1為采用系統(tǒng)進行場景搭建的效果圖。

圖1 系統(tǒng)場景搭建效果圖

（二）編制對象基礎(chǔ)資料

編制對象基礎(chǔ)資料主要包括單位基本情況、單位建筑信息、消防設(shè)施信息和危險性分析。以上內(nèi)容在三維預案中以文字說明，配合三維模型、全景照片的方式進行展示。

1.單位基本情況。主要內(nèi)容包括單位名稱、地址、地理坐標、單位性質(zhì)、預案級別、防火級別、消防安全組織、總建筑面積、總占地面積、滅火責任隊站、防火管轄單位、毗鄰情況、周邊危險源等。

2.單位建筑信息。主要包括建筑使用性質(zhì)、占地面積、建筑面積、建筑結(jié)構(gòu)、地上高度、地下高度、地上層數(shù)、地下層數(shù)、避難層、功能分區(qū)說明、重點部位說明及周邊消防通道等。

3.消防設(shè)施信息。主要包括安全疏散設(shè)施、消防水系統(tǒng)、消防控制室、報警系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、防火分區(qū)及其附屬設(shè)施、消防用電設(shè)施、泡沫滅火系統(tǒng)、其他滅火系統(tǒng)等信息。在三維預案中，消防設(shè)施按照不同類別制作獨立圖層在三維模型中顯示，并針對各消防設(shè)施加注參數(shù)信息和操作說明。

4.危險性分析。從單位發(fā)生各類災害的危險性和災害特征進行分析，確定重點部位，在三維模型上進行標注。建筑類單位從建筑結(jié)構(gòu)、人員疏散、滅火救援難度等方面分析;石化類單位從物料危險性、工藝流程和災害特征方面進行分析。

（三）災情設(shè)定及作戰(zhàn)部署

以預案編制對象可能發(fā)生的災害類型和危險性評估結(jié)果為依據(jù)，在已搭建好的三維建筑場景中設(shè)置不同類型的災情，如圖2所示。針對災情設(shè)定細分不同階段進行作戰(zhàn)部署，重點包括以下內(nèi)容：

1.戰(zhàn)斗力量部署。在三維模型上標注參戰(zhàn)車輛、裝備和關(guān)鍵人員的具體位置、名稱、重要參數(shù)和具體作戰(zhàn)任務(wù)，標明行車路線、供水線路、進攻撤退路線、疏散路線、舉高車作業(yè)面和現(xiàn)場指揮部位置等。

2.保障力量部署。在三維模型上標注保障車輛、裝備和關(guān)鍵人員的具體位置、名稱、重要參數(shù)和具體作戰(zhàn)任務(wù)，標明車輛集結(jié)區(qū)、裝備集結(jié)區(qū)、傷員集結(jié)區(qū)、車輛供水點位、戰(zhàn)勤保障區(qū)，聯(lián)動力量集結(jié)區(qū)等。

3.通訊力量部署。在三維模型上標注通訊指揮車、衛(wèi)星車、圖傳點位、中繼設(shè)備等通訊車輛裝備的位置、名稱、重要參數(shù)和作戰(zhàn)任務(wù)，以文字說明形式增加通訊組網(wǎng)方案。

4.戰(zhàn)術(shù)要點與注意事項。以文字形式在三維模型上，針對災害設(shè)定和作戰(zhàn)部署方案進行戰(zhàn)術(shù)要點和注意事項的提示。

圖2 系統(tǒng)災情設(shè)定界面

（四）播放推演

預案式推演系統(tǒng)的每一個作戰(zhàn)部署方案均可在三維場景內(nèi)進行動態(tài)推演和論證，確保其合理性。按照發(fā)現(xiàn)災情、調(diào)派力量、組織指揮、戰(zhàn)斗任務(wù)、作戰(zhàn)單元的順序進行播放，播放的過程中可以隨時暫停，查詢周邊消火栓等數(shù)據(jù)，并可查看周邊力量，已調(diào)派力量以及力量編成等信息。預案式推演系統(tǒng)具備對每一種災情設(shè)定和作戰(zhàn)部署進行查詢、調(diào)取的功能，行動部署創(chuàng)建的所有環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中都會記錄保存，并且可以以預案的形式倒出。

二、建筑火災預案式推演系統(tǒng)的應(yīng)用研究

現(xiàn)階段，預案式推演系統(tǒng)主要應(yīng)用于滅火戰(zhàn)術(shù)類課程的教學活動中，開展案例教學、組織實施想定作業(yè)以及進行數(shù)字化預案制作都可以采用預案式推演系統(tǒng)。從組織形式上來看，清晰的火場視角可以提升受訓人員的學習積極性;從活動效果上來看，階段式的推演方便受訓人員以不同指揮層級的角度考慮火場指揮決策的問題。

（一）案例教學

案例教學活動的開展有助于學員準確理解各類戰(zhàn)術(shù)原則、戰(zhàn)術(shù)方法，培養(yǎng)指揮員的現(xiàn)場決策能力。在采用預案式推演系統(tǒng)開展案例教學之前，首先，應(yīng)將案例中事故建筑及周邊情況進行三維場景搭建，設(shè)置力量編成，并進行火情災情設(shè)置。案例教學過程中，根據(jù)案例真實情況進行推演，將各階段人員、車輛部署標注于三維場景中，使整個火場的滅火救援情況清晰可見。案例推演結(jié)束后，系統(tǒng)以視頻形式導出案例的推演過程。

在案例推演的各個階段，學員可根據(jù)災情及現(xiàn)場的力量部署情況，以不同層級指揮員的身份對下一階段火場的決策部署進行討論，這樣，可以從理性的角度看待火場的指揮決策，有助于初戰(zhàn)指揮能力的培養(yǎng)。一起火災撲救行動是由若干個火場行動任務(wù)構(gòu)成的，在火場中，每一項火場行動任務(wù)都有專門的人員負責開展。以火場供水為例，在組織火場供水行動之前，需要考慮火場與水源的距離情況，根據(jù)供水車數(shù)量確定火場供水方式，后方供水點與火場前方供水對應(yīng)關(guān)系等問題，這考察了作為一名火場指揮員的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力。在開展案例教學時，可以在設(shè)定的建筑火災場景中，對某一具體戰(zhàn)斗行動的組織實施進行分析和討論。在一起火災撲救工作結(jié)束后，往往會組織戰(zhàn)評活動對滅火工作的經(jīng)驗教訓進行總結(jié)討論。這一評價工作主要是從力量調(diào)集、初戰(zhàn)指揮、火場主要方面、滅火行動、火場安全等多方面開展的。在案例教學活動中，系統(tǒng)可導出整個案例推演過程，可以瀏覽整個滅火救援行動，方便對火災撲救的各個環(huán)進行回顧與評價，總結(jié)此類火災的撲救方法，注意事項等。

與傳統(tǒng)課堂講授式的案例教學相比，采用預案式推演系統(tǒng)開展案例教學的優(yōu)勢在于提供可視化的火場環(huán)境，增強感性認識，有助于理解火場的具體行動安排，提升開展案例教學的效果。

（二）想定作業(yè)

想定作業(yè)是滅火戰(zhàn)術(shù)類課程開展的實踐教學活動，是從學員第一任職需要出發(fā)，結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學內(nèi)容，以培養(yǎng)指揮能力為目的所開展的教學活動。想定作業(yè)的實施要結(jié)合某一具體的滅火救援案例的實景，根據(jù)想定作業(yè)實施的時長以及訓練科目的內(nèi)容，調(diào)整案例的推演過程，并設(shè)置相應(yīng)的問題，由學員給出相應(yīng)的解決方案。通過想定作業(yè)活動，主要培養(yǎng)學員分析判斷、運籌決策、組織協(xié)調(diào)、臨機處置的能力。

采用預案式推演系統(tǒng)可以開展可視化的想定作業(yè)活動，系統(tǒng)可以對建筑模型及周邊環(huán)境進行自主搭建，建筑內(nèi)火點、災情可自行設(shè)置，這一系統(tǒng)功能與想定作業(yè)中基本想定與補充想定的開展相切合。在開展想定作業(yè)活動時，學員可在系統(tǒng)界面上進行操作，設(shè)置力量部署，標注進攻撤退路線、組合供水線路等，實現(xiàn)由學員自己完成一場火災的決策與部署。想定作業(yè)中，即題作業(yè)是重要的組成部分，想定作業(yè)的組織者根據(jù)火情內(nèi)容，假設(shè)一種火場發(fā)生的情況設(shè)置障礙，讓作業(yè)人員針對此種情況給出解決方案或者進行力量調(diào)整，用以考察培養(yǎng)學員的臨機指揮能力。而這一假設(shè)的火場情況，可以在預案式推演系統(tǒng)中進行重構(gòu)。

（三）數(shù)字化預案制作

在以平面數(shù)據(jù)為主的滅火救援預案中，滅火救援信息資料很難直觀地為指揮員提供準確的指揮輔助信息。為進一步規(guī)范滅火救援預案編制、轄區(qū)情況熟悉和實戰(zhàn)演練工作，2015年消防局制定了《公安消防部隊滅火救援數(shù)字化預案規(guī)定（試行）》，首次提出了消防安全重點單位滅火救援預案數(shù)字化的編制要求。2017年10月，消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進“智慧消防”建設(shè)的指導意見》。意見提出了綜合運用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進“智慧消防”建設(shè)。要求各級消防隊伍按照“統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準、統(tǒng)一關(guān)鍵技術(shù)、屬地組織建設(shè)、體現(xiàn)層級差異、便于實際應(yīng)用”的建設(shè)原則，針對不同規(guī)模、不同類型的對象分級、分類開展數(shù)字化預案編制工作。數(shù)字化預案的編制向著可自主編輯、預案可嚴格管理、外部數(shù)據(jù)可大量集成的方向發(fā)展。在培養(yǎng)消防隊伍初戰(zhàn)指揮員的過程中，預案編制應(yīng)當作為第一任職需要的重要組成部分，予以高度重視。傳統(tǒng)的紙質(zhì)預案、平面數(shù)據(jù)預案已經(jīng)明顯不符合當前“智慧消防”的工作要求。那么，在開展預案制作教學工作時，也應(yīng)當緊跟步伐，以數(shù)字化預案制作為教學重點。采用預案式推演系統(tǒng)進行預案制作時，可以真實反映對象基本信息，準確體現(xiàn)建筑內(nèi)外消防設(shè)施，合理設(shè)置災情和制定作戰(zhàn)部署，全面集中消防數(shù)據(jù)資源，提升預案的實戰(zhàn)效能?？梢暬牟僮鹘缑婺苁箤W員更好的以數(shù)字化的視角理解預案的編寫制作。

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本文課題來源：公安消防部隊高等?？茖W校校級課題《建筑火災撲救預案式推演系統(tǒng)研究》，項目編號：2018012。