袁英峰 陳萌萌 劉敬松 高習(xí)鵬

（1.中國礦業(yè)大學(xué)（北京），北京 100083；2.商丘市消防救援支隊，河南商丘 476000；3.開封市消防救援支隊，河南開封 475000）

1 虛擬現(xiàn)實裝備技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實（VR）裝備技術(shù)可以借助聲、光、煙、電等科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造近似真實的場景，包括計算機視覺技術(shù)、視覺生理學(xué)與心理學(xué)技術(shù)、仿真模型技術(shù)、傳感器與檢測技術(shù)、語音識別與合成技術(shù)、人工智能技術(shù)等多種高新技術(shù)。通過構(gòu)建三維場景，模擬事物發(fā)展，虛擬人與人、人與物之間互動過程，使參與者產(chǎn)生身入其境的現(xiàn)實感覺。

（1）視覺裝備。

VR顯示器，內(nèi)部為全息顯示屏，是最核心的設(shè)備。

（2）聽覺裝備。

配套耳機。

（3）面部識別裝備。

實時動作捕捉系統(tǒng)，通過虛幻引擎將面部表情和口型完美呈現(xiàn)在虛擬角色上。

（4）觸覺裝備。

手套，外觀類似于外骨骼機械，設(shè)備內(nèi)部設(shè)置上百個感應(yīng)器單元，能夠與控制器聯(lián)動，在VR場景中通過內(nèi)部的空氣壓力變化模擬相應(yīng)的觸感；體感衣，利用肌肉電脈沖技術(shù)，以生物電的形式將感覺由神經(jīng)系統(tǒng)傳輸至大腦，模擬相應(yīng)環(huán)境溫度，達到更為豐富細膩的VR效果。

2 VR裝備技術(shù)在消防救援工作中的應(yīng)用

（1）預(yù)案編制。

2017～2018年，應(yīng)急管理部消防局組織相關(guān)總隊的業(yè)務(wù)骨干和滅火救援專家，充分運用三維可視化技術(shù)對“高、低、大、化”四類場所的預(yù)案進行修訂完善，應(yīng)用于培訓(xùn)考核和沙盤推演；部分消防救援總隊先后通過VR裝備技術(shù)搭建平臺制作滅火救援預(yù)案。

（2）實戰(zhàn)化訓(xùn)練。

運用VR裝備技術(shù)構(gòu)建視覺、聽覺、感覺等火災(zāi)場景，消防指戰(zhàn)員可以在模擬場景中借助3D眼鏡以及相關(guān)設(shè)備感受事故現(xiàn)場，通過在近似實戰(zhàn)的場景中訓(xùn)練，提高指戰(zhàn)員滅火救援處置能力。

（3）心理訓(xùn)練。

VR裝備技術(shù)可以重現(xiàn)災(zāi)害事故處置現(xiàn)場，使參訓(xùn)指戰(zhàn)員進入立體逼真、情況多變、緊張刺激的環(huán)境中，身臨其境參與事故處置全過程，培養(yǎng)指戰(zhàn)員的心理素質(zhì)。

3 運用VR裝備技術(shù)進行建筑火災(zāi)內(nèi)攻訓(xùn)練的必要性

建筑火災(zāi)具有可燃物多、火勢發(fā)展迅速、煙霧大、內(nèi)攻困難等特點。處置商業(yè)綜合體以及地下建筑火災(zāi)時，缺乏經(jīng)驗的消防指戰(zhàn)員在火場情況不明的情況下實施內(nèi)攻救人，易發(fā)生人員傷亡事故。

通過相關(guān)案例可知，有必要進行內(nèi)攻實戰(zhàn)化訓(xùn)練，傳統(tǒng)訓(xùn)練受時間、場地、安全以及成本等因素，無法經(jīng)常性開展[1]。傳統(tǒng)訓(xùn)練無法完全模擬火場內(nèi)部環(huán)境，只能簡單搭建部分實景，天氣和時間與現(xiàn)實環(huán)境存在較大差異，消防員無法切實感受到火場內(nèi)部環(huán)境的復(fù)雜性，達不到實戰(zhàn)化訓(xùn)練的效果。

緊急避險訓(xùn)練無法真實還原，只能通過視頻或者戰(zhàn)例研討的形式進行總結(jié)學(xué)習(xí)，無法針對緊急事故進行專項訓(xùn)練。受心理壓力影響，指戰(zhàn)員面對即將發(fā)生的危險時無法快速反應(yīng)、采取相應(yīng)的避險措施[2]。

運用VR裝備技術(shù)進行實戰(zhàn)化內(nèi)攻訓(xùn)練能夠有效解決內(nèi)攻訓(xùn)練不符實戰(zhàn)的問題，進行重復(fù)化訓(xùn)練，降低訓(xùn)練成本，減少訓(xùn)練安全事故，對指戰(zhàn)員處置建筑類火災(zāi)事故具有較好的促進作用。

4 基于VR裝備技術(shù)建筑火災(zāi)的場景構(gòu)建

（1）建筑場景構(gòu)建。

可以模擬建筑內(nèi)外場景，如商業(yè)綜合體、地下商場、歌舞娛樂場所、電影院、會堂禮堂等人員密集場所。

（2）時間場景構(gòu)建。

可以模擬白天以及火災(zāi)事故頻發(fā)的凌晨和夜晚。

（3）氣候場景構(gòu)建。

可以模擬霧天、晴天、影響滅火戰(zhàn)斗的雨雪天以及多變的風(fēng)向。

（4）環(huán)境場景構(gòu)建。

可以模擬能見度低的濃煙環(huán)境、無法通過聲音辨別方向的噪音環(huán)境等。

（5）內(nèi)部場景構(gòu)建。

可以模擬復(fù)雜的疏散路線、無法清晰辨認(rèn)的安全出口、誤導(dǎo)疏散的眾多房間門、高溫烘烤下易坍塌的墻體或樓板、高壓配電室、大量堆積的可燃貨物、儲存有毒或易燃易爆物質(zhì)的房間等。

（6）事故場景構(gòu)建。

如進入內(nèi)部疏散人群、搜索建筑內(nèi)的被困人員、救助行動不便的人群（老人、兒童或已昏迷人員）、強攻滅火、火場排煙等。

5 基于VR裝備技術(shù)的內(nèi)攻戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練

通過模擬內(nèi)攻時滅火戰(zhàn)斗的每個環(huán)節(jié)步驟，使指戰(zhàn)員實時、精準(zhǔn)、直觀地體驗每一個場景，提高指戰(zhàn)員內(nèi)攻滅火處置能力。

（1）火情偵查。

基于VR裝備技術(shù)模擬火場煙氣發(fā)展?fàn)顩r，內(nèi)攻人員根據(jù)場景偵查判斷火災(zāi)燃燒階段、煙氣蔓延大致方向以及疏散逃生的大致路徑等情況，為后續(xù)的力量部署提供參考。

（2）疏散救人。

在場景中，內(nèi)攻小組需佩戴全套戰(zhàn)斗服、空氣呼吸器、呼吸器、對講機、安全繩等約16 kg的個人防護裝備，在濃煙環(huán)境和身體負(fù)重的情況下，找尋疏散通道、樓梯間和安全出口，通過視覺觀察和聲音辨別進行搜索被困人員。

（3）火場排煙。

火場內(nèi)部儲存大量可燃物時，會產(chǎn)生大量煙氣，影響指戰(zhàn)員的滅火行動，火場排煙是否順利會決定內(nèi)攻戰(zhàn)斗和疏散救人是否成功。利用VR裝備技術(shù)構(gòu)建煙氣蔓延的場景，模擬商業(yè)綜合體時，煙氣首先垂直向上蔓延至頂棚，形成頂棚射流，并沿頂棚在水平方向擴散；伴隨火勢發(fā)展和煙氣產(chǎn)生，煙氣逐步在建筑頂部聚集并向下充斥空間；頂層能見度低于其他層，墻壁和角落周邊的能見度低于其他位置[3]。在以上場景中，內(nèi)攻人員應(yīng)在最短時間內(nèi)，破拆門窗洞口、打開天窗、拆除商場外廣告牌或采光頂棚，為疏散被困人員和阻止火勢蔓延贏得時間。

（4）強攻滅火。

利用VR裝備技術(shù)構(gòu)建建筑內(nèi)部地面高差較大或有塌陷可能的場景，內(nèi)攻人員應(yīng)按照前虛后實、探步前進的方式，以低姿行進，同時一只手向前摸索，確保前進方向無危險。

在構(gòu)建轟燃的場景中，模擬室內(nèi)所有可燃物同時全面燃燒，室內(nèi)充滿火焰，頂棚和門窗存在大量高溫濃煙，大量煙氣以翻滾形式從窗口上部涌出。通過觀察這些現(xiàn)象，指戰(zhàn)員可以預(yù)判轟燃發(fā)生的可能性，避免盲目內(nèi)攻，提前謀劃撤離路線。選用開花水槍對門窗外表進行降溫處理，通過門窗洞口等縫隙，使用噴霧水槍對房間內(nèi)部射水降溫，稀釋室內(nèi)煙氣濃度，避免室內(nèi)發(fā)生轟燃；射水時，應(yīng)選擇正確姿勢，如跪姿或臥姿，減少轟燃給內(nèi)攻人員帶來傷害。

構(gòu)建射水氣化的場景，水遇到正在燃燒的可燃物會瞬間蒸發(fā)，產(chǎn)生大量高溫水蒸氣，周邊環(huán)境溫度隨之升高、能見度快速下降，給火場撲救以及緊急撤離工作帶來困難。該場景中，內(nèi)攻人員可以選擇以下戰(zhàn)術(shù)，發(fā)現(xiàn)起火部位時，快速射水降溫壓制火勢，稀釋周邊煙氣濃度；確保火場不會發(fā)生回燃或轟燃時，及時打開門窗進行火場排煙降溫，保證內(nèi)攻人員生命安全。

（5）緊急避險。

構(gòu)建內(nèi)攻人員需要緊急避險的場景，如火勢和煙氣蔓延方向受天氣、風(fēng)向等因素影響而發(fā)生變化；火場煙霧濃、能見度低的環(huán)境內(nèi)攻，或在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、房間多、空間大的建筑內(nèi)搜救，內(nèi)攻人員易迷失方向。在以上場景中，指戰(zhàn)員應(yīng)利用安全繩通過窗口撤離或沿水帶緊急逃生。

構(gòu)建建筑坍塌的場景，建筑構(gòu)件受熱達到耐火極限發(fā)生局部坍塌或出現(xiàn)墜物，如混凝土在600 ℃以上的高溫作用下強度基本喪失，鋼結(jié)構(gòu)的強度在600 ℃時下降2/3，結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生明顯變形。這些場景均會阻礙內(nèi)攻人員安全撤離。內(nèi)攻人員應(yīng)雙手抱頭俯臥，在稍高于自身高度的堅固掩體一側(cè)進行避險。

空氣呼吸器壓力不足或故障的場景，內(nèi)攻人員應(yīng)克制恐慌，保持清醒，防止呼吸過快，減少劇烈運動，延長空氣呼吸器的使用時間。空氣呼吸器故障時，內(nèi)攻人員可利用濕毛巾包裹空氣呼吸器面罩的進氣口進行過濾，同時快速撤離火場。

（6）心理壓力克服。

利用VR裝備技術(shù)開展心理訓(xùn)練時應(yīng)遵循由淺入深原則，針對每個指戰(zhàn)員的心理承受能力，逐步增加事故處置的復(fù)雜程度，避免對指戰(zhàn)員造成心理壓力。

指戰(zhàn)員可以根據(jù)任務(wù)分工調(diào)整事故場景和訓(xùn)練內(nèi)容，提高內(nèi)攻人員的應(yīng)變心理素質(zhì)。

（7）加強對裝備使用了解。

通過VR裝備技術(shù)將日常使用的裝備器材設(shè)置于虛擬場景中，根據(jù)不同事故場景開展針對性訓(xùn)練，尤其訓(xùn)練破拆、救生等裝備的操作使用，提高內(nèi)攻人員熟練掌握不同場景下的裝備應(yīng)用能力。

可以通過視頻回放對指戰(zhàn)員內(nèi)攻的處置進行剖析評估，及時發(fā)現(xiàn)解決處置過程中存在的不足。指戰(zhàn)員可以根據(jù)參訓(xùn)人員的情況隨時中止模擬訓(xùn)練，避免安全事故發(fā)生，有效地保障指戰(zhàn)員的生命安全[4]。

6 結(jié)語

VR裝備技術(shù)的日趨成熟，將更多地應(yīng)用在各類事故的實戰(zhàn)化訓(xùn)練中，如建筑類火災(zāi)、煤礦類火災(zāi)、油罐類火災(zāi)、地震救援等，全面提高指戰(zhàn)員指揮決策、滅火戰(zhàn)斗、緊急避險等方面的能力素質(zhì)，解決指戰(zhàn)員實戰(zhàn)經(jīng)驗不足問題，為更好地開展滅火救援工作奠定堅實基礎(chǔ)。