袁英峰 陳萌萌 劉敬松 高習(xí)鵬

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

1 虛擬現(xiàn)實(shí)裝備技術(shù)概述

虛擬現(xiàn)實(shí)（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(shí)的場(chǎng)景，包括計(jì)算機(jī)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(cè)技術(shù)、語(yǔ)音識(shí)別與合成技術(shù)、人工智能技術(shù)等多種高新技術(shù)。通過(guò)構(gòu)建三維場(chǎng)景，模擬事物發(fā)展，虛擬人與人、人與物之間互動(dòng)過(guò)程，使參與者產(chǎn)生身入其境的現(xiàn)實(shí)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(jī)。

（3）面部識(shí)別裝備。

實(shí)時(shí)動(dòng)作捕捉系統(tǒng)，通過(guò)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(jī)械，設(shè)備內(nèi)部設(shè)置上百個(gè)感應(yīng)器單元，能夠與控制器聯(lián)動(dòng)，在VR場(chǎng)景中通過(guò)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(dá)到更為豐富細(xì)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(duì)的業(yè)務(wù)骨干和滅火救援專家，充分運(yùn)用三維可視化技術(shù)對(duì)“高、低、大、化”四類場(chǎng)所的預(yù)案進(jìn)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(duì)先后通過(guò)VR裝備技術(shù)搭建平臺(tái)制作滅火救援預(yù)案。

（2）實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練。

運(yùn)用VR裝備技術(shù)構(gòu)建視覺、聽覺、感覺等火災(zāi)場(chǎng)景，消防指戰(zhàn)員可以在模擬場(chǎng)景中借助3D眼鏡以及相關(guān)設(shè)備感受事故現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)在近似實(shí)戰(zhàn)的場(chǎng)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(chǎng)，使參訓(xùn)指戰(zhàn)員進(jìn)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(guò)程，培養(yǎng)指戰(zhàn)員的心理素質(zhì)。

3 運(yùn)用VR裝備技術(shù)進(jìn)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(shì)發(fā)展迅速、煙霧大、內(nèi)攻困難等特點(diǎn)。處置商業(yè)綜合體以及地下建筑火災(zāi)時(shí)，缺乏經(jīng)驗(yàn)的消防指戰(zhàn)員在火場(chǎng)情況不明的情況下實(shí)施內(nèi)攻救人，易發(fā)生人員傷亡事故。

通過(guò)相關(guān)案例可知，有必要進(jìn)行內(nèi)攻實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，傳統(tǒng)訓(xùn)練受時(shí)間、場(chǎng)地、安全以及成本等因素，無(wú)法經(jīng)常性開展[1]。傳統(tǒng)訓(xùn)練無(wú)法完全模擬火場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境，只能簡(jiǎn)單搭建部分實(shí)景，天氣和時(shí)間與現(xiàn)實(shí)環(huán)境存在較大差異，消防員無(wú)法切實(shí)感受到火場(chǎng)內(nèi)部環(huán)境的復(fù)雜性，達(dá)不到實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練的效果。

緊急避險(xiǎn)訓(xùn)練無(wú)法真實(shí)還原，只能通過(guò)視頻或者戰(zhàn)例研討的形式進(jìn)行總結(jié)學(xué)習(xí)，無(wú)法針對(duì)緊急事故進(jìn)行專項(xiàng)訓(xùn)練。受心理壓力影響，指戰(zhàn)員面對(duì)即將發(fā)生的危險(xiǎn)時(shí)無(wú)法快速反應(yīng)、采取相應(yīng)的避險(xiǎn)措施[2]。

運(yùn)用VR裝備技術(shù)進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)化內(nèi)攻訓(xùn)練能夠有效解決內(nèi)攻訓(xùn)練不符實(shí)戰(zhàn)的問(wèn)題，進(jìn)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(duì)指戰(zhàn)員處置建筑類火災(zāi)事故具有較好的促進(jìn)作用。

4 基于VR裝備技術(shù)建筑火災(zāi)的場(chǎng)景構(gòu)建

（1）建筑場(chǎng)景構(gòu)建。

可以模擬建筑內(nèi)外場(chǎng)景，如商業(yè)綜合體、地下商場(chǎng)、歌舞娛樂(lè)場(chǎng)所、電影院、會(huì)堂禮堂等人員密集場(chǎng)所。

（2）時(shí)間場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)景構(gòu)建。

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

（5）內(nèi)部場(chǎng)景構(gòu)建。

可以模擬復(fù)雜的疏散路線、無(wú)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(chǔ)存有毒或易燃易爆物質(zhì)的房間等。

（6）事故場(chǎng)景構(gòu)建。

如進(jìn)入內(nèi)部疏散人群、搜索建筑內(nèi)的被困人員、救助行動(dòng)不便的人群（老人、兒童或已昏迷人員）、強(qiáng)攻滅火、火場(chǎng)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(guò)模擬內(nèi)攻時(shí)滅火戰(zhàn)斗的每個(gè)環(huán)節(jié)步驟，使指戰(zhàn)員實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)、直觀地體驗(yàn)每一個(gè)場(chǎng)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(chǎng)煙氣發(fā)展?fàn)顩r，內(nèi)攻人員根據(jù)場(chǎng)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(chǎng)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(duì)講機(jī)、安全繩等約16 kg的個(gè)人防護(hù)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(guò)視覺觀察和聲音辨別進(jìn)行搜索被困人員。

（3）火場(chǎng)排煙。

火場(chǎng)內(nèi)部?jī)?chǔ)存大量可燃物時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量煙氣，影響指戰(zhàn)員的滅火行動(dòng)，火場(chǎng)排煙是否順利會(huì)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(chǎng)景，模擬商業(yè)綜合體時(shí)，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(kuò)散；伴隨火勢(shì)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(chǎng)景中，內(nèi)攻人員應(yīng)在最短時(shí)間內(nèi)，破拆門窗洞口、打開天窗、拆除商場(chǎng)外廣告牌或采光頂棚，為疏散被困人員和阻止火勢(shì)蔓延贏得時(shí)間。

（4）強(qiáng)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(chǎng)景，內(nèi)攻人員應(yīng)按照前虛后實(shí)、探步前進(jìn)的方式，以低姿行進(jìn)，同時(shí)一只手向前摸索，確保前進(jìn)方向無(wú)危險(xiǎn)。

在構(gòu)建轟燃的場(chǎng)景中，模擬室內(nèi)所有可燃物同時(shí)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(guò)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?jī)?nèi)攻，提前謀劃撤離路線。選用開花水槍對(duì)門窗外表進(jìn)行降溫處理，通過(guò)門窗洞口等縫隙，使用噴霧水槍對(duì)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(shí)，應(yīng)選擇正確姿勢(shì)，如跪姿或臥姿，減少轟燃給內(nèi)攻人員帶來(lái)傷害。

構(gòu)建射水氣化的場(chǎng)景，水遇到正在燃燒的可燃物會(huì)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(chǎng)撲救以及緊急撤離工作帶來(lái)困難。該場(chǎng)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(shí)，快速射水降溫壓制火勢(shì)，稀釋周邊煙氣濃度；確?；饒?chǎng)不會(huì)發(fā)生回燃或轟燃時(shí)，及時(shí)打開門窗進(jìn)行火場(chǎng)排煙降溫，保證內(nèi)攻人員生命安全。

（5）緊急避險(xiǎn)。

構(gòu)建內(nèi)攻人員需要緊急避險(xiǎn)的場(chǎng)景，如火勢(shì)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(chǎng)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(chǎng)景中，指戰(zhàn)員應(yīng)利用安全繩通過(guò)窗口撤離或沿水帶緊急逃生。

構(gòu)建建筑坍塌的場(chǎng)景，建筑構(gòu)件受熱達(dá)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(qiáng)度基本喪失，鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度在600 ℃時(shí)下降2/3，結(jié)構(gòu)隨之發(fā)生明顯變形。這些場(chǎng)景均會(huì)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(jiān)固掩體一側(cè)進(jìn)行避險(xiǎn)。

空氣呼吸器壓力不足或故障的場(chǎng)景，內(nèi)攻人員應(yīng)克制恐慌，保持清醒，防止呼吸過(guò)快，減少劇烈運(yùn)動(dòng)，延長(zhǎng)空氣呼吸器的使用時(shí)間?？諝夂粑鞴收蠒r(shí)，內(nèi)攻人員可利用濕毛巾包裹空氣呼吸器面罩的進(jìn)氣口進(jìn)行過(guò)濾，同時(shí)快速撤離火場(chǎng)。

（6）心理壓力克服。

利用VR裝備技術(shù)開展心理訓(xùn)練時(shí)應(yīng)遵循由淺入深原則，針對(duì)每個(gè)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(duì)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(chǎng)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(qiáng)對(duì)裝備使用了解。

通過(guò)VR裝備技術(shù)將日常使用的裝備器材設(shè)置于虛擬場(chǎng)景中，根據(jù)不同事故場(chǎng)景開展針對(duì)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(chǎng)景下的裝備應(yīng)用能力。

可以通過(guò)視頻回放對(duì)指戰(zhàn)員內(nèi)攻的處置進(jìn)行剖析評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決處置過(guò)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(shí)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(yǔ)

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(shí)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(xiǎn)等方面的能力素質(zhì)，解決指戰(zhàn)員實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)不足問(wèn)題，為更好地開展滅火救援工作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。