虚拟仿真在地震应急演练中的应用

史双双 赵 强

(1.山西省地震灾害研究所，山西 太原 030021；2.山西省地震局，山西 太原 030025)

虚拟仿真在地震应急演练中的应用

史双双1赵 强2*

(1.山西省地震灾害研究所，山西 太原 030021；2.山西省地震局，山西 太原 030025)

地震应急演练能够检验地震应急准备工作和应急能力。虚拟仿真技术的引入在地震应急演练中发挥重要作用，主要应用在人员搜救、灾害损失评估、联动指挥、次生灾害模拟等应急演练科目。

虚拟仿真，地震应急，演练

0 引言

地震具有突发性、破坏性、广泛性的特点，一旦发生地震，需要政府各部门、企事业单位、全社会群众共同参与应对。我国自2003年党中央国务院第一次提出高度重视非常态管理，提出“一案三制”，即制订修订应急预案;建立健全应急的体制、机制和法制。为应对自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件，我国制定了550余万件的应急预案。演练既是检测城市重大事故应急准备工作和应急能力的方法，也是开展应急准备过程的主要任务之一。利用虚拟仿真技术模拟各种灾场，具有占地小、经费少、可重复利用等特点，在地震应急领域具有广阔的前景。

1 发展现状

《国家突发事件应急体系建设“十三五”规划》提出建设国家公共安全应急体验基地：“依托中央企业现有资源，模拟地震、海啸、洪涝、地质灾害、火灾、溺水、交通事故、电梯事故、危险化学品事故、矿山事故、紧急救护、突发急性传染病疫情、家居安全等灾害和应急场景，并采用声光电和多媒体等技术，建设基于真实三维环境的突发事件模拟仿真设施、沉浸式体验设施、应急装备模拟操作设施、应急自救互救技能演示和训练设施等，建成科普展示、虚拟体验和实训演练的公共安全应急体验基地”。

美国的应急管理模拟系统和荷兰的虚拟桌面推演系统都广泛地应用仿真模拟技术建设三维要素场景，但存在的缺陷是无法再现整个地震灾害发生过程及次生灾害的叠加[1]。虚拟仿真演练是以地震应急预案为基础，演练场景为本地地震灾害的虚拟仿真。灾情虚拟仿真技术应用到地震应急演练时，将地震动参数输入到城市建筑模型中，不仅可以看到地震发生时的破坏过程，还可以模拟出生命线系统的破坏情况、影响区域，甚至可以模拟出次生火灾起火、扩散过程。结合3D图形引擎、VR技术进行可视化开发，可以清晰地看到不同建筑的破坏情况[2]。真实地模拟地震灾害现场，既可以向公众进行地震知识科普，又可以为政府和各部门组织提供演练平台。

通过对地震发生过程进行情景再现的模拟，对建筑物不同情形下的倒塌模式及其在空间上的分布特征按照不同程度模型并构建三维场景，结合次生灾害模拟方法，并进行场景整合的分析与构建[3]，打造一个与现实情况极其类似的虚拟地震灾害场景，形成一个逼真的视觉效应，使观众沉浸其中。

2 应用

虚拟仿真技术在地震应急演练方面的应用主要体现在人员搜救、灾害损失评估、多部门联动、次生灾害处置等多种领域。

在进行人员搜救训练时，针对不同的训练任务，可以设计宏观灾区模型、搜索区域模型、作业现场模型三种不同细节度模型。在作业现场模型中，根据历史救援经验，细分出若干种倒塌类型，检验应急救援人员的救援方案和施救过程。这种虚拟演练可以极大地节省人力和物力。

进行灾害评估演练时，可以按每一结构类型不同破坏等级的震害特征建立仿真模型，应用3dmax和Maya等图形工具软件三维建模，将模型应用到计算出的震害结果中。灾害损失评估人员可以身临其境地走入虚拟灾区进行损失评估。评估完成后，将评估结果与计算机模拟结果对比打分，从而精确地了解灾评人员的技术能力。

人员物资调度、多部门联动等任务也可以通过虚拟仿真进行演练。利用地震灾害仿真系统可以制造出比传统演练更直观、更真实、更复杂的灾害场景。除了可以模拟某个烈度或地震动参数下的建筑破坏情况，还可以模拟生命线工程破坏后的影响范围，以及次生灾害的模拟。并且由于系统中的房屋建筑、生命线工程参数都是真实的数据，模拟地震灾害也是为城市做了一次“体检”，让管理者清楚地看到城市存在的风险。

地震还会引发火灾、毒气泄露、滑坡等次生灾害。地震导致的电路短路、煤气泄露等会引起火灾，如1906年美国旧金山地震、1923年日本东京关东地震和1995年阪神地震都引发了严重次生火灾，造成上万人被烧死。大量历史资料表明，地震次生火灾是20世纪以来造成人员伤亡最严重的地震次生灾害。利用计算机模拟地震次生火灾起火、蔓延及烟气扩散，再将模拟结果用3D图形引擎进行可视化开发，可以直观地看出震后次生灾害的严重程度。有助于决策者充分了解城市地震风险，修订应急预案中的不足。

3 展望

虚拟仿真技术在地震应急领域还处在探索阶段，随着科技的不断飞跃和计算机硬件的提升，虚拟仿真技术将在地震应急领域得到更多更广的发展。

[1] 贾群林，周柏贾.地震灾害场景仿真模拟的研究与应用[J].计算机研究与发展，2010,47(6):1038-1043.

[2] 侯建盛,李 民.地震应急管理进展[J].国际地震动态，2008，249(1)：14-20.

[3] 张小兵，张 然,解玉宾.我国应急演练管理研究新进展[J].中国安全生产科学技术,2016,12(10)：68-73.

Applicationofvirtualsimulationinearthquakeemergencyresponseexercise

ShiShuangshuang1ZhaoQiang2*

(1.ShanxiEarthquakeDisasterInstitute,Taiyuan030021,China;2.ShanxiEarthquakeAgency,Taiyuan030025,China)

Earthquake emergency response exercise can test earthquake emergency preparedness and emergency response capability. The introduction of virtual simulation technology plays an important role in earthquake emergency exercise. The applications contain personnel rescue, disaster loss assessment, linkage command, secondary disaster simulation and other emergency exercise subjects.

virtual simulation, earthquake emergency response, exercise

TP391.9

A

1009-6825(2017)26-0052-02

2017-07-03

史双双(1984- )，女，工程师

赵 强(1983- )，男，工程师