虚拟现实技术在矿山救护队消防训练中的应用

祁 巍

(神东煤炭集团救护消防大队，内蒙古 鄂尔多斯 017209)

0 引言

矿山救护队是以《煤矿安全规程》《矿山救护规程》等法规为依据成立的处理和抢救矿井火灾、矿山水灾、瓦斯与煤尘爆炸、瓦斯突出与喷出、火药爆破炮烟中毒等矿山灾害，具有职业性、技术性、军事化的专业救援队伍，并且很多矿山救护队兼具辅助地方消防救援任务。矿山救护队机构设置一般包括战训科、装备管理科、综合科、应急救援调度室等，救护大队下设不同数量的救护中队。

近年来，随着火灾及各种突发事故的增加，消防救援队所承担的灭火救援任务越来越繁重，各类辅助消防队伍在救援过程中发挥越来越大作用，同时，消防救援过程中复杂环境中潜在的风险也制约消防救援任务顺利、出色地完成。据统计，在过去的几年间，在消防救援过程中，各类消防救援队伍平均每年有数十名消防救援队员在救援战斗中因公牺牲，受伤的人数更多。提高训练质量、合理评价训练效果是降低矿山救护队在消防救援过程中救援人员伤亡的合理有效手段。传统的消防救援训练的训练场景通常与灾害现场实际情况有一定的出入，灾害情景构建不够灵活。虚拟现实技术(Virtual Reality Technology，缩写为VRT)将计算机、电子信息、仿真技术于一体，利用VR眼镜、头盔等设备实现虚拟环境模拟，能够让使用者在虚拟环境中获得环境沉浸感、拥有感知功能、实现人机交互。

20世纪90年代，成熟的虚拟仿真技术产品在英国和美国就已经应用于消防训练。VRT技术可以实现消防训练虚拟环境的构建，可以开展以真实环境为依托的消防救援训练，能够检测救援过程中可能出现危害救护队员的风险，能够更加科学、规范的制定解危措施，从而更好响应应急管理部消防救援局最新提出的消防救援队伍作战训练行动“坚持指战员‘生命至上’原则”。

1 矿山救护队消防训练

在消防救援工作中，危及消防官兵生命的安全隐患主要有:建筑坍塌、爆炸、爆燃或轰燃、坠落或掉落、触电、烟气中毒、大火围困、堆垛塌方和其他灾害事故。建筑坍塌、爆炸、爆燃或轰燃成为造成消防官兵牺牲的主要隐患。其中，因建筑坍塌、爆炸、爆燃或轰燃造成官兵牺牲人数，占总牺牲人数的70%以上，建筑坍塌造成的牺牲人数最多，约占总牺牲人数的40%以上。

消防救援工作危险度高，个人素质、责任意识影响指挥水平和救援实施效果，通过加强业务训练对保障救援过程中消防队员自身安全至关重要。通常消防工作的业务训练包括训练准备、体能训练、攀登训练、绳索训练、翻越障碍、模拟训练实战演练等，枯燥的训练容易受到基层管理人员和消防队员的抵触，而实战训练、组织指挥相对组织难度较大，这严重影响了矿山救护队消防作战能力，也难以保障消防队员的自身安全。

地面消防训练基地建设要实现安全系数高、设施场景可变化的火灾等真实场景训练场，在场地面积、建设经费等方面投入较多，而矿山救护队的主要救援任务是矿山灾害救护，兼作地方地面消防队伍，建设全面真实场景的训练基地很难保证设备设施利用率，较高的维护费用也不利于矿山救护队的发展。

2 虚拟现实技术及其在消防训练中的应用

随着计算机硬件性能的提升，虚拟现实技术在工程技术上的应用越来越多，在消防救援工作的日常培训、模拟实战等方面有着广阔的应用前景。

2.1 消防安全教育

消防安全教育是提高消防队员安全意识、自救能力的重要途径。传统方式单纯地采用文字、图片等手段比较枯燥，不利于接受，采用虚拟现实技术通过模拟实践能使消防队员清晰、透彻的理解各种危险源所带来的危害，以及危害程度，印象深刻。

2.2 虚拟消防训练

消防实战训练是消防救援单位重要的战训环节，消防实战训练受时间、场地、设备、经费等的约束，很难经常开展。消防实战训练是提高消防救援部队实战能力最有效的方法，传统实战训练需要较大的训练场地，多部门配合，物资消耗较大，创建不同的灾害环境更增加了物资消耗和人员配合。另外，受现场条件的限制，传统训练方式的复盘重演不易实现。使用VRT建立虚拟消防训练系统，可以在模拟训练系统中实现场景内漫游，能够准确地观测到指挥员现场指挥细节、观察到消防队员在救援过程具体施救方法和解危措施，能够观察到参加救援的侦查人员、消防队员、指挥员现场协作效果，而且可以实现人员异地同步消防演练。

2.3 解危措施模拟

消防救援的环境复杂、危险源种类繁多，不同的灾害现场、不同的受灾人群、不同的救援人员，相同的解危措施效果往往大相径庭。在真实的环境中受灾人和救援人的情绪和行为与传统训练中有较大区别。虚拟环境的建设能最大限度的模拟灾害发生过程真实环境，在“身临其境”的条件下观察相关人员情绪和行为，并对采取应对措施的有效性、合理性进行评估。

VRT具备实现过程回放、数据交互的功能，有利于发现救援过程中事故发生的具体细节，有利于观测相关人员在真实环境下的行为反应，对优化救援方案和解危措施具有指导作用。

2.4 火灾模拟

火灾救援是地面消防工作中的主要任务之一，逼真的模拟火灾救援现场模拟费用高、安全隐患多，不易实现；计算机数值模拟技术模拟火灾事故得出的数据繁杂，需要专业人员解析，不利于救护队人员理解分析。

通过使用VR眼镜、VR头盔等设备在创建虚拟的火灾事故现场进行训练，能够将火灾事故发展的过程、真实环境完整的展示给相关受训人员，并能够提高相关受训人员对火灾事故发展过程的感知认识。在模拟过程中能够实现动态交互，根据实际情况调整灾害相关参数，并对影响救援的烟气流动等进行动态观测，见图1。

2.5 灾害现场重建

火灾现场痕迹是确定火灾起因、认定事故性质的关键证据，采集现场数据三维重建火灾现场痕迹，可以用来推演火灾发生过程，为得到准确、可靠的结论提供支撑。VRT可以快速高效的重建火灾现场，模拟火灾发生、蔓延等过程，可以检查现场消防设施设置、灾情回溯和火灾分析。

3 结语

将虚拟现实技术应用到消防救援中，可以提高训练质量，提高消防队伍实战能力，是满足现代化消防救援队伍建设的技术手段。通过虚拟现实技术开展模拟实战训练比传统的模拟实战具有如下优势：

1)减少训练场地面积，节省大量人力物力，缩短模拟实战训练筹备时间，在相同参数条件下可重复演练；2)利用计算机建模可以实现复杂真实场景设计，可以使受训者身临其境中获得环境沉浸感，可以拥有感知功能、实现人机交互；3)虚拟现实技术可以为消防救援活动提供决策支持，通过模拟技术为决策者提供最优方案；4)降低训练过程中物资消耗、减少设备磨损和维护；5)仿真度高、安全系数高；6)训练数据采集全面、高速，便于分析总结。

矿山救护队辅助消防队伍，采用先进技术提高训练质量能够保障救护队员在训练和执行任务过程中的安全。