烟草物流中心灭火救援逃生VR训练系统设计与实现

李志涌 吕永锞 贾学坤 吉志海

基金项目：重庆科技学院研究生科技创新计划项目（YKJCX2220721）

第一作者简介：李志涌（1999-），男，硕士研究生。研究方向为油气化工过程安全。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.12.024

摘  要：为提高烟草公司领导者与员工面对物流配送中心突发火灾的应急救援和紧急逃生能力，提出一种以虚拟火灾事故场景为中心的灭火救援逃生VR训练系统。该文论述以训练系统的整体框架及不同场景为中心的角色扮演型模拟训练模式，详细介绍系统的功能结构和各个模块的设计，包括界面登录模块、场景控制模块、训练管理模块、视频讲解模块、过程考核模块和数据评估模块6种功能结构，视频讲解和VR训练系统多样化的训练方式，加强训练者理论和实践的结合。结果表明，该系统可以为烟草物流行业提供一种先进的虚拟现实培训系统，有效提升灭火救援和逃生能力，保证人员安全。

关键词：烟草物流；灭火救援逃生；虚拟现实（VR）；训练系统；系统设计

中图分类号：TP391      文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）12-0108-04

Abstract： In order to improve the emergency rescue and emergency escape ability of tobacco company leaders and employees in the face of sudden fire in logistics distribution centers， a fire fighting， rescue and escape VR training system centered on virtual fire accident scenes was proposed. This paper discusses the overall framework of the training system and the role-playing simulation training mode centered on different scenarios， and introduces in detail the functional structure of the system and the design of each module， including six functional structures： interface login module， scene control module， training management module， video explanation module， process assessment module and data evaluation module， as well as video explanation and diversified training methods of VR training system， so as to strengthen the combination of trainer's theory and practice. The results show that the system can provide an advanced virtual reality training system for the tobacco logistics industry， effectively improve the fire fighting， rescue and escape ability， and ensure the safety of personnel.

Keywords： tobacco logistics; fire fighting， rescue and escape; virtual reality （VR）; training system; system design

中國是世界上最大的烟草生产国和运输国[1]，烟草物流行业承担着烟草产品的运输、仓储、分销任务，随着国家经济实力的增强，烟草行业也得到了飞速发展。烟草行业进步的同时也带来了很多的安全问题，造成了大量的人员伤亡和财产损失。2020年6月17日湖南双峰一居民住宅小区物流中转门店发生火灾，造成7人死亡[2]；2022年9月20日，广东中山一人抽烟后乱扔烟头引发火灾，导致物流货物发生起火，造成1人受伤[3]。烟草物流中心发生的火灾事故及机械伤害均会造成人员伤亡和财产的损失，因此开展烟草物流的安全性研究是非常有必要的。

虚拟现实（VR）作为一种先进的技术手段，已经和教育培训、高端制造、文化娱乐、医疗健康及商业贸易等众多领域融合[4-8]，展现出巨大的潜力，Abourgigah等[9]基于OGRE引擎和OIS系统，开发了面向石化厂区的三维应急救援演练平台。目前国内学者将虚拟现实技术与烟草物流结合开发了作业标准可视化平台，但VR技术与火灾安全培训、应急救援领域的融合尚未开展。基于此，本文利用VR虚拟现实技术开发基于火灾事故场景的三维动画视频案例库，开发员工的灭火救援和应急逃生训练系统。通过教育警示和案例演练，提升战时应急处置水平，尽可能减少烟草物流全流程、全业态活动中的事故损失和不利影响，控制风险的进一步延伸。

1  系统总体框架设计和虚拟场景的构建

1.1  系统总体框架设计

本系统通过采用现场实拍、测绘数据的方法获得工作现场实际场景，结合建筑CAD和消防规范确定消防设施的外形与摆放位置，实现数据的整合。使用3D Max创建火灾及烟气特效，将模型及场景导入3D Max后进行场景的渲染和加工，增强灾害效果，其中还加入了灭火、逃生知识点，增强员工意识，实现人机交互模拟训练，系统总体框架如图1所示。

图1  系统总体框架设计图

1.2  虚拟场景的构建

以场景为中心的训练系统，需要强交互性、添加特效并进行渲染优化打造出高逼真度的训练环境。为了构建烟草物流中心灭火救援逃生VR训练系统，选择办公区域与疏散通道作为虚拟场景，设置火灾渲染效果和声音特效，增加训练效果和真实感，虚拟场景在整合渲染完成后，加入火灾、烟雾等粒子特效，具体场景如图2所示。

2  系统功能设计

灭火救援逃生模拟训练场景应满足实战化训练的要求，包含不同灾害场景下的灭火救援方式、人机交互式模拟和训练效果的综合评估。灭火救援逃生VR训练系统的功能设计共包含以下6个模块：界面登录模块、场景控制模块、训练管理模块、视频讲解模块、过程考核模块和数据评估模块，具体过程结构如图3所示。

2.1  界面登录模块

界面登录模块包含用户注册、用户登录、用户权限管理3部分，通过注册功能记录训练者的基本信息并输入身份信息和密码可以进行用户登录，登录成功后，系统会为用户分配一个唯一的会话标识符，以便后续进行用户身份验证和成绩统计。

2.2  场景控制模块

场景控制模块负责管理和控制烟草物流中心灭火救援逃生训练系统的场景切换和信息标注功能，选择答案正确与否会切换为不同场景，以提供多样化的训练体验，场景切换完成后通过图形渲染技术和其他视觉效果来模拟火势、烟雾、光线等元素，真实还原火灾场景。

2.3  训练管理模块

训练管理模块是烟草物流中心灭火救援逃生训练系统中最核心的模块。其负责管理和组织用户的训练过程，共包含灭火救援模式和逃生模式。初期火灾时，训练者应选择合适的灭火设备扑灭火灾，火势较大时应使用正确的逃生方法撤离火场。

在灭火救援模式中，训练者需要面对真实还原的火灾场景，需要应对火势、烟雾等各种挑战。训练者发现火源后立即按下火灾报警按钮，启动火灾应急防控预案并拨打119报警电话，现场火势较小时，选择灭火器进行灭火，观看灭火器的正确使用方法并进行实际操作，手持下压阀对准火焰根部完成灭火。火势较大时选择消火栓设备完成灭火过程，灭火救援功能的设计提高了训练者应对突发火灾的能力，避免造成大量的人员伤亡和财产损失。火情难以控制时进入逃生模式，在这个模式下，训练者将面对虚拟现实中的火灾场景，需要迅速寻找安全出口、穿越烟雾、避免火源等。此处设置有相关火灾知识考察，训练者需要选择合适的逃生工具和逃生路线，选择不同的逃生通道会进入相应的场景，训练失败后重新进入逃生模式，在数据记录模块中记录用户在该模式下的训练次数、持续时间和成绩。

2.4  视频讲解模块

视频讲解模块提供了相关培训和指导的内容，以视频搭配人机交互的方式呈现，提供生动直观的讲解材料，增强用户的学习效果和训练体验。视频讲解模块包含视频录制剪辑和视频播放器功能，允许管理员或培训专家录制和编辑训练者灭火救援和逃生训练的相关视频内容。

2.5  过程考核模块

针对用户在训练过程中的表现和实际操作进行评估和考核设计了过程考核模块，共包括系统评判、场景演练、训练评估功能。基于用户在训练过程中的操作和决策，对其表现进行实时评判，模块会分析训练者的动作是否符合灭火救援和逃生的最佳实践，评估其操作的准确性和效率。根据训练者不同场景的表现、训练次数、完成时间等指标给出最终成绩，生成用户总体训练水平的評估报告。

2.6  数据评估模块

数据评估模块负责记录、分析、评估用户在训练过程中产生的数据，帮助用户了解其训练成绩并提供个性化的反馈。共包括数据记录功能、成绩记录功能、成绩导出，训练者的完成情况、选择错误的逃生路线、题目作答情况不理想都将被记录，管理者可以将所有参与训练者的个人信息和成绩导出Excel表格并进行针对化训练，提高个人火灾安全意识和灭火救援逃生能力。

3  系统功能的实现

根据以上方案设计开发的烟草物流中心灭火救援逃生VR训练系统界面支持大屏幕显示，增强训练者体验感，在系统总体架构方面，遵循模块化和分层架构的原则，使用基于事件驱动的架构来实现模块之间的解耦和灵活性，通过定义清晰的接口和消息传递实现模块之间的通信和交互。

进入界面登录时，提交自己的个人信息，可以进入训练端和管理端，训练员在火灾初期、中期可以根据场景信息标注指引选择合适的灭火方式，火势较大时不同的逃生方式进入不同场景，正确作答考核题目时训练完成，系统会根据训练者的表现进行综合评分，管理端为第三视角画面，可全程观看训练者的灭火救援方式与逃生路线。针对火灾知识训练，解决了烟草物流行业所面临的高风险、实际训练场景困难等问题，提高了领导层及监管者对员工的管理效果，为烟草物流行业的发展提供保障。

4  结论

1）以真实烟草物流中心做为底本，添加办公区域和逃生通道2个虚拟场景，不同阶段火灾使用针对性灭火设备，火势较大难以控制时立即选择合适的撤离工具并根据安全出口指示逃生通道撤离，提高训练者真实场景下面对火灾的应急处置和逃生能力。

2）烟草物流中心灭火救援逃生VR训练系统将训练系统分解为界面登录模块、场景控制模块、训练管理模块、视频讲解模块、过程考核模块和数据评估模块，利用模块化功能设计使得系统具有更好的可拓展性和可维护性，便于管理者进行后续功能设计和改进。

3）系统中加入视频讲解与知识点测试环节提供多样化的学习方式，训练过程更加直观，更好地理解和记忆教学内容，测试环节通过题目形式进行互动和检测，激发训练者的参与和思考，视频讲解和VR训练系统相辅相成，增强学习者综合运用知识的能力，为后续烟草行业安全管理提供一种思路。

参考文献：

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