袁英峰 陈萌萌 刘敬松 高习鹏

（1.中国矿业大学（北京），北京 100083；2.商丘市消防救援支队，河南商丘 476000；3.开封市消防救援支队，河南开封 475000）

1 虚拟现实装备技术概述

虚拟现实（VR）装备技术可以借助声、光、烟、电等科学技术创造近似真实的场景，包括计算机视觉技术、视觉生理学与心理学技术、仿真模型技术、传感器与检测技术、语音识别与合成技术、人工智能技术等多种高新技术。通过构建三维场景，模拟事物发展，虚拟人与人、人与物之间互动过程，使参与者产生身入其境的现实感觉。

（1）视觉装备。

VR显示器，内部为全息显示屏，是最核心的设备。

（2）听觉装备。

配套耳机。

（3）面部识别装备。

实时动作捕捉系统，通过虚幻引擎将面部表情和口型完美呈现在虚拟角色上。

（4）触觉装备。

手套，外观类似于外骨骼机械，设备内部设置上百个感应器单元，能够与控制器联动，在VR场景中通过内部的空气压力变化模拟相应的触感；体感衣，利用肌肉电脉冲技术，以生物电的形式将感觉由神经系统传输至大脑，模拟相应环境温度，达到更为丰富细腻的VR效果。

2 VR装备技术在消防救援工作中的应用

（1）预案编制。

2017～2018年，应急管理部消防局组织相关总队的业务骨干和灭火救援专家，充分运用三维可视化技术对“高、低、大、化”四类场所的预案进行修订完善，应用于培训考核和沙盘推演；部分消防救援总队先后通过VR装备技术搭建平台制作灭火救援预案。

（2）实战化训练。

运用VR装备技术构建视觉、听觉、感觉等火灾场景，消防指战员可以在模拟场景中借助3D眼镜以及相关设备感受事故现场，通过在近似实战的场景中训练，提高指战员灭火救援处置能力。

（3）心理训练。

VR装备技术可以重现灾害事故处置现场，使参训指战员进入立体逼真、情况多变、紧张刺激的环境中，身临其境参与事故处置全过程，培养指战员的心理素质。

3 运用VR装备技术进行建筑火灾内攻训练的必要性

建筑火灾具有可燃物多、火势发展迅速、烟雾大、内攻困难等特点。处置商业综合体以及地下建筑火灾时，缺乏经验的消防指战员在火场情况不明的情况下实施内攻救人，易发生人员伤亡事故。

通过相关案例可知，有必要进行内攻实战化训练，传统训练受时间、场地、安全以及成本等因素，无法经常性开展[1]。传统训练无法完全模拟火场内部环境，只能简单搭建部分实景，天气和时间与现实环境存在较大差异，消防员无法切实感受到火场内部环境的复杂性，达不到实战化训练的效果。

紧急避险训练无法真实还原，只能通过视频或者战例研讨的形式进行总结学习，无法针对紧急事故进行专项训练。受心理压力影响，指战员面对即将发生的危险时无法快速反应、采取相应的避险措施[2]。

运用VR装备技术进行实战化内攻训练能够有效解决内攻训练不符实战的问题，进行重复化训练，降低训练成本，减少训练安全事故，对指战员处置建筑类火灾事故具有较好的促进作用。

4 基于VR装备技术建筑火灾的场景构建

（1）建筑场景构建。

可以模拟建筑内外场景，如商业综合体、地下商场、歌舞娱乐场所、电影院、会堂礼堂等人员密集场所。

（2）时间场景构建。

可以模拟白天以及火灾事故频发的凌晨和夜晚。

（3）气候场景构建。

可以模拟雾天、晴天、影响灭火战斗的雨雪天以及多变的风向。

（4）环境场景构建。

可以模拟能见度低的浓烟环境、无法通过声音辨别方向的噪音环境等。

（5）内部场景构建。

可以模拟复杂的疏散路线、无法清晰辨认的安全出口、误导疏散的众多房间门、高温烘烤下易坍塌的墙体或楼板、高压配电室、大量堆积的可燃货物、储存有毒或易燃易爆物质的房间等。

（6）事故场景构建。

如进入内部疏散人群、搜索建筑内的被困人员、救助行动不便的人群（老人、儿童或已昏迷人员）、强攻灭火、火场排烟等。

5 基于VR装备技术的内攻战术训练

通过模拟内攻时灭火战斗的每个环节步骤，使指战员实时、精准、直观地体验每一个场景，提高指战员内攻灭火处置能力。

（1）火情侦查。

基于VR装备技术模拟火场烟气发展状况，内攻人员根据场景侦查判断火灾燃烧阶段、烟气蔓延大致方向以及疏散逃生的大致路径等情况，为后续的力量部署提供参考。

（2）疏散救人。

在场景中，内攻小组需佩戴全套战斗服、空气呼吸器、呼吸器、对讲机、安全绳等约16 kg的个人防护装备，在浓烟环境和身体负重的情况下，找寻疏散通道、楼梯间和安全出口，通过视觉观察和声音辨别进行搜索被困人员。

（3）火场排烟。

火场内部储存大量可燃物时，会产生大量烟气，影响指战员的灭火行动，火场排烟是否顺利会决定内攻战斗和疏散救人是否成功。利用VR装备技术构建烟气蔓延的场景，模拟商业综合体时，烟气首先垂直向上蔓延至顶棚，形成顶棚射流，并沿顶棚在水平方向扩散；伴随火势发展和烟气产生，烟气逐步在建筑顶部聚集并向下充斥空间；顶层能见度低于其他层，墙壁和角落周边的能见度低于其他位置[3]。在以上场景中，内攻人员应在最短时间内，破拆门窗洞口、打开天窗、拆除商场外广告牌或采光顶棚，为疏散被困人员和阻止火势蔓延赢得时间。

（4）强攻灭火。

利用VR装备技术构建建筑内部地面高差较大或有塌陷可能的场景，内攻人员应按照前虚后实、探步前进的方式，以低姿行进，同时一只手向前摸索，确保前进方向无危险。

在构建轰燃的场景中，模拟室内所有可燃物同时全面燃烧，室内充满火焰，顶棚和门窗存在大量高温浓烟，大量烟气以翻滚形式从窗口上部涌出。通过观察这些现象，指战员可以预判轰燃发生的可能性，避免盲目内攻，提前谋划撤离路线。选用开花水枪对门窗外表进行降温处理，通过门窗洞口等缝隙，使用喷雾水枪对房间内部射水降温，稀释室内烟气浓度，避免室内发生轰燃；射水时，应选择正确姿势，如跪姿或卧姿，减少轰燃给内攻人员带来伤害。

构建射水气化的场景，水遇到正在燃烧的可燃物会瞬间蒸发，产生大量高温水蒸气，周边环境温度随之升高、能见度快速下降，给火场扑救以及紧急撤离工作带来困难。该场景中，内攻人员可以选择以下战术，发现起火部位时，快速射水降温压制火势，稀释周边烟气浓度；确保火场不会发生回燃或轰燃时，及时打开门窗进行火场排烟降温，保证内攻人员生命安全。

（5）紧急避险。

构建内攻人员需要紧急避险的场景，如火势和烟气蔓延方向受天气、风向等因素影响而发生变化；火场烟雾浓、能见度低的环境内攻，或在结构复杂、房间多、空间大的建筑内搜救，内攻人员易迷失方向。在以上场景中，指战员应利用安全绳通过窗口撤离或沿水带紧急逃生。

构建建筑坍塌的场景，建筑构件受热达到耐火极限发生局部坍塌或出现坠物，如混凝土在600 ℃以上的高温作用下强度基本丧失，钢结构的强度在600 ℃时下降2/3，结构随之发生明显变形。这些场景均会阻碍内攻人员安全撤离。内攻人员应双手抱头俯卧，在稍高于自身高度的坚固掩体一侧进行避险。

空气呼吸器压力不足或故障的场景，内攻人员应克制恐慌，保持清醒，防止呼吸过快，减少剧烈运动，延长空气呼吸器的使用时间。空气呼吸器故障时，内攻人员可利用湿毛巾包裹空气呼吸器面罩的进气口进行过滤，同时快速撤离火场。

（6）心理压力克服。

利用VR装备技术开展心理训练时应遵循由浅入深原则，针对每个指战员的心理承受能力，逐步增加事故处置的复杂程度，避免对指战员造成心理压力。

指战员可以根据任务分工调整事故场景和训练内容，提高内攻人员的应变心理素质。

（7）加强对装备使用了解。

通过VR装备技术将日常使用的装备器材设置于虚拟场景中，根据不同事故场景开展针对性训练，尤其训练破拆、救生等装备的操作使用，提高内攻人员熟练掌握不同场景下的装备应用能力。

可以通过视频回放对指战员内攻的处置进行剖析评估，及时发现解决处置过程中存在的不足。指战员可以根据参训人员的情况随时中止模拟训练，避免安全事故发生，有效地保障指战员的生命安全[4]。

6 结语

VR装备技术的日趋成熟，将更多地应用在各类事故的实战化训练中，如建筑类火灾、煤矿类火灾、油罐类火灾、地震救援等，全面提高指战员指挥决策、灭火战斗、紧急避险等方面的能力素质，解决指战员实战经验不足问题，为更好地开展灭火救援工作奠定坚实基础。