虛擬仿真在地震應(yīng)急演練中的應(yīng)用

史雙雙 趙 強(qiáng)

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

虛擬仿真在地震應(yīng)急演練中的應(yīng)用

史雙雙1趙 強(qiáng)2*

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

地震應(yīng)急演練能夠檢驗(yàn)地震應(yīng)急準(zhǔn)備工作和應(yīng)急能力。虛擬仿真技術(shù)的引入在地震應(yīng)急演練中發(fā)揮重要作用，主要應(yīng)用在人員搜救、災(zāi)害損失評(píng)估、聯(lián)動(dòng)指揮、次生災(zāi)害模擬等應(yīng)急演練科目。

虛擬仿真，地震應(yīng)急，演練

0 引言

地震具有突發(fā)性、破壞性、廣泛性的特點(diǎn)，一旦發(fā)生地震，需要政府各部門、企事業(yè)單位、全社會(huì)群眾共同參與應(yīng)對(duì)。我國(guó)自2003年黨中央國(guó)務(wù)院第一次提出高度重視非常態(tài)管理，提出“一案三制”，即制訂修訂應(yīng)急預(yù)案;建立健全應(yīng)急的體制、機(jī)制和法制。為應(yīng)對(duì)自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件、社會(huì)安全事件，我國(guó)制定了550余萬件的應(yīng)急預(yù)案。演練既是檢測(cè)城市重大事故應(yīng)急準(zhǔn)備工作和應(yīng)急能力的方法，也是開展應(yīng)急準(zhǔn)備過程的主要任務(wù)之一。利用虛擬仿真技術(shù)模擬各種災(zāi)場(chǎng)，具有占地小、經(jīng)費(fèi)少、可重復(fù)利用等特點(diǎn)，在地震應(yīng)急領(lǐng)域具有廣闊的前景。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

《國(guó)家突發(fā)事件應(yīng)急體系建設(shè)“十三五”規(guī)劃》提出建設(shè)國(guó)家公共安全應(yīng)急體驗(yàn)基地：“依托中央企業(yè)現(xiàn)有資源，模擬地震、海嘯、洪澇、地質(zhì)災(zāi)害、火災(zāi)、溺水、交通事故、電梯事故、危險(xiǎn)化學(xué)品事故、礦山事故、緊急救護(hù)、突發(fā)急性傳染病疫情、家居安全等災(zāi)害和應(yīng)急場(chǎng)景，并采用聲光電和多媒體等技術(shù)，建設(shè)基于真實(shí)三維環(huán)境的突發(fā)事件模擬仿真設(shè)施、沉浸式體驗(yàn)設(shè)施、應(yīng)急裝備模擬操作設(shè)施、應(yīng)急自救互救技能演示和訓(xùn)練設(shè)施等，建成科普展示、虛擬體驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)演練的公共安全應(yīng)急體驗(yàn)基地”。

美國(guó)的應(yīng)急管理模擬系統(tǒng)和荷蘭的虛擬桌面推演系統(tǒng)都廣泛地應(yīng)用仿真模擬技術(shù)建設(shè)三維要素場(chǎng)景，但存在的缺陷是無法再現(xiàn)整個(gè)地震災(zāi)害發(fā)生過程及次生災(zāi)害的疊加[1]。虛擬仿真演練是以地震應(yīng)急預(yù)案為基礎(chǔ)，演練場(chǎng)景為本地地震災(zāi)害的虛擬仿真。災(zāi)情虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用到地震應(yīng)急演練時(shí)，將地震動(dòng)參數(shù)輸入到城市建筑模型中，不僅可以看到地震發(fā)生時(shí)的破壞過程，還可以模擬出生命線系統(tǒng)的破壞情況、影響區(qū)域，甚至可以模擬出次生火災(zāi)起火、擴(kuò)散過程。結(jié)合3D圖形引擎、VR技術(shù)進(jìn)行可視化開發(fā)，可以清晰地看到不同建筑的破壞情況[2]。真實(shí)地模擬地震災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)，既可以向公眾進(jìn)行地震知識(shí)科普，又可以為政府和各部門組織提供演練平臺(tái)。

通過對(duì)地震發(fā)生過程進(jìn)行情景再現(xiàn)的模擬，對(duì)建筑物不同情形下的倒塌模式及其在空間上的分布特征按照不同程度模型并構(gòu)建三維場(chǎng)景，結(jié)合次生災(zāi)害模擬方法，并進(jìn)行場(chǎng)景整合的分析與構(gòu)建[3]，打造一個(gè)與現(xiàn)實(shí)情況極其類似的虛擬地震災(zāi)害場(chǎng)景，形成一個(gè)逼真的視覺效應(yīng)，使觀眾沉浸其中。

2 應(yīng)用

虛擬仿真技術(shù)在地震應(yīng)急演練方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在人員搜救、災(zāi)害損失評(píng)估、多部門聯(lián)動(dòng)、次生災(zāi)害處置等多種領(lǐng)域。

在進(jìn)行人員搜救訓(xùn)練時(shí)，針對(duì)不同的訓(xùn)練任務(wù)，可以設(shè)計(jì)宏觀災(zāi)區(qū)模型、搜索區(qū)域模型、作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模型三種不同細(xì)節(jié)度模型。在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)模型中，根據(jù)歷史救援經(jīng)驗(yàn)，細(xì)分出若干種倒塌類型，檢驗(yàn)應(yīng)急救援人員的救援方案和施救過程。這種虛擬演練可以極大地節(jié)省人力和物力。

進(jìn)行災(zāi)害評(píng)估演練時(shí)，可以按每一結(jié)構(gòu)類型不同破壞等級(jí)的震害特征建立仿真模型，應(yīng)用3dmax和Maya等圖形工具軟件三維建模，將模型應(yīng)用到計(jì)算出的震害結(jié)果中。災(zāi)害損失評(píng)估人員可以身臨其境地走入虛擬災(zāi)區(qū)進(jìn)行損失評(píng)估。評(píng)估完成后，將評(píng)估結(jié)果與計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果對(duì)比打分，從而精確地了解災(zāi)評(píng)人員的技術(shù)能力。

人員物資調(diào)度、多部門聯(lián)動(dòng)等任務(wù)也可以通過虛擬仿真進(jìn)行演練。利用地震災(zāi)害仿真系統(tǒng)可以制造出比傳統(tǒng)演練更直觀、更真實(shí)、更復(fù)雜的災(zāi)害場(chǎng)景。除了可以模擬某個(gè)烈度或地震動(dòng)參數(shù)下的建筑破壞情況，還可以模擬生命線工程破壞后的影響范圍，以及次生災(zāi)害的模擬。并且由于系統(tǒng)中的房屋建筑、生命線工程參數(shù)都是真實(shí)的數(shù)據(jù)，模擬地震災(zāi)害也是為城市做了一次“體檢”，讓管理者清楚地看到城市存在的風(fēng)險(xiǎn)。

地震還會(huì)引發(fā)火災(zāi)、毒氣泄露、滑坡等次生災(zāi)害。地震導(dǎo)致的電路短路、煤氣泄露等會(huì)引起火災(zāi)，如1906年美國(guó)舊金山地震、1923年日本東京關(guān)東地震和1995年阪神地震都引發(fā)了嚴(yán)重次生火災(zāi)，造成上萬人被燒死。大量歷史資料表明，地震次生火災(zāi)是20世紀(jì)以來造成人員傷亡最嚴(yán)重的地震次生災(zāi)害。利用計(jì)算機(jī)模擬地震次生火災(zāi)起火、蔓延及煙氣擴(kuò)散，再將模擬結(jié)果用3D圖形引擎進(jìn)行可視化開發(fā)，可以直觀地看出震后次生災(zāi)害的嚴(yán)重程度。有助于決策者充分了解城市地震風(fēng)險(xiǎn)，修訂應(yīng)急預(yù)案中的不足。

3 展望

虛擬仿真技術(shù)在地震應(yīng)急領(lǐng)域還處在探索階段，隨著科技的不斷飛躍和計(jì)算機(jī)硬件的提升，虛擬仿真技術(shù)將在地震應(yīng)急領(lǐng)域得到更多更廣的發(fā)展。

[1] 賈群林，周柏賈.地震災(zāi)害場(chǎng)景仿真模擬的研究與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2010,47(6):1038-1043.

[2] 侯建盛,李 民.地震應(yīng)急管理進(jìn)展[J].國(guó)際地震動(dòng)態(tài)，2008，249(1)：14-20.

[3] 張小兵，張 然,解玉賓.我國(guó)應(yīng)急演練管理研究新進(jìn)展[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),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

史雙雙(1984- )，女，工程師

趙 強(qiáng)(1983- )，男，工程師