建筑火災(zāi)預(yù)案式推演系統(tǒng)在滅火戰(zhàn)術(shù)課程中的應(yīng)用

杜明輝

摘要：建筑火災(zāi)預(yù)案式推演系統(tǒng)是以3D虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化、可視化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化理念為目標(biāo)。通過3D建筑場景搭建，災(zāi)害事故模擬，管理體系設(shè)置，救援力量部署等系統(tǒng)操作，可以還原建筑火災(zāi)救援過程的軟件系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可視化的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用于案例教學(xué)、想定作業(yè)以及數(shù)字化預(yù)案制作等教學(xué)活動中，具有比傳統(tǒng)教學(xué)方式更加優(yōu)越的效果。

關(guān)鍵詞：建筑火災(zāi)預(yù)案式推演系統(tǒng);案例教學(xué);想定作業(yè);數(shù)字化預(yù)案制作

隨著社會經(jīng)濟(jì)和城市化建設(shè)的快速發(fā)展，各類火災(zāi)和突發(fā)事故日益增多。對于一起火災(zāi)而言，指揮員的火場指揮決策對火災(zāi)撲救的成功與否起著決定性作用。作為一門指導(dǎo)滅火救援行動指揮決策方法的學(xué)科，滅火戰(zhàn)術(shù)具有很強(qiáng)的理論性與實(shí)踐性。在滅火戰(zhàn)術(shù)課程的教學(xué)過程中，通常采用案例分析、想定作業(yè)等方式開展輔助和實(shí)踐教學(xué)活動，這是由于課程中所講述的作戰(zhàn)行動指導(dǎo)思想原則方法、組織指揮程序、戰(zhàn)斗行動各環(huán)節(jié)、業(yè)務(wù)理論等知識在一起滅火救援案例中都能得到很好的體現(xiàn)，進(jìn)行案例分析可以達(dá)到提升分析判斷、決策、臨機(jī)處置、協(xié)同作戰(zhàn)能力的目標(biāo)。

但在培訓(xùn)過程中也存在著一定問題。文字、圖片不能直觀地反映事故現(xiàn)場的基本情況。對于一些火場情況較為復(fù)雜的案例，單純的文字描述以及圖片展示不能直觀地反映火災(zāi)現(xiàn)場的整體情況，以至于在進(jìn)行后期火場指揮決策的教學(xué)活動中，會遺漏部分火場信息片段，導(dǎo)致指揮決策力量部署不全面。對于多個指揮層級到場指揮的火場，在參考前期力量部署以及當(dāng)前火場態(tài)勢的基礎(chǔ)上，才能較為正確合理地開展下一階段火場的力量安排。但在傳統(tǒng)的案例教學(xué)活動中，有時無法將前期進(jìn)行的較多數(shù)量的力量部署持續(xù)完整地展示在界面上，那么就會影響下一層級火場力量部署問題的討論。這些問題都會影響案例教學(xué)開展的效果。

鑒于此，研究一套具有可視化界面、能夠搭建設(shè)定不同建筑火災(zāi)模型、并且能夠進(jìn)行消防力量部署的軟件顯得十分必要。此套軟件應(yīng)用于案例教學(xué)中，可以使教學(xué)具有真實(shí)性、形象性、觀賞性，動態(tài)效果，能夠增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的感性認(rèn)識，提高學(xué)習(xí)效率。同時，也符合現(xiàn)階段國家有關(guān)教育信息化、教育現(xiàn)代化的發(fā)展要求。

一、建筑火災(zāi)撲救預(yù)案式推演系統(tǒng)

針對以上在開展案例教學(xué)中存在的問題，開發(fā)研究出一套建筑火災(zāi)預(yù)案式推演系統(tǒng)。研發(fā)過程中以3D虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化、可視化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化的理念為目標(biāo)，使用3D搭建工具，實(shí)現(xiàn)自主構(gòu)建預(yù)案的場景、建筑、消防設(shè)備逐級可視，設(shè)計(jì)和配置相關(guān)建筑和各類消防設(shè)備布局。并將推演流程以動畫方式自動播放演示，播放過程中可隨時暫停進(jìn)行周邊消防信息查詢，實(shí)現(xiàn)回播和快進(jìn)等功能，系統(tǒng)支持多角色的聯(lián)合部署和推演。研究的內(nèi)容主要包括利用計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)如下功能模塊：

（一）場景搭建及數(shù)據(jù)采集

該系統(tǒng)提供3D場景的快速搭建工具。根據(jù)CAD圖紙、照片等信息，進(jìn)行3D預(yù)案場景的快速、低門檻搭建。包括：園區(qū)搭建，建筑外觀搭建，室內(nèi)結(jié)構(gòu)搭建。園區(qū)及建筑外觀的搭建可利用系統(tǒng)自帶的搭建工具進(jìn)行搭建，也可以對園區(qū)進(jìn)行影像采集并形成外觀三維場景;室內(nèi)結(jié)構(gòu)的搭建系統(tǒng)一方面可以利用系統(tǒng)自帶的搭建工具根據(jù)CAD圖紙進(jìn)行搭建，也可根據(jù)室內(nèi)CAD圖紙自動建模。如圖1為采用系統(tǒng)進(jìn)行場景搭建的效果圖。

圖1 系統(tǒng)場景搭建效果圖

（二）編制對象基礎(chǔ)資料

編制對象基礎(chǔ)資料主要包括單位基本情況、單位建筑信息、消防設(shè)施信息和危險性分析。以上內(nèi)容在三維預(yù)案中以文字說明，配合三維模型、全景照片的方式進(jìn)行展示。

1.單位基本情況。主要內(nèi)容包括單位名稱、地址、地理坐標(biāo)、單位性質(zhì)、預(yù)案級別、防火級別、消防安全組織、總建筑面積、總占地面積、滅火責(zé)任隊(duì)站、防火管轄單位、毗鄰情況、周邊危險源等。

2.單位建筑信息。主要包括建筑使用性質(zhì)、占地面積、建筑面積、建筑結(jié)構(gòu)、地上高度、地下高度、地上層數(shù)、地下層數(shù)、避難層、功能分區(qū)說明、重點(diǎn)部位說明及周邊消防通道等。

3.消防設(shè)施信息。主要包括安全疏散設(shè)施、消防水系統(tǒng)、消防控制室、報警系統(tǒng)、防排煙系統(tǒng)、防火分區(qū)及其附屬設(shè)施、消防用電設(shè)施、泡沫滅火系統(tǒng)、其他滅火系統(tǒng)等信息。在三維預(yù)案中，消防設(shè)施按照不同類別制作獨(dú)立圖層在三維模型中顯示，并針對各消防設(shè)施加注參數(shù)信息和操作說明。

4.危險性分析。從單位發(fā)生各類災(zāi)害的危險性和災(zāi)害特征進(jìn)行分析，確定重點(diǎn)部位，在三維模型上進(jìn)行標(biāo)注。建筑類單位從建筑結(jié)構(gòu)、人員疏散、滅火救援難度等方面分析;石化類單位從物料危險性、工藝流程和災(zāi)害特征方面進(jìn)行分析。

（三）災(zāi)情設(shè)定及作戰(zhàn)部署

以預(yù)案編制對象可能發(fā)生的災(zāi)害類型和危險性評估結(jié)果為依據(jù)，在已搭建好的三維建筑場景中設(shè)置不同類型的災(zāi)情，如圖2所示。針對災(zāi)情設(shè)定細(xì)分不同階段進(jìn)行作戰(zhàn)部署，重點(diǎn)包括以下內(nèi)容：

1.戰(zhàn)斗力量部署。在三維模型上標(biāo)注參戰(zhàn)車輛、裝備和關(guān)鍵人員的具體位置、名稱、重要參數(shù)和具體作戰(zhàn)任務(wù)，標(biāo)明行車路線、供水線路、進(jìn)攻撤退路線、疏散路線、舉高車作業(yè)面和現(xiàn)場指揮部位置等。

2.保障力量部署。在三維模型上標(biāo)注保障車輛、裝備和關(guān)鍵人員的具體位置、名稱、重要參數(shù)和具體作戰(zhàn)任務(wù)，標(biāo)明車輛集結(jié)區(qū)、裝備集結(jié)區(qū)、傷員集結(jié)區(qū)、車輛供水點(diǎn)位、戰(zhàn)勤保障區(qū)，聯(lián)動力量集結(jié)區(qū)等。

3.通訊力量部署。在三維模型上標(biāo)注通訊指揮車、衛(wèi)星車、圖傳點(diǎn)位、中繼設(shè)備等通訊車輛裝備的位置、名稱、重要參數(shù)和作戰(zhàn)任務(wù)，以文字說明形式增加通訊組網(wǎng)方案。

4.戰(zhàn)術(shù)要點(diǎn)與注意事項(xiàng)。以文字形式在三維模型上，針對災(zāi)害設(shè)定和作戰(zhàn)部署方案進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)的提示。

圖2 系統(tǒng)災(zāi)情設(shè)定界面

（四）播放推演

預(yù)案式推演系統(tǒng)的每一個作戰(zhàn)部署方案均可在三維場景內(nèi)進(jìn)行動態(tài)推演和論證，確保其合理性。按照發(fā)現(xiàn)災(zāi)情、調(diào)派力量、組織指揮、戰(zhàn)斗任務(wù)、作戰(zhàn)單元的順序進(jìn)行播放，播放的過程中可以隨時暫停，查詢周邊消火栓等數(shù)據(jù)，并可查看周邊力量，已調(diào)派力量以及力量編成等信息。預(yù)案式推演系統(tǒng)具備對每一種災(zāi)情設(shè)定和作戰(zhàn)部署進(jìn)行查詢、調(diào)取的功能，行動部署創(chuàng)建的所有環(huán)節(jié)在系統(tǒng)中都會記錄保存，并且可以以預(yù)案的形式倒出。

二、建筑火災(zāi)預(yù)案式推演系統(tǒng)的應(yīng)用研究

現(xiàn)階段，預(yù)案式推演系統(tǒng)主要應(yīng)用于滅火戰(zhàn)術(shù)類課程的教學(xué)活動中，開展案例教學(xué)、組織實(shí)施想定作業(yè)以及進(jìn)行數(shù)字化預(yù)案制作都可以采用預(yù)案式推演系統(tǒng)。從組織形式上來看，清晰的火場視角可以提升受訓(xùn)人員的學(xué)習(xí)積極性;從活動效果上來看，階段式的推演方便受訓(xùn)人員以不同指揮層級的角度考慮火場指揮決策的問題。

（一）案例教學(xué)

案例教學(xué)活動的開展有助于學(xué)員準(zhǔn)確理解各類戰(zhàn)術(shù)原則、戰(zhàn)術(shù)方法，培養(yǎng)指揮員的現(xiàn)場決策能力。在采用預(yù)案式推演系統(tǒng)開展案例教學(xué)之前，首先，應(yīng)將案例中事故建筑及周邊情況進(jìn)行三維場景搭建，設(shè)置力量編成，并進(jìn)行火情災(zāi)情設(shè)置。案例教學(xué)過程中，根據(jù)案例真實(shí)情況進(jìn)行推演，將各階段人員、車輛部署標(biāo)注于三維場景中，使整個火場的滅火救援情況清晰可見。案例推演結(jié)束后，系統(tǒng)以視頻形式導(dǎo)出案例的推演過程。

在案例推演的各個階段，學(xué)員可根據(jù)災(zāi)情及現(xiàn)場的力量部署情況，以不同層級指揮員的身份對下一階段火場的決策部署進(jìn)行討論，這樣，可以從理性的角度看待火場的指揮決策，有助于初戰(zhàn)指揮能力的培養(yǎng)。一起火災(zāi)撲救行動是由若干個火場行動任務(wù)構(gòu)成的，在火場中，每一項(xiàng)火場行動任務(wù)都有專門的人員負(fù)責(zé)開展。以火場供水為例，在組織火場供水行動之前，需要考慮火場與水源的距離情況，根據(jù)供水車數(shù)量確定火場供水方式，后方供水點(diǎn)與火場前方供水對應(yīng)關(guān)系等問題，這考察了作為一名火場指揮員的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)能力。在開展案例教學(xué)時，可以在設(shè)定的建筑火災(zāi)場景中，對某一具體戰(zhàn)斗行動的組織實(shí)施進(jìn)行分析和討論。在一起火災(zāi)撲救工作結(jié)束后，往往會組織戰(zhàn)評活動對滅火工作的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)討論。這一評價工作主要是從力量調(diào)集、初戰(zhàn)指揮、火場主要方面、滅火行動、火場安全等多方面開展的。在案例教學(xué)活動中，系統(tǒng)可導(dǎo)出整個案例推演過程，可以瀏覽整個滅火救援行動，方便對火災(zāi)撲救的各個環(huán)進(jìn)行回顧與評價，總結(jié)此類火災(zāi)的撲救方法，注意事項(xiàng)等。

與傳統(tǒng)課堂講授式的案例教學(xué)相比，采用預(yù)案式推演系統(tǒng)開展案例教學(xué)的優(yōu)勢在于提供可視化的火場環(huán)境，增強(qiáng)感性認(rèn)識，有助于理解火場的具體行動安排，提升開展案例教學(xué)的效果。

（二）想定作業(yè)

想定作業(yè)是滅火戰(zhàn)術(shù)類課程開展的實(shí)踐教學(xué)活動，是從學(xué)員第一任職需要出發(fā)，結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容，以培養(yǎng)指揮能力為目的所開展的教學(xué)活動。想定作業(yè)的實(shí)施要結(jié)合某一具體的滅火救援案例的實(shí)景，根據(jù)想定作業(yè)實(shí)施的時長以及訓(xùn)練科目的內(nèi)容，調(diào)整案例的推演過程，并設(shè)置相應(yīng)的問題，由學(xué)員給出相應(yīng)的解決方案。通過想定作業(yè)活動，主要培養(yǎng)學(xué)員分析判斷、運(yùn)籌決策、組織協(xié)調(diào)、臨機(jī)處置的能力。

采用預(yù)案式推演系統(tǒng)可以開展可視化的想定作業(yè)活動，系統(tǒng)可以對建筑模型及周邊環(huán)境進(jìn)行自主搭建，建筑內(nèi)火點(diǎn)、災(zāi)情可自行設(shè)置，這一系統(tǒng)功能與想定作業(yè)中基本想定與補(bǔ)充想定的開展相切合。在開展想定作業(yè)活動時，學(xué)員可在系統(tǒng)界面上進(jìn)行操作，設(shè)置力量部署，標(biāo)注進(jìn)攻撤退路線、組合供水線路等，實(shí)現(xiàn)由學(xué)員自己完成一場火災(zāi)的決策與部署。想定作業(yè)中，即題作業(yè)是重要的組成部分，想定作業(yè)的組織者根據(jù)火情內(nèi)容，假設(shè)一種火場發(fā)生的情況設(shè)置障礙，讓作業(yè)人員針對此種情況給出解決方案或者進(jìn)行力量調(diào)整，用以考察培養(yǎng)學(xué)員的臨機(jī)指揮能力。而這一假設(shè)的火場情況，可以在預(yù)案式推演系統(tǒng)中進(jìn)行重構(gòu)。

（三）數(shù)字化預(yù)案制作

在以平面數(shù)據(jù)為主的滅火救援預(yù)案中，滅火救援信息資料很難直觀地為指揮員提供準(zhǔn)確的指揮輔助信息。為進(jìn)一步規(guī)范滅火救援預(yù)案編制、轄區(qū)情況熟悉和實(shí)戰(zhàn)演練工作，2015年消防局制定了《公安消防部隊(duì)滅火救援?dāng)?shù)字化預(yù)案規(guī)定（試行）》，首次提出了消防安全重點(diǎn)單位滅火救援預(yù)案數(shù)字化的編制要求。2017年10月，消防局發(fā)布了《關(guān)于全面推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)的指導(dǎo)意見》。意見提出了綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，加快推進(jìn)“智慧消防”建設(shè)。要求各級消防隊(duì)伍按照“統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一關(guān)鍵技術(shù)、屬地組織建設(shè)、體現(xiàn)層級差異、便于實(shí)際應(yīng)用”的建設(shè)原則，針對不同規(guī)模、不同類型的對象分級、分類開展數(shù)字化預(yù)案編制工作。數(shù)字化預(yù)案的編制向著可自主編輯、預(yù)案可嚴(yán)格管理、外部數(shù)據(jù)可大量集成的方向發(fā)展。在培養(yǎng)消防隊(duì)伍初戰(zhàn)指揮員的過程中，預(yù)案編制應(yīng)當(dāng)作為第一任職需要的重要組成部分，予以高度重視。傳統(tǒng)的紙質(zhì)預(yù)案、平面數(shù)據(jù)預(yù)案已經(jīng)明顯不符合當(dāng)前“智慧消防”的工作要求。那么，在開展預(yù)案制作教學(xué)工作時，也應(yīng)當(dāng)緊跟步伐，以數(shù)字化預(yù)案制作為教學(xué)重點(diǎn)。采用預(yù)案式推演系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)案制作時，可以真實(shí)反映對象基本信息，準(zhǔn)確體現(xiàn)建筑內(nèi)外消防設(shè)施，合理設(shè)置災(zāi)情和制定作戰(zhàn)部署，全面集中消防數(shù)據(jù)資源，提升預(yù)案的實(shí)戰(zhàn)效能?？梢暬牟僮鹘缑婺苁箤W(xué)員更好的以數(shù)字化的視角理解預(yù)案的編寫制作。

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本文課題來源：公安消防部隊(duì)高等?？茖W(xué)校校級課題《建筑火災(zāi)撲救預(yù)案式推演系統(tǒng)研究》，項(xiàng)目編號：2018012。