基于四集裝箱煙熱模擬訓練設施的仿真施訓方案的研究與探索

王劍 王佩 曲彬德 崔堃鵬

摘要：針對四集裝箱煙熱訓練系統（smoke-heat training simulation system）的結構組成及技術原理分析并結合當前應急救援隊伍煙熱環境心理行為實訓現狀，提出了基于四集裝箱煙熱模擬訓練設施的心理行為、體能、技能等實訓方案研究及其綜合評價方法。

關鍵詞：煙熱環境;仿真實訓;火場心理行為訓練;空氣呼吸器耗氧訓練

根據《消防訓練基地建設標準（190—2018）》要求，煙熱訓練設施屬于消防基礎技能訓練設施，是總隊、支隊級訓練基地的應建訓練設施。煙熱訓練設施是通過模擬火場高溫、濃煙、噪音、黑暗環境，訓練消防救援人員在仿真火場環境中正確使用裝備、穿越各種障礙、執行搶險救援任務的訓練系統，可為新訓消防員開展心理適應訓練、體力承受訓練以及障礙通過訓練等提供火場仿真場景，也可為基層消防隊伍開展個人防護類裝備應用訓練、搶險救援類裝備使用操作等模擬仿真訓練環境。

《網柵隔斷式煙熱訓練室技術性能要求（XF942—2011）》為消防煙熱訓練設施現行建設標準。該標準主要針對設施的安全技術方面進行要求，并未對訓練內容和難度系數做明確、統一規范。然而，不同火災均有其自身的復雜性和不可復制性，而當前針對消防煙熱仿真的訓練，大多僅停留在初級體驗階段，并未實現消防員從心理到體能再到技能等全方位針對性系統施訓。本文將以中國消防救援學院新建四集裝箱網柵式煙熱模擬訓練設施為例，從硬件結構組成、技術原理以及安全規程入手，分析研究消防員在煙熱環境中的系統訓練。

一、網柵隔斷式煙熱訓練室結構組成與技術原理

以四集裝箱網柵隔斷式煙熱訓練室為例，系統設施由4臺集裝箱為框架主體拼接成為一套完整系統，其中1臺用于體能訓練室和控制室與另3臺隔離，其余3臺內裝置金屬網柵系統。網柵系統內部設置有：金屬網柵通道系統（含障礙模擬系統）、步進跟蹤系統（人員跟蹤系統）、煙熱模擬系統（含排煙降溫系統）、視像監控系統、聲光控制系統（含廣播通信系統）、體能訓練室、安全救護系統、電動門系統、控制系統等九部分模塊組成。

（一）金屬網柵通道系統（含障礙模擬系統）

金屬網柵通道系統內設有模塊式復雜通道，適用于匍匐前進、半蹲式前進和彎腰跑步的各種訓練。網柵通道可通過調節活動門的位置組合多種不同訓練線路用以拓展出不同難度的訓練方案。網柵內設有“H形障礙網”“V形障礙網”“菱形障礙網”“圓筒障礙”“滑竿”“獨木橋”“井蓋”“爬繩”“軟梯”及模擬塌方、電子陷阱、網籠管道、柵欄、豎井、鋼筋破拆、木板破拆等人為路障，用以增加訓練難度。金屬網柵通道所有邊網及中間網片均可快速拆卸，用于訓練人員在出現意外情況時救援使用。

（二）步進跟蹤系統（人員跟蹤系統）

步進跟蹤系統通過設置在網籠通道地面和障礙訓練設施地面的壓力傳感器、壓控地板、信號采集器等，將訓練人員的位置、訓練路線以及行走路線等電信號傳送到控制室，使控制室人員可以及時、準確判斷施訓者所處位置、通過路線并對施訓人員下達指令。

（三）煙熱模擬系統（包括排煙系統）

煙熱模擬系統由煙霧發生器、環境增溫系統、環境增溫加濕系統、溫度監控系統以及排煙系統組成。煙霧發生器噴發舞臺煙霧對人體無害，可按訓練要求能見度控制釋放量。環境增溫系統用于制造局部高溫區（50℃～60℃可調），熱風機風口為60℃的高溫熱輻射。溫度控制可在訓練時根據需要設定溫度，分自動控制升溫和手動控制升溫。環境增溫加濕系統提高空氣相對濕度。排煙系統迅速排除煙霧，使室內完成全部排煙時間小于3分鐘。

（四）視像監控系統

訓練室設置熱成像攝像機、紅外監控攝像頭、紅外云臺攝像機等，除可在正常光照下使用外，還可在黑暗、濃煙和高溫環境下監控訓練活動，以此觀察訓練人員的訓練情況及位置，保證監控區域無死角，并實時將信號傳回至控制室內監視器上并可回放。

（五）聲光控制系統

聲光控制系統模擬災害現場火光、爆炸聲、呼喊聲等立體感官災難情景，增強整個訓練過程緊張程度。同時還可對施訓人員下達指令進行輔助訓練。

（六）安全救護系統

根據《消防培訓基地訓練設施建設標準》第7.2.3.1條“煙熱訓練室應設有應急照明、監控、對講、排煙裝置和緊急救援通道。可以通過閉路電視和熱成像儀等觀察受訓人員的訓練情況，確定受訓人員所處位置，并可與受訓人員進行通信”。第7.2.3.2條“煙熱訓練室中應使用確定成分的無毒煙氣。可專門設計并安裝發煙裝置產生煙氣”。此兩項為強制性條款。另外根據具體情況，設備通常增設一鍵式安全救援系統，一旦施訓人員出現意外，控制室內設有緊急救援鍵，可一鍵同時關閉訓練室內發煙裝置、升溫裝置、聲光模擬裝置，同時啟動照明系統、應急照明系統、排煙系統并由救援人員進行救援。

（七）集中控制系統

集中控制系統包括控制柜、配電控制柜、控制操作臺及一些常規控制儀表，如溫度表、各類控制按鈕等硬件設備，用于信號采集、處理、顯示終端的目的，可將實訓人員的訓練數據及時反饋并存儲下來，同時將煙熱模擬系統、視像監控系統、聲光控制系統以及一鍵安全救援系統等設備的控制終端集成于控制室內。

二、消防員煙熱模擬環境中可行性施訓方案探索

在煙熱訓練設施中，不同子系統模擬的災害現場火光、爆炸聲、呼喊聲等場景均為獨立單一要素組合而成，且各要素強度人為可控，這便為不同人群開展分層次訓練提供了可行性前提。根據施訓者年齡、性別、身體素質、心理素質等自身條件不同，可將煙熱仿真模擬訓練可分為煙熱場景體驗式訓練和消防員火場體、技能訓練兩類。

（一）煙熱場景體驗式訓練

煙熱場景體驗式訓練主要針對未接觸過火災現場的新訓消防員、院校學員以及其他社會消防培訓人員等。根據人員對火災場景的感觀認知和適應能力需要一個漸進的過程，可將體驗式訓練分為火場人員疏散逃生訓練和消防員火場障礙通過訓練。

1.火場人員疏散逃生訓練

火場人員疏散逃生訓練主要針對非消防救援人員或無火場經歷的新訓消防救援人員不佩戴防護裝備的情況下，在模擬仿真火場中感受火災特點與危險性，克服自身對煙、火的恐懼心理，最終達到快速適應火場環境、冷靜決策、科學逃生的能力。此科目與非煙熱環境下的火場人員疏散逃生演練相比較，給受訓者立體、直觀、深刻的緊張感和危險體驗。安全方面，因仿真煙霧為可食用級煙霧，無污染，對人體沒有傷害。此外，在逃生路線設置方面，可靈活調整金屬網柵通道模塊，制定初級體驗式逃生路線（路線一），適當降低障礙難度，減小路線長度，僅以提高受訓者心理適應能力為主要施訓目標。

2.消防員火場障礙通過訓練

消防員火場障礙通過訓練的施訓對象為初級消防救援人員。其主要施訓目的是訓練消防員在佩戴全套消防員個人防護裝備（消防員防護服裝、空氣呼吸器、隨身佩戴類裝備等）的負重情況下，穿越網柵通道中設置的各種模擬仿真障礙和陷阱的通過能力。在障礙通過路線（路線二）的設置方面，應適當增加其仿真場景障礙難度，如：“H形障礙網”“V形障礙網”“菱形障礙網”“圓筒障礙”“滑竿”“獨木橋”“井蓋”“爬繩”“軟梯”及模擬塌方、電子陷阱、網籠管道、柵欄、豎井、鋼筋破拆、木板破拆等人為路障，使消防員感受在火場濃煙、高溫、嘈雜狀態下負重通過障礙的難度特征。

（二）消防員煙熱環境體、技能訓練

消防員煙熱環境體、技能訓練屬于煙熱環境的進階級訓練，能夠較為真實還原火災現場的救援操作。此類訓練要求消防救援人員應有一定的業務能力基礎和良好的自身心理素質。

1.空氣呼吸器耗氣訓練

在高溫濃煙環境下，空氣呼吸器是救援人員的呼吸依靠，一旦出現氣體提前耗盡的狀況，將直接威脅佩戴人員生命。影響空氣呼吸器使用時間的因素有很多種，如：氣瓶容積、工作強度、害怕或興奮等心理因素、使用經驗、使用環境大氣壓力等。綜合分析可分兩類，一類為客觀因素，如：氣瓶容積、環境大氣壓等;另一類為主觀因素，如：心理因素、體能因素、使用經驗等。

空氣呼吸器耗氣訓練目的就是通過針對性的訓練，改善影響空氣呼吸器使用時間的主觀因素。要特別強調的是，日常訓練過程中，背戴空氣呼吸器負重長跑，而不使用氣瓶內氣體進行呼吸，這種訓練僅是負重體能訓練，而非空氣呼吸器耗氣訓練。耗氣訓練需要在特定條件下提高自身機體對空呼使用時間的反復練習。此訓練科目的“特定條件”是針對集裝箱煙熱設施內“金屬網柵通道”條件所開展的。而金屬網柵通道為籠體式結構，更貼近于“限定空間”行進通道，人員在此通道內，僅適用于采取匍匐前進、半蹲式前進和彎腰跑步等行進形式。在此條件下，耗氣訓練勞動強度相對較高，更貼近實戰。

組訓方面，空氣呼吸器屬于消防員個人防護類裝備，簡單說就是每個人都必須使用的裝備，因此該科目施訓對象應面向全體指戰員。

成績評定方面，根據理想氣體體積方程：

注：P為氣體壓力、V為氣體體積、m為氣體質量、M為摩爾質量、T為環境溫度、R為氣體常數

當恒溫狀態下（即溫度T不變），體積V（氣瓶容積）、物質的量M、氣體常數R不變的情況下，氣瓶壓力P與空氣質量m成正比。

因此在成績評定方面，規定訓練強度和訓練時間相等的情況下，記錄開始前空氣呼吸器的氣瓶壓力：P1，完成任務時的氣瓶壓力為：P2 。將前、后壓力做減法得到P0 。

P0= P1 - P2

P0值越小，說明人員在訓練過程中耗氣量越小，耗氣訓練的施訓目的即是通過反復練習，提高自身在火場中的心理適應能力，負重作業能力以及對空氣呼吸器的使用熟練程度，最終使受訓人員的P0 不斷降低。

2.熱成像儀應用技能訓練

熟練掌握熱成像儀的應用技能可幫助消防救援人員快速檢查火場周邊熱環境，評估火災發展態勢，輔助火情偵察，提高搜救能力，最終達到快速滅火救援的目的。然而，基層救援隊伍中普遍缺乏針對熱成像儀的技能訓練與培訓，原因之一便是缺乏煙熱訓練環境。煙熱模擬訓練系統是熱成像儀技能訓練極佳的實訓場地。結合滅火救援實際，熱成像儀應用技能可從以下幾方面展開施訓：

（1）熱成像圖像判讀訓練

熱成像儀圖像判讀能力是熟練掌握熱成像儀操作的基礎技能之一，通過將煙熱現場的溫差物體與儀器熱成像畫面反復觀測，相互對比、掌握圖像各參數指標的背后所代表的現實物體的物理特征，如訓練人員在濃煙環境下辨別生命體、磚混材料、木質物體、金屬材料和玻璃鏡面等實物的熱成像畫面，再比如在高溫環境下識別室內常見物體材料的溫差變化的成像區別等。熱成像圖像判讀訓練有助于消防救援人員更好地理解掌握裝備儀器性能，精準判斷火場熱環境特征與火情發展態勢，最終輔助決策，實現科學滅火及救助人員的目的。

（2）濃煙探路行進訓練

熱成像儀屬于偵檢類器材，為快速搜救小組穿越濃煙環境偵檢使用。因儀器鏡頭結構限制，導致其畫面水平視角小與垂直視角范圍均小于人眼雙目視角范圍。成像儀水平視角一般為40°—60°范圍內，垂直視角一般為35°—50°范圍視距。雙眼距離屏幕越近越有真實感，但實際救援過程中卻不能盲目緊盯屏幕，以防止行進過程中的高差，樓梯、陷阱、落差，隨時注意掃描前方地面，避免對設備產生依賴，學會使用器材探路前進。

（3）搜尋熱源方位訓練

熱成像儀快速尋找熱源方位訓練必須是建立在人員具備一定火場心理適應能力的前提下，能夠依靠消防員個人防護服裝并熟練使用呼吸防護類裝備的基礎上，開展的訓練科目。煙熱火場的熱源主要分為三類：

a被動熱源（Passive Emitter），可被放熱或加熱的物體（冷卻），如衣柜、桌椅等;

b主動熱源（Active Emitter），可維持恒溫的生命體，主動熱源電磁波容易被遮蔽。

c直接熱源（Direct Emitter），化學熱、火源等可對被動熱源加熱的熱源。

由此可見，搜尋熱源方位訓練主要受訓對象為快速偵檢小組成員。尋找直接熱源目的為滅火，搜尋主動熱源目的是救人。在濃煙條件下，人眼無法直接觀測出煙氣的流動態勢。通過辨識熱成像儀中煙氣流動特征，判斷能量聚集地點和火源位置，使受訓人員能夠及時感知火災發展態勢，快速獲取火場信息，為科學制定滅火戰術提供一手可靠信息。通過系統訓練，可不斷強化人員靈活進出火場的搜救技能。

3.其他仿真模擬訓練

其他仿真模擬訓練可結合不同地區的重點單位特征，制定相應的煙熱模擬訓練。此類訓練針性較強，難度系數較高，主要施訓目的為在特定救援任務下開展的救援技能訓練。如：

（1）尋閥堵漏訓練

尋閥關閥訓練是為模擬在煙熱環境條件進行堵漏作業場景。此類訓練的受訓者往往已經具備較為嫻熟的堵漏技術能力，但真實的危險化學品堵漏現場往往要求救援人員佩戴齊全的個人防護裝備，并在負重的情況下，雙手佩戴防護手套，透過呼吸器的全面罩進行尋閥關閥最終完成堵漏作業。此類仿真訓練往往難度較大，更貼近實戰。通過科學系統的反復練習，可提高救援人員的實戰技巧與應變能力，為真實救援積累寶貴經驗。

（2）尋聲辯位訓練

尋聲辯位訓練是為模擬濃煙、嘈雜、爆閃等災害場景下，營救被困者的專項訓練。此訓練方法為：將提前錄制的被困者呼救聲源裝置（如：藍牙音響）隨機放置在系統任意位置。訓練目的為通過在嘈雜環境中播放呼救錄音，使受訓人員辨識聲音方位，判斷被困人員位置，進而組織施救。

三、研究結論

本研究通過解析四集裝箱煙熱模擬訓練系統設施的結構組成和技術原理入手，結合當前消防救援隊伍火場仿真訓練現狀，對煙熱環境中的心理行為訓練和消防體、技能訓練進行了探索與研究，主要觀點如下：

（一）煙熱場景體驗式訓練更加側重人員的火場心理行為訓練。針對人群為未經歷過火災現場的新訓消防員、院校學員以及其他社會消防培訓人員，按人員對火場適應能力由若到強的認知規律，科目設置分為“火場人員疏散逃生演練”和“消防員火場障礙通過訓練”較為合理。

（二）消防員煙熱環境體、技能訓練針對人群是具備一定的業務能力基礎的救援人員，并對其進行的專項體、技能仿真施訓。按照救援能力逐步提高的規律，科目設置分為“空氣呼吸器耗氣訓練”“熱成像儀應用技能訓練”和“其他仿真類模擬訓練”較為合理。

需要特殊強調的是，火災具有多樣性，每場火災都有其自身的特征。因此，仿真設施的模擬場景與真實火場還是存在不小的差距，真實火場內的突發性無法被復制，這就要求受訓者不能思維固化，一旦身處火災現場需要時刻保持警惕與冷靜，不能僅憑經驗處置問題，需要具備綜合處置措施和能力。

參考文獻：

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