煙草物流中心滅火救援逃生VR訓練系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

李志涌 呂永錁 賈學坤 吉志海

基金項目：重慶科技學院研究生科技創(chuàng)新計劃項目（YKJCX2220721）

第一作者簡介：李志涌（1999-），男，碩士研究生。研究方向為油氣化工過程安全。

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

摘? 要：為提高煙草公司領(lǐng)導者與員工面對物流配送中心突發(fā)火災的應急救援和緊急逃生能力，提出一種以虛擬火災事故場景為中心的滅火救援逃生VR訓練系統(tǒng)。該文論述以訓練系統(tǒng)的整體框架及不同場景為中心的角色扮演型模擬訓練模式，詳細介紹系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)和各個模塊的設(shè)計，包括界面登錄模塊、場景控制模塊、訓練管理模塊、視頻講解模塊、過程考核模塊和數(shù)據(jù)評估模塊6種功能結(jié)構(gòu)，視頻講解和VR訓練系統(tǒng)多樣化的訓練方式，加強訓練者理論和實踐的結(jié)合。結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以為煙草物流行業(yè)提供一種先進的虛擬現(xiàn)實培訓系統(tǒng)，有效提升滅火救援和逃生能力，保證人員安全。

關(guān)鍵詞：煙草物流；滅火救援逃生；虛擬現(xiàn)實（VR）；訓練系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：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煙草生產(chǎn)國和運輸國[1]，煙草物流行業(yè)承擔著煙草產(chǎn)品的運輸、倉儲、分銷任務，隨著國家經(jīng)濟實力的增強，煙草行業(yè)也得到了飛速發(fā)展。煙草行業(yè)進步的同時也帶來了很多的安全問題，造成了大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。2020年6月17日湖南雙峰一居民住宅小區(qū)物流中轉(zhuǎn)門店發(fā)生火災，造成7人死亡[2]；2022年9月20日，廣東中山一人抽煙后亂扔煙頭引發(fā)火災，導致物流貨物發(fā)生起火，造成1人受傷[3]。煙草物流中心發(fā)生的火災事故及機械傷害均會造成人員傷亡和財產(chǎn)的損失，因此開展煙草物流的安全性研究是非常有必要的。

虛擬現(xiàn)實（VR）作為一種先進的技術(shù)手段，已經(jīng)和教育培訓、高端制造、文化娛樂、醫(yī)療健康及商業(yè)貿(mào)易等眾多領(lǐng)域融合[4-8]，展現(xiàn)出巨大的潛力，Abourgigah等[9]基于OGRE引擎和OIS系統(tǒng)，開發(fā)了面向石化廠區(qū)的三維應急救援演練平臺。目前國內(nèi)學者將虛擬現(xiàn)實技術(shù)與煙草物流結(jié)合開發(fā)了作業(yè)標準可視化平臺，但VR技術(shù)與火災安全培訓、應急救援領(lǐng)域的融合尚未開展?；诖?，本文利用VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)開發(fā)基于火災事故場景的三維動畫視頻案例庫，開發(fā)員工的滅火救援和應急逃生訓練系統(tǒng)。通過教育警示和案例演練，提升戰(zhàn)時應急處置水平，盡可能減少煙草物流全流程、全業(yè)態(tài)活動中的事故損失和不利影響，控制風險的進一步延伸。

1? 系統(tǒng)總體框架設(shè)計和虛擬場景的構(gòu)建

1.1? 系統(tǒng)總體框架設(shè)計

本系統(tǒng)通過采用現(xiàn)場實拍、測繪數(shù)據(jù)的方法獲得工作現(xiàn)場實際場景，結(jié)合建筑CAD和消防規(guī)范確定消防設(shè)施的外形與擺放位置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合。使用3D Max創(chuàng)建火災及煙氣特效，將模型及場景導入3D Max后進行場景的渲染和加工，增強災害效果，其中還加入了滅火、逃生知識點，增強員工意識，實現(xiàn)人機交互模擬訓練，系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1? 系統(tǒng)總體框架設(shè)計圖

1.2? 虛擬場景的構(gòu)建

以場景為中心的訓練系統(tǒng)，需要強交互性、添加特效并進行渲染優(yōu)化打造出高逼真度的訓練環(huán)境。為了構(gòu)建煙草物流中心滅火救援逃生VR訓練系統(tǒng)，選擇辦公區(qū)域與疏散通道作為虛擬場景，設(shè)置火災渲染效果和聲音特效，增加訓練效果和真實感，虛擬場景在整合渲染完成后，加入火災、煙霧等粒子特效，具體場景如圖2所示。

2? 系統(tǒng)功能設(shè)計

滅火救援逃生模擬訓練場景應滿足實戰(zhàn)化訓練的要求，包含不同災害場景下的滅火救援方式、人機交互式模擬和訓練效果的綜合評估。滅火救援逃生VR訓練系統(tǒng)的功能設(shè)計共包含以下6個模塊：界面登錄模塊、場景控制模塊、訓練管理模塊、視頻講解模塊、過程考核模塊和數(shù)據(jù)評估模塊，具體過程結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.1? 界面登錄模塊

界面登錄模塊包含用戶注冊、用戶登錄、用戶權(quán)限管理3部分，通過注冊功能記錄訓練者的基本信息并輸入身份信息和密碼可以進行用戶登錄，登錄成功后，系統(tǒng)會為用戶分配一個唯一的會話標識符，以便后續(xù)進行用戶身份驗證和成績統(tǒng)計。

2.2? 場景控制模塊

場景控制模塊負責管理和控制煙草物流中心滅火救援逃生訓練系統(tǒng)的場景切換和信息標注功能，選擇答案正確與否會切換為不同場景，以提供多樣化的訓練體驗，場景切換完成后通過圖形渲染技術(shù)和其他視覺效果來模擬火勢、煙霧、光線等元素，真實還原火災場景。

2.3? 訓練管理模塊

訓練管理模塊是煙草物流中心滅火救援逃生訓練系統(tǒng)中最核心的模塊。其負責管理和組織用戶的訓練過程，共包含滅火救援模式和逃生模式。初期火災時，訓練者應選擇合適的滅火設(shè)備撲滅火災，火勢較大時應使用正確的逃生方法撤離火場。

在滅火救援模式中，訓練者需要面對真實還原的火災場景，需要應對火勢、煙霧等各種挑戰(zhàn)。訓練者發(fā)現(xiàn)火源后立即按下火災報警按鈕，啟動火災應急防控預案并撥打119報警電話，現(xiàn)場火勢較小時，選擇滅火器進行滅火，觀看滅火器的正確使用方法并進行實際操作，手持下壓閥對準火焰根部完成滅火?；饎葺^大時選擇消火栓設(shè)備完成滅火過程，滅火救援功能的設(shè)計提高了訓練者應對突發(fā)火災的能力，避免造成大量的人員傷亡和財產(chǎn)損失。火情難以控制時進入逃生模式，在這個模式下，訓練者將面對虛擬現(xiàn)實中的火災場景，需要迅速尋找安全出口、穿越煙霧、避免火源等。此處設(shè)置有相關(guān)火災知識考察，訓練者需要選擇合適的逃生工具和逃生路線，選擇不同的逃生通道會進入相應的場景，訓練失敗后重新進入逃生模式，在數(shù)據(jù)記錄模塊中記錄用戶在該模式下的訓練次數(shù)、持續(xù)時間和成績。

2.4? 視頻講解模塊

視頻講解模塊提供了相關(guān)培訓和指導的內(nèi)容，以視頻搭配人機交互的方式呈現(xiàn)，提供生動直觀的講解材料，增強用戶的學習效果和訓練體驗。視頻講解模塊包含視頻錄制剪輯和視頻播放器功能，允許管理員或培訓專家錄制和編輯訓練者滅火救援和逃生訓練的相關(guān)視頻內(nèi)容。

2.5? 過程考核模塊

針對用戶在訓練過程中的表現(xiàn)和實際操作進行評估和考核設(shè)計了過程考核模塊，共包括系統(tǒng)評判、場景演練、訓練評估功能?；谟脩粼谟柧氝^程中的操作和決策，對其表現(xiàn)進行實時評判，模塊會分析訓練者的動作是否符合滅火救援和逃生的最佳實踐，評估其操作的準確性和效率。根據(jù)訓練者不同場景的表現(xiàn)、訓練次數(shù)、完成時間等指標給出最終成績，生成用戶總體訓練水平的評估報告。

2.6? 數(shù)據(jù)評估模塊

數(shù)據(jù)評估模塊負責記錄、分析、評估用戶在訓練過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，幫助用戶了解其訓練成績并提供個性化的反饋。共包括數(shù)據(jù)記錄功能、成績記錄功能、成績導出，訓練者的完成情況、選擇錯誤的逃生路線、題目作答情況不理想都將被記錄，管理者可以將所有參與訓練者的個人信息和成績導出Excel表格并進行針對化訓練，提高個人火災安全意識和滅火救援逃生能力。

3? 系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

根據(jù)以上方案設(shè)計開發(fā)的煙草物流中心滅火救援逃生VR訓練系統(tǒng)界面支持大屏幕顯示，增強訓練者體驗感，在系統(tǒng)總體架構(gòu)方面，遵循模塊化和分層架構(gòu)的原則，使用基于事件驅(qū)動的架構(gòu)來實現(xiàn)模塊之間的解耦和靈活性，通過定義清晰的接口和消息傳遞實現(xiàn)模塊之間的通信和交互。

進入界面登錄時，提交自己的個人信息，可以進入訓練端和管理端，訓練員在火災初期、中期可以根據(jù)場景信息標注指引選擇合適的滅火方式，火勢較大時不同的逃生方式進入不同場景，正確作答考核題目時訓練完成，系統(tǒng)會根據(jù)訓練者的表現(xiàn)進行綜合評分，管理端為第三視角畫面，可全程觀看訓練者的滅火救援方式與逃生路線。針對火災知識訓練，解決了煙草物流行業(yè)所面臨的高風險、實際訓練場景困難等問題，提高了領(lǐng)導層及監(jiān)管者對員工的管理效果，為煙草物流行業(yè)的發(fā)展提供保障。

4? 結(jié)論

1）以真實煙草物流中心做為底本，添加辦公區(qū)域和逃生通道2個虛擬場景，不同階段火災使用針對性滅火設(shè)備，火勢較大難以控制時立即選擇合適的撤離工具并根據(jù)安全出口指示逃生通道撤離，提高訓練者真實場景下面對火災的應急處置和逃生能力。

2）煙草物流中心滅火救援逃生VR訓練系統(tǒng)將訓練系統(tǒng)分解為界面登錄模塊、場景控制模塊、訓練管理模塊、視頻講解模塊、過程考核模塊和數(shù)據(jù)評估模塊，利用模塊化功能設(shè)計使得系統(tǒng)具有更好的可拓展性和可維護性，便于管理者進行后續(xù)功能設(shè)計和改進。

3）系統(tǒng)中加入視頻講解與知識點測試環(huán)節(jié)提供多樣化的學習方式，訓練過程更加直觀，更好地理解和記憶教學內(nèi)容，測試環(huán)節(jié)通過題目形式進行互動和檢測，激發(fā)訓練者的參與和思考，視頻講解和VR訓練系統(tǒng)相輔相成，增強學習者綜合運用知識的能力，為后續(xù)煙草行業(yè)安全管理提供一種思路。

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