摘要：建筑火灾预案式推演系统是以3D虚拟化技术为基础，以数字化、可视化、智能化、网络化、集成化理念为目标。通过3D建筑场景搭建，灾害事故模拟，管理体系设置，救援力量部署等系统操作，可以还原建筑火灾救援过程的软件系统。该系统具有可视化的优点，应用于案例教学、想定作业以及数字化预案制作等教学活动中，具有比传统教学方式更加优越的效果。
关键词：建筑火灾预案式推演系统；案例教学；想定作业；数字化预案制作
随着社会经济和城市化建设的快速发展，各类火灾和突发事故日益增多。对于一起火灾而言，指挥员的火场指挥决策对火灾扑救的成功与否起着决定性作用。作为一门指导灭火救援行动指挥决策方法的学科，灭火战术具有很强的理论性与实践性。在灭火战术课程的教学过程中，通常采用案例分析、想定作业等方式开展辅助和实践教学活动，这是由于课程中所讲述的作战行动指导思想原则方法、组织指挥程序、战斗行动各环节、业务理论等知识在一起灭火救援案例中都能得到很好的体现，进行案例分析可以达到提升分析判断、决策、临机处置、协同作战能力的目标。
美术就是借助线条与色彩来展现美的艺术形式，能够陶冶学生的情操，提升学生的艺术修养。但是在传统的小学美术教学中，教师往往在课堂中向学生传授理论知识，并按照书中的内容来向学生介绍作品，让学生掌握不同风格。在这种教学模式的影响下，使得课堂氛围十分枯燥，学生的学习积极性不高，所以也就难以感受到美术学习中的趣味性，教学效果也不理想。
但在培训过程中也存在着一定问题。文字、图片不能直观地反映事故现场的基本情况。对于一些火场情况较为复杂的案例，单纯的文字描述以及图片展示不能直观地反映火灾现场的整体情况，以至于在进行后期火场指挥决策的教学活动中，会遗漏部分火场信息片段，导致指挥决策力量部署不全面。对于多个指挥层级到场指挥的火场，在参考前期力量部署以及当前火场态势的基础上，才能较为正确合理地开展下一阶段火场的力量安排。但在传统的案例教学活动中，有时无法将前期进行的较多数量的力量部署持续完整地展示在界面上，那么就会影响下一层级火场力量部署问题的讨论。这些问题都会影响案例教学开展的效果。
中频电炉的温度检测范围较高，因此采用K型热电偶，为使测量准确，采用电桥补偿法自动补偿热电偶参考端温度变化引起的测量误差。采用典型的仪用放大电路放大热电偶的差动输入信号，将热电偶的输入信号调整为0-5V的模拟电压信号。
鉴于此，研究一套具有可视化界面、能够搭建设定不同建筑火灾模型、并且能够进行消防力量部署的软件显得十分必要。此套软件应用于案例教学中，可以使教学具有真实性、形象性、观赏性，动态效果，能够增强学习者的感性认识，提高学习效率。同时，也符合现阶段国家有关教育信息化、教育现代化的发展要求。
一、建筑火灾扑救预案式推演系统
1.战斗力量部署。在三维模型上标注参战车辆、装备和关键人员的具体位置、名称、重要参数和具体作战任务，标明行车路线、供水线路、进攻撤退路线、疏散路线、举高车作业面和现场指挥部位置等。
（一）场景搭建及数据采集
该系统提供3D场景的快速搭建工具。根据CAD图纸、照片等信息，进行3D预案场景的快速、低门槛搭建。包括：园区搭建，建筑外观搭建，室内结构搭建。园区及建筑外观的搭建可利用系统自带的搭建工具进行搭建，也可以对园区进行影像采集并形成外观三维场景；室内结构的搭建系统一方面可以利用系统自带的搭建工具根据CAD图纸进行搭建，也可根据室内CAD图纸自动建模。如图1为采用系统进行场景搭建的效果图。
图1 系统场景搭建效果图
（二）编制对象基础资料
3.消防设施信息。主要包括安全疏散设施、消防水系统、消防控制室、报警系统、防排烟系统、防火分区及其附属设施、消防用电设施、泡沫灭火系统、其他灭火系统等信息。在三维预案中，消防设施按照不同类别制作独立图层在三维模型中显示，并针对各消防设施加注参数信息和操作说明。
3.通讯力量部署。在三维模型上标注通讯指挥车、卫星车、图传点位、中继设备等通讯车辆装备的位置、名称、重要参数和作战任务，以文字说明形式增加通讯组网方案。
1.单位基本情况。主要内容包括单位名称、地址、地理坐标、单位性质、预案级别、防火级别、消防安全组织、总建筑面积、总占地面积、灭火责任队站、防火管辖单位、毗邻情况、周边危险源等。
2.单位建筑信息。主要包括建筑使用性质、占地面积、建筑面积、建筑结构、地上高度、地下高度、地上层数、地下层数、避难层、功能分区说明、重点部位说明及周边消防通道等。
编制对象基础资料主要包括单位基本情况、单位建筑信息、消防设施信息和危险性分析。以上内容在三维预案中以文字说明，配合三维模型、全景照片的方式进行展示。
4.战术要点与注意事项。以文字形式在三维模型上，针对灾害设定和作战部署方案进行战术要点和注意事项的提示。
其实，在科学研究领域，像覃重军这样的“异想天开”不妨多一些。科技史一再证明，一些“异想天开”往往是科学探索的起点，不少科学发现来源于此。150多年前，法国科幻作家儒勒·凡尔纳曾在自己描述宇航生活的作品《从地球到月球》中写道：3位探险家乘坐一枚大炮弹飞上了月球。后来，有科学家受“乘炮弹飞上月球”的启发，写成了世界上第一部研究以火箭解决星际飞行问题的科学著作。
（三）灾情设定及作战部署
以预案编制对象可能发生的灾害类型和危险性评估结果为依据，在已搭建好的三维建筑场景中设置不同类型的灾情，如图2所示。针对灾情设定细分不同阶段进行作战部署，重点包括以下内容：
针对以上在开展案例教学中存在的问题，开发研究出一套建筑火灾预案式推演系统。研发过程中以3D虚拟化技术为基础，以数字化、可视化、智能化、网络化、集成化的理念为目标，使用3D搭建工具，实现自主构建预案的场景、建筑、消防设备逐级可视，设计和配置相关建筑和各类消防设备布局。并将推演流程以动画方式自动播放演示，播放过程中可随时暂停进行周边消防信息查询，实现回播和快进等功能，系统支持多角色的联合部署和推演。研究的内容主要包括利用计算机软件设计如下功能模块：
现阶段，预案式推演系统主要应用于灭火战术类课程的教学活动中，开展案例教学、组织实施想定作业以及进行数字化预案制作都可以采用预案式推演系统。从组织形式上来看，清晰的火场视角可以提升受训人员的学习积极性；从活动效果上来看，阶段式的推演方便受训人员以不同指挥层级的角度考虑火场指挥决策的问题。
1)从《3～110 kV电网继电保护装置运行整定规程》DL/T 584-2007及重合闸时间整定原则可以发现，考虑到保护动作时间、断路器动作时间以及断路器断口熄弧特性等相对固定，10 kV配电网线路重合闸时间的整定主要与故障点断电熄弧去游离时间紧密相关。如果在断路器重合前，非永久性故障点已经成功熄弧，重合闸操作即可成功，否则重合闸将失败。但上述标准均未对整定时间作严格要求。
4.危险性分析。从单位发生各类灾害的危险性和灾害特征进行分析，确定重点部位，在三维模型上进行标注。建筑类单位从建筑结构、人员疏散、灭火救援难度等方面分析；石化类单位从物料危险性、工艺流程和灾害特征方面进行分析。
图2 系统灾情设定界面
（四）播放推演
预案式推演系统的每一个作战部署方案均可在三维场景内进行动态推演和论证，确保其合理性。按照发现灾情、调派力量、组织指挥、战斗任务、作战单元的顺序进行播放，播放的过程中可以随时暂停，查询周边消火栓等数据，并可查看周边力量，已调派力量以及力量编成等信息。预案式推演系统具备对每一种灾情设定和作战部署进行查询、调取的功能，行动部署创建的所有环节在系统中都会记录保存，并且可以以预案的形式倒出。
二、建筑火灾预案式推演系统的应用研究
2.保障力量部署。在三维模型上标注保障车辆、装备和关键人员的具体位置、名称、重要参数和具体作战任务，标明车辆集结区、装备集结区、伤员集结区、车辆供水点位、战勤保障区，联动力量集结区等。
（一）案例教学
案例教学活动的开展有助于学员准确理解各类战术原则、战术方法，培养指挥员的现场决策能力。在采用预案式推演系统开展案例教学之前，首先，应将案例中事故建筑及周边情况进行三维场景搭建，设置力量编成，并进行火情灾情设置。案例教学过程中，根据案例真实情况进行推演，将各阶段人员、车辆部署标注于三维场景中，使整个火场的灭火救援情况清晰可见。案例推演结束后，系统以视频形式导出案例的推演过程。
海外项目施工所需要的各项资源匮乏，尤其是高素质的劳动力资源。海外工程所在国大多数是一些欠发达的国家，工业基础薄弱，环境恶劣，资源匮乏，民众受教育水平低，属地化员工素质较低。例如：在笔者所参与的马来西亚RAPID 炼厂建设项目中，技术工种都是以中国工人为主，辅以部分属地工人配合。大量雇佣当地工人辅助施工虽然能在很大程度上缓解项目的劳动力需求，并且满足当地的劳工保护政策，但是属地工人的劳动习惯、与中国工人的交流障碍也给安全管理带来了很大困难。
在案例推演的各个阶段，学员可根据灾情及现场的力量部署情况，以不同层级指挥员的身份对下一阶段火场的决策部署进行讨论，这样，可以从理性的角度看待火场的指挥决策，有助于初战指挥能力的培养。一起火灾扑救行动是由若干个火场行动任务构成的，在火场中，每一项火场行动任务都有专门的人员负责开展。以火场供水为例，在组织火场供水行动之前，需要考虑火场与水源的距离情况，根据供水车数量确定火场供水方式，后方供水点与火场前方供水对应关系等问题，这考察了作为一名火场指挥员的统筹协调能力。在开展案例教学时，可以在设定的建筑火灾场景中，对某一具体战斗行动的组织实施进行分析和讨论。在一起火灾扑救工作结束后，往往会组织战评活动对灭火工作的经验教训进行总结讨论。这一评价工作主要是从力量调集、初战指挥、火场主要方面、灭火行动、火场安全等多方面开展的。在案例教学活动中，系统可导出整个案例推演过程，可以浏览整个灭火救援行动，方便对火灾扑救的各个环进行回顾与评价，总结此类火灾的扑救方法，注意事项等。
与传统课堂讲授式的案例教学相比，采用预案式推演系统开展案例教学的优势在于提供可视化的火场环境，增强感性认识，有助于理解火场的具体行动安排，提升开展案例教学的效果。
（二）想定作业
想定作业是灭火战术类课程开展的实践教学活动，是从学员第一任职需要出发，结合专业基础课程的教学内容，以培养指挥能力为目的所开展的教学活动。想定作业的实施要结合某一具体的灭火救援案例的实景，根据想定作业实施的时长以及训练科目的内容，调整案例的推演过程，并设置相应的问题，由学员给出相应的解决方案。通过想定作业活动，主要培养学员分析判断、运筹决策、组织协调、临机处置的能力。
采用预案式推演系统可以开展可视化的想定作业活动，系统可以对建筑模型及周边环境进行自主搭建，建筑内火点、灾情可自行设置，这一系统功能与想定作业中基本想定与补充想定的开展相切合。在开展想定作业活动时，学员可在系统界面上进行操作，设置力量部署，标注进攻撤退路线、组合供水线路等，实现由学员自己完成一场火灾的决策与部署。想定作业中，即题作业是重要的组成部分，想定作业的组织者根据火情内容，假设一种火场发生的情况设置障碍，让作业人员针对此种情况给出解决方案或者进行力量调整，用以考察培养学员的临机指挥能力。而这一假设的火场情况，可以在预案式推演系统中进行重构。
（三）数字化预案制作
在以平面数据为主的灭火救援预案中，灭火救援信息资料很难直观地为指挥员提供准确的指挥辅助信息。为进一步规范灭火救援预案编制、辖区情况熟悉和实战演练工作，2015年消防局制定了《公安消防部队灭火救援数字化预案规定（试行）》，首次提出了消防安全重点单位灭火救援预案数字化的编制要求。2017年10月，消防局发布了《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》。意见提出了综合运用物联网、云计算、大数据、移动互联网等新兴信息技术，加快推进“智慧消防”建设。要求各级消防队伍按照“统一数据标准、统一关键技术、属地组织建设、体现层级差异、便于实际应用”的建设原则，针对不同规模、不同类型的对象分级、分类开展数字化预案编制工作。数字化预案的编制向着可自主编辑、预案可严格管理、外部数据可大量集成的方向发展。在培养消防队伍初战指挥员的过程中，预案编制应当作为第一任职需要的重要组成部分，予以高度重视。传统的纸质预案、平面数据预案已经明显不符合当前“智慧消防”的工作要求。那么，在开展预案制作教学工作时，也应当紧跟步伐，以数字化预案制作为教学重点。采用预案式推演系统进行预案制作时，可以真实反映对象基本信息，准确体现建筑内外消防设施，合理设置灾情和制定作战部署，全面集中消防数据资源，提升预案的实战效能。可视化的操作界面能使学员更好的以数字化的视角理解预案的编写制作。
殊不知，灵云禅师见桃花前，已踏踏实实修炼了三十年；张旭看到挑夫过路时，书法几已炉火纯青。见桃花，遇挑夫，都只是引线。厚积薄发，真正的门道还在日复一日的积累与修炼中。
参考文献：
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王宇佳，王佳.基于BIM的数字化消防疏散预案应用探讨[J].消防科学与技术，2018，37（4）：538-540.
栾涛.论三维可视化技术在消防安全重点单位灭火救援数字化预案编制中的应用[J].中国管理信息化，2016，12(2).
《公安消防部队灭火救援数字化预案规定（试行）》.[Z]
《关于全面推进“智慧消防”建设的指导意见》.[Z]
本文课题来源：公安消防部队高等专科学校校级课题《建筑火灾扑救预案式推演系统研究》，项目编号：2018012。
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