防灾救援（精选3篇）
防灾救援 篇1
1 工程简介
关角隧道位于青藏线西宁至格尔木段增建第二线天棚车站与察汗诺车站之间, 全长32.690km, 为世界高原铁路第一长隧。设计为两座平行的单线隧道, 线间距为40m, 道床采用无碴轨道形式。
关角隧道施工设辅助坑道 (斜井) 10座, 6号斜井位于隧道中部, 紧急救援站设在6号斜井与隧道交叉口 (DK296+110) 附近, 里程范围DK295+960~DK296+510 (Dy K295+960~Dy K296+510) , 其中主要工程包括:
两条隧道间设12条救援横通道, 间隔50m。在隧道紧急救援站范围内隧道拱顶每100mⅠ、Ⅱ线对称设置1座排烟竖井, 通过横向排烟通道连通竖井与纵向排烟通道, 纵向排烟通道与斜井相连。在6号斜井斜1+53.22~斜3+34.44范围内进洞右侧设置安装维修通道, 并在斜2+43.8处设置风机房, 风机房与安装通道相连, 见图1~图4。
2 施工难点分析
1) 关角隧道防灾救援工程为新增施工项目, 其施工严重滞后于正洞施工, 且正洞施工尚在进行。排烟通道、竖井和正洞、横通道间形成立体交叉施工, 上方的开挖爆破对下方施工的影响尤其突出, 如何进行合理的施工组织成为保证工期及施工安全的重难点问题。
2) 竖井施工在铁路隧道内极为罕见, 常见的竖井施工多为矿山、地铁项目。由于隧道内断面有限, 已知的高效开挖方法及机械、设备无法展开。在施工中的铁路隧道内正线上方修建10座竖井, 且需将正洞拱顶打穿, 无论是从施工技术难度、质量控制难度还是风险控制管理上, 竖井施工无疑成为防灾救援施工的核心及控制重点。
3) 风机房位于安装通道末端, 并穿过斜井, 总长度26.9m, 其中安装通道侧16.3m, 斜井处7.6m, 安装通道对侧3m。其断面形式为"蘑菇型" (两侧为直墙, 拱部为圆弧形) , 开挖高度为10.55m, 宽度为9.5m。底面低于斜井面1.28m, 开挖顶部最高高出斜井拱顶3.65m。风机房与安装通道同底同中线, 开挖高出安装通道 (高7.17m) 拱顶3.38m, 比安装通道宽2.24m。无论是风机房的开挖还是衬砌, 其施工难度显而易见。
3 现场施工组织
部分横通道已与正洞施工完成, 尚未完成的横通道优先安排, 并与排烟通道开挖至同里程前完成衬砌施工, 以减少上方施工对横通道的施工影响, 确保其安全。
整个防灾救援工程, 以正洞上方的排烟通道及竖井施工为主线, 同步进行安装、维修通道及风机房的施工。根据现场实际情况协调各工作面, 以求达到安全、高效、有序。
4 主要施工技术
4.1 立体施工的安全技术措施
由于防灾救援工程施工过程中, 正洞施工尚未完成, 不可避免地出现上下立体施工。在排烟通道及竖井的施工过程中, 除采取“短进尺, 弱爆破”及有效的安全防护措施外, 为保证正洞的交通运输安全, 在竖井的开挖施工过程中, 同组的Ⅰ、Ⅱ线竖井要依次顺序进行, 待一侧竖井开挖支护且上下防护完成, 正洞的交通导行之后再进行对侧的竖井开挖。竖井开挖时的正洞交通可利用临近的横通道, 将施工交通导行至不被竖井开挖影响的一侧。
4.2 竖井施工及防护
竖井结构形式见图3、图4。竖井深度随里程的增加而增加, 6.65~13.09m (见表1) 。
4.2.1 竖井的开挖必须在横向排烟通道衬砌之后
在图4中可以看出, 竖井衬砌混凝土边缘至横向排烟通道边缘仅为0.5m, 去除衬砌0.3m, 竖井初支面至横向排烟通道衬砌的最小距离仅为0.2m。若横向排烟通道尚未衬砌即进行竖井开挖, 那么横向排烟通道的衬砌施工将会极为困难。
同时, 为防止竖井开挖造成横向排烟通道拱脚悬空, 危及衬砌安全, 可在横向排烟通道衬砌底部通长设置纵向工字钢, 并打设锚杆进行固定, 以加强衬砌拱角刚度, 确保横向排烟通道的衬砌结构安全。
4.2.2 竖井开挖
竖井采用“钻爆法”开挖。首先由上向下与初期支护循环交替进行, 每次爆破后均将底面虚碴清理干净, 按要求打设锚杆、喷射混凝土, 每循环进尺1m左右。竖井内部突入岩层的“楔形”部位开挖完成后, 正洞拱顶至竖井开挖底面的最小距离将小于1m, 这时需在开挖面的上、下同时进行作业, 上部进行爆除剩余岩层施工, 下部进行爆除竖井范围正洞二衬混凝土及多余岩层施工。
4.2.3 竖井衬砌
竖井的衬砌采用正洞的衬砌台车作为底模, 在二衬台车上搭设工字钢作为模板骨架, 外挂木模或钢模进行衬砌施工。竖井衬砌由下向上分段进行浇筑, 每段浇筑高度为2m左右, 最上层2m必须作为独立单元进行浇筑。
4.2.4 竖井的安全防护
竖井是连通正洞和排烟通道的通道, 其断面较大。竖井顶面至正洞仰拱面的最小距离将超过12m, 为防止人员的意外坠落及石碴、机具掉落对正洞施工人员、机具设备的危害, 必须在竖井的上、下部设置必要的安全防护设施。
上部安全防护, 无论是竖井贯通前还是衬砌完成后, 竖井顶部均需设置防护栏杆, 防止人员、设备机具的意外坠落。竖井衬砌至顶面时, 按设计要求设置永久护栏, 并在所有施工尚未完全结束前, 设置水平安全网作为双层保护。
在竖井开始开挖前, 即在其下方的正洞仰拱面上放置防水板台架, 在其上方堆放草袋, 作为掉落物品的缓冲层, 同时可起到拦截的作用。直至竖井衬砌施工前。
4.3 风机房施工
风机房的开挖类似于斜井进正洞的挑顶施工, 由风机房和安装通道的分界处开始以20%的坡度进行挑顶, 在进入斜井时拱顶基本到位, 拱顶标高到位后, 水平开挖至斜井对侧风机房边缘, 然后反方向水平开挖至风机房和安装通道的分界处, 最后由风机房和安装通道的分界处向斜井对侧开挖下部剩余部分。风机房的开挖与支护施工交替进行, 每开挖完成一循环即进行喷锚施工。
风机房的衬砌采用拱架外挂木模或钢模的方式, 由于风机房的断面较大且为“蘑菇型”, 可采取“先墙后拱”的方式, 采用工字钢作为模板骨架, 同时利用工字钢、钢管、圆木等材料制作横撑、斜撑及剪刀撑。首先, 分段浇筑直墙, 根据现场实际情况分段进行, 每次的砼浇筑高度以2m为宜, 且两侧对称进行。直墙施工完成后, 在直墙顶部支立拱部弧形拱架, 进行风机房拱部衬砌。拱部拱架的内支撑与直墙的衬砌支撑同步考虑设置。模板及拱架、支撑的卸落自上向下进行, 逐层拆除支撑、拱架及模板, 同时进行必要的外观修整。
5 现场和实际效果情况
关角隧道防灾救援工程于2014年3月21日正式开始施工, 2014年8月29日竖井全部衬砌完成, 确保了正线无砟轨道施工的如期进行, 为整个隧道按期交验奠定了强大的基础。同时, 随着2014年12月31日风机房的衬砌完成, 关角隧道防灾救援土建施工宣告结束, 并于2015年初随主洞验交通过。
关角隧道防灾救援实际完成效果见图5~图8。
6 结语
通过精细的施工组织和周密的施工安排, 攻坚克难, 圆满地完成了新型铁路防灾救援这一罕见项目施工, 积累了宝贵的施工经验。同时, 培养了一批优秀的技术干部和管理人才, 树立了良好的形象, 在激烈的市场竞争中为企业增加了竞争资本。
防灾救援 篇2
关键词：隧道,人员逃生,通风排烟
0 引言
近年来, 我国铁路建设事业飞速发展, 随着线路标准不断提高, 长大隧道数量逐渐增多, 地处西部山区的成兰铁路成都至川主寺段尤其明显, 仅10 km以上特长隧道就有7座。云屯堡隧道作为该段唯一长度20 km以上的单洞隧道, 也是我国目前开展的初步设计和施工图设计中第一长双线合修隧道, 其防灾救援疏散设计成为了该隧道设计的重难点之一。
目前, 日本、西班牙与德国等铁路建设技术较成熟国家, 均结合各自工程经验与工程需求制定了相应的隧道内防灾救援标准[1]。我国结合国内外铁路隧道防灾救援疏散工程经验, 在《铁路隧道防灾救援有关技术标准的研究》等研究的基础上, 于2012年颁布了《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》后, 国内隧道均按照此规范要求进行防灾救援设计[2]。
1 工程概况
云屯堡隧道位于松潘县岷江乡至松潘县青云乡之间, 全长22.923 km, 为双线合修隧道, 设计时速200 km/h, 是控制该段线路方案的重点工程。线路纵坡除出口40 m平坡段外, 其余段为单面上坡。隧道进口邻近岷江村岷江双线特大桥, 出口接松潘车站, 隧道最大埋深约750 m。
为满足工期要求, 解决排水、施工通风、防灾救援, 兼顾施工场地布置等, 该隧辅助坑道采用“6横洞+1斜井”方案, 横洞长分别为138 m, 814 m, 915 m, 833 m, 1 235 m, 654 m, 斜井长213 m。隧道中线左侧为蜿蜒的岷江, 岷江旁为既有213国道, 除1号横洞洞口位于隧道进口附近外, 其余辅助坑道洞口均位于213国道附近[3], 交通便利。
2 设计原则
根据《铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范》, 确定全线防灾救援疏散工程的设计原则如下[2]:
当隧道内有列车发生火灾事故时, 首先应考虑将火灾事故列车拉至隧道洞外进行救援疏散;如果火灾列车因故不能及时驶出隧道外而只能停靠在洞内进行救援疏散时, 则应利用隧道内设置的定点救援站、紧急出口或避难所进行疏散。本线隧道防灾救援疏散设施主要包括上述的紧急救援站、紧急出口及避难所。
1) 隧道或隧道群的长度不小于20 km时, 应于隧道或隧道群内选择合适位置设置紧急救援站一处, 且距离相隔隧道或隧道群的救援站距离不大于20 km。
a.隧道群定义标准为相邻隧道间出露明洞长度不大于400 m。b.救援站长度按550 m设置。c.救援站应具备将人员快速疏散到安全区域并能自救或通过救援到达洞外的条件。d.救援站设置疏散站台, 疏散站台边缘距隧道线路中线均为1.9 m, 站台高出轨面30 cm, 疏散站台宽度不小于2.3 m。e.双洞分修隧道救援站疏散站台设置于靠近邻近隧道侧, 单洞隧道救援站一侧设置平导作为紧急出口, 疏散站台设置于靠平导侧。f.双洞分修隧道救援站地段、单洞隧道救援站与平导之间均设置疏散联络横通道, 间距按50 m设置。
2) 长度3 km~20 km的单洞隧道结合施工辅助坑道设置紧急出口或避难所[2]。
a.10 km≤单洞隧道长度<20 km时, 应于隧道洞身设置紧急出口或避难所1处, 若该隧道其余的施工辅助坑道仍满足紧急出口或避难所设置条件时, 可增设1处紧急出口或避难所。b.5 km≤单洞隧道长度<10 km时, 应于隧道洞身设置紧急出口或避难所1处。c.3 km≤单洞隧道长度<5 km时, 若该隧道有施工辅助坑道且满足紧急出口或避难所设置条件时, 可设置紧急出口或避难所1处。d.应尽可能地利用施工辅助坑道作为紧急出口或避难所, 必要时可新增仅用作防灾救援使用的辅助坑道。紧急出口或避难所应尽量均匀布置, 间距不大于5 km为宜[2]。e.设置紧急救援站的单洞隧道, 其紧急出口、避难所等疏散设施的设置按上述4条原则办理。
3) 紧急出口的设置条件。
a.斜井式紧急出口:纵坡不大于12%, 且水平长度不大于500 m;b.横洞式紧急出口:长度不大于1 000 m。
4) 避难所的设置条件。
a.以下辅助坑道可作为避难所:纵坡大于12%或水平长度大于500 m的斜井;长度大于1 000 m的横洞或平导;b.避难所内待避空间净面积按600人待避, 0.5 m2/人确定;c.避难所井底及斜井式避难所洞身各级缓坡段均作为待避空间, 其坡度不大于3%, 防护门开启范围应为平坡段。
本隧为双线合修隧道, 隧道全长22 923.419 m, 根据以上防灾救援疏散工程设计原则, 本隧应设置紧急救援站1处, 并充分结合施工辅助坑道设置紧急出口或避难所。
3 防灾救援模式
根据设计原则, 当云屯堡隧道内有列车发生火灾事故时, 第一步应考虑将火灾事故列车拉至隧道洞外进行救援疏散;如果火灾列车因故不能及时驶出隧道外, 则利用洞内设置的定点救援站、紧急出口或避难所进行疏散, 具体洞内防灾救援模式为:
1) 设救援站地段, 当列车发生火灾停靠在救援站内时, 疏散人员可由火灾隧道通过救援站的疏散联络通道逃向疏散救援平导内, 最终通过救援站疏散出口向洞外逃生。
2) 其余地段, 当着火列车在隧道内没有条件行驶至救援站地段停靠时, 可将列车停靠在紧急出口或避难所附近, 疏散人员可通过紧急出口自行向洞外逃生, 或进入避难所进行避难并等待救援。
4 防灾救援疏散
4.1 防灾紧急救援站
1) 救援站设置。本隧道长度超过22 km, 根据本线防灾救援设计原则, 结合施工辅助坑道位置与洞口疏散条件, 于4号横洞与隧道交叉处设置1座救援站, 长度550 m。救援站距隧道进口端8.81 km, 距隧道出口端13.563 km (见图1) 。
本隧道为双线合修隧道, 为避免人员在洞内跨线疏散, 隧道紧急救援站两侧均设置疏散站台, 站台边缘距相邻的左、右线线路中线的间距均不小于1.9 m, 站台宽不小于2.3 m, 站台面高于轨面30 cm (见图2) 。
2) 人员疏散设施。为便于人员逃生疏散, 于救援站地段两线线路中线外侧30 m处各设一段长450 m的左侧疏散救援平导和447 m的右侧疏散救援平导, 作为人员的逃生通道或待避空间, 并于左、右侧平导与救援站相邻侧疏散站台之间按间距50 m设置1处疏散联络通道, 两侧各设11处, 共计22处疏散联络通道, 联络通道与正洞相交处设防护门。此外, 将4号横洞作为救援站左侧平导的紧急出口, 并于右侧平导中部设置1处隧底疏散联络通道下穿正洞及左侧平导, 与4号横洞相接, 以形成通向洞外的逃生通道。具体设置情况如图3所示。
3) 通风排烟设施。为改善救援站地段的人员疏散环境, 实现“人烟分离”, 于隧道救援站地段拱顶上方约15 m处设置一段长430 m的排烟道, 结合排烟要求并兼顾施工因素, 其断面净空尺寸为5.0 m (宽) ×6.0 m (高) ;排烟道底部与正洞拱顶间设置6处竖井式联络烟道, 联络烟道采用圆形断面, 内径不小于2 m;并于排烟道与地表间设置1座排烟斜井, 斜井长约650 m。本隧救援站地段排烟设施的具体设置情况如图4, 图5所示。
4.2 紧急出口与避难所
云屯堡隧道为双线合修隧道, 利用2号横洞 (814 m) 、3号横洞 (915 m) 与6号横洞 (654 m) 及7号斜井 (213 m) 作为运营期间的紧急出口, 并利用5号横洞 (1 235 m) 作为运营期间的避难所, 各紧急出口、避难所、救援站出口之间及距洞口的距离均不超过4.5 km (见图6) 。
5 通风排烟方案
5.1 救援站火灾通风排烟方案
当列车发生火灾并紧急停靠于救援站时, 为改善人员疏散环境, 增强逃生疏散安全性, 本隧道救援站火灾模式下采用半横向通风、排烟方案, 以实现“人烟分离”。其通风、排烟方案如下:
1) 左线隧道火灾通风排烟方案见图7。当列车于左线隧道发生火灾, 并紧急停靠于救援站时, 人员由车厢内疏散到洞内左侧站台, 通过疏散联络横通道进入左侧疏散救援平导, 最后通过4号横洞自行向洞外逃生。
为快速排除高温烟气, 火灾列车停靠紧急救援站左线后, 开启左侧疏散横通道内防护门 (右侧疏散横通道内防护门保持关闭) , 新鲜风通过4号横洞进入疏散横通道后流向火灾隧道, 火灾烟气通过救援站拱顶排烟系统 (烟道联络竖井、排烟道及排烟井) 抽排至洞外。
2) 右线隧道火灾通风排烟方案见图8。火灾列车停靠紧急救援站右线时, 人员由车厢内疏散到洞内右侧站台, 通过疏散联络横通道进入右侧疏散救援平导, 再通过隧底疏散联络通道进入4号横洞, 最后自行向洞外逃生。
火灾列车停靠紧急救援站右线后, 开启右侧疏散横通道内防护门 (左侧疏散横通道内防护门保持关闭) , 新鲜风通过隧底疏散联络通道进入疏散横通道后流向火灾隧道, 火灾烟气通过救援站拱顶排烟系统 (烟道联络竖井、排烟道及排烟井) 抽排至洞外。
5.2 紧急出口与避难所火灾通风排烟方案
云屯堡隧道共设置紧急出口4处, 避难所1处。其防灾通风方案, 均采用横洞或斜井内设置射流风机, 从辅助坑道洞口外吸入新鲜空气, 向火灾隧道内送风, 保证防护门处的风速要求, 防止火灾烟气进入紧急出口、避难所。其通风、排烟方案如图9所示。
6 结语
防灾救援疏散工程设计是长大隧道工程设计的重难点之一, 类似工程设计应重点考虑以下内容:
1) 根据隧道长度及合、分修类型确定救援疏散模式, 结合隧道辅助坑道情况设置紧急出口、避难所与紧急救援站。
2) 为保证人员逃生安全, 实现“人烟分离”, 除考虑人员逃生设施外, 还应考虑通风排烟设施。
参考文献
[1]颜志伟.武广客运专线大瑶山隧道群防灾救援疏散设计研究[J].铁道工程学报, 2011 (8) :7-12.
[2]TB 10020—2012, 铁路隧道防灾救援疏散工程设计规范[S].
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防灾救援 篇3
虚拟现实, (英文名称Virtual Reality, 简称VR) 是一种逼真的视、听、触觉一体化的计算机生成环境, 用户借助必要的装备可以自然的方式与虚拟环境中的物体进行交互作用, 从而获得等同真实环境的感受和体验。虚拟现实, 也可以认为是一种多维信息表示方法, 是一种先进的人机交互界面。众所周知, 数字化信息是当今信息时代的一种主要信息表示形式。
虚拟现实技术的目的就是在数字化信息空间与人之间建立起以人为中心的人机界面。即应用计算机图形技术、三维声音技术以及在触觉与力觉等方面取得的研究成果, 将数字化信息转换为可以由人直接感知的物理信号, 并应用先进的感知技术将人的行为转换为计算机对信息的操作。
虚拟现实系统三个最基本的特征是浸沉、交互和构想。浸沉感指的是人浸沉在虚拟环境中, 具有和在真实环境中一样的感觉;交互性指在虚拟环境中, 体验者不是被动地感受, 而是可以通过自己的动作实现人机互动;构想性指虚拟环境是人构想出来用以实现一定目标的系统。
虚拟现实系统按其功能高低可分为四类。
一是桌面虚拟现实系统, 也称窗口中的VR, 成本较低, 功能也最简单, 主要用于CAD、CAM、建筑设计、桌面游戏等领域。
二是沉浸虚拟现实系统, 如各种用途的体验器, 实物的虚拟设计、虚拟实验, 各种培训、演示以及高级游戏等系统。
三是分布式虚拟现实系统, 它充分利用分布于各地的网络资源, 协同开发虚拟现实环境。它是浸沉虚拟现实系统的发展, 也就是把分布于不同地方的沉浸虚拟现实系统, 通过网络互联, 共同实现某种用途。网络多人游戏属于这类系统。
四是增强现实, 又称混合型现实系统。它是把真实环境和虚拟环境结合起来的一种系统, 这样既可减少构成复杂真实环境的成本, 又可对实际物体进行操作, 亦真亦幻, 是今后发展的方向。
当前, 对于虚拟现实技术的研究关键有四个方面。
1) 仿真与建模技术
虚拟环境的建模与仿真是建立虚拟环境的一个重要环节, 其目的是建立虚拟环境的计算机数字化表示模型, 在用户与之交互作用时, 由计算机控制环境中的物体按一定真实或逼真规律发生变化。虚拟环境的仿真与建模主要包括几何建模与物理建模两方面。虚拟现实已有建模语言和相应的优秀建模软件有VRML、WTK、Creator/Vega、Direct3D和Open GL等。
2) 先进的感知技术
研究新型的感知技术, 准确捕获人体的交互行为, 并正确解释它们所代表的语义, 将人的自然行为映射为计算机系统可以理解的操作, 是虚拟现实技术研究的一项重要内容。
这些技术包括三维空间定位技术、人体状态跟踪技术、基于计算机视觉的感知技术、三维声音定位技术、眼动跟踪技术、人脸跟踪技术等。
3) 显示技术
虚拟现实系统的一个典型特征是沉浸感, 要达到这一要求, 必须将计算机表示的空间暨虚拟世界, 逼真的输出给用户。虚拟现实3D立体显示技术, 图形、图像的融合等技术的提升和改进优化是技术的难点。
4) 大型网络分布式虚拟现实的研究与应用
分布式虚拟环境系统除了满足复杂虚拟环境的需求外, 还应满足分布式仿真与协同工作等应用对共享虚拟环境的需求。分布式虚拟现实系统必须支持多个用户、信息对象之间通过消息传递实现的交互。分布式虚拟现实也可以看作是基于网络的虚拟现实系统, 是可供多用户同时异地参与的虚拟环境。现在分布式虚拟现实系统已成为国际上的研究热点。
虚拟现实技术VR是继上世纪80年代以来计算机技术、计算机图形学技术以后的一项引领时代的新技术, 其核心设备仍然是计算机。而图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设, 目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。
虚拟现实技术的应用前景十分广阔。它始于军事和航空航天领域的需求, 但近年来, 虚拟现实技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。已引起我国政府和科研工作者的重视, 特别是在汽车工业领域的应用研究有着广阔的前景。
虚拟现实是多种技术的综合, 其关键技术和研究内容包括几个方面。
1) 环境建模技术
即虚拟环境的建立, 目的是获取实际三维环境的三维数据, 并根据应用的需要, 利用获取的三维数据建立相应的虚拟环境模型。
2) 立体声合成和立体显示技术
在虚拟现实系统中消除声音的方向与用户头部运动的相关性, 同时在复杂的场景中实时生成立体图形。
3) 触觉反馈技术
在虚拟现实系统中让用户能够直接操作虚拟物体并感觉到虚拟物体的反作用力, 从而产生身临其境的感觉。
4) 交互技术
虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式, 利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备, 三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。
5) 系统集成技术
由于虚拟现实系统中包括大量的感知信息和模型, 因此系统的集成技术为重中之重:包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等。
简而言之, 虚拟现实技术通过在计算机中构造出一个形象逼真的模型, 人与该模型可以进行交互, 并产生与真实世界中相同的反馈信息, 使人们获得和真实世界中一样的感受。当人们需要构造当前不存在的环境 (合理虚拟现实) 、人类不可能达到的环境 (夸张虚拟现实) 或构造纯粹虚构的环境 (虚幻虚拟现实) 以取代需要耗资巨大的真实环境时, 就可以利用虚拟现实技术。
早在20世纪70年代便开始将虚拟现实用于培训宇航员。由于这是一种省钱、安全、有效的培训方法, 现在已被推广到各行各业的培训中。
目前, 虚拟现实已被推广科技开发、商业领域、医疗卫生、娱乐影音等多个领域。近年来, 随着全球气候变暖, 暴雨、暴雪等气象灾害及洪灾、山体滑坡、泥石流、火灾、地震等气象次生、衍生灾害频发, 人为灾害灾难也多有发生, 如何防患于未然, 在灾害灾难发生时能展开有效救援, 充分挽救人员财产损失, 也成为人类必须面对的课题。虚拟现实技术则为其提供了可能。
如今, 虚拟现实技术已经和理论分析、科学实验一起, 成为人类探索客观世界规律三大手段。
2. 仿生应急救援预案系统
应急救援预案是针对具体设备、设施、场所和环境, 在安全评价的基础上, 为降低事故造成的人身、财产与环境损失, 就事故发生后的应急救援机构和人员, 应急救援的设备、设施、条件和环境, 行动的步骤和纲领, 控制事故发展的方法和程序等, 预先做出的科学而有效的计划和安排。
随着城市化的高速发展, 突发公共安全事件对人民群众的生命财产安全和社会经济威胁表现的日益突出。当前在中国, 应急管理也已经上升为国家关注层面。
据不完全统计, 目前突发公共事件所包含的自然灾害、事故灾难、公共卫生和社会安全等突发事件每年造成非正常死亡、伤残人数及由此带来的经济损失正呈逐年递增趋势, 面对严峻的公共安全形势, 而如何强化重大事故应急演习机制, 以开放式演习方式代替照本宣科式的表演性演习方式, 积累应急演习的经验, 找出应急体系中的弱点, 是目前应急体系建设中急需解决的一个问题。
应急仿真演练系统通过对各类灾害数值模拟和人员行为数值模拟的仿真, 在虚拟空间中仿真灾害发生、发展的过程, 以及人们在灾害环境中可能做出的各种反应;并在演练平台上, 在最大限度仿真实际灾害的条件下, 开展应急演练。在此基础上, 制定各类企事业单位的数字化应急预案。
应急仿真演练系统可以用来训练各级决策与指挥人员、事故处置人员, 发现应急处置过程中存在的问题, 检验和评估应急预案的可操作性和实用性, 提高应急能力。系统可以使企事业单位能够运用现代化手段, 加强协调能力和应急能力, 使应急演练科学化、智能化、虚拟化。
3. 高层建筑救援亟待新科技力量武装
2010年11月15日14时, 上海市中心胶州路靠近余姚路附近的一座28层公寓楼发生火灾。时隔几日, 11月21日21时50分, 福建省福州市中选社区发生大火, 这次火灾造成约13、14幢居民楼被烧毁, 几十户居民受灾, 所幸并未造成人员伤亡。
据了解, 在此次上海公寓楼火灾救援中, 警用直升机等目前在救援体系中较为先进的设施也参与到救援过程中, 但因为现场浓烟太大, 直升机无法靠近大楼, 原本考虑将楼内居民从楼顶通过直升机疏散的计划难以实现。
现有的救援云梯也很难到达20层以上, 20层以上的高层建筑, 火势还会在有风的情况下助推导致更加蔓延。而从周边高楼向火灾发生楼喷射的水柱也因力量有限灭火效果欠佳。
可以想见, 这样的尴尬一定发生在当下多个救援场合。而这些也无不反映出现有救援体系在城市化进程中, 高层建筑逐步增多而相应的高层救援体系的落后。
高层建筑历来被称为“灾害放大器”, 由于楼层高、竖向通道繁多, 一旦发生火灾等突发灾难, 这些竖向通道会在火灾时形成若干竖向火洞, 烟气大量上涌, 就在建筑物内形成了烟囱效应, 助长了火势蔓延。最直观的说, 发生火灾、地震时, 高层居民逃生都困难重重。因此, 高层建筑灾害救援长期以来就是一个国际难题。
为了有效控制灾害的进一步蔓延, 迅速开展事故应急救援工作, 一方面需要准确掌握事故现场的情况, 另一方面更要对事故可能的发展趋势作出准确判断。但由于灾害灾难的诱发因素多, 演变过程复杂, 同时在事故发生后, 现场破坏严重。这些都为灾害的调查取证救援带来了巨大的困难。
因此, 规避和防患灾难的发生, 一旦灾难发生高科技产品和有效的救援最大限度的捍卫生命尊严理应成为重中之重。
随着计算机仿真和虚拟现实技术的不断发展进步, 虚拟现实技术为研究和分析城市灾害灾难提供了新的途径。通过应用虚拟现实技术建立灾害事故虚拟仿生过程模型和体系架构, 进而真实的展示事故演化过程, 从而为救援体系提供了有效地参考和预控保证。
防止事故发生, 做好提前预防措施, 当灾害、事故不可避免发生时, 可使企业人员免受活少受损失损害, 有效遏制事故扩大。运用虚拟现实技术队灾害事故进行模拟仿真环境建设, 为事故的研究提供一种真实的现场环境。从而为分析事故发生、发展的原因, 以及制定事故应急对策提供有价值的参考依据。
4. 用虚拟现实技术构建仿真救援系统
目前的仿生救援演练子系统主要包括两种训练模式, 分别是预案训练模式和突发事件训练模式。其中, 预案训练模式是指受训者按照预案规定的内容, 各司其职, 完整地按照预案执行救援的全过程。
预案训练将预案变得可以执行, 并形成了一个考核手段。突发事件训练模式就是在训练的过程中, 由系统操作人员进行干预操作。比如, 突然设置一次“爆炸”, 突然改变“风向”等等。突发事件的训练是对突发事件的反应和指挥能力。
在通常的虚拟演练子系统中主要包括模块:场景任务设置模块、角色训练模块、数据查询模块、训练控制模块、记录/编辑模块、考核模块。
1) 场景任务设置模块
根据高层建筑救援的特点和任务, 为救援演练提供一个虚拟的场景, 并在场景内设置相应的灾害或突发事故现象, 形成一个逼真的虚拟演练环境。
2) 角色训练模块
高层建筑救援演练系统提供针对不同角色进行演习的功能。根据角色的不同, 系统提供不同的操作能力和权限。根据在应对灾害时职责和所需能力的不同, 角色主要包括几类:群众、社会救援力量、现场专业救援力量、指挥中心等。
3) 数据查询模块
在救援演练过程中将产生大量数据, 构建查询模块的目的是方便决策者查询、观看和使用这些数据。系统提供各种工具和功能, 可方便对训练的全过程进行全方位观看和数据查询。
4) 训练控制模块
演练环境是由“场景及任务设置模块”初始化设置确定的。但为了提高对突发事件处理能力的训练效果, 需要在训练的途中, 添加各种突发事件。为此系统提供在训练过程中, 提供人为添加和改变演练环境的功能。
具体功能包括天气 (外部环境) 状况调整、灾情状况调整、救援力量调整、新任务下达、其他突发事件等。
5) 记录/编辑模块
记录并能回放整个灾害救援演练过程, 包括所有的事件细节、处理过程、通讯语音录音等。该模块为训练总结、处置预案生成等提供手段。
6) 考核模块
考核分为预案演练考核和突发事件演练考核。预案演练考核是根据预案演练的结果, 对比已有预案, 并产生考核结果。考评结果与演练记录均可进行保存、分发和查询。
突发事件演练考核是在训练过程中或结束后, 可由参加演练评审专家进行实时或事后点评, 提供点评和记录工具。考评结果与演练记录均可进行保存、分发和查询。
5. 新技术应用助推灾害救援更大程度保障平安
近年来, 虚拟现实技术因其能模拟和真实环境相同的场景, 从而在灾害发生时有针对性的展开救援, 越来越多用在应急救援演练体系中。
随着科技的不断发展和技术的进步, 在科技力量织就天罗地网打造“平安城市”的当下, 融入仿生技术、智能识别等技术的新型安防产品与系统也逐渐走进大众视野。也正是这些产品在灾害救援体系中发挥着人所不能及的作用。
6. 结束语
监管不力、救援艰难等问题都凸显了目前城市防灾体系特别是高层建筑防灾救援中的“短板”。无论是央视大火, 还是上海公寓的火灾, 更或是那些形形色色的灾难, 无不让人唏嘘生命的脆弱, 当悲剧已经发生, 再多的安慰也难以挽回失去的痛楚。
防患于未然的老话提了又提, 当技术革新的脚步从不停歇, 如何更好的以人为本, 最大程度的尊重生命的尊严, 还需要我们共同的努力。
摘要：作为一定地区的政治、经济、文化和科技中心, 城市往往呈现人口、产业、财富、高层建筑物集中的特点, 伴随城市化进程的不断推进, 越来越多的人口和经济中心迅速向城市集中, 高层建筑栉比鳞次。同时, 高层建筑因楼层高, 疏散救援困难等特点, 一旦发生事故灾害, 将造成巨大的经济损失和人员伤亡。近年来, 发生在高层建筑的灾害灾难大大增加。2010年11月, 先后发生在上海和福州居民区的两起大火, 再一次将城市安全, 特别是高层建筑存在的安全隐患曝光于大众, 也拷问着城市管理者的防灾水平。建立科学高效的应急防灾体系, 使高层建筑安全有保证, 发生灾害救援有效成为全社会关注的焦点。本文拟从虚拟现实技术在应急防灾体系中的应用略谈一二。
关键词：虚拟现实,应急防灾,救援预案
参考文献
[1]葛贝贝等.《火力发电厂事故虚拟现实仿真与应急预案研究》, 哈尔滨工程大学.