Page 83 - 新时期安全工程技术发展与创新

第三章 新技术在工程安全中的应用

二、应急救援虚拟演练系统的开发

灾害事故的突发性与破坏性对应急救援队伍的响应能力提出严峻考验。
传统实地演练受制于场地、成本、安全及可重复性等因素，难以满足高强度、

多场景、高效率的训练需求。应急救援虚拟演练系统（Virtual Emergency Drill
System,VEDS）的兴起，正是信息技术深度融入安全工程领域的必然产物。该系
统基于虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、混合现实（MR）以及高性能计算

等核心技术，构建高度仿真的灾害事故环境与应急处置流程，为指挥决策、战术
配合、技能操作提供安全可控、可配置、可评估的先进训练平台，显著提升救援
队伍的实战化水平与协同效能。
（一）系统架构与技术支撑
虚拟演练系统的核心在于构建一个多层次、可交互的仿真环境。其典型架构

包含感知层、数据层、仿真层、应用层与交互层。感知层通过多源传感器（动作
捕捉、眼动追踪、力反馈设备等）实时采集受训者状态与操作数据。数据层整合
地理信息系统（GIS）、建筑信息模型（BIM）、灾害动力学模型、应急预案库、

救援装备参数库等海量异构数据，构成系统的“数字底盘”。仿真层作为系统引擎，
运用物理引擎（模拟物体运动、碰撞、流体、烟雾、火灾等）、行为引擎（模拟
受灾人群、次生灾害演化）、规则引擎（定义灾害逻辑、任务触发条件、评估标准）
进行复杂场景的动态推演。应用层则面向具体训练需求，开发指挥决策、单兵技能、
班组协同、多部门联动等不同功能模块。交互层通过 VR 头显、CAVE 沉浸式系统、

触觉反馈手套、空间定位装置等硬件，实现用户与虚拟环境的高沉浸感、多模态
自然交互。
关键技术的突破是系统效能提升的基石。高逼真度场景建模依赖精细的激光

扫描、摄影测量与程序化生成技术，结合实时全局光照（Global Illumination）、
粒子系统（Particle Systems）渲染出接近真实的视觉环境。物理引擎的精度至关
重要，尤其在模拟建筑结构坍塌、危化品泄漏扩散、爆炸冲击波等复杂力学过程时，
常需耦合离散元法（DEM）、计算流体动力学（CFD）进行多物理场联合仿真。
行为建模技术，尤其是基于智能体（Agent-Based Modeling, ABM）的人群疏散模

型，能模拟恐慌、从众、信息传播等社会行为对救援行动的影响。分布式并行计
算框架解决了大规模场景实时渲染与复杂仿真的算力瓶颈，确保系统流畅运行。

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