摘要：笔者主要从选题意义以及我国消防车发展现状、消防车虚拟训练系统设计等几方面概述了本文主题，旨在与同行共同探析。
一、选题意义以及我国消防车发展现状
1. 选题意义
将虚拟现实技术应用于消防车演练培训，通过逼真的呈现消防车辆的操作面板、外形特征及车体状态等，真实地模拟出消防车的复杂动作，使消防队员在培训过程中，通过虚拟的消防车操作环境，如同面对真实消防车操作现场，融消防车操作的技能训练、训练结果检验为一体，必将在消防相关部门的车辆日常训练中发挥重要作用，并有效提高消防部队的训练效率与技能水平。
建立数字化消防车虚拟训练系统，具有重要的现实意义和广泛的应用前景：一是设备相对简单，训练成本低，无需出动车辆和耗费大量的水及灭火泡沫或干粉，投资小，可重复性高，而且训练的安全性高；二是对社会正常的生产生活影响性小，无需设立专门的演习区，不产生污染；三是训练真实感强，逼真度高，与实战训练差距很小。所以它是今后研究中值得推广应用的技术。消防车虚拟培训仿真的关键技术还将使得该领域内的计算机仿真方法得到完善与发展，为其它特种装备的数字化培训系统的实现方案提供依据，在遥感探测、航天航空、军事国防等领域亦将有着重要的应用价值。
2. 我国消防车发展现状
消防车是典型的特种汽车：专用性强、产品技术含量高、多品种、小批量且附加值巨大。我国的消防车生产企业主要生产的消防车类型为水罐消防车、泡沫消防车、干粉消防车等。近十年来，我国的消防车技术水平和生产工艺进步明显，绝大部分产品实现了自给自足。但其中的高端消防车产品与世界先进水平差距明显，如高层救援消防车等，在技术研发和生产工艺等方面，都不成熟。同时，我国的消防部门装备实力参差不齐，大多地方的消防部门装备往往落后与我国的城市化进程。高端消防车的价值昂贵，消防部门普遍存在着配置不达标的现象。同时，高端消防车使用的灭火耗材、维修与保养的成本较高，这也让一些消防部队望而却步。不过，高层建筑越来越多的新的时代，以及普通消防车的有效灭火高度无法达到高层建筑的高度，沈阳、北京央视新楼的大火给高层建筑多的城市敲了警钟，这样，一些城市的消防部门不得不选择订购外国品牌的高端消防车，价值达到了数亿元。
我国消防车与国外的高端消防车产品相比，差距主要体现在以下几方面：
（1）国产消防车企业的技术开发水平较弱，技术积累相比国外发达国家较少。且我国的消防车市场需求量相对较小，且消防车基本涉及和运用了人类社会科学、技术、文化的各个领域，新产品的开发投入大，且从设计到售后，回报周期长，缺乏自主研发能力，高技术含量产品的研发能力严重不足。
（2）我国消防车生产企业的产品结构过于单一，与国外相比，我国中型消防车比例较高，而喷射高度大的大型高度消防车和机动性更加灵活的轻型消防车比例偏低，这制约了我国消防车行业的发展。四是，很多企业引进国外技术或仿制国外高端产品时，消防车的关键零部件仍需进口。我国消防车生产大多数属于劳动密集型和中低档产品，技术不足，只是在产量上具有一定的规模优势，技术含量较高的车型及零部件需要进口。
二、系统研究对象
我们系统以培训 JP56 型举高喷射消防车为目标车辆，其是沈阳捷通消防车公司通过引智工程，消化、吸收、创新研发的一款新车型，臂架最大伸展高度可达 56m，在国内处于先进水平。如图 2-1 所示：
图 2-1 JP56 型举高喷射消防车
1. JP56 型举高喷射消防车简介
JP56 型举高喷射消防车是一种先进的高空灭火消防车，主要用于城市、石油化工企业等高层建筑、危险易燃易爆物品的火灾扑救。
举高喷射消防车，是指装备折叠、伸缩组合式臂架、转台及灭火装置，具有出水、出泡沫与举高喷射功能的消防车。本高喷车带有水泵、水罐、炮沫罐，可以独立进行灭火扑救。其主要结构为以下几部分：
（1）支腿机构：支腿机构主要由安装在消防车副梁架前端和后端的水平套筒、四组油缸以及位于车体后部的支腿操作系统组成的调节车体平衡的机构。
（2）上车结构：可进行臂架和平台的回转、变幅和伸缩的机构，主要由上臂、下臂、伸缩臂、臂架变幅回路、臂架伸缩回路、臂架回转系统、安装在臂架顶端的臂架炮以及上车操作系统组成。
（3）泡沫系统：通过消防泵，将水与泡沫液按灭火所需混合液浓度进行混合的泡沫液供给装置。
（4）臂架炮：设置在 56m 举升臂架顶部用于喷射水或泡沫等灭火剂的喷射装置。流量为每分钟 4800 升，额定压力为 8kg/cm。
2. JP56 型举高喷射消防车操作内容
JP56 消防车的操作主要分为“常规操作”、“其它操作”和“维护保养”三部分。其中“常规操作”的操作顺序依次为驻车操作、臂架炮出水（泡沫）操作或出水口出水（泡沫）操作、补水操作和收车操作，图 2-2 为 JP56 举高喷射消防车“常规操作”的操作内容：
图 2-2 JP56 消防车常规操作的操作内容
高喷消防车除了“常规操作”以外，还应进行相关的辅助操作以保证多功能消防车在特定的作业条件下正常作业，即“其它操作”，主要有吸水作业（通过自然水源吸水操作为消防车供水）、自保操作（当消防车的灭火过程中底盘和臂架受到地面流淌火和高温烘烤等威胁时启用）、加热操作（当环境温度过低时，为避免出水口阀出现冻凝现象启用）、臂架炮供水、泡沫操作（当消防车的消防泵系统出现故障等情况时启用）、补充泡沫液操作（当车载泡沫液不满足现场需要时启用）。
三、消防车虚拟训练系统设计
1. 虚拟训练系统
（1）消防车外观与结构符合实际，各个部件完整清晰、符合实际，原理正确，整体美观流畅。
（2）虚拟训练系统呈现的操作原理正确直观，需要依据消防车的正规操作规程，还包括消防车的外观及配套附件、工作原理、检维修操作、故障分析等内容。
（3）实现触控面板式实物培训操作；
（4）虚拟训练系统生动形象，能够体现石油化工企业消防安全文化。
（5）软件系统要提供简洁友好的操作界面，便于用户使用；场景运行速度大于 24 帧/秒。
2. 系统架构
在采用虚拟现实、网络通信等技术的基础上，结合消防车操作规程与虚拟训练相关应用系统开发经验，研发出适用于 JP56 高喷消防车操作培训的平台。系统的设计模式采用 MVC 架构，主要包括：数据层、终端交互层、应用层和服务层。系统实现流程及组成框图如图 3-1：
图3-1系统实现流程及组成框图
（1）数据层：包含消防车操作规程、技术文档、场景三维模型、消防车车体mod 模型及臂架 Fbx 模型等数据。
（2）终端交互层：包含 flash 面板、实体硬件面板、计算机键盘鼠标三种交互方式，这样与软件平台的交互便捷、多样，且用户交互界面友好清晰。
（3）服务层：提供三维模型存取、三维数据实时渲染、属性数据维护等。
（4）应用层：对消防车的培训采用教学模式与操作模式两种方式，此外，包含相机三维导航模块，信息标注、展示模块等，完成对消防车的虚拟训练。
四、消防车虚拟训练系统的集成
1. 系统场景与系统界面
（1）系统场景
消防车三维建模是为消防车训练提供服务的基础性工作。消防车的三维模型数据是本培训系统的重要基础资料。虚拟训练系统由于消防车具有结构复杂，动作繁多的特征，同时培训系统的定位要求了对消防车车体精细展示、对模拟训练高逼真度模拟，因此在保证场景浏览顺畅的前提下，对消防车的模型采用高精度的建模，系统中的模型包括三部分，消防车车体 mod 格式模型、消防车臂架 Fbx格式模型、消防车车库 mod 模型。
消防车车体（不包含臂架）模型与消防车车库模型也都是利用 3DMax 三维建模软件创建，车库模型包含消防车车库、车库前训练场地、道路、树木和绿化带等场景元素，还根据 JP56
消防车车体大小，精细地包含了该消防车在地面上的阴影（图中的黑色区域），场景如图 4-1 所示：
图 4-1 消防车车库场景
2. 操作模式的实现
（1）电源与油泵控制面板仿真
电源与油泵控制面板在消防车的驾驶室内，主要有电源、油泵、水泵、自保、加热等操作的开关，图 4-2为系统对电源与油泵控制面板的三维模拟。
图 5-2 电源与油泵控制面板的 Flash 面板与三维模型
（2）下车操作面板仿真
下车操作面板在车体尾部，主要负责对车体的调平操作。首先打开电源开关，然后旋转上下车操作转换旋钮至“下车”位置，同时下车指示灯亮，然后操作五个支腿手柄，进行支腿的伸出动作。支腿手柄与真实手柄的操作体验相同、包含有上、中、下三挡。操纵模式下的下车操作如下图 5-3所示：
图 5-3 操纵模式下的下车操作
结语
综上所述，根据需求设计了一套优化的消防车虚拟训练系统架构解决方案。由于培训的特殊性，将培训分为教学模式与操作模式，方法合理，利于提高培训效率。旨在与广大同行共同探讨学习、共同进步。
参考文献：
[1] 王景玄.考虑火灾全过程的钢管混凝土组合框架力学性能研究：[硕士学位论文].兰州：兰州理工大学，2011
[2] 汪志红. 突发事件应急管理中的关键统计技术研究：[博士学位论文]. 广州：暨南大学，2011
[3] 何峰，董松林. 我国消防车的现状及发展方向. 消防技术与产品信息，2003
论文作者:白井财
论文发表刊物:《基层建设》2017年第23期
论文发表时间:2017/11/16
标签：消防车论文; 操作论文; 系统论文; 车体论文; 模型论文; 我国论文; 泡沫论文; 《基层建设》2017年第23期论文;