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VR技术赋能船舶舱室火灾处理：理论、实践与展望

一、引言

1.1研究背景与意义

船舶作为水上运输的关键工具，在全球贸易和经济发展中扮演着举足轻重的角色。然而，船舶舱室火灾一直是威胁船舶安全运营的重大隐患。船舶内部结构复杂，各类舱室紧密相连，且通常载有大量易燃货物和燃料，一旦发生火灾，其危害极其严重。从人员安全角度看，火灾产生的高温、浓烟和有毒气体，会迅速充斥舱室空间，给船员和乘客的逃生带来极大困难，极易造成大量人员伤亡。在财产损失方面，船舶本身造价高昂，所载货物价值不菲，火灾可能导致船舶严重受损甚至报废，货物全部烧毁，直接经济损失巨大。而且，船舶火灾还可能引发次生灾害，如爆炸、燃油泄漏等，对海洋生态环境造成难以估量的破坏，影响海洋生物的生存和繁衍，破坏海洋生态平衡。例如，1991年埃及客轮“萨拉姆98号”在红海发生火灾，造成了重大人员伤亡和财产损失，成为航运史上的惨痛教训。

当前，船舶舱室火灾的处理方式主要依赖传统的消防设备和人员训练。在消防设备上，灭火器、消防水枪、灭火系统等虽然是应对火灾的重要手段，但存在一定局限性。灭火器的灭火能力有限，对于大规模火灾往往难以有效控制；消防水枪受水压和射程限制，在复杂舱室结构中难以全面覆盖火源；灭火系统虽然能够自动启动，但可能因火灾类型判断不准确、设备故障等原因无法发挥最佳效果。从人员训练角度，传统的培训方式主要是理论讲解和实地演练。理论讲解缺乏直观性，船员难以深刻理解火灾场景和应对策略；实地演练虽然能够提供一定的实践经验，但存在成本高、风险大、场景受限等问题，难以模拟各种复杂多变的火灾情况，无法全面提升船员的应急处理能力。

虚拟现实（VR）技术的兴起为解决船舶舱室火灾处理问题提供了新的思路和方法。VR技术通过计算机生成逼真的三维虚拟环境，让用户能够身临其境地感受火灾场景，并与之进行自然交互。将VR技术应用于船舶舱室火灾处理领域，具有多方面的重要意义。在人员培训上，能够为船员提供高度逼真的火灾模拟训练环境，让船员在安全、无风险的虚拟场景中反复练习火灾应对操作，熟悉各种火灾场景下的应急流程，提高应对突发事件的反应速度和准确性。通过VR技术，还可以模拟不同类型的船舶舱室火灾，包括机舱火灾、货舱火灾、居住舱室火灾等，以及不同火灾发展阶段的情况，使船员能够全面掌握火灾特点和应对策略，增强应急处理能力。VR技术还能为船舶火灾应急预案的制定和优化提供支持。通过模拟不同火灾场景下的应急响应过程，分析各种应对措施的效果，为应急预案的制定提供科学依据，从而提高应急预案的针对性和有效性，提升船舶舱室火灾的整体处理能力，保障船舶航行安全和人员生命财产安全。

1.2国内外研究现状

在国外，对VR技术在船舶舱室火灾处理中的应用研究开展较早。美国海军实验室在1999年便开始借助数学模型，结合信息技术与探测系统，致力于发展火灾扑救决策系统，并深入研究用于训练消防员的虚拟环境。此后，众多科研机构和高校持续投入研究，利用VR技术模拟船舶火灾场景，涵盖不同类型船舶、各种火灾发生部位及多种燃烧物质的火灾情况，在虚拟环境的构建、火灾模拟算法以及人机交互方式等方面取得了显著进展。例如，部分研究通过高精度建模，逼真地呈现了船舶舱室的复杂结构和内部设施，为火灾模拟提供了精准的场景基础；在火灾模拟算法上，不断优化以更准确地反映火灾的蔓延、发展规律以及与船舶环境的相互作用；人机交互方面，开发了多种先进的交互设备和技术，如数据手套、体感追踪器等，使用户能够更自然、流畅地与虚拟火灾场景进行交互，提升训练效果。在船舶火灾应急演练方面，一些发达国家的船舶公司和海事部门已经将VR技术应用于实际演练中，通过模拟火灾发生时的各种紧急情况，包括火势蔓延、人员伤亡、设备故障等，锻炼船员的应急反应能力和团队协作能力，取得了良好的实践效果，有效提高了船员在真实火灾场景下的应对能力。

国内对VR技术在船舶舱室火灾处理中的应用研究起步相对较晚，但近年来发展迅速。本世纪初以来，国内学者开始关注这一领域，郭华芳、曹冬华等探讨了虚拟现实技术在船舶消防领域的应用，从工程应用角度研究了组建船舶火灾虚拟现实系统过程中的硬件选型、软件设计以及虚拟环境中船舶火灾模型的选取原则等，并建立了基于微型计算机、WindowsNT等软硬件环境下的船舶火灾虚拟现实体系结构。大连海事大学的研究团队基于虚拟现实技术构建了船舶消防模拟训练系统，对系统各模块的组成及作用进行了深入探讨，并对船舶火灾蔓延模型以及船舶火灾可视化等关键技术展开研究。该系统采用分布交互仿真和高层体系结构的设计思想，由指挥决策中心和若干训练单元组成，软件涵盖指挥决策、火灾蔓延、火灾扑救、船舶运动、火灾视景等多个模块，各模块相互协作，为船员提供全面的火灾模拟训练。然而，总体而言，