石油化工行业作为国家的重点支柱产业,对国家经济命脉有着至关重要的作用。由于石油化工企业火灾事故发生具有其特殊性以及灭火救援任务具有极大的危险性,故合适的消防应急预案系统成为了预防控制事故发生和开展应急救援活动的有效途径和重要工作。传统的应急预案系统大多是以文字、图片和视频等为理论依托,实际可操作行差,很难满足控制事故发生的要求。相对于应急预案系统,传统也采用的实战训练方式来避免事故发生具有很大的问题和局限性,诸如训练具有一定的危险性、训练会消耗大量的人力物力等方面的问题,同时还受到装置装备和人员的限制,严重影响企业正常生产活动。随着计算机软硬件技术的快速发展,利用虚拟现实技术模拟实战环境并进行决策指挥和技能训练,为石化消防演练和石化事故处理都带来革命性的创新。这种新型科技主要是以网络技术、信息技术和虚拟现实仿真技术为支撑,解决了以往训练模式和事故灾害勘察评估中存在的诸多弊端。由于三维应急预案系统具有的种种优势,国内外很多企业科研院所都展开了这方面的研究。而如何在实战应用中最大限度地发挥应急预案的作用,以及三维消防应急预案的构建与管理,是值得深入研究和探讨的问题。本文成功的将虚拟现实技术、计算机技术和人工智能技术应用到了石化消防演练行业,基于消防空间数据库系统的构建,结合自主研发平台i4-Factory,采用先进高速的三维渲染引擎技术,对事故模拟与分析,消防活动抽象建模,消防应急预案的构建与管理,以及应急预案的智能化生成方法做了大量的研究,搭建了面向石化行业的三维应急预案系统。主要研究的内容包括：(1)设计出了一套易扩展而又兼容性强的平台级应用系统总体架构,该平台可以划分几个不同的层次；为平台设计了数据的基本流向：设计了一套适用于此平台的安全性高的消防数据库系统。(2)研究了事故模拟可视化和模型分析算法。通过引进粒子系统等高速渲染技术,实时仿真模拟事故发生的基本形态和变化趋势；通过应用数学分析模型,针对一些类型的事故做了数值化的模拟与分析,辅助救援决策。(3)根据对石化消防作战与力量部署研究,将现实世界中的消防参与元素与消防任务抽象到了概念世界,建立了消防角色与消防动作模型,并进一步实例化角色与动作。用户通过单个或是一系列角色选择与动作职能匹配完成消防任务,系统为用户提供了虚拟化的消防演练可视化操作平台。(4)根据多角色多动作模型的基本建立,系统研究开发了预案逻辑编辑器,为用户提供了可视化的预案生成编辑方法。通过对人工智能技术的调研学习,尝试实现应急预案的智能化生成方法。针对构建的预案,系统提供了预案播放控制机制与预案评估方法,通过人性化的交互式预案查看和根据实际需求对预案做出的有效评估,可以有针对性的修改存在问题的预案,也可以将符合需求的预案系统作为经典案例存入预案库以扩展系统功能。系统设计的创新点主要体现在：(1)通过研究消防作战与任务实施,大胆建立从现实世界到比特世界的消防模型,并首次利用可视化操作面板的方法来编辑生成三维应急预案,并为用户提供了全方位、多角度、人性化的交互式操作方式查看预案,完成了传统文本性预案到数字化预案的信息转换。(2)基于i4-Factory平台的渲染引擎机制,搭建了具有多种类型石化工厂模型的虚拟物理环境,采用CUDA高速并行算法,将多种数学物理模型应用到了消防应急预案中。(3)大胆尝试了人工智能相关技术在消防应急预案中的应用,探讨了人机交互式智能预案生成和全智能化的消防预案演练方法。