《北京日报》2023年2月23日（实习记者 何蕊）整版报道北京航空航天大学航空科学与工程学院飞机系教授刘虎团队事迹：
极速救援
实习记者 何蕊
2022年2月10日，北京冬奥会延庆赛区国家高山滑雪中心。高山滑雪男子全能速滑项目比赛正在紧张进行中，一名瑞士籍运动员突然受伤倒地，经现场医护人员检查为左前臂开放性骨折。时间紧迫，北京市红十字会999急救中心启用直升机航空救援，仅用时8分钟就将伤员转运到了延庆区医院，比用地面救护车节约了32分钟以上。
“这是一次完美的救援！”国际雪联医疗官员汉斯在工作日记中这样评价。
北京冬奥会期间，航空救援团队全程值守赛场。蓝天白云下，一架架直升机腾空而起，成为现场救援的“最后一张底牌”，也为运动员追逐冬奥梦保驾护航。
每一场争分夺秒的救援背后，都离不开无数次精密的计算和演练。北京航空航天大学航空科学与工程学院飞机系教授刘虎带领团队，研发出“冬奥航空救援预案推演与验证系统”，保障了航空救援的优化部署、预案制定和应用验证。
如今，北京冬奥会早已落下帷幕，而这张守护生命的“巨网”却越织越大，守护着更多人的安宁。
国家跳台滑雪中心——“雪如意”
分秒必争
“其实很多时候，我们是不愿看到科研成果被应用到实际生活中的。”在北航的一间科研实验室里，记者见到了刘虎和他的团队。实验室的电脑上运行着一套系统：数架直升机同时从雪山之巅起飞，前往不同的任务点，尽管路线时有交叠，但始终互不干扰，各自独立作业。
这就是刘虎团队用心血浇灌的科研成果——冬奥航空救援预案推演与验证系统，专门为北京冬奥会研发，辅助航空救援处理突发事件。
“为什么不愿被应用？因为系统一旦紧急启用，就意味着有危险发生了……”随着刘虎的讲述，时间倒流回一年前，北京冬奥会的赛场。
2022年2月7日，北京冬奥会迎来第3个比赛日，在张家口崇礼赛区，单板滑雪、跳台滑雪等多项赛事正在紧张进行中。“这里是云顶AB区，有人受伤，启动直升机转运……”当天11时35分，北京市红十字会999直升机保障组接到指令。
原来，就在几分钟前，云顶滑雪公园一名试滑员不慎受伤，救护车转运途中伤员病情恶化，现场医生呼叫999直升机启动航空医疗转运。接到指令7分钟后，随着一阵螺旋桨的轰鸣声，一架直升机缓缓落在云顶停机坪。999航空救援队员与医生迅速交接伤员，当直升机到达北医三院崇礼院区时，钟表指针刚刚指向11时55分。
得知消息后，刘虎和团队成员屏气凝神，时刻关注着转运现场的动态。当得知运动员被安全送至抢救室，才松了一口气。
每次成功的航空救援背后，都离不开急救保障人员夜以继日的付出。
早在2012年，刘虎团队就围绕航空应急救援相关领域开展研究。2018年，团队与999急救中心合作，成立了“航空医疗救援支持技术联合实验室”。“999急救中心起步早，装备好，那时候我们抱着学习的态度，给医护人员打下手。”在学习的过程中，刘虎对航空救援需求的认知也不断深化，他逐渐意识到“分秒必争”四个字的分量——“救援关乎生命，多耽误一秒钟，一个鲜活的生命就可能消逝，快速构建不同规模、不同类型的航空救援方案，任务迫在眉睫。”
要打有准备的仗。
2012年至2022年，刘虎团队“十年磨一剑”，基于实战经验，开发出航空救援的通用系统“航空应急救援辅助决策与协同训练”平台，其中涵盖了航空救援场景的各类要素，并不断更新。“这些要素包含救援事件发生的地形环境、机组装备、救援人员、受伤人员等情况。”刘虎掰着手指头数，光地形环境就有近百种，比如平原、山地、湖海等；在城市中，建筑物、车辆、高架桥等要素更是数不胜数。
“有点类似乐高积木，每个基本要素都是一块小积木，组合在一起才能拼凑出完整的玩具套装，模拟出救援事件发生的全貌。”刘虎爱打比方，他笑着解释，搞虚拟系统的人多少得有点想象力，才能将真实的事物植入虚拟世界，从而更好地服务现实生活。
刘虎团队为北京冬奥会搭建的航空救援预案推演与验证系统，可算得上是一组超大型的乐高积木套装——结合实际情况，将此前通用系统中的各要素重新组合，构建出一个虚拟的冬奥赛场。
“你看，这就是国家跳台滑雪中心，也就是大家熟知的‘雪如意’。”只需动动手指，点击几下鼠标，刘虎便通过系统进入了国家跳台滑雪中心的三维虚拟场景——皑皑白雪与大片树林环绕，场景逼真，仿佛置身在一架直升机上，俯瞰整个“雪如意”赛场。拖动鼠标，还能任意切换不同视角，实现360度无死角还原真实场景。
“滑雪跳台某区域发生运动员赛中受伤事件，受伤人数一名，雪地医疗官初步判断伤势较重，启动直升机救援。”收到任务指令，系统立即启动了一套救援模拟方案——屏幕中，一架H-155救援型直升机从起降点起飞，3分33秒后到达救援地点上空，在距离地面50米处悬停并索降救生员，待救生员将伤员搬入吊袋并固定完成，吊袋被缓缓收至适当高度，直升机驶向“雪如意”停机坪医疗站。最终，伤员被护送到医疗站医护人员手中，整个过程仅用时5分16秒。
每场救援的模拟都要精确到秒吗？面对记者的提问，刘虎坚定地点了点头：“当然了，分秒必争。”他说，团队为此在赛前进行了大量演练，对不同类型直升机的飞行参数，包括巡航速度、出库时间、地面开车时间等数据都进行了精确到秒的测算。“有时为了确定一个数据，团队成员要多次跟机组一起飞行，一遍遍起飞降落，将误差降到最小。”
成百上千次的模拟过后，这套系统在冬奥实战中交出了令人满意的“成绩单”：比赛期间，共完成了“悬停索降”救援、“悬停索降+空中转运”救援、缆车索道救援、伤员转运、森林灭火等8种典型救援模式下的20多种任务情况的预案研究，并分别于2022年2月7日和2月10日，圆满完成了两次空中转运任务。
“孤岛”救援
分秒必争，这份自己跟自己较劲的执着背后，有一段念念不忘的成长经历。
1980年，刘虎出生在重庆市一个普通家庭。和很多男孩一样，刘虎从小就对飞机产生了浓厚的兴趣，动画片中各式各样的飞行器直冲云端，也让他对蓝天上的世界无比向往。高中毕业后，刘虎如愿考上了北京航空航天大学飞行器设计与工程专业。本科、硕士、博士、博士后，他在飞行器设计领域不断精进。“十多年来，我一直在研究如何把飞机设计得更好，把各方面性能提升到更先进的水平。其实，和现在的研究方向是有些不同的。”
刘虎说，从研究飞机本身，到利用飞行器在特殊场景完成特定任务，这一转变并不是“一拍脑袋”的心血来潮。
2008年汶川地震，刘虎在新闻中看到各种直升机在群山中穿行，将药品、食品源源不断地送入灾区，在水路、陆路无法通行的情况下从震中运出伤员，将重型设备送进风险区协助消除堰塞湖威胁……直升机一次次为受灾群众带去生的希望，也让他意识到航空力量的重要性。同时，刘虎也在思考：“如果能通过自己的科研成果挽救生命，那这项研究就变得意义非凡。”于是，刘虎逐渐将自己的科研方向转向飞机体系化设计与航空应急救援应用领域。
“我们的虚拟系统有点像桌面推演，通过数字算法将救援发生的全过程预演出来，为真实的救援决策提供参考。”刘虎解释，系统的推演，要求数据的绝对精确和情况的相对真实。“比如，某地发生海难，我们就要迅速掌握当地的天气、人员、设备等情况，以及救援直升机的飞行数据，将当前可获得的所有信息输入系统后，模拟出最佳的救援方案。”
经历了北京冬奥会上的“练兵”，去年9月，刘虎团队的航空救援系统又迎来了一次实战。
2022年9月5日12时52分，四川省甘孜州泸定县发生6.8级地震。震后数小时内，震中及附近的多个村镇与外界断绝了联系。“地面救援力量因道路损毁无法到达，震区里面的情况尚不清楚，交通、通讯亟待恢复，怎么办？”刘虎说，在这种紧急情况下，只有亮出“最后一张底牌”——航空救援，才能快速打通震区这片“孤岛”。
与应急管理部南方航空护林总站沟通后，刘虎团队中的两名成员搭乘9月7日最早一班飞机，又换乘汽车辗转到达四川省石棉县。“这是距离震中最近的救援指挥部。我们在现场掌握到航空救援力量的部署情况，向救援指挥部获取了前期无人机勘探到的灾情分布情况，以及据此确立的航空救援航线图，把这些一线资料回传给北京后方，团队分工协作，利用系统加紧制定救援预案。”北航航空学院飞行器设计专业博士曹嘉作为“前哨队长”，一到达灾区，便马不停蹄地开始工作。
由于当地气候多变，浓雾笼罩下的山谷，救援直升机仅凭视线根本无法穿行。一架小型航路探测直升机，帮助团队还原了灾区现场：“我们从视频中看到，很多依山而建的民宅受损严重，几乎全部倒塌，夷为平地。”曹嘉回忆，随着测绘数据的不断回传，后方队员加班加点完善系统，不到一天的时间，一个为泸定地震灾区定制的航空救援系统就基本建成了。
基于现场数据，系统三维还原了地形变化、道路通讯等受灾情况，实现了灾区现场的1∶1建模。输入救援任务，系统就会自动生成航线。“每种飞行路线需要花多长时间、哪条路线最省时省力、怎样改进流程等问题，用系统‘跑’一下，一目了然。”曹嘉说，通常情况下，直升机每上升1000米，最大载重会降低10%，类似这样的细节，系统也都帮救援人员考虑到了。
在航空救援系统的辅助下，救援直升机兵分三路，运送电缆、转运人员、投递物资，每天来往数次，在震后的黄金救援时间内，奋力打通了震中这片“孤岛”。据统计，地震发生一周内，应急管理部共派出5架直升机，累计飞行87小时50分钟，转移伤员和受困群众、运送消防医疗各类救援人员等443人，运送医疗救援物资、食品、帐篷棉被、通讯设备等约109吨。
如今，曹嘉依旧清晰地记得受灾群众望向天空的眼神，“转运人员时，直升机一天往返震中和指挥部数次。每当直升机在灾区缓缓降落，在地面上卷起风浪，我都能看到那些受灾群众的眼睛——他们抬头仰望，看到直升机，就像看到了希望。”
“指”上谈兵
早在2009年，也就是汶川地震后的一年，根据我国应急救援建设发展的迫切需求，27位两院院士就联合提出了《关于建立国家航空应急救援体系的建议》。经过10余年的发展，我国航空应急救援能力得到了快速提升。
近年来，随着国家应急救援力量的全面整合，航空应急救援迎来了第二次重大的战略机遇期，“虚拟现实（VR）、人工智能、大数据等技术的发展，给我们提供了更多研究手段。”刘虎说，新兴科技在研发中给予了团队更多的想象空间，“紧急事件的发生存在偶然性，我们在想，这套航空救援系统能不能在日常生活中普及应用，为更多领域提供服务？”
于是，刘虎带着新任务，又一次启航了。
走进团队的科研实验室，更像是来到了一间电脑教室。“教室”前排，三张电子屏幕两两相连组成一张立体大屏。“讲台”下，整齐排列着十余套桌椅，桌面上摆放着电脑及配套设备，除了常规的主机、显示器、鼠标和错综复杂的数据线，还有类似摇杆手柄的控制器，和虚拟现实头戴式显示设备。
“先戴上VR头盔试试，保证你戴上就不想摘下来。”刘虎笑着卖了个关子，帮助记者佩戴好装备——记者眼前先是一片漆黑，随着耳边传来直升机螺旋桨的轰鸣声，一片蓝天出现在四周，仿佛置身于天空中飞翔。“你现在是机长，可以用手柄操纵直升机方向，左右转转头，还可以看看视线周围的场景。”刘虎一边解说，一边把手柄放到记者手中。
在数字系统打造的虚拟现实世界中，左右掰动、上下推动手柄，便可操纵直升机升降。原地转一圈儿，机舱环境一览无余。“这就是我们为航空救援全新升级的系统，结合虚拟现实技术，为机组和医护人员打造沉浸式的航空救援体验，可用于日常的协同训练。”刘虎向记者揭开了谜底。
这套以“直升机医疗救援VR协同训练”为主题的系统，构建了十余种医学救援任务，包含了交通事故、火灾、地震等最基本的救援场景。“救援人员佩戴好虚拟现实设备，从直升机起飞开始，到降落至救援现场，再到为受伤人员现场检查等一系列基础救援流程，在系统中都能体验。”
刘虎在大屏幕上演示了其中的一种场景——城市高架桥上突发车祸，交通拥堵导致救护车无法到达，救援直升机紧急出动。刘虎操纵直升机到达车祸现场，发现高架桥旁侧卧着一名男孩，“我右手好痛，动不了了。”屏幕上出现一行文字交代了伤者的情况。刘虎依次点击“检查瞳孔”“测量血压”“检查末梢循环”等选项，待系统一步步模拟完成，最终将伤者通过直升机转运至附近医院。
“这套训练系统对新手医生的帮助很大。”刘虎说，航空救援操作复杂，对医护人员的实践要求高，单靠实战经验远远不够。训练系统提高了医护人员在各种不同场景下的应对能力，降低了培训成本，提高了培训效率。“让航空救援不再是纸上谈兵，而是通过仿真推演和模拟训练，实现‘指’上谈兵。”刘虎笑着说，这套系统已经被应用在了999急救中心、北医三院等医护人员的培训中。
如今，这套为航空救援定制的系统，已经从冬奥赛场上空飞向更宽广的蓝天。刘虎说，自己还有一个小愿望：未来在网络平台上线系统，面向大众科普航空救援的相关知识。“希望通过我们的努力，让更多人了解到更多的急救知识，也为构建国家航空应急救援体系增添一分力量！”
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编辑：贾爱平
