消防三維仿真技術(shù)演練平臺(tái)在信息化教學(xué)實(shí)踐中運(yùn)用

王起全，孫 曦，李曙昊，雷 鳴

（中國(guó)勞動(dòng)關(guān)系學(xué)院安全工程系 北京 100048）

1 引言

現(xiàn)代的高校教育中，只有少部分將虛擬系統(tǒng)與課堂教學(xué)聯(lián)系起來，課本知識(shí)還沒有與信息系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。信息化數(shù)據(jù)化將來已經(jīng)成為不可避免的發(fā)展趨勢(shì)，信息化是通過軟件對(duì)公共活動(dòng)中的安全管理業(yè)務(wù)進(jìn)行模擬教學(xué)，同時(shí)可以結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程基于信息化中央平臺(tái)培養(yǎng)并提高學(xué)生安全管理能力[1]。安全尤其是是以實(shí)踐為重點(diǎn)的綜合類學(xué)科更加重要的是需要與實(shí)際結(jié)合。在授課教學(xué)中學(xué)生們一般不可能真實(shí)的接觸事故，缺少對(duì)事故的感官能力認(rèn)識(shí)，模擬仿真系統(tǒng)作為輔助安全信息設(shè)計(jì)模擬平臺(tái)具有信息交互，實(shí)時(shí)監(jiān)控，流量控制，作業(yè)管理等功能[2]。本文研究的目的是進(jìn)一步提升安全信息化教育的程度，利用仿真模擬系統(tǒng)模擬火災(zāi)事故場(chǎng)景構(gòu)建，通過學(xué)生模擬操作掌握消防應(yīng)急操作的知識(shí)和技能，讓學(xué)生可以利用更加便捷易懂的方式，學(xué)習(xí)安全知識(shí)鍛煉實(shí)踐能力，提升安全素質(zhì)，符合未來人才培養(yǎng)的要求。

2 消防三維仿真技術(shù)演練平臺(tái)模型的構(gòu)建

三維仿真模擬系統(tǒng)，是在三維的立體背景下針對(duì)現(xiàn)實(shí)中的情況進(jìn)行仿真，從而可以在電腦上模擬操作的系統(tǒng)。消防三維仿真技術(shù)演練平臺(tái)的構(gòu)建是以火災(zāi)事故消防作戰(zhàn)三維桌面推演系統(tǒng)為例進(jìn)行模擬訓(xùn)練，掌握火災(zāi)事故消防作戰(zhàn)三維桌面推演系統(tǒng)就可以掌握消防三維仿真信息化的精髓，便于進(jìn)行消防三維仿真信息化教學(xué)的開展和學(xué)習(xí)[3]?；馂?zāi)事故消防作戰(zhàn)三維桌面推演系統(tǒng)包含仿真模擬演練推演系統(tǒng)、消防車與移動(dòng)設(shè)備模擬培訓(xùn)、消防知識(shí)培訓(xùn)、消防知識(shí)考核、火災(zāi)事故案例庫(kù)五個(gè)功能模塊。如圖1所示。

2.1 仿真模擬演練推演系統(tǒng)

結(jié)合三維虛擬現(xiàn)實(shí)仿真技術(shù)為學(xué)生們展現(xiàn)可視化線上推演平臺(tái)，系統(tǒng)內(nèi)包括五個(gè)方面，比較詳細(xì)的涵蓋了在火災(zāi)消防方面的重要的模塊。學(xué)生通過線上的學(xué)習(xí)可以詳盡的了解在火災(zāi)事故中學(xué)生應(yīng)該做什么，怎么做。這五個(gè)模塊的構(gòu)成相互之間彼此聯(lián)系環(huán)環(huán)緊扣，這個(gè)系統(tǒng)可以幫助同學(xué)們建立一套完整的火災(zāi)消防知識(shí)體系。系統(tǒng)中存在案例庫(kù)，里面包涵著火災(zāi)消防中典型的案例，通過線上推演，模擬在不同的情況中的處理方法，從而得出針對(duì)不同狀況的應(yīng)急救援預(yù)案。在可視化基礎(chǔ)教學(xué)之上提升學(xué)生的決策能力。

2.2 消防車與移動(dòng)設(shè)備模擬培訓(xùn)

消防車作為現(xiàn)場(chǎng)救援的重要設(shè)備一直扮演著重要作用。首要的是學(xué)習(xí)消防車的救援知識(shí)例如熟悉在救援時(shí)消防車的救援位置，離水源的距離等。同時(shí)需要結(jié)合消防車和其他消防設(shè)備共同使用的能力例如消防栓，消防網(wǎng)等。這樣在學(xué)會(huì)了使用消防設(shè)備的基本知識(shí)后才能在消防救援中熟練的將它們結(jié)合起來應(yīng)用。在演練平臺(tái)線上實(shí)現(xiàn)“學(xué)”、“練”“做”一體結(jié)合，達(dá)到車輛屬性和移動(dòng)設(shè)備部署的全面學(xué)習(xí)。消防車與移動(dòng)設(shè)備模擬培訓(xùn)對(duì)學(xué)生來說不光起到學(xué)習(xí)消防知識(shí)的作用，還可以通過培訓(xùn)來掌握工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的消防布局從而找出其中不合理的情況，以便在實(shí)際中消除不合理的布局方式，方便消防救援和預(yù)防事故的發(fā)生。

2.3 消防知識(shí)培訓(xùn)

為學(xué)生提供多元化、全面性的教學(xué)材料和視頻，使學(xué)生通過“信息化”課堂教學(xué)模式來學(xué)習(xí)消防專業(yè)知識(shí)。本系統(tǒng)中的消防知識(shí)培訓(xùn)更注重的是結(jié)合情景中的起因，將消防知識(shí)以一個(gè)更加能讓學(xué)生快速接受的方式傳授給學(xué)生。通過操作和對(duì)背景資料的閱讀理解，了解火災(zāi)的起因，并針對(duì)起因?qū)W習(xí)消防知識(shí)來解決模擬情況中的問題，從而達(dá)到自身消防知識(shí)積累。

2.4 消防知識(shí)考核

指導(dǎo)教師根據(jù)教學(xué)任務(wù)需要可快速構(gòu)建考試、練習(xí)、分析為一體的考試平臺(tái)，在每一次教學(xué)任務(wù)完成后隨即安排系統(tǒng)線上練習(xí)、測(cè)試并打分，并由推演平臺(tái)進(jìn)行打分和綜合評(píng)定分析，由此使學(xué)生提高對(duì)實(shí)訓(xùn)技能的掌握速度，并調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性加深對(duì)隨堂檢測(cè)的印象，可以消除傳統(tǒng)的應(yīng)試考試帶來的弊端?？己酥皇菍?duì)系統(tǒng)理解操作的階段性檢測(cè)。在考核后教師與學(xué)生討論在操作中的得與失，糾正學(xué)生操作時(shí)的錯(cuò)誤，在師生交流溝通中可以進(jìn)一步對(duì)系統(tǒng)的熟悉程度和知識(shí)的學(xué)習(xí)。

2.5 火災(zāi)事故案例庫(kù)

將桌面推演系統(tǒng)的推演結(jié)果以視頻方式推送到案例庫(kù)，方便指導(dǎo)教師直觀查看推演結(jié)果，并指揮學(xué)生通過小組討論的形式通過線上推演學(xué)習(xí)應(yīng)急部署內(nèi)容，較早地培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)場(chǎng)作戰(zhàn)指揮能力。案例中包涵著化工廠，醫(yī)院，地下商場(chǎng)等典型易發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，生通過模擬操作這些場(chǎng)景，可以掌握針對(duì)不同場(chǎng)所的應(yīng)急救援處理方法，豐富了學(xué)生的實(shí)際操作知識(shí)，更好的將理論與實(shí)踐相結(jié)合。同時(shí)教師可以將學(xué)生操作的成功救援案例上傳，現(xiàn)在通過大數(shù)據(jù)云端可以共享，可以給消防救援提供新的思路和建議方法。

3 消防三維仿真信息化教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用

3.1 推演過程

圖1

推演過程包括事故推演場(chǎng)景模擬，事故的設(shè)定，火情的偵查，資源調(diào)度，推演部署這五部分。首先通過開始的選擇項(xiàng)選擇推演的場(chǎng)景，案例庫(kù)中有多種不同火災(zāi)事故案例場(chǎng)景供選擇和使用。在場(chǎng)景確定之后，要進(jìn)行初步的事故設(shè)定，選擇火災(zāi)不同的類型，火源的種類、風(fēng)向、天氣可以調(diào)控，可以調(diào)控多種因素來選擇不同的資源調(diào)度，比如消防車輛，管網(wǎng)，設(shè)施實(shí)施等。同時(shí)根據(jù)火災(zāi)不同的位置嚴(yán)重程度，來模擬資源的調(diào)度，在完成調(diào)度的基礎(chǔ)上進(jìn)行推演部署。學(xué)生可以鍛煉面對(duì)突發(fā)情況下的整個(gè)處理過程，進(jìn)一步鍛煉自己整體統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的能力。整個(gè)推演過程還可以模擬人員的傷亡，通過對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)的救援來豐富學(xué)生的思路，實(shí)現(xiàn)宏觀的處理。

3.2 消防三維仿真信息化教學(xué)的分析

（1）全方位應(yīng)用三維立體化的特色實(shí)踐教學(xué)

在現(xiàn)在的課堂教學(xué)中不光要重視理論教學(xué)而且目光應(yīng)該著眼于大數(shù)據(jù)背景下的信息化，三維立體化教學(xué)。公共消防作為安全中重要的一方面，不僅需要學(xué)生需要學(xué)習(xí)扎實(shí)的理論知識(shí)，還應(yīng)該有理論結(jié)合現(xiàn)實(shí)，解決實(shí)際問題的能力[4]。在這樣的背景下，根據(jù)社會(huì)實(shí)際要求和現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r，消防三維仿真技術(shù)演練平臺(tái)應(yīng)用到安全基礎(chǔ)課教學(xué)中，從教學(xué)內(nèi)容、方法和手段上進(jìn)行改革。

通過結(jié)合計(jì)算機(jī)模擬，運(yùn)用三維仿真技術(shù)將現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景在課堂上一比一還原，融合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，用三維仿真技術(shù)可視化特點(diǎn)將理論知識(shí)與現(xiàn)場(chǎng)情況相結(jié)合，不僅使學(xué)生加深對(duì)消防安全的理解，提高學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐創(chuàng)新能力，在具體的實(shí)際操作中還可以熟悉軟件操作，模擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景，應(yīng)急處理可能發(fā)生的緊急狀況進(jìn)而實(shí)現(xiàn)學(xué)、練、做三位一體的教學(xué)水平提升和信息化教學(xué)的目標(biāo)，達(dá)到了全面提升課程的教學(xué)水平和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的。

（2）通過模擬場(chǎng)景提高學(xué)生掌握實(shí)際操作的能力

消防三維仿真模擬推演系統(tǒng)在課堂中的應(yīng)用是將三維仿真技術(shù)將實(shí)際的模型等實(shí)際場(chǎng)景與效果展示給學(xué)生。學(xué)生可若干人一組構(gòu)成模擬應(yīng)急小組，對(duì)所設(shè)定的火災(zāi)事故進(jìn)行推演，教師可將其推演過程中或系統(tǒng)錄屏，對(duì)該模擬應(yīng)急小組的應(yīng)急處置過程進(jìn)行評(píng)斷，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)員的考核。通過教師最后的考核講解可以使得學(xué)生具備消防作戰(zhàn)的基本能力和消防決策人員最基本的素質(zhì)，從而真正的實(shí)現(xiàn)解放課堂，優(yōu)化課堂。

消防三維仿真模擬系統(tǒng)也可以解決學(xué)生眾多、實(shí)踐地點(diǎn)不足、實(shí)驗(yàn)室不足等一些問題制約，結(jié)合計(jì)算機(jī)終端，在電腦上操作模擬仿真系統(tǒng)，使學(xué)生操作能力不足、現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)缺乏等問題得到不同程度的改善。消防三維仿真模擬系統(tǒng)極大地節(jié)約了經(jīng)濟(jì)成本，并且能夠還原仿真實(shí)中難以實(shí)現(xiàn)的場(chǎng)景，學(xué)生在三維仿真演練平臺(tái)模擬演練的成效要遠(yuǎn)高于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際演練效果。

（3）直觀的展示案例場(chǎng)景，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

三維仿真模擬系統(tǒng)更直觀地將實(shí)際場(chǎng)景效果、立體空間結(jié)構(gòu)以3D動(dòng)畫的形式展現(xiàn)，學(xué)生可以直觀的觀看，教學(xué)，操作。避免了在消防實(shí)景演習(xí)中可能出現(xiàn)的諸多問題，同時(shí)解放了學(xué)生的思想，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)與獨(dú)立思考實(shí)踐的能力[5]。

當(dāng)然三維仿真模擬系統(tǒng)還存在著一定的不足之處，它受人員的影響較大，不同人的操作對(duì)整個(gè)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。同時(shí)也不可能完全的將事故場(chǎng)景完全還原存在著一定的局限性需要改進(jìn)。

4 結(jié)語

以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為基礎(chǔ)的消防三維仿真演練平臺(tái)，從模型構(gòu)建，過程推演，分析系統(tǒng)三個(gè)部分入手，為傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)和實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)提供了極大的幫助，適應(yīng)安全專業(yè)實(shí)踐教學(xué)特點(diǎn)，適應(yīng)“信息化”教學(xué)改革和創(chuàng)新需求。形成新的教學(xué)理論和內(nèi)容的同時(shí)，也從根本上體現(xiàn)技術(shù)更能滿足學(xué)生們對(duì)教學(xué)的需求，達(dá)到了全面提升課程的教學(xué)水平和創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的。因此，將“信息化”教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，在保留原有課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同階段的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，穩(wěn)步引入消防三維仿真演練平臺(tái)，進(jìn)而形成新型的教學(xué)體系。針對(duì)教學(xué)內(nèi)容的影響，在實(shí)踐教學(xué)中，還要更進(jìn)一步探索傳統(tǒng)教學(xué)模式和三維場(chǎng)景推演結(jié)合的有效途徑，合理配置教學(xué)和科研資源，改革教學(xué)手段，提升教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生們會(huì)更加快并且牢固的學(xué)習(xí)知識(shí)，擴(kuò)展專業(yè)教學(xué)的知識(shí)面，提高專業(yè)教學(xué)能力和水平。