SketchUp軟件在消防課程中的應用

董　淼

(公安消防部隊高等專科學校，云南 昆明　650208)

1　軟件介紹

SketchUp(草圖大師)由@Last Software公司開發設計，2006年被Google公司收購后，被用來制作實地建筑3D模型，放入Google Earth中，增強其地圖所呈現給用戶的立體真實感。2012年Google公司將其SketchUp 3D建模平臺出售給Trimble Navigation公司，現今該軟件仍提供免費版平臺，用戶制作的模型還能通過平臺進行共享和下載。

SketchUp有界面簡潔，操作直觀，適用廣泛，對電腦配置要求低等特點，且可與眾多設計軟件完美結合。它既能表達設計者粗略抽象的草圖構思，更具備精確繪制模型產品的能力。它的建模流程就是畫線成面，拉伸擠壓成型，在操作界面中(如圖1所示)直接顯示3D模型，符合使用者設計建模最常用的邏輯方式。該軟件被建筑師、規劃師、設計師、藝術家、電影制作人等應用于各領域、各設計階段,可根據設計需要，安裝相應插件輔助建模或進行高級建模。

2　SketchUp軟件在消防課程中的應用

2.1　課堂教學

在消防部隊院校人才培養過程中，“消防識圖與制圖”“火場供水”“滅火戰術”等專業課程，可以應用SketchUp軟件建模，完成部分知識點講授與火災案例教學研討。

圖1　SketchUp操作界面圖

2.1.1“消防識圖與制圖”教學

“消防識圖與制圖”課程需要學員確定物體在三維空間中各個面投影圖像，鍛煉空間想象力。教師常常借助實體模型、圖片、多媒體課件來輔助教學，幫助學員建立三維空間感。但由于模型單一且不便攜帶，圖片效果不明顯，課件內點、線、面復雜不清晰等缺點，導致教學效果不盡人意。借助SketchUp建立物體模型來輔助教學，可以使空間想象過程直觀化、具體化、形象化。通過軟件“菜單欄”“鏡頭”“標準視圖”“頂部、底部、前、后、左、右、等軸”等選項，可直接獲得模型各個方向的視角(如圖2所示)，并通過“平行投影”“透視”或“兩點透視”使模型在不同視圖環境中自由切換[1]。教師在應用軟件講解教材例題過程中，可快速靈活地修改模型，變為隨堂測驗和課后練習，把理論學習與實踐練習在課堂中無縫連接，有助于學員鞏固所學知識。

圖2　模型不同視角圖

2.1.2“火場供水”教學

“火場供水”課程教學中，以多層建筑火災為例，消防車采用單干線沿外墻窗垂直鋪設水帶，供應著火樓層滅火的消防車供水高度計算中：在已知消防車揚程系數r，水帶鋪設倍數a，消防車水泵壓力Hb，水槍噴嘴壓力hq和每條水帶水頭損失hd的情況下，則可以確定該消防車最大供水高度公式為H=20×(rHb-hq-5hd)/(20+ahd)[2]。在講解公式推導過程時，教師應用SketchUp軟件建立消防車沿窗口垂直鋪設水帶供水情況模型，讓學員從模型中了解消防車水泵壓力、水帶系統水頭損失和水槍噴嘴壓力三者間的關系，推導上述消防車最大供水高度公式。為保證供水安全，室外應留有3條水帶長度；為便于進入樓層后撲救火災的需要，在作業樓層應留有2條機動水帶長度；垂直鋪設水帶時，考慮水帶掛靠外墻，需留出部分水帶長度，則登高水帶長度為實際供水高度的1.2倍。所以課本中消防車最大供水高度公式，是由rHb=3hd干+Nhd干+2hd支+hq+H推導而得(如圖3所示)。

圖3　消防車供水高度示意模型圖

2.2　科研建設

在教師編寫教材、申報課題和實用新型專利等科研活動過程中，SketchUp為繪制圖示模型提供了平臺，更能準確、快捷地表達繪圖人的想法構思。

2.2.1修編教材

目前消防課程教材中缺少對現行規范條文的圖示模型，修編配套教材以滿足當前教學需要非常必要。在繪制教材圖示模型中，使用“菜單欄”下方“度量/長度”工具讀取度量或輸入繪制的模型尺寸。在菜單欄“鏡頭”選項中確定好模型視角后，點擊“文件”“導出”，選擇導出二維圖形或三維模型，其中涵蓋計算機兼容的多種格式類型(如圖4所示)[3]。可根據表現需要在窗口中調整多個視角，分別導出二維圖形。

圖4　模型導出示意圖

2.2.2申報課題與實用新型專利

緊貼實戰需要，結合消防教育，從課堂出發，根據執勤訓練、建筑消防安全檢查和滅火戰斗的實際要求，學員面對建筑內設置的自動噴水滅火系統，不僅要掌握系統組成和工作原理等理論知識，更要能夠實地操作設施、排查系統故障，在火災時合理應用該系統控制、撲救火災。在某課題對自動噴水滅火系統教學演示裝置研究中，根據干式自動噴水滅火系統原理圖，使用SketchUp設計該教學演示裝置模型并將各個部件劃分成組(如圖5所示)[4]。不但能對各分組部件進行修改調整，而且為申請專利與對接生產廠家提供直觀的模型依據。

圖5　教學演示裝置模型

2.3　實踐練習

課堂教學過程中，教師一般是通過提問和作業等傳統形式來檢驗學員對知識內容的掌握情況。而這種傳統形式不能直觀地體現出每一名學員對理論知識的實踐應用。為加大實踐教學力度，方便教師與學員的知識互動，利用SketchUp為基礎平臺，制作多種火災事故案例模型，讓學員在模型中模擬滅火救援作戰指揮。

2.3.1模擬推演練習

火災案例和建筑實際模型可通過*.dwg、*.3ds、*.jpg、*.psd等多種格式文件導入軟件中，制作模型場景。通過掌握建筑的基本信息及周邊道路交通、水源分布等情況，分析火災現場，根據實際消防力量配置，讓學員進行戰斗部署，選擇技戰術操法，檢驗學員對專業知識綜合理解應用情況，訓練學員組織指揮能力(如圖6所示)。在開展大型工業企業、超高層建筑和城市綜合體及交通樞紐站的滅火救援模擬推演練習中，教師進行任務分工，學員模擬各中隊指揮員，協同配合，共同完成作戰任務。統一推演練習模板，將模擬內容加入實際建筑滅火救援預案建設，與移動互聯網、大數據平臺相銜接，為各行業和領域的數字化滅火救援預案建設提供幫助。

圖6　火場戰斗部署圖

2.3.2軟件拓展

在制作各地實景建筑模型的基礎上，利用三維=動態、地理遙感、大數據等信息技術手段，結合煙熱、真火仿真系統，構建虛擬火災救援現場，受訓者使用VR眼鏡、三維手柄和信號傳感器在模擬現實場景中進行人機交互，縮小理論教學與實戰之間的差距[5]。通過語言、行動等自然方式完成系統設定的個人或班組的滅火指揮和應急救援等作戰任務。當火災發生時，受訓者能迅速根據模型預案確定滅火救援思路，并將任務分工準確下達至各作戰力量。

3　結束語

通過探索SketchUp軟件在消防課程中的應用，打破了傳統教學模式，增強了教師教學科研水平，鍛煉了學員對理論知識的實踐應用能力。只有對教學過程進行不斷的研究和改進，建立與專業相適應的教學方法，才能提高教學質量，從而培養出行業需要的專業人才。