消防三維仿真技術(shù)演練平臺在信息化教學(xué)實踐中運用

王起全，孫 曦，李曙昊，雷 鳴

（中國勞動關(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，課本知識還沒有與信息系統(tǒng)進行有機的結(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，信息化是通過軟件對公共活動中的安全管理業(yè)務(wù)進行模擬教學(xué)，同時可以結(jié)合所學(xué)專業(yè)課程基于信息化中央平臺培養(yǎng)并提高學(xué)生安全管理能力[1]。安全尤其是是以實踐為重點的綜合類學(xué)科更加重要的是需要與實際結(jié)合。在授課教學(xué)中學(xué)生們一般不可能真實的接觸事故，缺少對事故的感官能力認識，模擬仿真系統(tǒng)作為輔助安全信息設(shè)計模擬平臺具有信息交互，實時監(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)急操作的知識和技能，讓學(xué)生可以利用更加便捷易懂的方式，學(xué)習安全知識鍛煉實踐能力，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現(xiàn)實中的情況進行仿真，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，便于進行消防三維仿真信息化教學(xué)的開展和學(xué)習[3]。火災(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)、消防車與移動設(shè)備模擬培訓(xùn)、消防知識培訓(xùn)、消防知識考核、火災(zāi)事故案例庫五個功能模塊。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)實仿真技術(shù)為學(xué)生們展現(xiàn)可視化線上推演平臺，系統(tǒng)內(nèi)包括五個方面，比較詳細的涵蓋了在火災(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。這五個模塊的構(gòu)成相互之間彼此聯(lián)系環(huán)環(huán)緊扣，這個系統(tǒng)可以幫助同學(xué)們建立一套完整的火災(zāi)消防知識體系。系統(tǒng)中存在案例庫，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 消防車與移動設(shè)備模擬培訓(xùn)

消防車作為現(xiàn)場救援的重要設(shè)備一直扮演著重要作用。首要的是學(xué)習消防車的救援知識例如熟悉在救援時消防車的救援位置，離水源的距離等。同時需要結(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)會了使用消防設(shè)備的基本知識后才能在消防救援中熟練的將它們結(jié)合起來應(yīng)用。在演練平臺線上實現(xiàn)“學(xué)”、“練”“做”一體結(jié)合，達到車輛屬性和移動設(shè)備部署的全面學(xué)習。消防車與移動設(shè)備模擬培訓(xùn)對學(xué)生來說不光起到學(xué)習消防知識的作用，還可以通過培訓(xùn)來掌握工業(yè)現(xiàn)場的消防布局從而找出其中不合理的情況，以便在實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)習消防專業(yè)知識。本系統(tǒng)中的消防知識培訓(xùn)更注重的是結(jié)合情景中的起因，將消防知識以一個更加能讓學(xué)生快速接受的方式傳授給學(xué)生。通過操作和對背景資料的閱讀理解，了解火災(zāi)的起因，并針對起因?qū)W習消防知識來解決模擬情況中的問題，從而達到自身消防知識積累。

2.4 消防知識考核

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、分析為一體的考試平臺，在每一次教學(xué)任務(wù)完成后隨即安排系統(tǒng)線上練習、測試并打分，并由推演平臺進行打分和綜合評定分析，由此使學(xué)生提高對實訓(xùn)技能的掌握速度，并調(diào)動學(xué)生的積極性加深對隨堂檢測的印象，可以消除傳統(tǒng)的應(yīng)試考試帶來的弊端。考核只是對系統(tǒng)理解操作的階段性檢測。在考核后教師與學(xué)生討論在操作中的得與失，糾正學(xué)生操作時的錯誤，在師生交流溝通中可以進一步對系統(tǒng)的熟悉程度和知識的學(xué)習。

2.5 火災(zāi)事故案例庫

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，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)習應(yīng)急部署內(nèi)容，較早地培養(yǎng)學(xué)生在現(xiàn)場作戰(zhàn)指揮能力。案例中包涵著化工廠，醫(yī)院，地下商場等典型易發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域，生通過模擬操作這些場景，可以掌握針對不同場所的應(yīng)急救援處理方法，豐富了學(xué)生的實際操作知識，更好的將理論與實踐相結(jié)合。同時教師可以將學(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)的實際應(yīng)用

3.1 推演過程

圖1

推演過程包括事故推演場景模擬，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選擇推演的場景，案例庫中有多種不同火災(zāi)事故案例場景供選擇和使用。在場景確定之后，要進行初步的事故設(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)施實施等。同時根據(jù)火災(zāi)不同的位置嚴重程度，來模擬資源的調(diào)度，在完成調(diào)度的基礎(chǔ)上進行推演部署。學(xué)生可以鍛煉面對突發(fā)情況下的整個處理過程，進一步鍛煉自己整體統(tǒng)籌協(xié)調(diào)的能力。整個推演過程還可以模擬人員的傷亡，通過對人員和財產(chǎn)的救援來豐富學(xué)生的思路，實現(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)習扎實的理論知識，還應(yīng)該有理論結(jié)合現(xiàn)實，解決實際問題的能力[4]。在這樣的背景下，根據(jù)社會實際要求和現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展狀況，消防三維仿真技術(shù)演練平臺應(yīng)用到安全基礎(chǔ)課教學(xué)中，從教學(xué)內(nèi)容、方法和手段上進行改革。

通過結(jié)合計算機模擬，運用三維仿真技術(shù)將現(xiàn)實中的場景在課堂上一比一還原，融合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，用三維仿真技術(shù)可視化特點將理論知識與現(xiàn)場情況相結(jié)合，不僅使學(xué)生加深對消防安全的理解，提高學(xué)習興趣和實踐創(chuàng)新能力，在具體的實際操作中還可以熟悉軟件操作，模擬現(xiàn)實場景，應(yīng)急處理可能發(fā)生的緊急狀況進而實現(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，達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）通過模擬場景提高學(xué)生掌握實際操作的能力

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)將實際的模型等實際場景與效果展示給學(xué)生。學(xué)生可若干人一組構(gòu)成模擬應(yīng)急小組，對所設(shè)定的火災(zāi)事故進行推演，教師可將其推演過程中或系統(tǒng)錄屏，對該模擬應(yīng)急小組的應(yīng)急處置過程進行評斷，以此實現(xiàn)對學(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、實踐地點不足、實驗室不足等一些問題制約，結(jié)合計算機終端，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)場經(jīng)驗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)濟成本，并且能夠還原仿真實中難以實現(xiàn)的場景，學(xué)生在三維仿真演練平臺模擬演練的成效要遠高于現(xiàn)場實際演練效果。

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

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

當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，不同人的操作對整個系統(tǒng)會產(chǎn)生不同的影響。同時也不可能完全的將事故場景完全還原存在著一定的局限性需要改進。

4 結(jié)語

以虛擬現(xiàn)實技術(shù)為基礎(chǔ)的消防三維仿真演練平臺，從模型構(gòu)建，過程推演，分析系統(tǒng)三個部分入手，為傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)提供了極大的幫助，適應(yīng)安全專業(yè)實踐教學(xué)特點，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，也從根本上體現(xiàn)技術(shù)更能滿足學(xué)生們對教學(xué)的需求，達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)進行有機結(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)習任務(wù)和學(xué)習目標，穩(wěn)步引入消防三維仿真演練平臺，進而形成新型的教學(xué)體系。針對教學(xué)內(nèi)容的影響，在實踐教學(xué)中，還要更進一步探索傳統(tǒng)教學(xué)模式和三維場景推演結(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)生們會更加快并且牢固的學(xué)習知識，擴展專業(yè)教學(xué)的知識面，提高專業(yè)教學(xué)能力和水平。