消防3D仿真技術在中職消防專業教學中的創新應用研究

摘要：

隨著計算機硬件性能的飛速提升和圖形處理技術的不斷進步，3D仿真技術開始應用于消防領域，為中等職業學校消防專業教學和訓練提供了全新的視角和方法。在應用過程中，解決了中等職業學校消防學生實訓過程中的安全問題，提高了學習效率。

關鍵詞：消防；3D仿真技術；專業教學

引言

在當前的教育背景下，傳統的教學方法難以滿足現代消防教育需求。根據《中國消防年鑒》的數據，近年來由于缺乏有效的實踐訓練，導致消防人員在實際操作中出現失誤的案例時有發生。隨著科技的飛速發展，虛擬仿真技術也突破各種技術難點，將消防3D仿真技術應用于中職消防專業教學，不僅能夠提高學生的實踐操作能力，還能增強他們對復雜消防場景的理解和應對能力。本研究旨在探討消防3D仿真技術在中職消防專業教學中的創新應用，以期解決中職消防學生實訓過程中的安全問題，提高學習效率。3D仿真技術能夠提供一個安全、可控且高度仿真的學習環境。通過虛擬仿真技術，復雜的消防系統原理及結構可以直觀地展示在學生眼前，極大地降低了學習難度，提高了學習效率。

一、消防3D仿真技術概述

系統以三維立體顯示為展示手段，使學生能在虛擬三維車庫、發電站、油庫、體育館、高層建筑、地下室、化工廠、人員密集大型場所等火災場景中進行消防演習訓練。這些虛擬的環境平時是學生比較難接觸到的，通過仿真技術可進行人機交互，逼真的場景讓學員仿佛置身火災環境，更能達到訓練的目的。系統可選擇場景中的著火點位置，設置相關參數以及添加圖片、文字、視頻等熱點，使每次的訓練情況可隨需調整，每次的方案可進行保存。仿真系統還有一個強大的功能，即數據分析綜合評價。訓練結束后，系統有各項數據進行展示，方便老師和學生進行復盤和評價。消防3D仿真技術以其獨特的三維模擬環境，為中職消防專業教學帶來了革命性的變革。通過高精度的三維建模和動態交互，學生能夠沉浸在一個接近真實的工作環境中，從而獲得更為直觀和深刻的學習體驗[1]。

二、目前中職消防專業教學存在的問題

（一）傳統教學模式難以激發學生的學習興趣

在廣東省中等職業技術學校中，開設消防專業的學校較少，廣州市土地房產管理職業學校（現廣州市城市建設職業學校）在2018年首次開設此專業。它屬于中職類院校的新專業，只能模仿高等院校相關專業進行課程設置。在高校消防專業課程設置與教學方法中，往往側重于理論知識的灌輸，而忽視了對實踐操作與現場應對能力的培養。這些傳統的教學模式和方法難以激發中職學生的學習興趣。中等職業技術學校消防專業學生的文化基礎相對薄弱，他們對理論知識的學習興趣不濃，喜歡新鮮好玩的事物。傳統的教學模式如講授法，借助ppt和視頻等手段，對他們的吸引力不大。如何引入消防3D仿真技術，激發學生的學習興趣和內驅力，讓學生享受學習樂趣，取得更好的學習成果，是解決問題的鑰匙。

（二）目前實訓教學的局限性不利于學生技能的提升

教學資源匱乏，導致實踐操作訓練不足是當前中職消防專業教育面臨的挑戰之一。例如，滅火器使用這一內容的教學，在傳統消防專業教學中，學生只能看老師演示。因為一瓶1kg的abc干粉滅火器市場上均價30元左右，消防專業大約100人，如果每個人噴射一瓶滅火器，一次課就要花費3000元。成本太高，學生無法多次進行操作訓練，導致技能不夠熟練。

設備昂貴，維修周期長也是實訓教學的難題。例如，在消防水系統教學中，學生頻繁啟動消防水泵和消防水管的各種閥門，會快速縮短設備壽命。更換水泵、閥門等主要零部件，費用高，維修所需要的時間長。在維修期間，學生不能使用實訓室，不能提升自己的專業技能。

學生因誤操作而引起安全問題。中職學生群體往往表現出活潑好動的一面，沒有按照規程操作或亂操作，如在進行氣體滅火操作訓練時，如果出現誤操作，釋放出有害氣體，存在極大的危險。消防教育的實踐操作訓練往往受限于場地、設備和安全等因素，難以提供真實火災場景的模擬訓練，導致學生在面對真實火場時缺乏足夠的應對經驗。如何利用消防3D仿真技術來彌補這些不足，提高消防教育的實踐性和有效性，成為當前消防教育改革的重要課題[2]。

三、消防3D仿真技術在中職消防專業教學中的應用

（一）消防3D仿真技術在中職消防理論教學中的應用

在傳統中職消防專業理論教學中，往往依賴圖片、文字描述或者現場實操演示。通過傳統的方法學習理論，學生學不透，學不懂，理論知識本來就比較深奧晦澀，中職學生文化基礎底子比較薄弱，學不懂，進而產生厭學情緒。

消防3D仿真技術的應用正逐步改變傳統的教學模式。消防虛擬訓練仿真系統以真實的建筑消防系統為藍本，構建了詳盡的3D模型。用戶可以在三維場景中自由移動，直觀地認識和確認各種消防設施的位置。軟件中的每個消防設施，如滅火器、消火栓、自動噴水滅火系統等，都配備了生動的Flash動畫講解，幫助用戶理解其工作原理和操作方法。通過三維模擬，學生能夠直觀地理解復雜的消防理論知識，如火災動力學、煙氣流動和熱傳遞等。例如，利用3D仿真技術，可以構建一個虛擬的火災場景，學生可以在其中觀察到不同材料燃燒時產生的熱量、煙霧如何擴散以及消防員如何采取相應的滅火措施。這種互動式學習不僅提高了學生的興趣，還加深了他們對理論知識的理解。在消防3D仿真技術的輔助下，理論教學變得更加生動和具體。教師可以利用仿真軟件中的案例分析模型，引導學生進行案例研究，分析真實火災案例中的決策過程和應對策略[3]。

隨著消防3D仿真技術的引入，教學方法得到了創新性的變革。消防3D仿真技術結合項目+教學、案例分析、小組合作等的教學方法，能夠幫助學生更好地理解理論知識與實際操作之間的聯系，從而培養團隊合作精神，提升其綜合分析和解決問題的能力[4]。

（二）消防3D仿真技術在實踐操作訓練中的應用

消防3D仿真技術應用于實踐操作訓練的領域，主要體現在可控、安全、可重復這三個特點上。例如，在氣體滅火系統操作訓練中，通過仿真界面，學生將氣體滅火控制盤上的控制方式選擇鍵轉到“手動”狀態。當防護區模擬發生火情時，學生可以操作模擬控制盤上的“電容器室釋放按鈕”來啟動系統。學生還可以模擬機械應急操作，當自動啟動和手動啟動均失效時，切換場景，進入氣瓶間進行機械應急操作。拔出電磁閥上的模擬安全開關，用力按下模擬啟動手柄，打開啟動閥，釋放啟動氣體，進而打開選擇閥和容器閥，釋放滅火劑。學生可以重復以上操作直到掌握關鍵技術步驟和要點為止，使用消防3D仿真技術比較好地解決了教學資源匱乏的問題，做到熟能生巧[5]。

通過模擬真實火災場景的3D仿真系統，學生可以在安全的虛擬環境中進行滅火和逃生訓練，這不僅提高了學習的趣味性和互動性，還增強了學生的實際操作能力和應急反應能力。火災是突發的，會產生有毒煙氣，有強烈的熱輻射等不可控因素，通過真實的場景進行模擬，存在很多不安全因素。因此，可以用3D仿真技術完美解決這個問題[6]。

（三）消防3D仿真技術在教學評價中的應用

傳統的教學評價過于注重教學最終的結果，不能快速、有效地對學生進行分析和指導。消防3D仿真技術的教學評價系統能夠系統、全程記錄學員的學習、演練、考核過程，形成數據閉環。這種閉環管理模式，讓學習效果一目了然，為持續改進培訓質量提供了有力支持。通過細致分析，識別出他們在哪些領域存在不足，從而為其量身定制個性化的輔導計劃，幫助其逐步鞏固基礎知識，提高學習效率。通過3D仿真技術的教學評價系統，不僅能夠幫助學生克服當前的困難，還能夠為其長遠發展提供有力支持[7]。

四、消防3D仿真技術為消防專業學生實習就業保駕護航

2022年職業教育多樣化發展，從單純“以就業為導向”轉變為“就業與升學并重”。雖然很多中職消防專業學生選擇了升學，繼續提高學歷，但是仍有大量學生選擇了就業。消防3D仿真技術能彌補不同品牌的操作差異，提升學生的專業性，滿足企業需求。目前市面上主流的消防主機品牌包括海灣消防、泛海三江、北大青鳥、泰和安、山鷹報警、恒泰艾普、中核儀表、賦安報警、中消智能、華消安全等。不同品牌的消防設備，操作界面是不同的，操作方法存在一定的差異性。受到場地和經費的限制，學校只能選擇其中一種品牌設備，讓學生進行學習與訓練。這種情況讓剛出去實習的學生十分苦惱，想操作又怕失誤。用人單位更希望學生能夠馬上適應崗位，節約時間和成本。消防3D仿真技術能夠實現不同品牌之間的操作界面的切換，面對不同企業的需求，提供精準服務，提高學生的專業性。

消防3D仿真技術有助于學生理解、掌握抽象的工作原理和概念，提高消防設施操作員考證通過率。從2015年開始，消防設施操作員成為消防行業特有職業工種之一，是準入類證書。學生想要實習、就業，就必須持有該證書。如何提高考證通過率，是中職消防專業需要攻克的難題。從2022年開始，廣東省消防技能鑒定站全面鋪開“線上虛擬仿真考核”，對消防設施操作員進行考核鑒定。線上虛擬仿真考核，可以通過死記硬背達到合格，比現場實際操作考核通過率更高。然而，廣東總隊消防設施操作員職業鑒定站在2024年11月19日發出公告，自該日起，新報名考生的技能考核一律采用現場實際操作方式進行。這意味著，學生需要對消防設施的結構原理有更深入的理解，這正是消防3D仿真技術的優勢，借助消防3D仿真技術，學生考證的通過率會大大提高。

五、消防3D仿真技術的挑戰

在消防3D仿真技術的創新應用研究中，仿真精度與實時性問題成為制約其在中職消防專業教學中廣泛應用的關鍵技術挑戰。根據相關研究，仿真系統在處理復雜場景時，至少需要每秒30幀的刷新率來保證流暢的視覺體驗，而要達到高度逼真的效果，刷新率需提升至每秒60幀以上。此外，仿真系統中的物理引擎必須能夠準確模擬火勢蔓延、煙霧擴散等現象，這就要求仿真軟件具有高度的計算精度和快速的響應能力。因此，開發高精度、高實時性的消防3D仿真系統，不僅需要強大的硬件支持，還需要不斷優化算法和模型，以確保在教學中能夠提供接近真實的消防操作體驗。

結語

隨著科技的不斷進步，消防3D仿真技術在中職消防專業教學中的應用前景廣闊。預計在未來幾年內，隨著虛擬現實（VR）和增強現實（AR）技術的成熟，消防3D仿真技術將能夠提供更加逼真的模擬環境，從而極大地提高消防專業學生的實踐操作能力和應急反應速度。

參考文獻

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