消防三维仿真技术演练平台在信息化教学实践中运用

王起全，孙 曦，李曙昊，雷 鸣

（中国劳动关系学院安全工程系 北京 100048）

1 引言

现代的高校教育中，只有少部分将虚拟系统与课堂教学联系起来，课本知识还没有与信息系统进行有机的结合。信息化数据化将来已经成为不可避免的发展趋势，信息化是通过软件对公共活动中的安全管理业务进行模拟教学，同时可以结合所学专业课程基于信息化中央平台培养并提高学生安全管理能力[1]。安全尤其是是以实践为重点的综合类学科更加重要的是需要与实际结合。在授课教学中学生们一般不可能真实的接触事故，缺少对事故的感官能力认识，模拟仿真系统作为辅助安全信息设计模拟平台具有信息交互，实时监控，流量控制，作业管理等功能[2]。本文研究的目的是进一步提升安全信息化教育的程度，利用仿真模拟系统模拟火灾事故场景构建，通过学生模拟操作掌握消防应急操作的知识和技能，让学生可以利用更加便捷易懂的方式，学习安全知识锻炼实践能力，提升安全素质，符合未来人才培养的要求。

2 消防三维仿真技术演练平台模型的构建

三维仿真模拟系统，是在三维的立体背景下针对现实中的情况进行仿真，从而可以在电脑上模拟操作的系统。消防三维仿真技术演练平台的构建是以火灾事故消防作战三维桌面推演系统为例进行模拟训练，掌握火灾事故消防作战三维桌面推演系统就可以掌握消防三维仿真信息化的精髓，便于进行消防三维仿真信息化教学的开展和学习[3]。火灾事故消防作战三维桌面推演系统包含仿真模拟演练推演系统、消防车与移动设备模拟培训、消防知识培训、消防知识考核、火灾事故案例库五个功能模块。如图1所示。

2.1 仿真模拟演练推演系统

结合三维虚拟现实仿真技术为学生们展现可视化线上推演平台，系统内包括五个方面，比较详细的涵盖了在火灾消防方面的重要的模块。学生通过线上的学习可以详尽的了解在火灾事故中学生应该做什么，怎么做。这五个模块的构成相互之间彼此联系环环紧扣，这个系统可以帮助同学们建立一套完整的火灾消防知识体系。系统中存在案例库，里面包涵着火灾消防中典型的案例，通过线上推演，模拟在不同的情况中的处理方法，从而得出针对不同状况的应急救援预案。在可视化基础教学之上提升学生的决策能力。

2.2 消防车与移动设备模拟培训

消防车作为现场救援的重要设备一直扮演着重要作用。首要的是学习消防车的救援知识例如熟悉在救援时消防车的救援位置，离水源的距离等。同时需要结合消防车和其他消防设备共同使用的能力例如消防栓，消防网等。这样在学会了使用消防设备的基本知识后才能在消防救援中熟练的将它们结合起来应用。在演练平台线上实现“学”、“练”“做”一体结合，达到车辆属性和移动设备部署的全面学习。消防车与移动设备模拟培训对学生来说不光起到学习消防知识的作用，还可以通过培训来掌握工业现场的消防布局从而找出其中不合理的情况，以便在实际中消除不合理的布局方式，方便消防救援和预防事故的发生。

2.3 消防知识培训

为学生提供多元化、全面性的教学材料和视频，使学生通过“信息化”课堂教学模式来学习消防专业知识。本系统中的消防知识培训更注重的是结合情景中的起因，将消防知识以一个更加能让学生快速接受的方式传授给学生。通过操作和对背景资料的阅读理解，了解火灾的起因，并针对起因学习消防知识来解决模拟情况中的问题，从而达到自身消防知识积累。

2.4 消防知识考核

指导教师根据教学任务需要可快速构建考试、练习、分析为一体的考试平台，在每一次教学任务完成后随即安排系统线上练习、测试并打分，并由推演平台进行打分和综合评定分析，由此使学生提高对实训技能的掌握速度，并调动学生的积极性加深对随堂检测的印象，可以消除传统的应试考试带来的弊端。考核只是对系统理解操作的阶段性检测。在考核后教师与学生讨论在操作中的得与失，纠正学生操作时的错误，在师生交流沟通中可以进一步对系统的熟悉程度和知识的学习。

2.5 火灾事故案例库

将桌面推演系统的推演结果以视频方式推送到案例库，方便指导教师直观查看推演结果，并指挥学生通过小组讨论的形式通过线上推演学习应急部署内容，较早地培养学生在现场作战指挥能力。案例中包涵着化工厂，医院，地下商场等典型易发生火灾的区域，生通过模拟操作这些场景，可以掌握针对不同场所的应急救援处理方法，丰富了学生的实际操作知识，更好的将理论与实践相结合。同时教师可以将学生操作的成功救援案例上传，现在通过大数据云端可以共享，可以给消防救援提供新的思路和建议方法。

3 消防三维仿真信息化教学的实际应用

3.1 推演过程

图1

推演过程包括事故推演场景模拟，事故的设定，火情的侦查，资源调度，推演部署这五部分。首先通过开始的选择项选择推演的场景，案例库中有多种不同火灾事故案例场景供选择和使用。在场景确定之后，要进行初步的事故设定，选择火灾不同的类型，火源的种类、风向、天气可以调控，可以调控多种因素来选择不同的资源调度，比如消防车辆，管网，设施实施等。同时根据火灾不同的位置严重程度，来模拟资源的调度，在完成调度的基础上进行推演部署。学生可以锻炼面对突发情况下的整个处理过程，进一步锻炼自己整体统筹协调的能力。整个推演过程还可以模拟人员的伤亡，通过对人员和财产的救援来丰富学生的思路，实现宏观的处理。

3.2 消防三维仿真信息化教学的分析

（1）全方位应用三维立体化的特色实践教学

在现在的课堂教学中不光要重视理论教学而且目光应该着眼于大数据背景下的信息化，三维立体化教学。公共消防作为安全中重要的一方面，不仅需要学生需要学习扎实的理论知识，还应该有理论结合现实，解决实际问题的能力[4]。在这样的背景下，根据社会实际要求和现代技术发展状况，消防三维仿真技术演练平台应用到安全基础课教学中，从教学内容、方法和手段上进行改革。

通过结合计算机模拟，运用三维仿真技术将现实中的场景在课堂上一比一还原，融合虚拟现实技术，用三维仿真技术可视化特点将理论知识与现场情况相结合，不仅使学生加深对消防安全的理解，提高学习兴趣和实践创新能力，在具体的实际操作中还可以熟悉软件操作，模拟现实场景，应急处理可能发生的紧急状况进而实现学、练、做三位一体的教学水平提升和信息化教学的目标，达到了全面提升课程的教学水平和创新人才培养的目的。

（2）通过模拟场景提高学生掌握实际操作的能力

消防三维仿真模拟推演系统在课堂中的应用是将三维仿真技术将实际的模型等实际场景与效果展示给学生。学生可若干人一组构成模拟应急小组，对所设定的火灾事故进行推演，教师可将其推演过程中或系统录屏，对该模拟应急小组的应急处置过程进行评断，以此实现对学员的考核。通过教师最后的考核讲解可以使得学生具备消防作战的基本能力和消防决策人员最基本的素质，从而真正的实现解放课堂，优化课堂。

消防三维仿真模拟系统也可以解决学生众多、实践地点不足、实验室不足等一些问题制约，结合计算机终端，在电脑上操作模拟仿真系统，使学生操作能力不足、现场经验缺乏等问题得到不同程度的改善。消防三维仿真模拟系统极大地节约了经济成本，并且能够还原仿真实中难以实现的场景，学生在三维仿真演练平台模拟演练的成效要远高于现场实际演练效果。

（3）直观的展示案例场景，培养学生创新意识

三维仿真模拟系统更直观地将实际场景效果、立体空间结构以3D动画的形式展现，学生可以直观的观看，教学，操作。避免了在消防实景演习中可能出现的诸多问题，同时解放了学生的思想，培养学生的团队合作意识与独立思考实践的能力[5]。

当然三维仿真模拟系统还存在着一定的不足之处，它受人员的影响较大，不同人的操作对整个系统会产生不同的影响。同时也不可能完全的将事故场景完全还原存在着一定的局限性需要改进。

4 结语

以虚拟现实技术为基础的消防三维仿真演练平台，从模型构建，过程推演，分析系统三个部分入手，为传统教学环节和实践教学环节提供了极大的帮助，适应安全专业实践教学特点，适应“信息化”教学改革和创新需求。形成新的教学理论和内容的同时，也从根本上体现技术更能满足学生们对教学的需求，达到了全面提升课程的教学水平和创新人才培养的目的。因此，将“信息化”教学与传统的教学进行有机结合，在保留原有课程内容结构的基础上，根据不同阶段的学习任务和学习目标，稳步引入消防三维仿真演练平台，进而形成新型的教学体系。针对教学内容的影响，在实践教学中，还要更进一步探索传统教学模式和三维场景推演结合的有效途径，合理配置教学和科研资源，改革教学手段，提升教学质量，学生们会更加快并且牢固的学习知识，扩展专业教学的知识面，提高专业教学能力和水平。