摘要：

隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的飛速提升和圖形處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，3D仿真技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于消防領(lǐng)域，為中等職業(yè)學(xué)校消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)和訓(xùn)練提供了全新的視角和方法。在應(yīng)用過(guò)程中，解決了中等職業(yè)學(xué)校消防學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的安全問(wèn)題，提高了學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：消防；3D仿真技術(shù)；專(zhuān)業(yè)教學(xué)

引言

在當(dāng)前的教育背景下，傳統(tǒng)的教學(xué)方法難以滿(mǎn)足現(xiàn)代消防教育需求。根據(jù)《中國(guó)消防年鑒》的數(shù)據(jù)，近年來(lái)由于缺乏有效的實(shí)踐訓(xùn)練，導(dǎo)致消防人員在實(shí)際操作中出現(xiàn)失誤的案例時(shí)有發(fā)生。隨著科技的飛速發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)也突破各種技術(shù)難點(diǎn)，將消防3D仿真技術(shù)應(yīng)用于中職消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)，不僅能夠提高學(xué)生的實(shí)踐操作能力，還能增強(qiáng)他們對(duì)復(fù)雜消防場(chǎng)景的理解和應(yīng)對(duì)能力。本研究旨在探討消防3D仿真技術(shù)在中職消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的創(chuàng)新應(yīng)用，以期解決中職消防學(xué)生實(shí)訓(xùn)過(guò)程中的安全問(wèn)題，提高學(xué)習(xí)效率。3D仿真技術(shù)能夠提供一個(gè)安全、可控且高度仿真的學(xué)習(xí)環(huán)境。通過(guò)虛擬仿真技術(shù)，復(fù)雜的消防系統(tǒng)原理及結(jié)構(gòu)可以直觀地展示在學(xué)生眼前，極大地降低了學(xué)習(xí)難度，提高了學(xué)習(xí)效率。

一、消防3D仿真技術(shù)概述

系統(tǒng)以三維立體顯示為展示手段，使學(xué)生能在虛擬三維車(chē)庫(kù)、發(fā)電站、油庫(kù)、體育館、高層建筑、地下室、化工廠、人員密集大型場(chǎng)所等火災(zāi)場(chǎng)景中進(jìn)行消防演習(xí)訓(xùn)練。這些虛擬的環(huán)境平時(shí)是學(xué)生比較難接觸到的，通過(guò)仿真技術(shù)可進(jìn)行人機(jī)交互，逼真的場(chǎng)景讓學(xué)員仿佛置身火災(zāi)環(huán)境，更能達(dá)到訓(xùn)練的目的。系統(tǒng)可選擇場(chǎng)景中的著火點(diǎn)位置，設(shè)置相關(guān)參數(shù)以及添加圖片、文字、視頻等熱點(diǎn)，使每次的訓(xùn)練情況可隨需調(diào)整，每次的方案可進(jìn)行保存。仿真系統(tǒng)還有一個(gè)強(qiáng)大的功能，即數(shù)據(jù)分析綜合評(píng)價(jià)。訓(xùn)練結(jié)束后，系統(tǒng)有各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，方便老師和學(xué)生進(jìn)行復(fù)盤(pán)和評(píng)價(jià)。消防3D仿真技術(shù)以其獨(dú)特的三維模擬環(huán)境，為中職消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)帶來(lái)了革命性的變革。通過(guò)高精度的三維建模和動(dòng)態(tài)交互，學(xué)生能夠沉浸在一個(gè)接近真實(shí)的工作環(huán)境中，從而獲得更為直觀和深刻的學(xué)習(xí)體驗(yàn)[1]。

二、目前中職消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)存在的問(wèn)題

（一）傳統(tǒng)教學(xué)模式難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

在廣東省中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校中，開(kāi)設(shè)消防專(zhuān)業(yè)的學(xué)校較少，廣州市土地房產(chǎn)管理職業(yè)學(xué)校（現(xiàn)廣州市城市建設(shè)職業(yè)學(xué)校）在2018年首次開(kāi)設(shè)此專(zhuān)業(yè)。它屬于中職類(lèi)院校的新專(zhuān)業(yè)，只能模仿高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行課程設(shè)置。在高校消防專(zhuān)業(yè)課程設(shè)置與教學(xué)方法中，往往側(cè)重于理論知識(shí)的灌輸，而忽視了對(duì)實(shí)踐操作與現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)能力的培養(yǎng)。這些傳統(tǒng)的教學(xué)模式和方法難以激發(fā)中職學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校消防專(zhuān)業(yè)學(xué)生的文化基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，他們對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣不濃，喜歡新鮮好玩的事物。傳統(tǒng)的教學(xué)模式如講授法，借助ppt和視頻等手段，對(duì)他們的吸引力不大。如何引入消防3D仿真技術(shù)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)驅(qū)力，讓學(xué)生享受學(xué)習(xí)樂(lè)趣，取得更好的學(xué)習(xí)成果，是解決問(wèn)題的鑰匙。

（二）目前實(shí)訓(xùn)教學(xué)的局限性不利于學(xué)生技能的提升

教學(xué)資源匱乏，導(dǎo)致實(shí)踐操作訓(xùn)練不足是當(dāng)前中職消防專(zhuān)業(yè)教育面臨的挑戰(zhàn)之一。例如，滅火器使用這一內(nèi)容的教學(xué)，在傳統(tǒng)消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)中，學(xué)生只能看老師演示。因?yàn)橐黄?kg的abc干粉滅火器市場(chǎng)上均價(jià)30元左右，消防專(zhuān)業(yè)大約100人，如果每個(gè)人噴射一瓶滅火器，一次課就要花費(fèi)3000元。成本太高，學(xué)生無(wú)法多次進(jìn)行操作訓(xùn)練，導(dǎo)致技能不夠熟練。

設(shè)備昂貴，維修周期長(zhǎng)也是實(shí)訓(xùn)教學(xué)的難題。例如，在消防水系統(tǒng)教學(xué)中，學(xué)生頻繁啟動(dòng)消防水泵和消防水管的各種閥門(mén)，會(huì)快速縮短設(shè)備壽命。更換水泵、閥門(mén)等主要零部件，費(fèi)用高，維修所需要的時(shí)間長(zhǎng)。在維修期間，學(xué)生不能使用實(shí)訓(xùn)室，不能提升自己的專(zhuān)業(yè)技能。

學(xué)生因誤操作而引起安全問(wèn)題。中職學(xué)生群體往往表現(xiàn)出活潑好動(dòng)的一面，沒(méi)有按照規(guī)程操作或亂操作，如在進(jìn)行氣體滅火操作訓(xùn)練時(shí)，如果出現(xiàn)誤操作，釋放出有害氣體，存在極大的危險(xiǎn)。消防教育的實(shí)踐操作訓(xùn)練往往受限于場(chǎng)地、設(shè)備和安全等因素，難以提供真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景的模擬訓(xùn)練，導(dǎo)致學(xué)生在面對(duì)真實(shí)火場(chǎng)時(shí)缺乏足夠的應(yīng)對(duì)經(jīng)驗(yàn)。如何利用消防3D仿真技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)這些不足，提高消防教育的實(shí)踐性和有效性，成為當(dāng)前消防教育改革的重要課題[2]。

三、消防3D仿真技術(shù)在中職消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用

（一）消防3D仿真技術(shù)在中職消防理論教學(xué)中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)中職消防專(zhuān)業(yè)理論教學(xué)中，往往依賴(lài)圖片、文字描述或者現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操演示。通過(guò)傳統(tǒng)的方法學(xué)習(xí)理論，學(xué)生學(xué)不透，學(xué)不懂，理論知識(shí)本來(lái)就比較深?yuàn)W晦澀，中職學(xué)生文化基礎(chǔ)底子比較薄弱，學(xué)不懂，進(jìn)而產(chǎn)生厭學(xué)情緒。

消防3D仿真技術(shù)的應(yīng)用正逐步改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。消防虛擬訓(xùn)練仿真系統(tǒng)以真實(shí)的建筑消防系統(tǒng)為藍(lán)本，構(gòu)建了詳盡的3D模型。用戶(hù)可以在三維場(chǎng)景中自由移動(dòng)，直觀地認(rèn)識(shí)和確認(rèn)各種消防設(shè)施的位置。軟件中的每個(gè)消防設(shè)施，如滅火器、消火栓、自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)等，都配備了生動(dòng)的Flash動(dòng)畫(huà)講解，幫助用戶(hù)理解其工作原理和操作方法。通過(guò)三維模擬，學(xué)生能夠直觀地理解復(fù)雜的消防理論知識(shí)，如火災(zāi)動(dòng)力學(xué)、煙氣流動(dòng)和熱傳遞等。例如，利用3D仿真技術(shù)，可以構(gòu)建一個(gè)虛擬的火災(zāi)場(chǎng)景，學(xué)生可以在其中觀察到不同材料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量、煙霧如何擴(kuò)散以及消防員如何采取相應(yīng)的滅火措施。這種互動(dòng)式學(xué)習(xí)不僅提高了學(xué)生的興趣，還加深了他們對(duì)理論知識(shí)的理解。在消防3D仿真技術(shù)的輔助下，理論教學(xué)變得更加生動(dòng)和具體。教師可以利用仿真軟件中的案例分析模型，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行案例研究，分析真實(shí)火災(zāi)案例中的決策過(guò)程和應(yīng)對(duì)策略[3]。

隨著消防3D仿真技術(shù)的引入，教學(xué)方法得到了創(chuàng)新性的變革。消防3D仿真技術(shù)結(jié)合項(xiàng)目+教學(xué)、案例分析、小組合作等的教學(xué)方法，能夠幫助學(xué)生更好地理解理論知識(shí)與實(shí)際操作之間的聯(lián)系，從而培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神，提升其綜合分析和解決問(wèn)題的能力[4]。

（二）消防3D仿真技術(shù)在實(shí)踐操作訓(xùn)練中的應(yīng)用

消防3D仿真技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐操作訓(xùn)練的領(lǐng)域，主要體現(xiàn)在可控、安全、可重復(fù)這三個(gè)特點(diǎn)上。例如，在氣體滅火系統(tǒng)操作訓(xùn)練中，通過(guò)仿真界面，學(xué)生將氣體滅火控制盤(pán)上的控制方式選擇鍵轉(zhuǎn)到“手動(dòng)”狀態(tài)。當(dāng)防護(hù)區(qū)模擬發(fā)生火情時(shí)，學(xué)生可以操作模擬控制盤(pán)上的“電容器室釋放按鈕”來(lái)啟動(dòng)系統(tǒng)。學(xué)生還可以模擬機(jī)械應(yīng)急操作，當(dāng)自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)均失效時(shí)，切換場(chǎng)景，進(jìn)入氣瓶間進(jìn)行機(jī)械應(yīng)急操作。拔出電磁閥上的模擬安全開(kāi)關(guān)，用力按下模擬啟動(dòng)手柄，打開(kāi)啟動(dòng)閥，釋放啟動(dòng)氣體，進(jìn)而打開(kāi)選擇閥和容器閥，釋放滅火劑。學(xué)生可以重復(fù)以上操作直到掌握關(guān)鍵技術(shù)步驟和要點(diǎn)為止，使用消防3D仿真技術(shù)比較好地解決了教學(xué)資源匱乏的問(wèn)題，做到熟能生巧[5]。

通過(guò)模擬真實(shí)火災(zāi)場(chǎng)景的3D仿真系統(tǒng)，學(xué)生可以在安全的虛擬環(huán)境中進(jìn)行滅火和逃生訓(xùn)練，這不僅提高了學(xué)習(xí)的趣味性和互動(dòng)性，還增強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)際操作能力和應(yīng)急反應(yīng)能力。火災(zāi)是突發(fā)的，會(huì)產(chǎn)生有毒煙氣，有強(qiáng)烈的熱輻射等不可控因素，通過(guò)真實(shí)的場(chǎng)景進(jìn)行模擬，存在很多不安全因素。因此，可以用3D仿真技術(shù)完美解決這個(gè)問(wèn)題[6]。

（三）消防3D仿真技術(shù)在教學(xué)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)過(guò)于注重教學(xué)最終的結(jié)果，不能快速、有效地對(duì)學(xué)生進(jìn)行分析和指導(dǎo)。消防3D仿真技術(shù)的教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)能夠系統(tǒng)、全程記錄學(xué)員的學(xué)習(xí)、演練、考核過(guò)程，形成數(shù)據(jù)閉環(huán)。這種閉環(huán)管理模式，讓學(xué)習(xí)效果一目了然，為持續(xù)改進(jìn)培訓(xùn)質(zhì)量提供了有力支持。通過(guò)細(xì)致分析，識(shí)別出他們?cè)谀男╊I(lǐng)域存在不足，從而為其量身定制個(gè)性化的輔導(dǎo)計(jì)劃，幫助其逐步鞏固基礎(chǔ)知識(shí)，提高學(xué)習(xí)效率。通過(guò)3D仿真技術(shù)的教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)，不僅能夠幫助學(xué)生克服當(dāng)前的困難，還能夠?yàn)槠溟L(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供有力支持[7]。

四、消防3D仿真技術(shù)為消防專(zhuān)業(yè)學(xué)生實(shí)習(xí)就業(yè)保駕護(hù)航

2022年職業(yè)教育多樣化發(fā)展，從單純“以就業(yè)為導(dǎo)向”轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬蜆I(yè)與升學(xué)并重”。雖然很多中職消防專(zhuān)業(yè)學(xué)生選擇了升學(xué)，繼續(xù)提高學(xué)歷，但是仍有大量學(xué)生選擇了就業(yè)。消防3D仿真技術(shù)能彌補(bǔ)不同品牌的操作差異，提升學(xué)生的專(zhuān)業(yè)性，滿(mǎn)足企業(yè)需求。目前市面上主流的消防主機(jī)品牌包括海灣消防、泛海三江、北大青鳥(niǎo)、泰和安、山鷹報(bào)警、恒泰艾普、中核儀表、賦安報(bào)警、中消智能、華消安全等。不同品牌的消防設(shè)備，操作界面是不同的，操作方法存在一定的差異性。受到場(chǎng)地和經(jīng)費(fèi)的限制，學(xué)校只能選擇其中一種品牌設(shè)備，讓學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)與訓(xùn)練。這種情況讓剛出去實(shí)習(xí)的學(xué)生十分苦惱，想操作又怕失誤。用人單位更希望學(xué)生能夠馬上適應(yīng)崗位，節(jié)約時(shí)間和成本。消防3D仿真技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同品牌之間的操作界面的切換，面對(duì)不同企業(yè)的需求，提供精準(zhǔn)服務(wù)，提高學(xué)生的專(zhuān)業(yè)性。

消防3D仿真技術(shù)有助于學(xué)生理解、掌握抽象的工作原理和概念，提高消防設(shè)施操作員考證通過(guò)率。從2015年開(kāi)始，消防設(shè)施操作員成為消防行業(yè)特有職業(yè)工種之一，是準(zhǔn)入類(lèi)證書(shū)。學(xué)生想要實(shí)習(xí)、就業(yè)，就必須持有該證書(shū)。如何提高考證通過(guò)率，是中職消防專(zhuān)業(yè)需要攻克的難題。從2022年開(kāi)始，廣東省消防技能鑒定站全面鋪開(kāi)“線上虛擬仿真考核”，對(duì)消防設(shè)施操作員進(jìn)行考核鑒定。線上虛擬仿真考核，可以通過(guò)死記硬背達(dá)到合格，比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作考核通過(guò)率更高。然而，廣東總隊(duì)消防設(shè)施操作員職業(yè)鑒定站在2024年11月19日發(fā)出公告，自該日起，新報(bào)名考生的技能考核一律采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作方式進(jìn)行。這意味著，學(xué)生需要對(duì)消防設(shè)施的結(jié)構(gòu)原理有更深入的理解，這正是消防3D仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，借助消防3D仿真技術(shù)，學(xué)生考證的通過(guò)率會(huì)大大提高。

五、消防3D仿真技術(shù)的挑戰(zhàn)

在消防3D仿真技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用研究中，仿真精度與實(shí)時(shí)性問(wèn)題成為制約其在中職消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)中廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)。根據(jù)相關(guān)研究，仿真系統(tǒng)在處理復(fù)雜場(chǎng)景時(shí)，至少需要每秒30幀的刷新率來(lái)保證流暢的視覺(jué)體驗(yàn)，而要達(dá)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(tǒng)中的物理引擎必須能夠準(zhǔn)確模擬火勢(shì)蔓延、煙霧擴(kuò)散等現(xiàn)象，這就要求仿真軟件具有高度的計(jì)算精度和快速的響應(yīng)能力。因此，開(kāi)發(fā)高精度、高實(shí)時(shí)性的消防3D仿真系統(tǒng)，不僅需要強(qiáng)大的硬件支持，還需要不斷優(yōu)化算法和模型，以確保在教學(xué)中能夠提供接近真實(shí)的消防操作體驗(yàn)。

結(jié)語(yǔ)

隨著科技的不斷進(jìn)步，消防3D仿真技術(shù)在中職消防專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用前景廣闊。預(yù)計(jì)在未來(lái)幾年內(nèi)，隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)的成熟，消防3D仿真技術(shù)將能夠提供更加逼真的模擬環(huán)境，從而極大地提高消防專(zhuān)業(yè)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和應(yīng)急反應(yīng)速度。

參考文獻(xiàn)

[1]

陽(yáng)富強(qiáng)，余龍星.防火防爆類(lèi)課程虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源建設(shè)探討[J].化工高等教育，2023，40（06）：110-115+129.

[2]陳虹燕，任國(guó)興，劉玉言.虛擬仿真環(huán)境下消防系統(tǒng)工程教學(xué)改革與探索[J].學(xué)園，2020，13（12）：85-86.

[3]李嚴(yán)琛.高職院校消防工程技術(shù)專(zhuān)業(yè)建設(shè)探討[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（11）：193-194.

[4]顏龍，魏崢，朱志輝，等.建筑工程消防虛擬仿真試驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2023，42（07）：1018-1022.

[5]吳成浩.多模態(tài)虛擬實(shí)戰(zhàn)教學(xué)設(shè)計(jì)在消防訓(xùn)練中的應(yīng)用[J].中阿科技論壇（中英文），2021（02）：54-56.

[6]王起全，孫曦，李曙昊，等.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[J].信息記錄材料，2018，19（11）：244-245.

[7]申朝文.虛擬仿真技術(shù)在消防工程專(zhuān)業(yè)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2018，15（19）：231-234+236.