信息化在安全工程教学中的应用

王起全，杨壁军

（中国劳动关系学院 安全工程系 北京 100048）

信息化在安全工程教学中的应用

王起全，杨壁军

（中国劳动关系学院 安全工程系 北京 100048）

随着我国教育事业的快速发展，信息化技术被广泛应用在各大院校的教育教学活动之中。三维仿真技术作为信息化发展的一个重要部分，将课程教学与信息技术深度融合。本文运用Axure RP 7.0构建三维模型，进行数据分析模块，救援预案设计模块的原型设计，建立公共安全消防三维仿真技术演练平台，开展公共消防安全信息化的实践教学应用。为增进安全工程专业公共安全消防课程的课堂互动，提高学生应急处置的实践操作能力，提高教育教学质量，促进教育的信息化发展提供技术支撑。

信息化；教学；安全工程；三维仿真技术

1 引言

以现代通信、网络、数据库为基础的信息化技术发展不断改变着人们的生产、生活、学习、交往及思维方式。三维仿真技术，作为信息化发展的一个重要部分，因其具有沉浸性、交互性和构想性，在国外已广泛应用于工程结构分析、模拟施工过程、安全工程、土木工程、岩土工程和防灾工程等多个领域，但在教学实践中的运用鲜有记录和报道。

在国内，三维仿真技术已被用于消防推演方面的理论研究，以及实现消防应急处置的研究。三维地理信息技术与虚拟现实技术则结合使用于解决消防部队在实战演练、桌面推演和作战指挥过程中存在的问题。但教学方面未有使用三维仿真技术的先例。

本文将在安全工程专业教学中，运用Axure RP 7.0构建三维模型，进行数据分析模块，救援预案设计模块的原型设计，建立公共安全消防三维仿真技术演练平台，开展公共消防安全信息化的实践教学应用。将三维仿真计算运用于安全工程专业教学数字化，智能化及可视化的全部过程，从而促进安全工程课程教学的信息化发展。

2 信息化教学

信息化教学是学习者和教育者通过现代化的教育技术、教育方法、教育资源等开展的互动活动，涵盖了现代化教学方法的应用与教学观念的指导，是一场关于形式与方法等方面的全新变革[1]。各大院校之所以要实现信息化教学模式，是因为它能够丰富教学内容和教学方法，为学生的学习打造优良的环境，提升教学质量，实现教学目标，提高教学的有效性。目前，安全工程专业信息化教学的形式多种多样，其中，公共安全消防教学方面的信息化主要有以下两种：

2.1 应急预案编制与演练模拟教学信息化系统

应急预案编制信息化教学系统可以帮助学生编写应急预案，通过学习编制预案的知识点，掌握紧急状况的应急处置操作。演练模拟教学信息化系统中，学生可以制定应急演练的计划并且记录演练全过程，教师可快速搜索查看应急管理整个过程的信息，对结果进行最终评估。该信息化教学系统的优点是系统操作简易，高效的数据统计。缺点是系统操作界面比较简陋，互动性不够高[2]。

2.2 火灾事故消防作战三维桌面推演教学信息化系统

该系统是线下“推演+培训”终端，采用大尺寸触摸操作屏，并配套丰富、专业的三维场景、1:1的车辆模型、消防知识培训资料和多样化的考核系统。该系统在公共安全消防教学中可以兼顾推演和培训两方面需求。优点是使用灵活，便于管理，知识体系全面。缺点是桌面推演，线下感知，知识深度不够，系统的人机交互性不够完善[3]。

现有的公共安全消防的信息化系统均在人机交互方面不够完善。本文将研究构建公共安全消防三维仿真技术演练平台，促进教学过程数字化，智能化并可视化，较好的实现教学系统的人机互动。

3 公共安全消防三维仿真技术演练平台

3.1 公共安全消防三维仿真技术演练平台简介

公共安全消防三维仿真技术演练平台包括五个子模块、三个系统界面和数据库支撑系统，其中，五个子模块分别为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，如图1所示；三个系统操作界面分别为登入界面，学生系统操作界面和教师系统操作界面；数据库包含了学生们，教师们的相关信息，法律法规标准和相关教学资料视频等[4]。

图1 公共安全消防三维仿真技术演练平台

在公共安全消防三维仿真技术演练平台启动时，登录界面需要选择用户身份。学生或者教师在首次登录时，根据自身工号或者学号注册，数据库进行备份记录，同一工号或学号只能对应一个用户身份，选择相应模块。

学生系统操作界面包括四个部分，分别为基本信息区，模块选择区，显示区，资料区。

教师系统操作界面包括五个部分，分别为基本信息区，模块选择区，显示区，评分区，资料区。

学生可若干人一组构成模拟应急小组，对所设定的生产经营单位中的火灾事故进行推演，教师可在推演过程中通过教师系统操作界面进行观察，对该模拟应急小组的应急处置过程进行评断。

3.2 公共安全消防三维仿真技术演练平台运行流程

通过调查并收集系统设计需求和实际生产经营单位消防事故数据，构建系统信息平台。运用三维仿真技术对所收集的事故数据进行还原，组织学员组建模拟应急小组，基于系统平台完成消防应急推演，并将其过程与实际的事故应急处理过程相比较，得出分析结果。根据演练过程及结果对学生加以考核[6]。公共安全消防三维仿真技术演练平台运行的流程如图2所示。

图2 公共安全消防三维仿真技术演练平台运行流程图

3.3 公共安全消防三维仿真技术演练平台信息化交互

在公共安全消防三维仿真技术演练平台上，学生进行实验操作，然后将操作结果反馈至平台内部数据库。教师通过平台开展基础知识介绍，在观察学生操作过程中，基于模拟场景，实时进行案例演练过程的分析讲解，指导学生消防演练，根据演练过程及结果对学生评价考核打分。师生可以通过手机、电脑、邮件等方式和平台进行信息交换，同时平台按照相关法律法规进行设置，提供安全法律法规及管理规定等制度支持[7]。

公共安全消防三维仿真技术演练平台信息化交互如图3所示。

表1 信息化教学与传统教学的对比分析

图3 信息化实现的信息交互图

3.4 公共安全消防三维仿真技术演练平台特点

3.4.1 场景覆盖全面 传统纸面上的应急预案推演具有平面化、简单化和抽象化的特点，对于真实的三维结构场景的测量无法在纸面上清晰体现，使用纸面上的推演不具有全面性和科学性。三维仿真技术的演练平台，在三维模型中模拟火灾事故，可对环境、设备、人员等多维因素进行设置，从而模仿真实场景中火灾事故天气、风向、风速，以及设备状况，人员行为对火情的影响。三维空间内消防应急力量布置能够充分考虑到现场实际情况，使得整个推演过程更为全面科学[8]。

3.4.2 数据还原性强 三维仿真技术相较于以往的信息化教学，能够实现对事故场景较为逼真的重现，还原事故发生过程。因此，运用于教学方面，可直观、有效地对整个应急处置过程的利弊进行剖析，促进教学的信息化和科学化，提高教学质量，提升学生应急处置的实际操作能力[9]。

3.4.3 数据分析能力强 公共安全消防三维仿真技术演练平台设计专门的数据分析模块，供学生和教师使用，通过计算，分析火情演变为火灾的时间，爆炸影响范围，死亡半径等信息，增强学生的事故应急处置能力和现场分析应对能力。

4 公共安全消防三维仿真技术演练平台的教学优势分析

相较于传统的教学方式，运用公共安全消防三维仿真技术演练平台的信息化教学方式具备的优势如表1所示。

从上表可以看出，基于公共安全消防三维仿真技术演练平台的信息化教学方式在教学特点，教学资源，交互模式，过程控制与评估等方面相较于传统教学方式具有师生互动及时深入，讲授过程灵活丰富，效果评价客观全面等优势。

5 结语

为促进安全工程专业教学的信息化发展，运用Axure RP 7.0，通过对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、火灾事故案例库模块的原型设计，在生产经营单位平面图的基础上构建三维模型，还原事故现场环境，用于安全工程专业公共安全消防应急课程的实践教学，得出如下结论：

（1）实践教学的信息化发展，促进了教学过程的智能化和可视化。将三维仿真技术应用于公共安全消防应急课程，在比较逼真还原事故现场的情景下，实现学生对整个演练过程的实践和操作，以及教师对应急处置整个过程的剖析和讲解。有助于促进学生扎实掌握应急知识，提高应急处置能力。

（2）公共安全消防三维仿真技术演练平台，通过调查收集系统设计需求和实际生产经营单位消防事故数据，在模拟应急演练过程中，进行火灾演化，爆炸影响范围，死亡半径的计算分析，为安全工程专业公共安全消防课程提供丰富的实践教学和法律法规资料。有助于加强学生的计算分析能力，提升课堂教学质量。

（3）教学的信息化在运用三维仿真技术过程中，现场情景的还原和模拟，往往受到系统功能设计的制约。因此，基于三维仿真技术演练平台的应急课程，在演练过程中，模拟事故现场内外资源力量调度、布局等需要对三维仿真技术演练平台进一步完善和优化，从而更为全面的模拟现实场景，开展更为逼真的应急演练过程。

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G451 【文献标识码】A 【文章编号】1009-5624（2018）01-0242-04

中国劳动关系学院2016年教育教学改革立项一般项目(项目编号：JG1637)

王起全（1976-），男，汉，山东，博士，副教授，中国劳动关系学院，研究方向：风险评价，公共安全应急管理。