3D虛擬消防滅火培訓系統在企業消防培訓中的應用

摘要：在我國經濟不斷發展的過程中，地下建筑、高層建筑等全新的建筑不斷涌現，從而為消防工作帶來了較大的挑戰。我國消防研究人員用3D虛擬仿真技術引入到實際消防工作過程中具有一定的成果，相關企業也表示，要能夠在消防培訓過程中使用3D虛擬仿真技術，從而提高企業人員在火場的適應能力及快速反應能力。

關鍵詞：3D虛擬；消防滅火培訓系統；企業消防培訓

傳統的企業消防培訓方式主要是通過PPT或者視頻介紹火災和滅火的基本常識，然后通過實際操作滅火器進行實訓。實際操作滅火器進行實訓這種方式，由于場地限制，人員眾多，現場有煙霧火苗、場面混亂，容易造成人員傷害，同時如果每個人都使用滅火器進行滅火，成本較高，也容易造成煙塵等污染。因此3D虛擬仿真技術與消防培訓相結合的新型滅火培訓系統應運而生。

一、消防培訓工作與3D虛擬仿真技術結合

在現代科學技術不斷發展的過程中，計算機功能也在不斷的提高，各種圖形顯卡和可視化軟件也在不斷發展，虛擬仿真及可視化技術已經到醫學、軍事、科學研究、經濟及工程等方面擴展。3D虛擬仿真技術是使用圖形處理及計算機基礎，使數據轉化成為圖形或者圖像，通過屏幕充分的展現出來，其涉及到人機交互技術、計算機視覺、計算機輔助技術、圖像處理等領域。3D虛擬仿真技術的主要優勢為：

其一，交互性。用戶能夠通過交互方式實現數據管理及開發。

其二，多維性。能夠看出表示對象及事件數據多種屬性及變量，并且將其實現分類、組合、排序及顯示。

其三，可視性。數據利用曲線、圖形、三維體等咱先，并且實現模式及相互關系的可視化操作。

將此技術在消防培訓中使用，創建消防仿真訓練平臺，能夠實現真實火災現場的模擬，從而對企業人員進行模擬訓練，使其接近于實戰訓練效果，提高企業人員消防滅火認知。

二、3D虛擬仿真消防滅火培訓系統的功能

在實現3D虛擬仿真技術培訓系統設計的過程中，要使用3D仿真建模，將火災發生的現場通過3D方式利用主機大屏幕還原，在操作臺上設置四個通過改裝之后的仿真智能滅火器，培訓人員根據火災場景及火災類型選擇針對性的滅火器并對準火源根部進行滅火，在規定的時間內完成滅火則滅火成功。其中操作臺、滅火器和主機之間使用無線通信方式實現數據的傳輸，節約線纜材料及空間。并且在滅火過程中沒有煙霧明火，節能環保，滅火器能夠重復使用，成本較低。

三、3D虛擬仿真消防滅火培訓系統的總體設計

（一）總體架構

消防滅火3D虛擬仿真系統根據以上功能表示，在設計過程中主要包括資源層、驅動層、集成層、表現層及使用層，圖1為系統的總體架構。

其中資源層的主要目的就是為系統提供基本的資源信息，包括本地資源及網絡資源。網絡資源為培訓的屬性信息及內容。

集成層指的是各種數據整合層，利用其能夠將資源數據轉化成為驅動層能夠操作的數據。

應用層是將驅動層實現系統的核心應用功能，主要包括應用基礎實訓、基礎培訓等。

驅動層為系統核心層，也能夠稱之為服務層，其集成現有模塊處理功能及對一般業務處理模塊實現封裝，從而形成專門信息處理的服務構件。

表現層指的是此平臺為用戶使用人機交互界面，利用連接核心業務有效實現系統可視化的管理。

（二）系統的硬件設計

1.系統操作臺的設計

系統的操作臺在設計過程中使用鋁合金材料，設置四個滅火器底座，底座中設置接近開關傳感器，從而能夠對滅火器是否被提起進行感知。在滅火器被提起之后，其中的接近開關觸點閉合，實現高電平的輸出。假如滅火器放回，那么開關傳感器實現低電平的輸出，和接近開關傳感器相連接的MCU檢測到高低電平之后利用無線模塊將數據到主機發送，之后對數據是哪個滅火器的進行分析。假如培訓人員使用滅火器錯誤，提示其使用正確滅火器。圖2為操作臺電路的設計結構，操作臺有左、右、確定、返回四個按鈕，在按鍵按下之后就會將信息發給主機進行界面操作。

圖2 操作臺電路的設計結構

2.滅火器的設置

實現滅火器的智能化，在滅火器中安裝六軸加速度陀螺儀傳感器和指示燈，從而能夠對操作人員操作進行感知、對滅火器位置進行判斷。在用戶拿起滅火器的時候，就會對主機發送相應信息，主機對使用人員是否將滅火器對準火苗進行判斷，假如偏離，對人員進行提示。在滅火器手柄內部安裝微動開關，在用手按壓滅火器手柄的時候微動開關閉合，并且對主機發送信息，主機顯示滅火器噴射畫面。另外，滅火器還具有可充電器鋰電池，充電一次能夠使兩百人體驗。

（三）可視化仿真平臺創建

可視化仿真平臺主要包括三維建模及實時驅動，使用實時視景仿真、聲音仿真等軟件渲染消防現場，從而提高模擬環境效果。其能夠結合高級視景仿真功能及工具，以此便于用戶創建、編輯。并且其還能夠降低源代碼編寫，從而使軟件后期維護及實時性能優化更加的容易，使開發效率得到提高。

四、3D虛擬消防滅火培訓系統的實際使用

在實現3D虛擬消防滅火培訓系統的研發之后，在某企業進行了實際使用，主要為提高企業人員消防滅火實際技能，從而滿足企業消防培訓需求。此消防滅火培訓系統的操作流程為：首先打開3D消防滅火系統的軟件界面，這個時候選擇實戰訓練或者常識知識。常識知識中包括滅火器基本原理、類型、方式等內容。

在進入到滅火器實戰模塊中，有多個場景，比如辦公室、宿舍等，利用左右鍵實現場景選擇，之后進入到此場景中。培訓人員根據選擇的火災現場實現滅火器的選擇，如果使用者使用錯誤，那么就會對使用者提示。培訓人員選擇正確滅火器之后系統就會將滅火器的正確使用方式進行敘事，步驟為：

（1）將滅火器保險銷拔出；

（2）對準火苗根部；

（3）將壓把噴射按下。在此時按確定按鈕，進入到仿真滅火場景中，畫面中要具有滅火器模型，此模型和我們自身及滅火器姿態相同，在移動的時候主機軟件滅火器模型也會移動。將滅火器對準火苗根部，按下手柄，從而滅火，在規定時間中完成滅火提示滅火成功。在滅火過程中，假如光標偏離火焰的根部或者沒有在規定時間中滅火，滅火就會失敗。

通過創建滿足企業培訓需求的3D虛擬消防滅火培訓系統，不僅能夠根據實際需求對火災中的物體碰撞、介質泄漏、火焰傳播和施救過程中的消防器械動作、水流噴灑等實現仿真模擬，還能利用聲音效果對事故現場真實感進行渲染，以此實現企業人員滅火救援實際模擬演練。在處理火災現場的過程中，能夠利用模擬將災害現場再現，從而為基礎人員將火災過程中的具體細節充分的展現出來，以此對火災事故發生原因提供精準參考。

五、結語

在我國社會經濟不斷發展的過程中，火災數量及種類總體在不斷的提高。傳統消防模擬平臺已經無法滿足全面模仿火災類型的需求，使用3D虛擬技術及可視化仿真模擬能夠對此問題進行解決。通過對大量事故災害仿真模擬，能夠尋找事故發生原因，提高人員消防知識及滅火技術，從而提高火災逃生率，并且提出針對性的消防對策。

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