淺析VR 技術在高層建筑火災撲救教育教學中的應用

孫俊龍

應急管理部消防救援局昆明訓練總隊（650000）

0 前言

VR 是Virtual Reality 的縮寫，中文的意思就是虛擬現實，是多媒體技術的終極應用形式，是計算機軟硬件技術、傳感技術、機器人技術、人工智能及行為心理學等科學領域飛速發展的結晶。 VR 技術是以沉浸的方式進入和體驗人為創造的虛擬世界的計算機仿真技術，被廣泛應用于游戲、旅游、軍事訓練、服裝設計、商業分析、模擬施工、教育培訓等各行各業。

VR 技術具有多樣、互動、趣味、效率等方面的優勢。 5G 技術為VR 技術提供的技術保障，讓VR技術在教育教學領域立體化、全方位的發展起到了突出的推動作用，因此研究VR 技術在教育教學領域中的應用則具有十分重要的現實意義[1]。 文章在梳理了相關參考文獻的基礎上，就VR 技術在高層建筑火災撲救教育教學中的應用展開了探討。

1 當前高層建筑火災撲救教育教學的基本現狀

當前對初、中級指戰員的培養涉及高層建筑火災撲救方面的教育教學主要以校內教學、實戰化演練、基層實習的方式實施，而校內教學內容主要包括專業理論知識的學習和室外實訓。盡管這種理論結合實際的教育教學模式不乏專業性與系統性，但往往停留在學戰術、看戰例和練實操的層面，屬于被動式的學習，存在教學知識內容不能完全轉化為指戰員的實戰能力的情況。當指戰員真正面對復雜的火場環境時，無法及時運用所學知識，依據火災的特點、 危險性及險情正確組織與實施滅火行動，造成了較大的安全隱患。 究其原因，高層建筑火災撲救專業的特殊性，如火災的不可逆性、消防系統安裝施工的危險性等，無法將所有的實訓場景全部還原。即使按照高層建筑火災真實火場環境建立實訓設施，也存在花費大量時間、人力、物力的成本問題，且對參訓指戰員的安全性有著極大考驗。因此，在當前條件下，無論理論還是實踐教學都受到環境、物質、心理等因素的影響，很難與高層建筑火災真實火場環境完全一致[2]。

2 VR 技術在高層建筑火災撲救教育教學中的應用優勢

根據當前高層建筑火災撲救教育教學的基本現狀，立足教育教學訓練實際和基層滅火戰斗工作實際，根據基層指戰員崗位專業能力素質要求，應用VR 技術對高層建筑火災現場場景進行建模。 使用者通過利用VR 眼鏡、VR 頭盔等設備以及其他傳感器，體驗該技術模擬出的“真實”火災現場，深入了解高層建筑火災的基本特性、 發展規律及撲救的戰術方法，掌握組織實施、行動要求及涉及的安全行動規程，其優勢主要體現在如下幾個方面。

2.1 沉浸性強

通過VR 技術可以設置高層建筑的火災場景，模擬指戰員以第一人稱進入到現場之后所面臨的高溫、火焰、濃煙、黑暗等復雜火場環境的基本情況，以及轟燃、回燃、墜落、坍塌等突發危險因素。利用計算機生成的三維信息空間與的交互及響應，使參與者沉浸其中，讓該環境中的看、聽、動，甚至聞、嘗等一切感覺都是真的，如同在現實世界中的感覺一樣，最后形成一種“人能沉浸其中、超越其上、進出自如、交互作用的三維信息空間[3]”。 這不僅使參與者能夠感受到景物或模型的逼真存在，并且對參與者的運動和操作作出實時準確的響應。 這種通過多種感官設備模擬高層建筑火災撲救場景的方式，能夠讓參與者獲得真切的實際操作體驗，在意識、知識等多方面獲得顯著提升。

2.2 實效性強

VR 技術在高層建筑火災撲救教育教學中的應用， 立足高層建筑火災撲救教育教學訓練實際和基層滅火戰斗工作實際，根據崗位專業能力素質要求，貫穿了火災危險性分析、撲救的基本對策、滅火戰術和行動組織的方式與方法全流程。 參與者可以根據具體實訓要求，在模擬高層建筑火災場景中，通過人機互動、人人互動的運行機制，以獨立或者小組模式靈活運用戰術戰法，實施有效的控火與滅火行動， 利用自身裝備及高層建筑中的固定消防設施，“真實”體驗偵查、戰斗、破拆、疏散、搜救等作戰環節。 因此，理論學習的專業知識及實操技能等都可以得到有效踐行，尤其是在多人協同的演練模式中，參與者還可以逐步培養形成較高的協同配合能力。

2.3 安全性強

VR 技術能夠突破場地和現實條件對于實訓場景的客觀影響，搭建或者還原無限貼近真實的高層建筑火災場景，特別是模擬高危、極端環境以及不可控的意外因素時，不必擔心這些場景對象對參與者造成傷害，可以有效避免真實世界中實戰實訓中安全意外。 在相對安全的前提下，友好的交互界面允許參訓者出現錯誤的判斷及操作，不必承擔其導致的危險后果。 基于此，參訓者可反復多次練習，摸索總結出實戰經驗和策略， 規范正確應對行動方案。 將VR 技術應用到高層建筑火災撲救教育教學中，可以提高實訓操作的安全系數。

3 VR 技術在高層建筑火災撲救教育教學的應用展望

隨著5G 時代的到來，以近眼顯示、網絡傳輸、感知交互、渲染處理、內容制作等關鍵技術為著力點，VR 技術將以其在教育教學領域得天獨厚的優勢在高層建筑火災撲救教育教學乃至整個現代消防領域實現重大融合創新，具有廣闊的應用前景。

3.1 搭建綜合性仿真模擬平臺，實現戰訓信息化

以VR 技術與高層建筑火災撲救教育教學的融合應用入手，聚焦“全災種、大應急”任務需求，深入挖掘VR 技術與建筑火災撲救教育教學乃至整個現代消防領域的切合點，以全面提高創新精神和實踐能力為宗旨，積極探索搭建有示范、引領作用的綜合性災害事故仿真模擬系統，以共享優質實驗教學資源為核心，以建設信息化實驗教學資源為重點，推進消防應急救援戰訓的信息化建設，推動應急救援教育培訓體系專業化、精準化[4]。

3.2 打造多元化的教學形式實訓中心，推進實訓教育教學改革

借助于現代化的VR 技術教育教學手段，在解決實訓、課堂教學及實際相互銜接的基礎上，培養基礎知識與專業技能融合一體化的思路，將徹底顛覆當前的教育教學理念，著力推進實訓教育教學改革。通過打造多元化的教學形式實訓中心，建立VR互動教學區、VR 沉浸式教學區域、全息桌面教學展示區、LED 立體教學區域、MR 互動教學區、 遠程直播教學區域等不同區域，充分發揮先進教學形式傳播、特色專業展示、精品課程學習、未來發展規劃等功能，為培養職業管理型人才及綜合素質較高的專業作戰人員。

3.3 依托大數據引領現代消防技術的革新

隨著VR 技術的快速發展，與現實世界互相融合交織的數據世界正在逐步形成。 立足于整個消防領域的信息化發展， 通過消防云端數據庫的建立，基于火災信息、人力信息、設備信息、建筑信息、天氣信息等數據信息的綜合評估，挖掘出消防模式下存在的非人為隱患，建立提前預防方案，將在全區域消防信息共享、指揮調度、決策部署、應急處置等方面發揮突出功效[5]。 數字化消防預案展示、火災現場還原、全局滅火力量調控、消防逃生演習、消防設備使用等消防領域方面，在消防綜合數據信息沉淀與融合的前提下，將引領現代消防技術的革新。

4 結語

VR 技術通過構建高度仿真的虛擬環境和對象，不僅營造出了“真實”、復雜的高層建筑火災場景，還依托人機互動與人人互動的運行機制，在實現教學大綱所要求的教學效果的同時，深化了教育教學、模擬實訓的親歷體驗，給高層建筑火災撲救教育教學帶來了便利，也為VR 技術與教育的融合為素質教育提供了一種全新的思路。 靈活運用VR技術，充分發揮其強大功能與優勢，深度挖掘VR技術與消防領域的切合點，實現跨領域深度融合，消防事業的發展必將迎來新的春天。