SketchUp软件在消防课程中的应用

2018-07-12董淼

中国人民警察大学学报 2018年6期

董　淼

(公安消防部队高等专科学校，云南昆明　650208)

1　软件介绍

SketchUp(草图大师)由@Last Software公司开发设计，2006年被Google公司收购后，被用来制作实地建筑3D模型，放入Google Earth中，增强其地图所呈现给用户的立体真实感。2012年Google公司将其SketchUp 3D建模平台出售给Trimble Navigation公司，现今该软件仍提供免费版平台，用户制作的模型还能通过平台进行共享和下载。

SketchUp有界面简洁，操作直观，适用广泛，对电脑配置要求低等特点，且可与众多设计软件完美结合。它既能表达设计者粗略抽象的草图构思，更具备精确绘制模型产品的能力。它的建模流程就是画线成面，拉伸挤压成型，在操作界面中(如图1所示)直接显示3D模型，符合使用者设计建模最常用的逻辑方式。该软件被建筑师、规划师、设计师、艺术家、电影制作人等应用于各领域、各设计阶段,可根据设计需要，安装相应插件辅助建模或进行高级建模。

2　SketchUp软件在消防课程中的应用

2.1　课堂教学

在消防部队院校人才培养过程中，“消防识图与制图”“火场供水”“灭火战术”等专业课程，可以应用SketchUp软件建模，完成部分知识点讲授与火灾案例教学研讨。

图1　SketchUp操作界面图

2.1.1“消防识图与制图”教学

“消防识图与制图”课程需要学员确定物体在三维空间中各个面投影图像，锻炼空间想象力。教师常常借助实体模型、图片、多媒体课件来辅助教学，帮助学员建立三维空间感。但由于模型单一且不便携带，图片效果不明显，课件内点、线、面复杂不清晰等缺点，导致教学效果不尽人意。借助SketchUp建立物体模型来辅助教学，可以使空间想象过程直观化、具体化、形象化。通过软件“菜单栏”“镜头”“标准视图”“顶部、底部、前、后、左、右、等轴”等选项，可直接获得模型各个方向的视角(如图2所示)，并通过“平行投影”“透视”或“两点透视”使模型在不同视图环境中自由切换[1]。教师在应用软件讲解教材例题过程中，可快速灵活地修改模型，变为随堂测验和课后练习，把理论学习与实践练习在课堂中无缝连接，有助于学员巩固所学知识。

图2　模型不同视角图

2.1.2“火场供水”教学

“火场供水”课程教学中，以多层建筑火灾为例，消防车采用单干线沿外墙窗垂直铺设水带，供应着火楼层灭火的消防车供水高度计算中：在已知消防车扬程系数r，水带铺设倍数a，消防车水泵压力Hb，水枪喷嘴压力hq和每条水带水头损失hd的情况下，则可以确定该消防车最大供水高度公式为H=20×(rHb-hq-5hd)/(20+ahd)[2]。在讲解公式推导过程时，教师应用SketchUp软件建立消防车沿窗口垂直铺设水带供水情况模型，让学员从模型中了解消防车水泵压力、水带系统水头损失和水枪喷嘴压力三者间的关系，推导上述消防车最大供水高度公式。为保证供水安全，室外应留有3条水带长度；为便于进入楼层后扑救火灾的需要，在作业楼层应留有2条机动水带长度；垂直铺设水带时，考虑水带挂靠外墙，需留出部分水带长度，则登高水带长度为实际供水高度的1.2倍。所以课本中消防车最大供水高度公式，是由rHb=3hd干+Nhd干+2hd支+hq+H推导而得(如图3所示)。

图3　消防车供水高度示意模型图

2.2　科研建设

在教师编写教材、申报课题和实用新型专利等科研活动过程中，SketchUp为绘制图示模型提供了平台，更能准确、快捷地表达绘图人的想法构思。

2.2.1修编教材

目前消防课程教材中缺少对现行规范条文的图示模型，修编配套教材以满足当前教学需要非常必要。在绘制教材图示模型中，使用“菜单栏”下方“度量/长度”工具读取度量或输入绘制的模型尺寸。在菜单栏“镜头”选项中确定好模型视角后，点击“文件”“导出”，选择导出二维图形或三维模型，其中涵盖计算机兼容的多种格式类型(如图4所示)[3]。可根据表现需要在窗口中调整多个视角，分别导出二维图形。

图4　模型导出示意图

2.2.2申报课题与实用新型专利

紧贴实战需要，结合消防教育，从课堂出发，根据执勤训练、建筑消防安全检查和灭火战斗的实际要求，学员面对建筑内设置的自动喷水灭火系统，不仅要掌握系统组成和工作原理等理论知识，更要能够实地操作设施、排查系统故障，在火灾时合理应用该系统控制、扑救火灾。在某课题对自动喷水灭火系统教学演示装置研究中，根据干式自动喷水灭火系统原理图，使用SketchUp设计该教学演示装置模型并将各个部件划分成组(如图5所示)[4]。不但能对各分组部件进行修改调整，而且为申请专利与对接生产厂家提供直观的模型依据。

图5　教学演示装置模型

2.3　实践练习

课堂教学过程中，教师一般是通过提问和作业等传统形式来检验学员对知识内容的掌握情况。而这种传统形式不能直观地体现出每一名学员对理论知识的实践应用。为加大实践教学力度，方便教师与学员的知识互动，利用SketchUp为基础平台，制作多种火灾事故案例模型，让学员在模型中模拟灭火救援作战指挥。

2.3.1模拟推演练习

火灾案例和建筑实际模型可通过*.dwg、*.3ds、*.jpg、*.psd等多种格式文件导入软件中，制作模型场景。通过掌握建筑的基本信息及周边道路交通、水源分布等情况，分析火灾现场，根据实际消防力量配置，让学员进行战斗部署，选择技战术操法，检验学员对专业知识综合理解应用情况，训练学员组织指挥能力(如图6所示)。在开展大型工业企业、超高层建筑和城市综合体及交通枢纽站的灭火救援模拟推演练习中，教师进行任务分工，学员模拟各中队指挥员，协同配合，共同完成作战任务。统一推演练习模板，将模拟内容加入实际建筑灭火救援预案建设，与移动互联网、大数据平台相衔接，为各行业和领域的数字化灭火救援预案建设提供帮助。

图6　火场战斗部署图

2.3.2软件拓展

在制作各地实景建筑模型的基础上，利用三维=动态、地理遥感、大数据等信息技术手段，结合烟热、真火仿真系统，构建虚拟火灾救援现场，受训者使用VR眼镜、三维手柄和信号传感器在模拟现实场景中进行人机交互，缩小理论教学与实战之间的差距[5]。通过语言、行动等自然方式完成系统设定的个人或班组的灭火指挥和应急救援等作战任务。当火灾发生时，受训者能迅速根据模型预案确定灭火救援思路，并将任务分工准确下达至各作战力量。