3D虚拟消防灭火培训系统在企业消防培训中的应用

■ 王攀 合肥耀安科技有限公司

传统的企业消防培训方式主要是通过PPT或者视频介绍火灾和灭火的基本常识，然后通过实际操作灭火器进行实训。实际操作灭火器进行实训这种方式，由于场地限制，人员众多，现场有烟雾火苗、场面混乱，容易造成人员伤害，同时如果每个人都使用灭火器进行灭火，成本较高，也容易造成烟尘等污染。因此3D虚拟仿真技术与消防培训相结合的新型灭火培训系统应运而生。

一、消防培训工作与3D虚拟仿真技术结合

在现代科学技术不断发展的过程中，计算机功能也在不断的提高，各种图形显卡和可视化软件也在不断发展，虚拟仿真及可视化技术已经到医学、军事、科学研究、经济及工程等方面扩展。3D虚拟仿真技术是使用图形处理及计算机基础，使数据转化成为图形或者图像，通过屏幕充分的展现出来，其涉及到人机交互技术、计算机视觉、计算机辅助技术、图像处理等领域。3D虚拟仿真技术的主要优势为：

其一，交互性。用户能够通过交互方式实现数据管理及开发。

其二，多维性。能够看出表示对象及事件数据多种属性及变量，并且将其实现分类、组合、排序及显示。

其三，可视性。数据利用曲线、图形、三维体等咱先，并且实现模式及相互关系的可视化操作。

将此技术在消防培训中使用，创建消防仿真训练平台，能够实现真实火灾现场的模拟，从而对企业人员进行模拟训练，使其接近于实战训练效果，提高企业人员消防灭火认知。

二、3D虚拟仿真消防灭火培训系统的功能

在实现3D虚拟仿真技术培训系统设计的过程中，要使用3D仿真建模，将火灾发生的现场通过3D方式利用主机大屏幕还原，在操作台上设置四个通过改装之后的仿真智能灭火器，培训人员根据火灾场景及火灾类型选择针对性的灭火器并对准火源根部进行灭火，在规定的时间内完成灭火则灭火成功。其中操作台、灭火器和主机之间使用无线通信方式实现数据的传输，节约线缆材料及空间。并且在灭火过程中没有烟雾明火，节能环保，灭火器能够重复使用，成本较低。

三、3D虚拟仿真消防灭火培训系统的总体设计

（一）总体架构

消防灭火3D虚拟仿真系统根据以上功能表示，在设计过程中主要包括资源层、驱动层、集成层、表现层及使用层，图1为系统的总体架构。

图1 系统的总体架构

其中资源层的主要目的就是为系统提供基本的资源信息，包括本地资源及网络资源。网络资源为培训的属性信息及内容。

集成层指的是各种数据整合层，利用其能够将资源数据转化成为驱动层能够操作的数据。

应用层是将驱动层实现系统的核心应用功能，主要包括应用基础实训、基础培训等。

驱动层为系统核心层，也能够称之为服务层，其集成现有模块处理功能及对一般业务处理模块实现封装，从而形成专门信息处理的服务构件。

表现层指的是此平台为用户使用人机交互界面，利用连接核心业务有效实现系统可视化的管理。

（二）系统的硬件设计

1.系统操作台的设计

系统的操作台在设计过程中使用铝合金材料，设置四个灭火器底座，底座中设置接近开关传感器，从而能够对灭火器是否被提起进行感知。在灭火器被提起之后，其中的接近开关触点闭合，实现高电平的输出。假如灭火器放回，那么开关传感器实现低电平的输出，和接近开关传感器相连接的MC U检测到高低电平之后利用无线模块将数据到主机发送，之后对数据是哪个灭火器的进行分析。假如培训人员使用灭火器错误，提示其使用正确灭火器。图2为操作台电路的设计结构，操作台有左、右、确定、返回四个按钮，在按键按下之后就会将信息发给主机进行界面操作。

图2 操作台电路的设计结构

2.灭火器的设置

实现灭火器的智能化，在灭火器中安装六轴加速度陀螺仪传感器和指示灯，从而能够对操作人员操作进行感知、对灭火器位置进行判断。在用户拿起灭火器的时候，就会对主机发送相应信息，主机对使用人员是否将灭火器对准火苗进行判断，假如偏离，对人员进行提示。在灭火器手柄内部安装微动开关，在用手按压灭火器手柄的时候微动开关闭合，并且对主机发送信息，主机显示灭火器喷射画面。另外，灭火器还具有可充电器锂电池，充电一次能够使两百人体验。

（三）可视化仿真平台创建

可视化仿真平台主要包括三维建模及实时驱动，使用实时视景仿真、声音仿真等软件渲染消防现场，从而提高模拟环境效果。其能够结合高级视景仿真功能及工具，以此便于用户创建、编辑。并且其还能够降低源代码编写，从而使软件后期维护及实时性能优化更加的容易，使开发效率得到提高。

四、3D虚拟消防灭火培训系统的

实际使用

在实现3D虚拟消防灭火培训系统的研发之后，在某企业进行了实际使用，主要为提高企业人员消防灭火实际技能，从而满足企业消防培训需求。此消防灭火培训系统的操作流程为：首先打开3D消防灭火系统的软件界面，这个时候选择实战训练或者常识知识。常识知识中包括灭火器基本原理、类型、方式等内容。

在进入到灭火器实战模块中，有多个场景，比如办公室、宿舍等，利用左右键实现场景选择，之后进入到此场景中。培训人员根据选择的火灾现场实现灭火器的选择，如果使用者使用错误，那么就会对使用者提示。培训人员选择正确灭火器之后系统就会将灭火器的正确使用方式进行叙事，步骤为：

（1）将灭火器保险销拔出；

（2）对准火苗根部；

（3）将压把喷射按下。在此时按确定按钮，进入到仿真灭火场景中，画面中要具有灭火器模型，此模型和我们自身及灭火器姿态相同，在移动的时候主机软件灭火器模型也会移动。将灭火器对准火苗根部，按下手柄，从而灭火，在规定时间中完成灭火提示灭火成功。在灭火过程中，假如光标偏离火焰的根部或者没有在规定时间中灭火，灭火就会失败。

通过创建满足企业培训需求的3D虚拟消防灭火培训系统，不仅能够根据实际需求对火灾中的物体碰撞、介质泄漏、火焰传播和施救过程中的消防器械动作、水流喷洒等实现仿真模拟，还能利用声音效果对事故现场真实感进行渲染，以此实现企业人员灭火救援实际模拟演练。在处理火灾现场的过程中，能够利用模拟将灾害现场再现，从而为基础人员将火灾过程中的具体细节充分的展现出来，以此对火灾事故发生原因提供精准参考。

五、结语

在我国社会经济不断发展的过程中，火灾数量及种类总体在不断的提高。传统消防模拟平台已经无法满足全面模仿火灾类型的需求，使用3D虚拟技术及可视化仿真模拟能够对此问题进行解决。通过对大量事故灾害仿真模拟，能够寻找事故发生原因，提高人员消防知识及灭火技术，从而提高火灾逃生率，并且提出针对性的消防对策。