船舶机舱灭火虚拟仿真教学探讨.pdf
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1、船舶机舱灭火虚拟仿真教学探讨魏王永坚61船舶机舱灭火虚拟仿真教学探讨魏 曼王永坚(集美大学福建厦门3 6 10 2 1)基金项目:福建省教育厅科技项目(JAT200279)摘要:文章对船舶机舱灭火虚拟仿真的教改进行了深入的研究,一是对船舶机舱火灾的灭火分类、常见原因、特点以及不同火灾处理方式进行了简单概括;二是根据海船船员培训大纲(2 0 2 1版)适任要求和评价标准介绍了机舱火灾教学内容,并分析了教学现状以及存在的不足;三是针对存在问题提出基于VR技术的机舱灭火虚拟仿真系统的优势和重要性;四是重点探讨了船舶机舱灭火虚拟仿真系统的设计思路、教学目的和内容以及建设过程中待解决问题等,指出系统建设
2、的必要性和紧迫性。关键词:船舶机舱火灾灭火系统虚拟仿真教学探索0引言据相关机构统计,全世界船舶平均每天发生5起海上事故,船舶火灾约占事故总数的11%,而机舱火灾占据了船舶火灾总数的四分之三以上。机舱火灾的危害性和扑救难度在船舶火灾事故中是非常大的,机舱一旦发生火灾,严重影响机器、货物、人命安全,甚至会造成火灾迅速蔓延而无法扑灭,导致整艘船舶爆炸、沉没等,造成无法估量的损失。因此,加强船员的火灾风险意识和消防相关培训,加强船舶机舱区域的防火保护和控制,最大限度减少机舱火灾的发生,是预防船舶火灾的重中之重。1机舱火灾及其处置方法1.1机舱火灾概述一般来说,船舶机舱火灾主要分为可燃固体物质火灾(A类
3、)、液体火灾(B类)和电气设备火灾(E类),着火点主要集中于固体垃圾收集处、油舱油柜、主付机高压油管及排气管附近油路或电路、电气控制箱等。除船舶碰撞或人为纵火等不常见原因外,引发机舱火灾的常见原因有固体垃圾高温自燃、违规焊补且防火不到位、燃油或滑油泄漏且遭遇热源、机器设备过载运行引发过热、电气线路老化绝缘差等。收稿日期:2 0 2 3-0 2-11作者简介:魏曼(19 8 1-),男,福建省人,讲师,高级轮机长,主要从事轮机仿真技术与船舶动力装置智能故障诊断技术研究。通讯作者:王永坚(19 7 2),男,福建省人,教授,高级轮机长,主要从事轮机仿真技术与船舶动力装置智能故障诊断技术研究。除具备
4、一般火灾的共性特点外,机舱火灾还有其自身的特点,即着火点隐蔽,不易发现;易燃易爆物品较多,极易发生爆炸;机舱着火后,火势蔓延迅速;机舱结构复杂,火灾扑救难度大;火灾损失大,救援难度大等。1.2机舱火灾处置方法船舶机舱中比较常见的灭火系统主要包括水系、泡沫、干粉、CO2灭火系统等。不同的灭火系统对不同的火灾类型有着不同的灭火效果。针对机舱火灾,列表总结不同火灾类型和相应的灭火系统及灭火效果,如表1所示。表1船舶机舱常见火灾类型和相应的灭火系统及灭火效果火灾类型水系泡沫A类固体火灾B类油类火灾E类电气设备火灾在机舱火灾初期时,通常可以根据不同火灾类型选用不同的手提灭火器(泡沫、干粉、CO2)或雾状
5、消防皮龙进行灭火。当机舱火势较大导致难以扑灭时,可采取人员疏散,密闭机舱,释放大型CO2固定灭火系统进行灭火。2“火灾扑灭”的教学要求2021年10 月1日起施行的海船船员培训大纲(2 0 2 1版)(以下简称2 0 2 1版大纲)对所有船员培训项目的理论知识与实践技能要求、课时及评价标准进行了修订更新,进一步强化了实际操作能力和综合素质教育培训。2 0 2 1版培训大纲是船员灭火系统干粉较好较好可以较好不可不可CO2较好可以较好可以较好较好62培训教学的指导性和规范性文件,它既能有效履行经修正的19 7 8 年海员培训、发证和值班标准国际公约(STCW公约)等国际公约,又能进一步规范海船船员
6、培训行为,确保船员培训质量。2 0 2 1版大纲对船员防火与灭火培训中执行“火灾扑灭”操作提出了适任要求:船舶消防设备及其在船上的位置训练包括固定灭火装置;消防员装备;个人设备;消防器具和设备;灭火方法;灭火剂;灭火程序;灭火和实施营救时呼吸装置的使用。2 0 2 1版大纲所规定的“实践技能与要求”有严格的评价标准,在真实训练条件(如模拟船上条件)的地方,如可能或可行时在黑暗中掌握下列能力:能正确使用各种类型手提式灭火器;能正确使用消防员装备;能扑灭小火,如:电器火、油火、丙烷火;能正确使用喷水枪及散射喷枪扑灭较大火灾;能正确使用泡沫、干粉或其他合适的化学剂灭火;能正确使用救生索,但不戴呼吸装
7、置进入或通过已喷注了高膨胀泡沫的舱室;能正确佩戴自给式呼吸装置在充满烟雾的封闭处所灭火;能正确使用水雾或其他合适的灭火剂扑灭油火与浓烟的居住舱室或模拟机舱的火灾;能正确使用水雾喷头和散射喷枪、化学干粉或泡沫喷头扑救油火;能正确佩戴呼吸装置在充满烟雾的舱室实施营救。3教学现状及存在问题3.1教学现状船舶机舱火灾教学属于“火灾扑灭”培训的一部分,是综合性、实践性比较强的教学过程,特别是灭火实操教学,需要学员大量使用不同灭火设备进行灭火训练,掌握各种灭火系统的适用范围和性能特点。在传统教学中,教师一般先结合应急呼吸器、灭火器等实物或视频讲解灭火过程的理论知识和基本技能,然后在室外模拟火灾进行灭火实操
8、。在实操中,多使用柴油、含油棉纱、木材等真实的有机或无机材料燃烧,模拟着火环境,然后由学员选用合适的手提式灭火器来扑灭火灾。这种教学方式的实践及场景模式单一,且不真实,忽视了不同火灾扑灭过程中强实践性的需求,学员对灭火知识掌握程度不佳,教学效果一般。3.2 存在问题1)缺少丰富的教学方式。传统教学中,先理论后实践的教学方式较单一,教学内容更新不及时,缺少大量真实的船舶火灾教学案例。同时,教学及实践实物往往比较陈旧,通常很难做到理论与实操结合充分,导致课堂气氛不够活跃,无法激发天津航海2023年第2 期学员的学习兴趣和学习动力;2)缺少真实的火灾模拟环境。灭火实操教学中,多用油池或固体燃烧模拟船
9、舶火灾场景,这种场景过于简单,火势规模不易控制,与船舶真实着火环境相距甚远,对于结构复杂的机舱环境,由于设备机器管线多、空间紧凑、通道狭窄,一旦发生火灾,探火和扑救都非常困难,极易使火灾失去控制从而造成船舶重大损失。因此,不真实的火灾模拟环境,导致学员实践体验感不佳,消防安全意识难以建立;3)缺少充分的灭火实操实践。目前,在灭火实操实践中,由于采用实物式的教学方式,模拟出的火灾场景单一,训练内容多、时间紧,通常只选派几名学员代表进行灭火操作;而且燃烧过程往往产生大量对环境污染的黑烟,实物火灾的危险性和安全隐患较高,通常很难进行多种形式火灾的灭火操作实践。这导致学员在灭火实操中,训练时间短,实践
10、次数少,甚至无法实践(如释放大型CO2固定灭火系统进行灭火),且应对的火灾类型不足,很难真正掌握各种火灾的系统知识和灭火技能。因此,实物式的教学方式存在着学员人数有限、实践场景和实践设备数有限等不利因素的影响,使得培训质量和效果不佳;4)缺少船舶机舱火灾虚拟仿真系统。英国、德国、美国等发达国家很早就研制出火灾虚拟仿真系统,并且近年来还将虚拟现实技术(VR技术)应用其中,系统可以根据不同场景模拟各种火灾类型和火灾现场,可以不受空间时间限制多人一起实操,学员得到了充分的实践操作时间和次数,其学习兴趣和学习效果得到了极大的提高。对于船舶机舱火灾虚拟仿真系统,我国航海院校起步比较晚,也少有学校专门组建
11、整套系统,很难使用虚拟仿真系统来避免传统教学的不足以提高教学效果。4机舱灭火虚拟仿真系统的优势虚拟现实技术(也称VR技术)是一种高度逼真地模拟人在自然环境中视、听、动等行为的人机界面技术。VR技术综合了计算机图形技术、仿真技术、显示技术等多种信息技术,可在计算机信息空间上创建一个虚拟3 D信息环境,使学员具有身临其境的沉浸感及与环境完善的交互作用能力。为使学员能在高逼真度的虚拟机舱火灾场景内,通过人机交互方式开展机舱灭火实操实践,有必要研制基于VR技术的机舱灭火虚拟仿真系统。此系统可以根据不同火灾类型完全模拟机舱火灾船舶机舱灭火虚拟仿真教学探讨魏王永坚真实环境,学员可通过PC、手机、微信端实时
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