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一、安全工程专业转型期实践教学体系问题分析
(一)实践教学实验室建设与教学不匹配
以笔者所在高校的安全工程专业实践教学现状来看,转型前的研究方向为煤矿安全,实验室建设和实践基地都是针对煤矿方面的。2018年开始,公安消防部队按新国家要求不再列武警部队序列,已全都退出现役,划归应急管理部继续开展工作,划归后的工作为灭火救援和其他应急救援工作,因此,学会使用和维护消防救援装备、掌握各类火灾事故的紧急处置方案、拥有大量实战经验的灭火指挥员,将是这支主力军和社会十分倚重的人才,新形势下会有良好的职业前景,且一线消防员的工资也较符合大学生的心理预期。因此该高校的安全工程方向开始向消防方向进行转型,专业必修课和选修课课程已经转型为消防方向的专业课,但实验室建设方面目前仅仅只有一个消防控制室实验室,还远远无法完成消防方向实践教学的目标。如在《防火防爆工程》中,可燃液体闪点的测试、可燃气体爆炸极限的测试、最低点火能等的测试还无法通过实验获得,只能进行纯理论教学,这导致教师在进行消防方面的实践教学时存在着很大的不足。
(二)实用技能定位不够明确
笔者所在高校在实践教学中还广泛存在“重演示、轻动手”,实践教学中,培养学生具体的如消火栓系统的使用等实用技能定位不明确,课程要求的试验大部分都是演示实验,除了在应急救援课程中急救训练,学生可以对假人进行人工呼吸训练外,其他课程上学生动手做的实验几乎没有,这就使学生在课程学习时对自身消防能力的培养得不到实现,消防技能的实践教学最后变成走过程的一种教学活动。
(三)实践课程实验室发展步伐滞后
安全工程专业转型后的方向以消防为主、煤矿为辅,消防技术的更新速度日新月异,安全工程专业的实践教学内容也应顺应社会现状的发展,否则就阻碍学生消防实践技能的提升,具体表现在:(1)安全工程专业实践教学的教学内容难以跟上消防技术更新的脚步,实验教学设备配备不到位,目前仅能利用灭火器实施灭火实验,像学生必会的自动喷水灭火系统、自动报警系统、防排烟系统目前还无法满足教学的实验需求;(2)实践教学设备管理没有进行整体规划,实验系统大多处于损坏状态,比如消防控制室的备用电源无法启动,联动的消防系统无法启动;(3)实践教学中的教师教学以看为主,一种是教师做演示实验,比如测瓦斯的参数实验;一种是参观实验,例如在实验室进行矿井通风阻力参数的测定,这使得学生工作后到煤矿进行通风阻力测定的能力受到很大影响。
(四)安全专业实践教学的“双师型”师资队伍的制度需完善
在高校不断扩招的高等教育背景下,高校招生的数量越来越多,学生的学习基础也变得参差不齐,然而面对学生在数量与质量上的双重变化,这就需要教师在教学中既能胜任理论教学又能胜任实验室的实践教学。然而高校实践教学没有进行新的变革来顺应新形势下教育教学的新需求,高校中普遍存在“重讲台讲授,轻实验室技能训练”现象,学校对的理论与技术并重的“双师型”教师培养上也没有相应的制度与措施激励,使得教师在实践教学的教学技能上得不到改善。
(五)学生实习基地使用与管理与教学基本脱节
在对毕业生回访中发现,学生实习工作中的知识与大学所学理论相差甚大,抑或在实习中学生只是单调地做一些技术不高、与安全专业知识对口不高的实践工作。我院安全工程专业的专业实习中,基本都是去煤矿进行实习,而且实习的煤矿还是由废弃的煤矿改造成旅游景点的那种,与学院签订的实习基地却很少能够接收学生过去实习,这就导致学生在实践活动中无法掌握新的安全技术和方法。
二、基于消防技能培养的安全工程专业实践教学体系的构建
(一)转型后安全工程专业实践教学体系的结构
实践教学体系的构建是以实践教学人才培养目标为核心前提,以实践教学活动为主体内容,并以相应环境资源作为支持条件的一个有机联系的整体。所以转型后安全工程专业构建面向应用型人才培养的实践教学体系时,培养大学生的2个技能作为实践教学人才培养目标,2个技能分别为煤矿方向和消防方向,学生需任选其一,然后与实践教学活动和配套的环境资源构成了体系中三大要素。
(二)转型后安全工程专业实践教学体系的主体内容
按照两大人才培养方向,遵循三大递进原则:实验内容的深度递进、实践技能的层次递进、综合应用的水平递进,将安全工程专业的实践教学活动细化为基础实践阶段、专业实践阶段和综合实践阶段三个层次阶段。
(三)转型后安全工程专业实践教学体系的优化
本文以河南某高校的安全工程专业为研究对象,研究其转型后以消防方向为主、煤矿方向为辅的实践教学体系的优化方案。由于笔者在该专业从事教学工作十几年,对该校安全工程的专业设置、教学配套实验室和培养计划较为熟悉,通过分析安全专业实践教学体系实施现状和教学效果,建立以层次化、模块化实践教学活动为主体的实践教学活动,是实现优化转型后实践教学目标的重要手段。根据安全工程专业的实践教学体系的两个目标导向,提出要强化实践教学活动的层次化和模块化两个方面。通过该方案,可以实现优化该专业实践教学体系的目标,为社会现代化建设源源不断地输送具有创新创业能力的优秀人才。
[关键词]人才培养模式 安全工程 培养目标
[中图分类号] X925 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2014)14-0057-03
一、前言
所谓的人才培养模式是指在一定教育思想和教育理论的指导下,为实现培养目标而采取的教育教学活动的组织样式和运行方式,它包含了人才培养目标、培养规格和基本培养方式。培养模式具有计划性、系统性、规范性的特点,它决定着高等学校所培养人才的根本特征,集中体现了高等教育的教育思想和教育观念。长期以来,高校人才培养模式和教育观念一直是学术界研究的重点和热点问题,它也是影响高等教育教学质量好坏的最直接而关键的因素。因此,各高校都十分重视人才培养模式的研究与探索。
二、安全工程专业高等教育存在的问题分析
为了适应市场经济的发展和拓宽就业渠道,培养“厚基础、宽口径”的安全工程专业人才,我国安全教育工作者提出了以大安全(即广泛适用于解决各个行业、各类组织安全问题的科学理论和方法)为基础建立起全面的安全教育和安全管理体系,各高校安全专业教育在“大安全”观的办学理念指导下,注重人才培养以市场为导向,以就业为目标,把学生培养成能够从事任何行业安全工作的通才。尽管这种培养模式得到了部分安全专业教育者的认可,但行业安全问题的工程技术解决手段和安全管理千差万别,试图培养出能够解决各领域安全问题的通才是不现实的。通才的培养模式在教学和实践过程中还存在以下几方面的问题[1]:1.课程设置的系统性不强;2.学生课程负担较重;3.实习、实践难以安排;4.专业特色不明显;5.毕业生就业盲目性大。
近年来,随着社会分工的更加明细,职业技术含量和专业化程度越来越高,工业生产和工程建设中出现的各式各样的安全问题越来越复杂,国家对企业的安全生产提出了更高的要求,加大了安全生产的监督管理力度,使企业的安全管理和企业的生产工艺、技术更加紧密结合,对安全工程专业人才的需求呈现出大批量、多规格、专业化的特点。通用型安全技术人才与行业发展需求出现了脱轨现象,在行业安全生产技术管理过程中发挥的作用呈下降趋势。为了主动适应社会对人才需求的变化,提高人才培养的适应性和竞争力,需要对安全工程专业人才培养目标和培养模式进行改革。
三、安全工程专业人才培养模式的改革
(一)培养目标
人才培养的首要环节是确定科学的培养目标,它蕴涵着高等教育的人才规格和质量标准,反映着高等教育的本质特征和内在要求。只有确立了明确的培养目标,才能在课程设置、教学理念、培养模式等方面做到科学、合理。
根据教育部制定的基本的培养目标[2],结合社会对安全工程人才的需求变化等,应该在体现“安全、卫生、环境”概念的基础上,形成自己的专业特色。因此,安全工程专业的人才培养目标为:培养适应社会主义现代化建设和科技发展需要,德、智、体、美全面发展,基础扎实、思维活跃、具有国际竞争能力,掌握安全科学的基本理论、基本知识、基本方法以及安全生产基本规律,在某一行业(职业)领域具有从事安全工程设计、检测检验、评价、事故救援、预案编制等工程实践能力和安全管理能力,具有良好的职业道德和敬业精神,具有科学严谨和求真务实的工作作风的高素质、创新型工程技术复合型人才。
(二)课程体系
为了实现预定的人才培养目标,制定与生产实际、社会发展需求相结合课程体系,学院专门组织聘请有关教学指导委员会委员、教育专家、资深教师、部分毕业生和在校生、相关用人单位和企业共同研讨课程计划,按照“专业培养与素质教育相结合、知识传授与能力培养相结合、教学与科研相结合”的教育思路,在加强基础、拓宽知识面的同时,又充分体现安全工程的行业特点,把原来面向大安全的课程体系进行调整。[3]设立了两个方向,一是实力较强、具有长期专业发展历史和深厚积淀的矿山安全方向;二是考虑到学生学习兴趣和就业需求,设立了新兴的工业安全方向,并对课程体系进行了优化。调整后的课程体系包括通识教育课、学科基础课和专业方向课程三大模块。调整后课程体系的特点主要有:1.注重学生知识、能力、素质协调发展;2.实现了通识教育与专业教育有机结合;3.专业定位明确,课程结构合理,体系优化;4.突出了实践能力培养;5.注重工程教育与人文教育有机结合。
(三)课堂教学
学院改革传统的教学方法,探索出一种行之有效的课堂教学方法――“问题教学法”,并将课堂教学与实物、模型参观、自学、研讨等其他教学方法相结合,同时运用多媒体教学等现代教学手段,取得了满意的教学效果。
在提高课堂教学质量的措施方面,建立课程单位负责制和课程教授负责制;合理安排,积极为教授上课创造条件;鼓励教研,为提高课堂教学质量奠定基础;加强监督,建立健全了督导机制;严肃纪律,调动学生的学习积极性;建立题库,实行教考分离。同时在教材的选用、教学内容等方面均进行了大胆的改革和尝试。
在教学质量监控体系方面,建立教学计划管理制度、常规教学检查制度、领导干部听课制度、学生信息员制度、专家组教学督导制度、教学事故的认定与处理制度、教学评价制度、考试质量分析制度等,同时将教学评价结果与教师学年度考核、评优评先、职称晋升等挂钩,鼓励广大教师探索教育规律,更新教学内容,改进教学方法,提高教学质量。
(四)实验与实践教学
安全工程专业是实践性较强的专业,要求学生具有较强的动手能力,具有解决现场安全问题的能力。因此,安全专业打破了实验教学依附于理论教学的传统模式,把实验教学作为独立的教学环节,与理论教学并重,构建了“以能力培养为核心,与理论教学既有机结合又相对独立的三层次、五模块”实验教学体系。[4] [5]该体系符合学生认知规律,注重学生综合素质、实践能力及创新意识的培养。
通过加强实验条件建设,整合仪器设备资源、重点购置先进技术装备、自主研制实验设备等提高了实验硬件水平。实行实验室开放运行,建设了网上预约系统,实现了“预约式”开放教学组织。建立了完善的实验室运行管理评价体系。[6]
建立了以学生为中心的实验教学模式,形成了以自主式、合作式、研究式为主的实验方式,改善了学生实验考核过程与考核方法。
安全工程专业在长期的实验教学过程中,形成了自己鲜明的特色:1.注重实际环境模拟,培养学生实战能力;2.依托高水平学术平台,提升实验教学水平;3.注重实验设备研发,提高师生创新能力;4.实验教学与科研、工程和社会应用实践结合。
实习环节的改革主要包括:建立了20多个固定实习基地,聘请了30多位企业高级工程技术人员为兼职实习指导教师,实行内外双师实习指导模式。在实习方式上生产实习相对集中,毕业实习采用自主实习。在毕业设计改革中,尝试了“找、补、读、纲、研”的“毕业设计指导五步法”[7],要求毕业设计题目来源于生产现场,强调设计和生产实际相结合,鼓励设计工作在企业完成,设计要能够有效帮助或指导现场解决实际问题。
通过对实验、实习、实践及毕业设计的改革,激发了学生的创造性思维能力,培养了学生的社会交往能力、动手能力、实践能力和独立从事工作的能力。
(五)课外科技活动
学院把课外科技创新活动纳入教学计划统筹安排,规定必须完成相应的学分,变倡导性的软性指标为要求学生在大学期间必须完成的硬性指标,以促使学生有目、有计划地参加科技创新活动。教师指导学生科技创新活动记入其工作量,获得奖励的,记入教师个人成绩,其他相同条件下职称评聘优先,这充分调动了广大教师指导学生科技创新活动的积极性和主动性。
把学生科技创新活动与课程设计相结合,在课程设计过程中引入科技创新活动竞赛奖励机制,对高质量完成课程设计的学生既记载相应学分又给予科技竞赛奖励。设立学生科技创新基金,对经过论证有前景的项目,给予必要的经费支持,有效地激发了学生科技创新的积极性。
安全工程专业成立了多个科技学术活动社团,长期开展课外科技学术活动。近年来已有千余名学生参与了大学生科研训练计划(SRTP)项目、步步高科技攀登计划、“挑战杯”大学生课外科技作品大赛等各级各类课外科技活动,数百人获得各种等级的奖励,其中国家级、省级奖励30余项。
开展特色和品牌活动。安全专业学生结合自己的专业特色,和焦作市消防支队、校保卫处等单位开展了每年一度的“119消防安全教育周活动”。该项活动已经连续开展了6年,活动内容丰富多彩,主要包括消防安全知识竞赛、消防演讲比赛、灾难影视展播、建筑火灾灭火与逃生演练等,每年参与的学生数千人次。此项活动已经成为安全工程专业的特色和品牌活动。安全工程专业组织的大学生“三下乡”社会实践服务团送知识下厂矿企业,为企业提供科技服务,深受企业好评。特色活动的开展已成为专业教育的拓展和延伸,对培养学生科技素质,提高学生创造能力起到了促进作用。
通过调整培养目标、优化知识结构、实施创新学分、创新基金资助、产学研结合等新的教育教学机制、方法和途径,重点突出学生实践和创新能力的培养,体现个性化教育特色,构建了以提高实践能力为重点,创新教育为核心,服务安全生产为目标的安全工程专业人才培养模式。
四、实施效果
通过人才培养模式的改革,我校安全工程专业在专业建设和人才培养方面取得了显著成效。从2007年起,先后获得安全工程国家级特色专业、《瓦斯地质学》国家级精品课程、安全工程国家级实验教学示范中心、安全工程国家级教学团队、《系统安全评价与预测》国家级精品课程、安全工程专业综合改革等6项国家级和7项省级质量(教学)工程建设项目。《安全工程专业卓越工程师教育培养计划》批准实施,安全工程专业获得第二学位和本硕连读招生培养资格。在2012年全国学科评估中,我校的“安全科学与工程”学科,位列第五名。学生通过培养模式的改革,学生学习的目的性更加明确,学生参加科技创新活动积极性更高,研究生录取率逐年攀升,毕业生供不应求,学科建设水平也得到了较大提升。
[ 注 释 ]
[1] 吕品.关于高等学校安全工程专业的改革与探讨[J].中国安全科学学报,2004(11):69-72.
[2] 教育部高等教育司编.普通高等学校本科专业目录和专业介绍[M].北京:高等教育出版社,1998:157.
[3] 余本胜,高建良.高校地矿类专业人才培养模式课程体系改革的实践[J].中国大学教学,2009(2):45-46.
[4] 袁东升,牛国庆.安全工程专业实践能力培养体系的构建[J].科技成果管理与研究,2009(10):58-60.
[5] 牛国庆,王海娟.对高校特色专业建设的思考[J].河南理工大学学报(社会科学版),2009(2):329-332.
关键词:安全工程;本科教育;培养方案;对策建议
安全是人类永恒的话题,安全工程也是随着经济发展成长起来的培养专门安全人才的学科专业。近几年来,安全工程专业的发展非常迅猛,从1999年开办安全工程专业的不足30所院校迅速发展到2016年的160多所院校。然而,该专业在高速发展的过程中,也存在诸多的问题,最明显的表现就是安全工程人才在就业中存在适应力不强、成长较慢、专业知识单一等现象。这些问题直接反映了目前安全工程人才培养模式与社会需求的脱节,也凸显了安全工程人才培养方式方法转变的必要性及紧迫性。黑龙江科技大学安全工程专业招生于2003年,截至目前已毕业本科学生600余人,近几年平均就业率达到98%以上,45%签约于世界500强企业,发展势头良好。但对已就业学生的回访发现安全专业毕业生存在薪酬增长较慢、跳槽比例较高、从事非本专业人数较多等问题。由于发现了安全工程专业发展过程中遇到的诸多问题,针对安全人才培养不能满足企业需求的实际问题,在2015年度黑龙江省教育规划课题“校企协同创新实现共赢的合作模式研究”(项目编号:GJD1215063)的支持下,黑龙江科技大学安全工程学院研究团队针对该问题进行了深入研究。
一、调查问卷构成及调研对象
研究团队经过调查分析,于2016年10月到11月期间,向来自安徽理工大学、黑龙江科技大学、辽宁工程技术大学及河南理工大学的安全工程专业毕业生共计40人发放了调查问卷,对本校安全工程本科层次2014版人才培养方案进行了调研分析。(一)调研对象的构成为了对安全工程专业有更全面的认识,对本校2014版安全人才培养方案有多角度的分析,调研对象主要由四所本科院校的安全专业毕业生组成。学历层次为本科及研究生,工作年限为6~13年,平均10年左右,工作性质主要为厂矿企业安全管理部门(包括煤矿、港口、建筑、化工、石油等行业)、安监局\煤监局的公务员,安全评价人员,科研单位等,大部分为本单位的中高层管理干部及技术人员。调研对象选取的依据原则是本科专业为安全工程,毕业后从事本专业,且在本专业学有所长,对本专业的发展关注度较高。表1为本次调研对象的群体基本概况。本次调研并未像通常针对人才培养方案的评价采用专家汇集一堂,运用头脑风暴法对其进行分析评价,原因如下。1.通常聘请专家集中分析,聘请专家数量有限,涉及行业也较为有限,很难对安全工程所面对的行业做出深入全面的分析。2.在集中分析过程中,专家囿于时间限制很难对培养方案进行仔细深入的分析,往往更集中于其中几个部分。3.所聘请的专家往往更集中于高校,对安全工程的发展方向把握更准确,但对于企业的实际需求可能缺乏更深入的了解。4.所选取调研的对象均是1999年设立安全工程专业后入学成长起来的,对安全工程人才培养方案更熟悉,提出的建议更具有建设性和针对性。(二)调查问卷的构成调查问卷的主要部分为整体素质、知识结构、岗位胜任能力和创新能力。整体素质是指本科学生在培养过程中形成的不同于其他教育层次学生的总体表现,主要体现在学生的政治思想、文化教育、科技素养等综合素质的反映;知识结构培养主要是学生的自然和社会科学知识培养,更重要的是专业知识的养成,主要体现学生培养过程中的理论宽广性;岗位胜任能力主要是指学生的社会适应性,重点是安全工程人才的管理组织能力、专业技术和实践能力的养成,以满足在不同岗位的工作需求;而创新能力的培养则是学生面对新问题新情况的独特解决问题的能力,满足学生在工作中对新问题的解决能力。调查问卷由4个一级指标和6个二级指标构成,满分为100分。由各调研对象独立完成,通过邮件或其他方式送达研究团队。
二、调查问卷反馈结果
在规定时间内,共发放调查问卷40份,回收有效问卷38份,表2为此次调查问卷的评分反馈汇总表。在38份的调查问卷中,毕业于本校的问卷共14份,校外毕业的问卷共24份。从调研对象的评分结果来看,2014版黑龙江科技大学安全工程专业人才培养方案受到了调研对象的好评,平均得分为82.26分,评价得分较低的是技术能力培养、专业知识培养和动手实践能力等方面。但值得注意的是,在校内和校外分组中,对该版培养方案的评价等级有较大差距。毕业于本校的几位调查对象平均得分70.71分,仅达到中等程度;而毕业于外校的几位调查对象所给评价分数达到89.85分,基本达到优秀程度。之所以出现如此差距可能是因为毕业于本校的学生对之前的人才培养方案执行中出现的问题印象较深,影响了本次打分;2014版人才培养方案的专业课程涉及面还较窄,开设实验的课程也不多,还不能满足现场的需求。此外,在创新素质和能力培养方面的具体措施还不足,方案的可操作性还不够强。这也是本研究开展的主要原因之一。
三、存在的主要问题
根据调查问卷的反馈结果,发现目前安全工程人才培养存在的主要问题如下。(一)专业整体方向不明,课程繁杂而不系统目前国内安全工程培养模式大体可以分为两大类:以中国矿业大学为代表的强化行业特色的培养模式和以首都经贸大学为代表的通用型安全科技人才培养模式。黑龙江科技大学2014版人才培养方案有工业安全和矿山安全两个方向,但矿山安全方向的专业基础课程与工业安全方向基本相同,而专业课有较大差别,导致这两个方向在专业课学习时学生学习吃力,学生只知其一不知其二,对一些基本知识如采矿、化工、建筑、机械知识储备不足,学习专业课程时如无源之水,无本之木。(二)安全工程课程建设落后,安全理论有待完善根据问卷调查的结果来看,目前安全工程专业课程设置远低于现场企业的需求,导致培养的人才达不到市场需求。部分课程重复内容较多,缺乏系统规划,如安全学原理与安全管理学,安全心理学与安全人机工程均有部分内容重复,且基本概念不一致。而对一些现场急需的课程如安全标准化、ISO管理体系、安全文化、应急医学、安全法规、风险识别及控制等没有在我校安全人才培养方案中涉及,课程开发和建设缺少前瞻性和创新性。(三)知识体系碎片化在当前国家强调重基础、淡专业、宽口径的培养模式下,[1]由于安全科学的交叉性和综合性,几乎需要所有的相关知识基础,而教学课时有限,导致专业课程设置受限,学生学习的知识碎片化、零散化,无法形成系统的理论体系。(四)教学实践环节效果欠佳由于安全工程专业的特殊性,进行实践学习的场所本身的固有危险性比较大,企业安全责任较大,学生无法深入实习,且实习场所多样性不足,导致实践环节的教学效果大打折扣,学生动手能力弱,上手较慢,现场普遍反映不佳。(五)企业对安全人才需求差异化较大在此次问卷调查中,还发现各行业对安全人才的需求有很大的区别。例如从事安全监督检查的调查对象要求增加和开发相关职业道德和心理健康教育,增加文字处理、汇报总结方面的选学课程;从事现场管理的调查对象要求加强对人才的讲演、语言组织方面的培养,这是安全管理人员的基本要求之一,还要求对安全法规与标准、安全心理、安全文化建设、应急救援和应急医学比较熟悉;从事安全评价人员的调查对象则建议加强专业基础课的学习,对工艺、自控、消防、机械、化工等相关知识均要有所了解。由此可见,目前单一的工程技术型安全人才无法达到各行业的差异化需求。
四、对策建议
针对以上问题,我国安全工程高等教育应着重从以下方面进行改革。(一)加强理论研究,夯实专业基础目前安全工程专业基础理论薄弱,大多数学校以安全系统工程、安全心理学、安全人机工程三大课程作为专业核心基础课程。专业基础课则立足于本校传统行业开设,缺乏广泛认可的专业基础课。类似流体力学、防火防爆工程、机械工程、电气工程等则是基于原行业安全特色的基础课程或公共基础课,而类似安全法规与标准化、安全文化、安全社会学、风险管理等现场急需的理论基础课则相对缺乏。可喜的是,目前以中南大学吴超教授为代表的一批学者在这方面做出了不懈努力,近些年安全文化学、物质致灾化学、安全人性学、安全伦理和安全职业道德等学科体系先后建立。这些理论的逐步建立为安全科学的发展奠定了基础,也将逐渐成为安全工程的高等教育基础理论。研究团队认为应以此为契机,推动安全科学基础理论的研究,逐渐推动这些基础理论的课程标准化建设,夯实安全工程的专业课程建设。(二)细分安全工程人才类型,制定相应的人才培养方案根据调查结果显示,各个行业对安全专业人才的要求不尽相同,如想各个方面均有涉及,则学生负担太重,也不现实。目前对于安全工程高等教育的改革,有部分企业认为应仍然按照传统的行业安全模式培养,研究团队认为这是不可取的。对于企业来说,如果采取传统的行业安全培养模式,毕业生进入角色较快,但学生就业受很大约束,选择面狭小,受企业经济效益影响较大,不利于学生的多向全面发展。因此,在通识教育的基础上新的安全工程人才类型应划分为工程技术型、安全管理型、安全经济型、安全服务型等,[9]在此基础上凸显行业特色。目前沈阳航天航空大学安全工程、安全防范、以安全为背景的保险专业等本科专业,首都经贸大学开设的安全科学与工程、劳动卫生与环境卫生学、安全管理工程、公共卫生等硕士专业是这一类型的代表。因此,未来的安全工程高等教育应根据技术、管理、经济、社会服务等类型分别探索其专业基础课、专业课和实践环节的模式,培养更具特色的新型安全人才。(三)提高师资水平,优化课程设置由于受各方面因素的影响,目前我国高校教师队伍往往缺乏现场工作经验。虽然在教学科研工作中仍有机会接触现场,但毕竟和现场工作所获有所差别。因此,山西焦煤霍州煤炭集团与国内八所煤炭高校的校企产学研合作模式极具创新性,既解决了企业生产中的一批技术难题,也为高校青年骨干教师提供了理论联系实际的机会,提高了高校教师的科研水平,实现了校企双方共赢的目的,[10]此外,还应积极鼓励教师获取注册安全工程师等资格证书,了解注册安全工程师的工作内容、性质、特征,更有利于教学活动的开展。对于课程的设置,应对课堂教学内容进一步进行创新。如吴超教授先后开设的《安全科学方法学》《安全比较学》《安全统计学》,中原工学院王新泉教授等开设的《安全生产标准化教程》,华北科技学院颜烨教授开设的《安全社会学》等专业课程,是对安全工程课程设置的极大丰富。此外,还应系统优化和深化已有课程的教学内容,例如安全评价类课程应增加软件包的学习和实际操作,增加通风、火灾、爆炸等专业模拟软件的了解和学习,增强学生的动手能力。课程的设置应结合注册安全工程师、注册消防工程师、卓越工程师的要求进行改革,以培养适应经济社会发展的高质量工程技术人才为目标。(四)实践基地的多样化和虚拟化安全工程专业的实践基地建设难度较大,真正能够让学生实践的机会较少。解决的方法有在社会公共层面对愿意接受实习训练的单位给予特殊的经济政策,为实践单位带来看得见的效益,使企业能够愿意、乐意接受实习生;校企之间建立合作伙伴关系,在实践过程中除了企业为校方提供实习机会外,校方也可以为企业提供人才培养、技术咨询等帮助,实现校企共赢的格局。实践基地的建设还应多样化,尽量为学生创造各种实习实践机会,为学生的学习和就业提供便利条件。有条件有能力的院校也可以充分利用现在高度发达的计算机技术,利用流行的VR技术开发仿真系统,满足教学需求。(五)创新能力培养的具体化创新是一个民族进步的灵魂,创新也是一个人的能力体现。在面对新问题、新工艺、新设备、新材料的情况下,安全工程人才的创新能力就显得尤为重要。目前黑龙江科技大学的安全工程专业也设置了相应的创新创业训练,主要以大学生科研立项、参加省级创业创新大赛等方式开展,开展方式较为单一。而实际在整个教学周期内,创新教育无处不在,例如在交互式和案例教学的课堂中,师生的交流互动会激发学生的学习兴趣,培养学生的创造性思维,开放专业实验室进行创新实验,参与教师科研项目,申请专利等。2015年9月,由中国职业健康协会、全国高校安全工程专业学术委员会主办,华北科技学院承办的首届全国高等学校安全科学与工程类专业大学生实践与创新作品大赛的成功举行,也为全国安全工程专业的创新实践提供了全国性的创新实践平台。[11](六)学分制下人才培养方案的执行问题《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020)》明确指出要注重因材施教,要“关注每一个学生的优势潜能,推出分层教学、走班制、学分制、导师制等教学管理制度改革”。学分制成为我国高校教学改革过程中社会各界关注的一个热点问题,[12]黑龙江科技大学也即将逐步开展完全学分制。在此情况下,在学分制下制定的培养方案能否完全执行,执行是否到位就是值得研究的问题。例如黑龙江科技大学2014版安全工程人才培养方案中专业基础课和专业课达62门,如果全部开设难度很大,教师数量有限,且知识结构较为单一,一名教师一般只能主讲2~3门课程,很少具备开设新课的能力。因此,在无法增加教师数量的前提下,应逐步推进青年教师外出听课学习,拓展知识结构,培育新课程,使教师具备一专多能以满足新形势下的教学需求。此外,针对人才培养方案的实习、实践、创新等各环节,应提前筹划,安排具体实施方案和步骤,使人才培养方案能够切实执行。
五、结束语
安全科学是随着社会经济发展、人民生活水平提高而发展起来的综合性科学,专门的安全人才应满足不断发展的社会需求。目前安全工程高等教育还存在着粗放、简单、传统、条块化的教育模式,本文在针对黑龙江科技大学安全工程2014版人才培养方案的调查问卷的基础上,分析了目前我国安全工程专业高等教育存在的问题,提出了加强理论研究、细分安全工程人才类型、优化课程设置、增加实践基地的多样化和虚拟化措施,以及创新能力的具体化等具体对策建议,期望能够对安全工程专业拓宽办学思路、提高人才培养质量有所裨益。
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[11]首届全国高等学校安全科学与工程类专业大学生实践与创新作品大赛预赛在华北科技学院举行[EB/OL].(2015-09-30).
关键词: 传统型面罩 安全性能 红外技术
1.概述
火灾是最经常、最普遍威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一,火灾产生的烟雾会使人咳嗽、流涕、呼吸困难、刺激眼睛、无法看清道路和逃生的方向,重的可导致昏迷,甚至窒息死亡[1]。据统计,在火灾死亡的人员中,85%以上是由于烟雾熏呛窒息死亡或昏迷倒地后被火烧死的。目前国内外防烟面罩均无警示标志和红外夜视仪以及照明设备,在危急关头不能确定被施救者的位置,延误施救的最佳时机,给生命安全带来极大危害。因此,研制防烟面罩,对于增强使用者的自防自救能力,减少或避免伤亡事故的发生,都具有非常重要的现实意义。
2.红外技术的运用
2.1红外热像原理
红外热成像技术是利用热感应照相机的红外线成像技术[2] 。热感应照相机通过将红外探测器接受到的场景(包括其中的动态目标、静态目标以及背景)的红外辐射映射成灰度值,转化为红外图像,场景中某一部分的辐射强度越大,反映在图像中的这一部分的灰度值越高,也就越亮[3]。红外图像表征的是景物的红外辐射分布,红外辐射的物理本质是热辐射,热辐射的程度主要由物体的温度所决定,温度越高,辐射出来的红外线越多,红外辐射的能量就越强,相应的所成的红外热图像的灰度值也就越高。最后并将数据经过处理转换成相应的温度图像,即热图[4]。
2.2红外热像测温原理
红外热像仪是能够实现热像测温的精密仪器,是红外热像测温的核心设备[5]。它利用实时的扫描热成像技术进行温度分析,图1所示为目前民用市场上应用的主流热像仪 ,其结构其结构简单、功能强大、测温快。
红外热像测温技术就是通过红外探测器接收被测物体的红外辐射[6],再由信号处理系统转变为目标的视频热图像的一种技术。它将物体的热分布转变为可视图像, 并在监视器上以灰度或伪彩显示出来,从而得到被测物体的温度分布场信息 。红外热像测温原理如图2所示。
图 2 红外热像测温原理示意图
2.3红外技术在消防领域中的应用
以前,消防员在火场中常常因烟熏火烤、视线不清,难以有效地灭火、救人;红外热成像仪能帮助消防员克服在烟雾中的视力障碍,迅速找到着火点或被困人员,从而实施有效的灭火救助行动。不仅如此,红外热成像仪还能够使消防员分辨出烟幕或水幕后而的火源,提高火情侦察的准确性。有的红外热成像仪还能够通过无线信号把火场图像传输到火场调度台,便于指挥员准确、及时地下达作战命令。
在消防部队实施抢险救援中,红外热成像仪也能发挥非常重要的作用。利用红外热成像仪,消防员可以穿过气雾找到气体(液化气)泄漏点、搜寻遇险者所处的准确位置,还可以在气雾或烟雾笼罩无法接近口标时估测出与口标的距离,划定警戒区 。
3.结束语
本项目研究的防烟面罩对传统型面罩进行了改进,罩身采用阻燃、耐高温材料,同时安装了防爆手电筒、扩音设备、警示灯和温度警示器等设备,极大地提高了安全性能;更重要的是防烟面罩还采用了红外成像技术,通过穿透烟雾看清视野前方的情况,便于及时躲避危险,同时解决了消防部队在浓烟条件下照明、火情侦察和抢险救援等方面的难题。使人们在事故中可以更快的逃生,使身体最大可能的免受伤害,对逃生人员的生命安全带来极大的安全保障。
参考文献
[1] 朱杰,霍然,付永胜.超高层建筑火灾防排烟研究[J].消防科学与技术,2007,26( 1) : 54-57.
[2] Fan Jinxiang, YueYanjun, Development in new concepts andnew schemes for military infrared imaging systems [J].Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(1):1-6.
[3] 王瑞凤,杨宪江,吴伟东.发展中的红外热成像技术[J].红外与激光工程,2008,37(6):699-702.
[4] Fan Jinxiang, Zhang Yuan. Development of new conceptmilitary infrared imaging system [J]. Infrared and LaserEngineering, 2008, 37(3): 386-390.
[5]孙晓刚 ,李云红.红外热像仪测温计数发展综述[J].激光与红外,2008,32( 2):101-104.
[6] 李云红 , 孙晓刚, 原桂彬. 红外热像仪精确测温技术[ J] . 光学精密工程, 2007, 15( 9): 1336-1341.
作者简介:
1、徐厚森 (1993-)男,天津城建大学能源与安全工程学院,天津,300384
2、赖艳萍(1981-)女,副教授,天津城建大学能源与安全工程学院,天津,300384
3、宋晓冰(1994-)女,天津城建大学能源与安全工程学院,天津,300384
支撑项目:
1、天津城建大学学生科研立项A类“多功能防烟面罩的研究及创新”
【关键词】工程传热学;安全工程;教学改革;跟踪反馈机制
1专业定位及课程教学目标
安全工程专业分为工业安全技术及管理方向和煤矿安全技术及管理方向[1]。工业安全技术是培养熟悉安全科学基础理论,掌握事故伤害及职业病危害预防控制基本知识和技能,具备运用现代安全管理方法开展安全管理工作,控制职业危害、预防职业病的基本知识和能力,在各级政府安全生产监督管理部门、建筑化工等工业企业安全生产管理部门、安全科学研究机构、安全评价和职业卫生评价机构、安全培训机构、劳动社会保障部门、工会组织劳动保护部门等,从事安全生产监督管理、职业病防控、安全技术研究和产品开发、安全工程设计、认证评价和咨询、安全培训等工作,富有创新精神的应用型专门人才[2];煤矿安全技术及管理是培养熟悉煤矿安全技术及工程基本理论,掌握煤矿安全预测、分析、检测技术和灾害预防措施编制等知识和技能,具备一定的矿井通风和安全工程设计、矿井灾害预防技术,安全检测与监控、安全监察与管理等能力,在各级政府安全生产监督管理部门、煤矿企业部门等,从事安全生产监督管理、职业病防控、煤矿灾害事故预防与控制、安全工程设计、安全培训等工作的高级工程技术与管理人才[3]。为了较好的实现专业分方向和培养目标,国内绝大多数高校安全工程专业都将“工程传热学”作为专业基础课。热现象的有关知识是现代工程技术人才必备的技术基础知识,是21世纪工科各类专业人才工程素质的重要组成部分[4-5]。该课程的教学目标是学生通过本课程的学习,掌握并正确运用热能传递的规律;培养学生的工程意识,并提高学生理论联系实际、分析问题、解决问题的能力,但是目前该课程教学过程中还有一些环节值得去完善。
2课程教学现状
2.1师资力量
《工程传热学》是安全工程专业的必修主干专业基础课程,本课程对于本专业学生能否打好基础至关重要,但是在教学过程中还存在许多问题。从师资力量上看,安全工程专业类的师资来源国内主要是分为三大块,首先是来自于矿业类高等院校安全工程专业的博士,其次是来自于非煤矿山类安全工程专业的博士,还有就是来自于其它综合性大学的公共安全和消防安全方向的博士[6],这些老师研究更偏向于各自领域的安全方向,对于《工程传热学》课程的理解不够,但是本课程涉及较多热力学基础、导热、对流换热等知识,对授课老师的工程传热学知识储备要求较高。在专业老师理解不深的情况下,他们难以带领学生较好的了解本门课程、拓宽学生的思维、加深学生对于课程的理解,从而导致学生感到课程乏味,影响听课质量。从学生的角度来说,单一的课堂模式[7]、单调的课堂内容难以提起学生学习的热情,另外,授课老师没有从安全工程角度讲解教学内容,让学生误以为热学基础内容与安全工程专业关联不大,对于以后就业并无帮助,导致出现实际操作时动手能力不强。
2.2教学模式
本课程的教学模式主要以传授书本知识为主,以教师为核心,讲解幻灯片为教学手段。课堂缺乏师生互动,老师在讲台上讲解,学生被动听课,缺乏对课堂内容的思考,久而久之,学生会失去学习这门课程的热情,最后导致教学质量不高。工程传热学是一门理论性很强的学科,课堂上迫于课时不够的压力,授课老师将晦涩难懂的公式及简单的推理过程用幻灯片的形式进行展示,又以较快的速度进行讲解,使得学生难以深刻理解书本内容。另一方面,工程传热学不仅要求学生理解书中的重要概念及公式,还要求学生熟悉热工设备的原理及操作,能进行简单的数据分析计算,因此本学科需要学生将理论与实践相结合进行学习。
2.3教学课时安排
为了适应21世纪人才培养的需要,学生学习知识应该更为广泛,在课程种类不断增加的同时,减少了单门课程的课时,本次课程一共有32个课时,分为理论教学(28课时)以及实验教学(4课时),在教学内容没变的前提下,压缩了老师的教学时间,增加了老师的教学难度,导致学生不能完全掌握本门课程知识。工程传热学的学习既需要理论基础的学习,也需要实际动手实践操作,大部分设有安全工程专业的有关院校,会为学生安排与专业有关的实验课,但由于实验教学课时安排较少,学生实际操作机会并不多,难以巩固所学知识,降低了实际教学质量。
3针对性改进措施
3.1增强本课程师资力量的培训
首先,需要增强现有老师工程热物理基础知识体系,学科应当资助教师参加一些关于工程热物理课程教学的学术交流会议,相互交流学习经验;其次,学院可以组织教师去热工设备企业挂职锻炼,参与现场科技攻关项目,增强授课教师的实际操作经验,更有利于实验教学;再者,应当建立动态的教学模式,聘任企业有工作经验的工程师作为课程实验、操作的校外指导老师,有利于提高实验教学质量。
3.2更新教学方式
第一,授课老师可以结合安全工程领域的重点实例,从安全的角度,以安全工程学科科学研究为背景,讲解工程热力学与传热学的重要性,让学生体会到本门课程与自身专业息息相关,引导学生进一步了解本门课程;第二,工程传热学作为一门理论与实践相结合的课程,学生不仅需要掌握书本知识,还需要动手操作进一步巩固知识[8]。学院可以举办与工程传热学有关的科技比赛,让学生在参加比赛的过程中,自己动手操作,自主查阅相关资料,在创新的过程中巩固了相关知识、锻炼了自己;第三,随着计算机行业的迅速发展以及算法的进步,数值模拟在应用性、高效性、精确性有了很大的提升[9],因此建议在教学过程中加入数值模拟的手段,以传热学为例,老师在课前建立反映热量传递本质的数学模型,通过一种计算方法,在课上向学生进行演示热量传递的各种现象及细节,如平壁的稳态导热、圆筒壁的稳态导热、非稳态导热等,通过最直观、最简单的方式为学生展示温度随时间变化的导热过程,让学生深刻理解知识;第四,通过翻转课堂[10]的形式,从以老师为主体转变为以学生为主体,在老师的引导下,用课堂上所学的知识进行集中讨论、解决在安全工程领域的一些实例问题,课堂上的讨论学习,加上课后的主动探索、自主学习,加深学生对于知识的理解。
3.3增加教学和实验课时
建议将课程改为56个教学课时、8个实验课时,这样的安排有利于学生深入学习。另外,本课程所用教材将工程热力学与传热学分开,一定程度上降低了学生学习工程传热学的连贯性,这就需要老师将两部分内容穿插在一起,紧密结合安全工程相关知识,注重培养学生的工程素养,让学生能学有所获。许多开设工程传热学课程的高等院校都面临着试验器具缺少的问题。因此,建议学院需要经常更新专业设备,并注意保养,为在校学生创造良好的实验环境,与此同时,健全实验教学的考核标准,根据学生的预习效果、到勤情况、实验完成程度进行评分,让学生重视起来,达到提高学生专业素养的最终目的。
4教学跟踪反馈机制
4.1教学评价
2015年11~12月期间,湖南科技大学安全工程系组织对该门课程的教学质量进行评价,采用的形式包括督导听课、教师互评、学生网上测评、学生填写课程评价表、座谈会等。同时,通过考试成绩、基本教学文件检查和试卷分析评价课程目标达成情况。评价结果如下:(1)督导听课反馈:任课教师备课认真,课程内容熟悉,能够脱稿讲授,课程内容梳理好,讲课重点突出,条例清楚,能够结合实际深入浅出地分析讲解问题。但是与学生缺乏互动,应该让学生多参与教学内容,并加强板书教学的辅助作用;(2)学生座谈会和学生填写《湖南科技大学课堂教学质量评价表》反馈:老师备课充分,讲课时精神饱满、认真,有热情,讲课内容丰富,重点突出,层次分明,理论联系实际。同时,对学生要求严格,并能启发学生思维。由于该课程理论性较强,建议增设一些互动环节,提高学生学习积极性;(3)教师互评反馈:任课教师授课重点突出、教学内容充实,教学过程设计安排合理,教学手段使用恰当。但对教材内容适当拓展不够,需要根据学科发展,补充新内容。
4.2教学改进
针对督导、专业教师和学生提出的问题,由教学副院长直接向任课教师进行了反馈,建议任课教师在课堂上能增加与学生的互动环节,提高学生课程学习的积极性;同时,应对教材内容适当拓展,加强应用方面介绍。在课程考核方面,应更加注重对学生学习过程的评价。2016年秋季,任课教师在“工程传热学”课程的授课过程中,充分考虑上述相关意见,进行了一系列综合改革:(1)对教学内容适当拓宽,结合学科发展和专业特色,增加计算流体力学、数值传热学及煤矿瓦斯利用等相关知识,并将理论知识与现场实践相结合,激发学生学习兴趣,提高学生分析问题和解决问题的能力:(2)增加了课程综合训练,任课教师给出具体的现场工程资料,学生理论联系实际,激发学生采用热力学第一定律、卡诺定律等课程所学的相关理论解决工程实际问题,做到学以致用和学有所用;(3)组织学习兴趣小组,并布置课程相关的研究课题,要求学生进行汇报并答辩,增加学生课堂参与度;(4)进行课程考核改革,将课程综合训练成绩和课题汇报答辩成绩计入学生的期末总成绩中,实现对学生学习过程的有效评价。通过评价反馈与改进后,学校督导反映教师授课效果好,充分调动学生学习积极性和主动性,学生能够将所学知识与实际相结合,改革效果明显;学生反馈老师互动性强,能够联系学科的新思想、新概念和新成果,学生学习积极性高,课堂气氛活跃。
虚拟现实技术在安全工程中应用的领域
综合虚拟现实技术的特点,笔者认为安全工程在以下方面可充分应用虚拟现实技术:
科学研究、实验及计算机模拟结果的真实化再现
安全科学的研究成果需要用直观的形式表示出来,使用技术与多媒体及可视化技术相结合,可以创造一种虚拟的真实环境,可以将孤单的研究公式、计算数值用完全真实的立体效果表示出来,并且版权所有人们可以交互式地控制这种表示结果,可以通过动态改变参数(这种改变不一定要由人输入数据,而可以由人操纵某种设备,如数据手套等进行近乎自然的交互方式)来观察计算结果。
安全性能设计
任何社会产品(也包括安全产品)都应该有其自身的安全性。而人们在产品未生产出前,是无法真实感受其安全性的,而技术可以预先为其提供一种虚拟的真实产品模型,让设计者和使用者在产品付诸生产之前就能亲身感受到该产品的安全性能,从而为设计者提供改进的依据。
救灾指挥决策
发生事故时,救灾指挥者一方面需要准确掌握事故现场的情况,另一方面要了解事故可能的发展趋势,甚至有时需要进行远程指挥(如主要事故处理专家一时无法到达事故现场),这时可以应用技术与其它模拟技术相结合的方式来完成。此外,还可以利用技术来模拟未发生的事故,进行对人员的训练工作。
)日常安全教育与避灾训练
可以针对某些事故及一定区域建造事故模拟和训练的系统,让人们在真实的环境中接受事故预防的教育及事故抢险人员的操作训练,从而提高人们对事故的感知度及抢险人员的技术操作水平和战斗力。
安全工程虚拟现实系统结构
由于安全工程涉及范围广泛,所以对不同领域的安全工程系统的侧重面就可能有所不同。本文以大空间建筑火灾系统为例进行介绍。
中国科学技术大学和中国矿业大学合作,针对大空间建筑火灾的特点,建立了大空间建筑火灾系统。这是国内目前安全领域所建立的唯一系统。建筑火灾的系统主要有两个方面,一是要考虑建筑物本身的结构模型的真实性;二是火灾模拟的真实性。本文论述的大空间建筑火灾系统结构主要包括两个模型、两个接口及一套设备,即:
建筑物真实感三维立体模型系统;
火灾烟气及火焰模型系统;
三维模型运动及控制接口;
设备与两个模型的接口;
虚拟现实设备系统;
各部分关系,如图所示:
图大空间公用建筑火灾虚拟现实系统结构
使用者通过设备系统经由主计算机系统使用设备,例如:计算机鼠标、数据手套等操作设备,通过三维模型运动控制接口程序控制建筑物及火灾的运动。建筑物模型及火灾模型本身由专用三维处理程序建立,具有真实三维立体感。经过控制运动的两个模型,通过设备与模型接口程序,将结果显示输出到设备,例如:计算机显示器、立体眼睛等。操作者可以根据这一循环的结果,决定下一个循环的操作过程。从而经过不停地循环,达到真实模拟和实时控制的操作环境。
用户可以使用鼠标,控制人员在建筑物中漫游,例如:按动鼠标左键,然后移动鼠标可以沿各个方向运动;按动鼠标右键,左右移动鼠标,可以实现建筑物的左右旋转用上下光标键,可以上下移动建筑物。用户也可以使用数据手套拾取灭火器并对其进行开启操作,以实现灭火的操作;可以用大拇指按动模拟人对灭火器开关的操作,从而使人感觉到似乎是在真实地操作灭火器。而用户若通过立体眼睛观察时所得到的三维模型为具有极强的深度感的三维物体,即两个有前后距离的物体,看起来其间有一段真实的距离前边的物体似乎是在计算机屏幕外边。
系统软件支撑环境和硬件设备的选择
系统软件支撑环境选择是建立真实感模型及控制的关键。选择时,要考虑程序的使用范围。硬件设备的选择应根据经济条件来决定。
模型的建立,可采用专用的软件系统,例如:×、等,然后再使用专用的转换软件转换到所使用的三维开发环境中;还可以直接用三维开发环境进行开发,例如:、×及虚拟现实专用软件开发系统等。本系统采用开发语言,调用三维立体图形接口建立模型。是公司开发的三维图形绘制接口,它可以运行在多种系统中,因而具有应用范围广泛的特点。
选择计算机主系统时,应考虑系统的运行速度、显示卡的性能等指标。专业的系统可以采用专用的工作站。本系统采用机系统,系统为Ⅱ,内存为,显示卡采用,显示内存为。所采用的输入设备应考虑人员操作的方便及功能的多样性。如果只要完成基本的漫游功能,则普通的鼠标即可完成。若需要人员对操作的物体如门、消防器材等有真实感知,则需配备数据手套等设备。本系统的输入设备选择了罗技鼠标及数据手套。选择输出设备时,需考虑应用者想达到的真实感程度,如只需普通的漫游,可以使用大屏幕即可,若想操作人员能够达到沉浸感,则需配备有立体眼镜及高性能立体显示头盔等设备。本系统使用普通的显示器及立体眼镜作为输出设备。版权所有
结论
笔者论述了虚拟现实技术在安全工程中应用的原理和技术路线。综上所述,可以得出以下几点结论:
虚拟现实系统能够真实再现客观环境,使人能充分沉浸由其年所创造的人工环境中实现感知模拟的现实,因而对于安全工程中的培训、指挥以及性能设计等多方面具有重要意义。随着计算机图形学、体视化技术的进步,虚拟现实技术将在模型及设备方面越来越能适应这些系统的要求。
安全工程可以在科学研究成果真实化再现、安全产品性能设计、事故救灾指挥、安全教育与培训等多个方面应用系统。
安全工程应用技术的方法是多种多样的,文中所论述的建筑火灾系统可以为构建其他安全工程系统所借鉴。
【关键词】房屋建筑;性能化;防火;设计
随着科学技术的快速发展,建筑工程正在朝智能化、结构化、功能多样化和形态美学化方向发展。然而,传统的建筑工程防火设计是按照“处方式”规范来进行的,这种“处方式”规范规定了详细的设计参数和指标,因而具有设计的局限性,使设计出来的建筑工程单调而呆板。性能化设计规范为设计人员提供了很大的灵活性,也使设计更加科学合理。由于性能化防火设计的方法与传统的“处方式”设计方法相比具有许多优越性,所以很快成为建筑防火的一种新理念,得到越来越广泛的应用。
1.性能化防火设计概述
所谓性能化防火设计,是建立在消防安全工程学基础上的一种新的建筑防火设计方法,并采用被广泛认可或验证为可靠的分析工具和方法,对方案设计在建筑对象中的火灾场景进行确定性和随机性定量分析,以判断不同解决方案所体现的消防安全性能是否满足消防安全目标,从而得到最优化的防火设计方案,为建筑结构提供最合理的防火保护。它是传统消防设计方法的一种替代办法,描述能够达到某种规定性能水平的设计。建筑防火设计最终应达到的安全目标是:
(1)保护建筑结构不致因火灾而损失或波及邻房。
(2)为消防救援提供必要的设施。
(3)防止起火及火势扩大,减少财物损失。
(4)保证安全疏散,确保生命安全。
为此,建筑物防火安全设计须对建筑规划、结构耐火性能、防火分区划分、内部装修、防火设备、防排烟系统及避难对策等方面做出考虑。应该说现行的、条文式的设计方法对上述的问题都有相对独立、完整的考虑。但存在的最大弱点是没有清晰、统一的安全水准,无法体现各消防系统间的协同功效,并导致综合经济性低下。但是,消防安全的性能化设计方法能够考虑到项目所特有的危险和防护这些危险所特有的消防安全措施,可以实现综合性的消防对策,所有系统都综合其中,而不是分别独立设计的,人们除了可增进对潜在的损失了解外,这种综合性工程方法通常可提供更具体成本-效率的建筑防火设计方案。
2.性能化防火设计步骤
2.1确定性能化防火设计的工程范围与内容
首先要了解工程各方面的信息,如建筑的特征,使用功能等;其次对建筑的工艺特征做专门的研究,如非同一般的作业区、危险物品的使用或储存区、昂贵设备区以及零故障区等;再次就是不同使用功能的建筑,其使用者特征也不同(如住宅建筑与商业建筑),使用者特征包括年龄、智力、是否睡觉、体能状态等因素。
2.2确定消防安全总体目标、功能目标和性能目标
在消防安全设计中,消防安全设计总体目标是一个范围比较广泛的概念,它表示的是社会所期望的安全水平。概括地说,消防安全应达到的总体目标应该是保护生命、保护财产、保护使用功能、保护环境不受火灾的有害影响。
2.3将定性的消防安全目标转化为定量的性能化判据
基本判据如下:a.生命安全判据。烟气层的高度下限、烟气层和火焰的温度上限、烟气层内毒性气体的浓度上限、烟气透过能见度下限、人员从建筑内最不利位置疏散到安全地点所需时间等。b.结构安全判据。对建筑结构安全起至关重要作用的重点构件的承温上限、耐火极限等。c.环境安全判据。烟气的浓度上限、腐蚀性燃烧生成物的浓度上限等。
2.4确定火灾场景
火灾场景是对某特定火灾从引燃或者从设定的燃烧到火灾增长到最高峰以及火灾所造成的破坏的描述。在建立火灾场景时,应考虑的因素包括:建筑的平面布局;火灾荷载及分布状态;火灾可能发生的位置;室内人员的分布与状态;火灾可能发生时的环境因素等。
2.5建立设计火灾“热释放速率-时间”变化曲线
综合考虑火灾场景中燃料、点火源、通风状况、空间分布、火灾发生时主动式消防系统的动作情况等因素,确定火灾载荷、火灾规模的大小和增长趋势、以及发生轰燃的可能性,采用火灾增长曲线,热释放速率随时间变化的典型火灾增长曲线,一般具有火灾增长期、最高热释放速率期、稳定燃烧期和衰减期等共同特征。每一个需要考虑的火灾场景都应该具有这样的设计火灾曲线。
2.6提出和评估设计方案
评估过程是一个不断反复的过程。在此过程中,许多消防安全措施的评估都是依据设计火灾曲线和设计目标进行的。像增加报警装置和自动喷淋装置、对通风特征的修改、变更建筑材料、内装修和建筑内部摆设等因素,都在该步骤进行评估。在评估不同的方案时,清楚地了解该方案是否达到了设计目标是很重要的。
3.与处方式消防安全设计的比较
从社会发展看,现形的“处方式”规范也存在着以下一些突出的问题:规范中有关条文之间常常出现互不沟通,相互矛盾的现象,条文与条文之间无法解释清楚;传统的设计只能给出局部保障,无法给出一个统一、清晰的整体安全度水准;部分技术问题国家消防技术标准尚未规定或未能涵盖,跟不上新技术、新工艺和新材料的发展;限制了设计人员主观创造力的发展,无法充分体现人的因素对整体安全度的影响。
性能化消防安全设计是运用消防安全工程学的原理和方法,考虑火灾本身发生、发展和蔓延的基本规律,结合实际火灾中积累的经验,通过对建筑物及其内部可燃物的火灾危险性进行综合分析和计算,从而确定性能指标和设计指标;然后再预设各种可能起火的条件和由此所造成的火、烟蔓延途径以及人员疏散情况来选择相应的消防安全工程措施并评估、核定预定的消防安全目标是否已达到;最后再视具体情况对设计方案作调整、优化。与传统的消防安全设计相比,性能化消防安全设计具有以下优点:
a.性能化设计体现了一座建筑的独特性能或用途、某个特定风险承担者的需要。
b.性能化设计注重安全目标的达到,而不考虑采取什么样的途径,有利于发挥防火设计人员的主观创造性。
c.性能化设计根据工程需要,为开发和选择替代消防方案提供了方法。
d.性能化设计可在安全水平方面与替代设计方案进行比较,通过这种对比机制,可确定安全等级与成本之间的最佳点。
e.性能化设计要求在分析中使用多种分析工具,从而提高了工程精度,并可产生更具有革新性的设计。
4.设计中的注意问题
从总体看,性能化设计是一个发展的方向,但就目前的技术支撑条件看,也存在一些问题。首先,社会各界对它的接受程度不一;另外,与“处方式”设计相比,性能化分析和设计过程需要在分析、计算和设计文件制作上花费更多的工程时间。增加了工程设计的人力投入,带来了较高的设计成本。综合起来看,目前使用性能化方法还存在一些技术问题:如性能判断标准不一致;对火灾中人员的行为假设的成分过多或预测性火灾模型中存在未得到很好证明或者没有广泛理解的局限性;火灾模型没有将不确定性因素考虑进去;设计过程常常要求专业人员在超出他们专业之外的领域工作。
5.结语
性能化防火设计是针对特定建筑对象确立消防安全目标,提出消防安全问题的解决方案。在实践中除文中论述之举措外,还有其他一些问题需要不断的去探索研究。由于作者水平有限,文中论述不到之处望行业同仁多多指正。 [科]
【参考文献】
【关键字】地铁 ;火灾原因 ;特点 ;防火安全工程建设;
【 abstract 】 this paper subway fire accident on the characteristics of detailed analysis, and according to the certain aspects of the metro design put forward views. At the same time puts forward countermeasures to prevent accidents, the subway safety accident the processing and analysis of have important practical significance.
【 keywords 】subway;fire cause; Characteristics; Fire prevention safety engineering construction;
中图分类号:P624.8文献标识码:A 文章编号:
随着我国现代化建设的飞速发展,地铁建设如雨后春笋般发展。作为现代化的城市交通设施,地铁具有客运量大,时间准确,高速快捷等特点。因此,随着我国城市交通建设的飞速发展,地铁线路的长度以及客运量都在不断增长。但是,随着地铁交通运输的发展,地铁火灾事故也在不断发生。就消防而言,地铁是一种穿行于隧道中的交通工具,由于隧道比较长,周边环境又比较复杂,照明设备、通风设备都比较差,一旦发生火灾事故,安全疏散以及救援作业的困难程度就成几何状上升,因此,地铁隧道的结构、隧道火灾的特点以及隧道的消防安全设计已成为新的研究课题。
一、地铁发生火灾的原因
根据多年来国内外发生的火灾资料统计出的结果,地铁发生火灾事故的主要原因包括以下几个方面:
1、电气设备火灾事故,包括以下几点:
①电气设备使用时间过长出现短路、线路老化。
②工作人员出现了违规操作。
③生产生活上由于用电方法不对,引燃了可燃物体。
④地铁的电缆、电线用电设备因为潮湿、发生鼠害、工人维修时没有按照规范进行操作,使用时又没有安全操作发生了故障。
⑤地铁列车在行驶运行的时候,出现了电弧将地铁隧道内的可燃物品引燃发生火灾。
2、没有按照规定出现火源引起火灾事故
①地铁乘客和工作人员由于吸烟,没有按照规定处理烟头,接触了易燃物发生火灾事故。
②地铁乘客严重违反了安全乘规章制度,将易燃易爆物品违规携带进地铁站,由于一些不确定因素发生了火灾。
3、变电所配电设备出现了故障,设备的运作环境出现问题,周围环境湿度比较大、粉尘过多、设备厂房中的通风设备不好,无法进行散热。
4、出现了人为的纵火事故。
二、地铁火灾事故的特点
1、安全疏散难度大
以上海地铁为例,已建成并投入运营的地铁明珠线、一号线和二号线全长65 km,日均客流总量高达1OO万人次。其中,地铁人民广场站的日均客流量约为25万人次,地铁的满载率和单车运行居世界第一。在地铁突发火灾事故情况下,这么大的客流量要组织有序疏散都很困难,若要确保所有的乘客在安全时间内全部逃生,难度将会更大。
世界上仅考虑商业运营的地铁,一般建在地下15m左右的位置,若是商业和战备兼顾的地铁一般建在深达30~70m左右的地下。突发火灾事故后,乘客从站台及站厅层仅凭体力往地面逃生既耗力、又费时,再加上诸多不安全因素,安全逃生的几率不大,对老弱病残的乘客而言更是凶多吉少。而且,地铁运营环境决定了乘客安全逃生途径的单一性,在地铁站台,除安全疏散通道,既没有紧急避难场所,也没有供乘客使用的垂直电梯。一旦火灾事故,大量乘客就会同时涌向狭窄的通道及楼梯,还有检票闸机等障碍物的阻挡,这就严重影响乘客逃生的速度。若是在隧道内发生火灾,是列车首尾个一扇宽度仅为80cm的直通式紧急疏散门便是乘客逃生的唯一途径。
地铁站台或列车内发生火灾事故后,各种危险的灾害环境容易使乘客产生恐慌及焦虑的情绪。对于通道较熟悉。逃生意识强的的乘客来说,还能在险境中做出冷静判断,还能较为准确地采取自救措施,安全逃生的几率也比较大。自救意识相对较差的乘客,都会比较盲目的向出口处拥挤,被挤、踩、压而倒地后,易导致群死群伤。另外,乘客因恐惧迷失方向后,易导致被困直接致伤或致死。
2、火灾扑救难度大
因为隧道较长所以空间基本上是封闭的,发生火灾之后,地铁的隧道里就会产生大量的烟雾,导致能见度变的很低,温度高散热比较慢,发生的起火点附近很多的混凝土比较容易出现崩塌。我国现有的隧道内进行的火灾试验中做出的结论,通常混凝土会在温度达到了300℃以上就会出现小面积的裂痕,但是到了800℃以上就会出现崩裂塌方了。
通常发生火灾时比较难以找到起火点,地铁下面的人员通常比较多,发生火灾时人员的疏散比较麻烦,消防人员的扑救和撤离比较复杂,由于火灾的出现的烟温度比较高,救援的消防人员就比较难推进火场,这就会造成扑救时间的浪费、人员的损耗、设备的补给不足。很多的设备比如灭火剂其数量根本达不到建筑物的面积,不适合于大面积使用。还有就是发生火灾后地铁中的几乎没有通讯信号,联络外界比较困难。
3、烟雾中潜藏的危险
地铁车站在装修时使用了很多的可燃性物质,发生火灾时由于燃烧会出现浓烟,这就会造成大量的有毒气体,原本有毒气体比较少时还不是很危险,但是由于地铁车站的内部空间特殊,就会造成有毒气体的聚集,这些有害的毒气会严重的遮挡住人的视线,使人的能见度变得很低,长时间的吸入烟雾会让人产生中毒,出现窒息。因为地铁站都是建筑在地下的位置,通风设备出现问题,排烟的效果就会变慢,这就会使地铁隧道中严重的缺氧,所以通常地下就会比地上火灾严重的很,救援和乘客的活动能力都会降低,无论是疏散还是救援都会出现造成不便。
就像人突然进入了光线很差的环境中,人会出现一种惊慌的状态,眼睛又看不见周边的环境,想要在那种状态下逃生可是很难的,造成人员的伤亡。
三、地铁防火安全工程的建设
在地铁系统的设计施工、运营使用等等阶段一定要将安全放在首位,根据国内外的地铁发生火灾的特点,进行地铁的防火安全工程建设,其内容为一下几个方面:
1、建筑防火功能性分区。
2、地铁车站中内部的装饰使用材料。
3、地铁乘客的安全疏散。
4、人员的疏散指示标志和应急事故照明设施。
5、地铁系统中的防烟排烟设施。
6、地铁中灭火设备的配置。
7、消防设备以及供电设备的完善。
8、地铁内需要配备事故发生时的应急通信设备。
9、地铁车厢内配备应急的灭火设备和紧急制动装置。
10、建立健全完善的应急救援系统,做出应急预案。
11、建立健全完善的信息管理系统。
12、定期对地铁系统做出安全检查,定期做维护,消除事故隐患。
四、总结
地铁隧道因其特殊的环境,地形比较复杂,结构环境又比较封闭,所以发生火灾时就会因为无法及时的疏散和得到及时的救援,造成人员的伤亡和设备的损耗。我国对于地铁隧道的消防安全已经取得了很大的成果,但是为了保障乘客的安全和减少经济上的损失,就需要对地铁隧道的火灾评估、隧道的排烟设备、通风系统的完善等等做出更好的研究。
【参考文献】
[1]赵显、赵云胜 浅议地铁火灾事故的特点与预防对策 [J] 河北工程技术高等专科学校学报 2005(1)
[2]谢谦、陈华 浅谈地铁火灾事故的特点及防火安全工程建设 [J] 现代城市轨道交通 2004(2)
[3]张岚 地铁车站火灾事故分析及应急救援 [D] 北京交通大学,安全技术及工程 2006年
[4]杜宝玲 国外地铁火灾事故案例统计分析 [J] 消防科学与技术 2007(2)
关键词:医院 在建工程 消防安全
医院建筑内人口较密集、流动性大,其典型特点是建筑空间多、结构复杂、弱势群体(病患人员)多、易燃易爆危险物品多。对于这样一个特殊的公共场所,如果一旦发生火灾将会造成重大财产损失和人员伤亡,后果将不堪设想。因此,抓好医院建筑的消防安全工作至关重要。
一、医院在建工程消防安全中常见的影响因素
医院的消防安全是一个系统工程,抓好医院在建工程的消防安全建设是提高和确保医院安全的重要措施之一。综合来说,医院建筑的消防系统分属于建筑、结构、水暖电等各个专业之中:建筑专业涉及防火分区和疏散;结构专业主要涉及结构体系的耐火极限,即火灾中结构保证完整性的时间;给排水专业涉及的是水灭火系统和气体灭火系统;暖通专业涉及的是排烟通风;电气专业涉及火灾自动报警和电气安全。这些专业共同打造了医院建筑的消防安全系统。
为了更详细、全面地整理、分析出影响医院消防安全的因素,尤其是突出反映医院在建工程中影响消防安全的环节,我们可以借用鱼刺图的方法,对存在的问题进行全面系统地整理和分析,通过一张或多张图,把引起具体事故的错综复杂的因果关系直观地表述出来,最终分析出事故产生的原因和研究预防事故的措施。
鉴于鱼刺图定性分析的特点,我们可将医院的消防安全细分成多个子系统并逐层加以分级详细讨论,针对比较普遍的诱因,统计出影响医院消防安全的重要因素,并对此采取相应措施,从本质上确保医院的消防安全,即加强医院在建工程的消防安全建设,从而确保医院投用后的安全、良好发展。具体分析如图1、图2所示。
二、强化医院在建工程消防安全的措施
从前述鱼刺图分析可总结出强化在建工程消防安全的主要措施如下:
(一)加强医院在建工程的消防安全设计工作
1.贯彻落实“隐患险于明火,防范胜于救灾,责任重于泰山”的指导思想,加强医院消防安全的设计工作,夯实基础,防患于未然。
在设计过程中要将消防安全贯穿于各个专业、各个环节,针对医院的具体情况,采取合理、有效的措施。
2.重视医院在建工程消防安全设备、设施的建设,确保医院在建工程的消防投资。
对医院这样一个特殊的场所,患者在紧急状态下自我行走的能力相对较差,因此建议充分利用消防电梯的疏散功能。高层医院建筑应设消防电梯,当每层建筑面积不大于1500m2时,应设1台;小于4500m2时应设两台;大于4500m2时应设3台。消防电梯的行驶速度,应按从首层到顶层的运行时间不超过60s计算确定。
确保消防资金的投入,重视细节,尤其是疏散空间、消防水泵、消防管道、消防器材、防火门、消防应急照明灯、安全出口标志、紧急疏散标志等容易被忽视的问题。
重视结构防火。由于钢结构存在不耐火的弱点,发生火灾时极易发生倒塌,其防火问题成为设计重点。
建筑幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙,应采用防火封堵材料封堵。
3.加强医院在建工程中消防安全工程建设的监理工作,保证其质量。
从防火门安装的工程经验来看,通常会存在以下问题:未向疏散方向开启;防火门耐火极限不符合要求;少装或未安装闭门器,尤其是在通道和楼梯口的防火门;边侧或上方的孔洞未封堵;未安装防火密封条;等等。还需要注意的是:防火门门缝规定为1.5mm~2.5mm,下沿离地距离应控制在6mm~8mm范围内;钢门框应填充水泥砂浆或岩棉。
这些问题都需要工程监理认真检查、及时纠正。
4.重点建设好自动喷水灭火系统。自动喷水灭火系统不仅造价低、系统可靠,且灭火成功率在96%以上。有该系统的建筑物,火灾中死亡人数可以减少1/3到2/3,财产损失可以减少1/2到2/3。
5.突出公共建筑层面的消防安全需要。如营业面积大于500m2的餐饮场所,其烹饪操作间的排油烟罩及烹饪部位宜设置自动灭火装置,且应在燃气或燃油管道上设置紧急事故自动切断装置。
6.加强建筑防排烟设施建设。火灾的统计和分析调查数据表明,火灾烟气是阻碍人们逃生和灭火行动、导致人员死亡的主要原因之一。所以,建筑物中要设置既能防烟防火又能供人员疏散的防烟楼梯间。
7.注意在建工程的电气安全建设。主要包括应急照明和电气防火两方面内容。我国的电气火灾约占所有火灾的30%左右,所以采取措施防止电气火灾非常重要。
(二)优先利用固定消防设施,第一时间控制和消灭火灾
发生火灾时,应立即按防火分区的要求,适时关闭防火门,落下防火卷帘,开启防排烟装置排烟,尽量使火势不突破防火防烟分区;同时启动自动、固定灭火装置灭火,控制和消灭火灾。消防电梯在火灾时是供消防人员迅速到达火灾层和运送消防器材以及抢救人员等专用的垂直运输工具。
(三)建立健全医院消防安全制度,定期检查,消除隐患
建立医院消防管理档案,制定防火安全制度、火灾紧急疏散预案,绘制防火重点部位图、平面图等。加强消防安全检查,及时整改、消除火灾隐患。
医院火灾预防及消防日常管理,必须建立消防管理组织机构;采取火灾预防措施,尤其是积极管理、主动预防,通过火灾预防管理使火灾发生的几率降低到极限,同时做好建筑物的防火分区等被动预防措施。
(四)加强消防宣传工作,提高广大医务人员的消防技能和意识
对重点工种人员进行消防安全培训,提高广大职工的防火、救火、自救能力和防火意识。针对基层医护人员及特殊岗位人员进行消防模拟演练,提升火灾应急能力。从源头上健全防、消机制,第一时间集中优势兵力消除火患;以人为本、科学施救,积极疏散和营救火灾中被困人员。
三、结束语
对于医院在建项目,在设计伊始就应为建筑在投入使用后的消防安全打下坚实基础;同时,要建立健全各种制度,并且严格执行,保证在建项目的顺利进行;还要做足应急预案,建立快速响应机制,一旦发生火情,尽最大努力将损失降到最低。 (编辑 吕志新)
参考文献