岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統

岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統是同濟大學建設的虛擬仿真實驗課程、首批國家級一流本科課程。該課程在實驗空間平台授課，課程負責人是李曉軍，授課教師是朱合華、閆治國、沈奕、俞登華。據2021年10月實驗空間官網顯示，該課程做實驗人數9962，其中優秀2447人、達標3803人、不達標3712人，實驗通過率62.7%。

岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統通過多手段虛實教學，培養學生工程實踐能力和創新思維能力，擴展傳統教學內容的廣度和深度，引入了更深層次的隧道火災防護減災知識，實現火災下多種條件、多種工況的模擬，建立與實際工程的聯繫。

基本介紹

• 中文名：岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統
• 課程負責人：李曉軍
• 授課教師：朱合華、閆治國、沈奕、俞登華
• 類 別：虛擬仿真實驗、首批國家級一流本科課程
• 建設院校：同濟大學
• 授課平台：實驗空間

課程建設

開設歷程

2017年9月1日，岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統課程在同濟大學上線；

2018年11月1日，岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統課程面向社會開放；

2020年11月24日，岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統課程被中華人民共和國教育部認定為“首批國家級一流本科課程”，

服務規劃

該實驗課程不斷完善盾構隧道、沉管隧道等不同類型隧道形式，增加縱向逃生樓梯等細部結構，幫助學生更直觀地體驗和學習的防火體系。繼續發展線上增強體驗。火災增強體驗單元可以一定程度模擬火災真實效果，模擬人員逃生等實時回響。視景基於智慧基礎設施iS3平台開發，除可進行火災消防演練、逃生模擬實驗外，還可分析歸納逃生救援結果。

課程性質

課程定位

該實驗課程通過多手段虛擬仿真教學，在不同類型隧道火災場景中培養學生工程實踐能力和創新思維能力，擴展了傳統教學內容深度，引入深層次的隧道火災防護減災知識，實現了多種條件、多種工況的模擬，建立與實際工程的聯繫，虛擬實現需要但極難實現、代價巨大、風險極高的封閉環境下火災實驗過程。

該實驗課程通過線上教學系統讓學生選火源參數、隧道參數和防火等級，通過後台的仿真模擬，得到隧道火災回響和應急預案。使學生掌握隧道防災涉及的火災特通風與排煙、火災監控預警及疏散救援、結構火災安全以及災害應急管理等方面的知識，提升實驗教學質量和水平，促進學創造能力的綜合培養。

適應專業

岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統課程適合土木工程類本科大三或大四年級及研究生一年級學習。

課程簡介

該實驗課程原理根據隧道防火設計基本原理及火災虛擬仿真計算，讓學生選擇不同的火源參數、隧道參數和防火等級，掌握隧道火災回響和應急預案。

該實驗課程包含10個知識點，分別為（1）隧道火災案例；（2）隧道運營條件；（3） 隧道火災火源；（4）隧道結構；（5）隧道建築；（6）隧道通風排煙；（7）火災煙氣運移規律；（8）火源探測；（9）火災預警；（10）人員疏散。

課程步驟

實驗方法

防火體系虛擬實驗教學系統通過線上虛擬仿真讓學生選擇不同的火源參數、隧道參數和防火等級，通過後台的仿真模擬道火災回響和應急預案，使學生掌握隧道防災涉及的火災特性、應急通風與排煙、火災監控預警及疏散救援、結構火災安全應急管理等方面的知識，提升實驗教學質量和水平，促進學生創新和創造能力的綜合培養。

實驗步驟

操作步驟	操作圖示
隧道防火設計模組
步驟1：隧道運營條件	隧道運營條件
步驟2：火災場景計算	火災場景計算
步驟3：隧道結構設計	隧道結構設計
步驟4：隧道建築設計	隧道建築設計
步驟5：隧道通風設計	隧道通風設計
步驟:6：隧道監控設計	隧道監控設計
步驟7：隧道消防設計	隧道消防設計
火災監控預警模組
步驟8：開啟噴淋滅火	開啟噴淋滅火
步驟9：開啟通風設備	開啟通風設備
步驟10：結合監控數據確定火源位置	結合監控數據確定火源位置
步驟11：發出火情警報	發出火情警報
火災應急逃生模組
步驟12：開啟廣播	開啟廣播
步驟13：識別火源位置	識別火源位置
步驟14：結合標識判斷逃生路徑	結合標識判斷逃生路徑
步驟15：成功實施逃生	成功實施逃生

實驗記錄

是否記錄每步實驗結果：是；

實驗結果與結論要求：實驗報告。

課程特色

1、該實驗課程在實驗方案設計思路方面，體現在培養了學生工程實踐能力和創新思維能力，擴展了傳統教學內容深度，引入了更深層次的隧道火災防護減災知識。

2、該實驗課程在教學方法創新方面，體現在培養了學生工程實踐能力和創新思維能力，擴展了傳統教學內容的度，引入了更深層次的隧道火災防護減災知識，實現了火災下多種條件、多種工況的模擬，建立了與實際工程的聯繫。

3、該實驗課程在評價體系創新方面，評價依據真實、評價內容多元（成果、過程、表達）、評價結論合理（難易有別）。

4、該實驗課程對傳統教學的延伸與拓展，體現在培養了學生工程實踐能力和創新思維能力；擴展了傳統的廣度和深度，引入了更深層次的隧道火災防護減災知識。

教學計畫

面向高校

岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統已經服務以長安大學為代表的其他高校相關專業。實驗教學項目服務對象為各高校土木工程學學院、機械學院的相關本科生和研究生，以每學期預計服務1000人次以上。

面向社會

岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統基於土木工程防災國家重點實驗室和土木信息技術教育部工程研究中心多年積成果開發而成。岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統提升中國隧道火災安全教學水平，直接面向社會開放。

教學目標

通過對岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統的學習，使學生達到以下隧道防火方面的知識：

1、隧道火災案例；

2、隧道火災特性；

3、防火體系設計；

4、應急通風與排煙；

5、火災監控預警；

6、結構火災安全；

7、疏散應急操作。

根據以上方面的知識和最新進展，可加深學生對隧道及地下空間以火災為代表的主要災害的認識，培養隧道及地下空間運營災方面科研及解決實際工程問題的能力。

教學要點

• 教學方法

（1）認知模式

通過介紹隧道火災案例、隧道運營條件、火源、結構、建築、通風排煙、探測預警、疏散等知識板塊，讓學生全面了解的危害，以及從發生到疏散逃生的全部知識。

（2）教學實驗模式

通過隧道防火體系設計、火災監控預警、火災應急逃生三個主要模組訓練學生以線上操作的形式完成隧道防火體系全過體系設計通過讓學生經過隧道運營條件、火災場景計算、隧道結構設計、隧道建築設計、隧道通風設計、隧道監控設計、隧計等過程詳細了解在隧道防火體系設計過程中的要點。隧道火災監控預警模組中通過在監控室第一視角對火情控制以及火源判斷讓學生理解掌握監控在隧道火災第一時間發生時做出的關鍵決策。隧道火災應急逃生則以逃生者第一視角讓學生理解掌災逃生過程中的相關知識，在遇險時做出正確的判斷。

（3）考核模式

該實驗課程採用多種考核模式結合的方式進行，根據學生完成實驗情況進行考核。在隧道防火體系設計模組中，學生在互動中進行評分，最後出具總成績單，考查學生對隧道防火體系的掌握情況。隧道火災監控預警模組和隧道火災應急逃生模組中終是否達到成功監控預警和人員逃生來考察學生對相關知識的掌握情況。

教學方法

學習預備

知識能力

實驗操作者需要學習過地下工程概論，地下建築結構等課程。

實驗材料

隧道橫斷面尺寸、火源規模、隧道結構、橫通道數量、隧道通風排煙規模、火源探測方式、人員疏散參數。

裝置軟體

岩石隧道防火體系虛擬仿真實驗教學系統。

運行條件

（註：表格內容參考資料）

教師簡介

李曉軍，同濟大學土木工程學院教授，從事隧道智慧型建造、地下空間與工程信息化與數位化等領域研究工作。

朱合華，同濟大學土木工程學院特聘教授，從事隧道及地下建築工程等領域研究工作。

閆治國，同濟大學土木工程學院副教授，從事隧道與地下空間防災與安全、結構材料智慧型自修復等領域研究工作。

沈奕，同濟大學土木工程學院助理研究員。

俞登華，同濟大學土木工程學院工程師。