基于Unity3D石化危險品禁忌識別與應急演練預警系統設計

曹敏　黃錦敬　林聲偉

摘要：石油化工危險品儲存具有高度流動性、極高的風險性和極強的事故波及性，往往在事故發生時造成重大人員傷亡和財產損失。為了有效跟蹤、監測與監管，提升危險品的監管效率，提出石化危險品禁忌識別與應急演練預警系統研究，以石化危險品的倉儲禁忌管理為研究對象，開發危險品倉儲禁忌識別與應急演練三維仿真系統。這對于提高我國石化危險品儲存禁忌管理的安全性，在事故發生后對環境的保護具有十分重要的意義，防患于未然，或盡最大可能地降低事故的危害性。

關鍵詞：石化危險品；三維仿真；禁品識別；應急演練

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）01-0124-03

1 概述

危化品物流排查發現，包括倉儲、生產、運輸等環節，發生在儲存環節的爆炸、火災等傷亡事故占所有事故的19.7%，排在運輸環節34%之后，生產環節占23.8%。由于倉儲環節導致的事故出險人數占出險總人數的18%，這說明在危險品物流的各個環節中，危險品倉儲環節所占的地位是十分重要的。

隨著我國石油和化工行業的不斷發展，石化危險品運輸業務也變得更加忙碌起來。石化危險品在儲存、運輸過程中是否能夠保障全程安全直接關系到人們生命財產的安全[1]。目前，石化危險品儲運依然存在較大的風險，通過技術手段實現對石化危險品儲運的監控和預警能夠有效預防安全事故發生，及時排除存在的安全隱患，使安全生產工作更加高效。

石油化工危險品倉儲管理是在倉儲過程中危險品數量多、種類雜、流動性強，是一套復雜、復雜的系統。絕大多數倉庫儲存的危險物品，除少數專業倉庫從事單一貨物作業外，種類繁雜，性質各異，需要面對多種鑒別操作的大忌，風險極高[2]。石油化工危險品儲存事故具有很強的波及性，往往在事故發生時造成重大人員傷亡和財產損失。

以石油化工危險品倉儲禁忌管理為研究對象，有效跟蹤、監控和監管，提高危險品監管效能。開發基于Unity3D石化危險品禁忌識別與應急演練預警系統，對提高我國石化危險品倉儲禁忌管理安全，防患于未然或者事故發生后盡可能降低事故危害，保護環境具有重要的意義。

2 國內外研究現狀

世界各國都制定了相關的規定，對危險物品進行管理和監控，使危險物品在存放過程中防止或減少意外或丟失。美國的《聯邦危險貨物運輸儲存條例》、歐盟的《塞弗索法令》等都對危險貨物發生重大事故的預防、事故造成的人力、物力損失減少等方面規定了相關的政策。中國國務院2011年頒布的《危險化學品安全管理條例》，對危險貨物的生產、儲存、運輸等各個環節都做出了安全方面的解釋。中儲協發出《中儲協關于加強2015年倉儲安全管理工作的倡議》，同年，《關于開展智慧物流配送體系建設工作實施意見的通知》由商務部辦公廳發布，其中特別強調，要推動倉儲管理系統的建立，要有深層次的感知能力[3]。

第三屆中國危化品運輸物流發展戰略2020年高峰論壇在濟南勝利召開，推動危化品運輸物流的高質量發展，完善相關制度規范和標準。我國應發展智慧物流，應用3D仿真技術，在“互聯網+”背景下實現危險品禁忌識別與監控預警，及時做好危險品入庫的事前風險評估和預警服務。危險物品的三維仿真信息，對智能監控系統進行危險物品的儲存，具有十分重要的作用。

3 石化危險品平臺建設思路

3.1 三維仿真系統設計

以石化危險品的倉儲禁忌管理為研究對象，開發危險品倉儲禁忌識別與應急演練三維仿真系統。

1） 危險品倉儲禁忌信息庫和智能檢測系統，提供危險品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性質等基礎信息查詢和危險品禁忌智能檢測分析；

2） 基于三維仿真的危險品禁忌識別與應急演練系統，實現三維模擬下的危險品禁忌反應、風險評估、應急處置與救援演練服務；

3） 實現實時提供預警警報模擬，以備危險品倉儲設備運行達到預警條件時使用。

3.2 三維仿真平臺總體實施方案

以石化危險品的倉儲禁忌管理為研究對象，設計出可行的危險品倉儲禁忌識別與應急演練三維仿真系統，對危險品倉儲過程中，出現危險狀況后，實現三維模擬下的危險品禁忌應急處置與救援演練服務，實現危險品倉儲安全的監測預警和演習預案。

Unity3D石化危險品禁忌識別與應急演練預警系統的總體實施方案如圖1所示。

通過技術集成與創新實現了石化危險品倉儲禁忌識別和應急演練預警服務，為安監部門、石化企業、運輸企業、倉儲管理員等提供了危險品禁忌管理的重要信息平臺，對促進我省石油化工危險品儲存安全起到了不可忽視的作用。

4 相關技術

Unity3D是指用戶可以使用各種感知設備的一種虛擬環境，包括視、聽、觸、味等，利用計算機技術生成，在虛擬環境中通過其自然技能與實體互動的技術[4]。

危險品倉儲禁忌識別與應急演練三維仿真系統以三維仿真技術為基礎開發而成。提供危險品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性質等基礎信息查詢和危險品禁忌智能檢測分析；實現三維模擬下的危險品禁忌反應、風險評估、應急處置與救援演練服務；實現實時提供預警警報模擬，以備危險品儲存設備運行達到預警條件時使用。

通過查閱文獻，分析研究國內對于石化危險品倉儲監控系統的研究開發情況，分析對比其性能技術等，研究出可行的基于三維仿真的石化危險品禁忌識別與應急演練預警系統的設計方案。

根據需求和功能，設計出可行的危險品倉儲禁忌識別與應急演練三維仿真系統，對危險品倉儲過程中，出現危險狀況后，實現三維模擬下的危險品禁忌應急處置與救援演練服務，實現危險品倉儲安全的監測預警和演習預案。

總體技術路線如圖2所示。

5 主要功能實現

Unity3D石化危險品禁忌識別與應急演練預警系統能全面地反映危險品倉儲禁忌識別與應急演練三維仿真系統，并能提供危險品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性質等基礎信息查詢和危險品禁忌智能檢測分析；實現三維模擬下的危險品禁忌反應、風險評估、應急處置與救援演練服務；做到安全監控預警存放危險品，最大限度地減少安全事故的損失。

5.1 危險品禁忌識別信息庫和智能檢測系統建設

危險品禁忌識別信息庫：

根據危險化學品儲存禁忌物配伍表，研究危險品禁忌識別的匹配關系，建立禁忌識別快速算法。技術方案如圖3所示。

1） 禁忌識別基礎信息庫：提供倉儲基本信息、危險品信息、禁忌物、禁忌、健康危害、急救措施、泄漏處理、儲運信息、理化性質、毒理學等基礎信息查詢和分析。

2） 禁忌識別智能檢測系統：根據危險化學品儲存禁忌物配伍表，研究危險品禁忌匹配關系，建立快速的禁忌識別智能算法，應用人工智能方法實現石化危險品禁忌的智能檢測與識別。在智能識別系統中，一次性輸入多種石化危險品名稱或者危險品類別時，能夠根據用戶輸入條件，智能檢索出每種危險品及其禁忌物名稱組合，并給出禁忌規避與安全防范建議。

5.2 危險品禁忌識別、應急演練三維仿真系統開發

三維仿真場景構建：

現場3D數據采集，3D激光掃描儀的三維仿真場景，高精度紋理貼圖的方法，用于構建危險貨物的存儲作業。采用Unity 3D平臺開發三維仿真互動和禁忌識別、應急演練、安全培訓系統。建模部分方案如圖4所示。

1） 建立石化危險品生產園區、港口碼頭、貨運倉庫等危險品倉儲三維仿真模型，建立危險品倉儲作業的仿真場景。

2） 基于危險品倉儲三維仿真場景，研發危險品倉儲禁忌事故仿真系統，模擬特定倉儲環境下，將不同危險品混裝、混放等情形下危險品禁忌反應，以及倉儲事故發生、發展的全過程，把可能出現的倉儲事故危害性、破壞性和災難性后果完整展現出來，提供事前風險評估預警服務，以備危險品儲存之需。

3） 研發倉儲事故快速處置和應急演練仿真系統，以三維仿真、動畫模擬的形式，直觀展現危險品倉儲中各類作業流程、安全規范以及倉儲事故發生時如何快速進行事故處理和應急救援[5]。通過三維仿真、情景介入、動畫模擬、現場推演等方式為監管人員、調度人員、作業人員等模擬不同角色、不同崗位的人員在發生事故時，如何迅速進行緊急情況的處置及安全救護工作。

應急演練預警系統：

采用世界著名的3D建模軟件對倉儲場景進行數字建模和效果渲染[6-7]。采用Unity 3D平臺開發設備預警系統，建立演習預警預案，開發不同角色應急推演互動功能。

5.3 危險品倉儲管理監控與預警服務平臺

對危險品倉儲位置、倉儲貨物等信息建立三維設備模型，按照生產要求，設置相應的預警參數，當設備運行達到預警條件時，在三維場景提供實時預警警報。這樣為用戶提供倉儲安全監測預警服務，提醒用戶加強安全防范，做好應急準備。

6 技術關鍵

針對安全監管和企業自檢的實際需求，在常見危險品禁忌配伍基礎上，研究不同類別危險品的性質、物質之間的禁忌危害性，建立智能化的監測識別數據庫，研發危險品倉儲禁忌智能識別系統，為危險品倉儲管理提供了一個準確、科學、智能化的預警手段。

基于特征建模的技術，對危險品禁忌管理進行分析與抽象，建立危險品禁忌識別特征模型，采用三維仿真、動畫模擬等方式，開發了特定倉儲環境下危險禁忌事故仿真系統，建立了危險品倉儲應急演練的仿真平臺，為倉儲管理提供了應急演練、救援模擬、安全培訓等綜合信息服務。

數據源的采集和校驗：系統的所有應用效果必須依賴于數據的及時采集和真實性，危險品流通、倉儲管理是一個復雜的社會活動，如何介入相關業務系統、采用何種數據采集技術和有效校驗這些數據的真實性是重點也是難點。

搭建模擬系統：3D模擬有很多業界的名字，比如虛擬仿真，工程仿真，3D仿真等，具體來說，就是根據這個技術的運用，名字就不一樣了[8]。如何利用三維仿真系統對危險品倉庫進行有效仿真，讓人們體驗到很多在其他技術中體驗不到的感覺是一個重點和難點。

多技術的整合應用：系統工程涉及危險品倉儲的禁忌識別、智能檢測、監測預警、三維仿真等多個技術層面，這些服務系統的研發等都具有較高的難度，在國內也少見成熟的系統方案。

7 結束語

我國政府非常重視危險品倉儲的監管，要求所有的危險品倉儲必須通過安監部門的備案和審核，符合一定的資質才能從事危險品倉儲業務。國家安監總局、交通運輸部、公安部針對近年來危險品安全事故頻發的實際，聯合提出了“科技興安”的指導方針，希望利用先進的科技手段，減少事故的發生，在發生事故后能迅速掌握現場情況，提高救援處理的效率。

基于Unity3D石化危險品禁忌識別與應急演練預警系統，能在三維模擬系統下中模擬危險品倉儲過程中出現危險狀況后，提供應急處置與救援演練服務，實現危險品倉儲安全的監測預警和應急指揮，能最大限度地防范和降低安全事故的損失。這對提高我省石化危險品倉儲安全具有重要的促進作用，具有較高研究價值和廣泛應用前景。

參考文獻：

[1] 李榮祥，吳景旭，張芳利，等.爆炸危險品在運狀態遠程監控系統研究[J].長江信息通信，2022，35（7）：149-153.

[2] 王廷春，張亞麗，穆波，等.移動式多功能防爆監控終端研制及遠程監控平臺研發[J].石油化工自動化，2019，55（2）：39-44.

[3] 李雪.基于無線傳感器網絡的倉儲危險品三維定位關鍵技術研究[D].秦皇島：燕山大學，2017.

[4] 楊舒涵，鄭曉靜，唐富，等.基于Unity3D的高校實驗室消防演練系統[J].計算機科學與應用，2019，9（4）：749-756.

[5] 鐘文.基于Unity3D化學事故應急救援三維虛擬仿真實訓系統研究[J].數字技術與應用，2017（4）：50-51.

[6] 楊鎮豪，田壘，朱留川.基于Unity 3D的火災逃生模擬系統的實現[J].電子技術與軟件工程，2018（1）：52-53.

[7] 吳可玉，莊建軍，徐琳玲.基于Unity 3D的虛擬消防與安全教育系統[J].實驗技術與管理，2020，37（12）：237-240.

[8] 夏蕾.三維技術的分類及應用[J].硅谷，2014，7（15）：121-122.

【通聯編輯：謝媛媛】