化工安全生產(chǎn)及管理中VR技術的實踐

王強

(山東五維管理咨詢有限公司，山東 壽光 262700)

1 VR技術在化學工業(yè)安全領域中的特點分析

1.1 VR技術及其應用現(xiàn)狀

虛擬現(xiàn)實(virtual reality，VR)是一種綜合網(wǎng)絡、立體顯示、計算機圖形、多媒體、傳感器、人機交互以及仿真技術等多種科學技術為一體的計算機領域新技術[1]。其能夠為使用者創(chuàng)設出與日常生活幾近相同的虛擬場景，帶給使用者視覺、觸覺、聽覺三重感官體驗，讓使用者身臨其境般對三維空間中的事物觀察學習。目前，VR技術在軍事及航天航空領域、醫(yī)學領域、教育領域都有所建樹，如表1所示。

表1 VR技術應用領域及其應用成果

1.2 VR技術在化學工業(yè)安全領域中的特點

VR技術在化學工業(yè)安全領域中的應用特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)在化工安全領域中，VR技術適用于絕大多數(shù)場景，例如化學產(chǎn)品生產(chǎn)、機器檢修及危險品拆卸場景都能通過VR技術場景再現(xiàn)，可協(xié)助員工熟悉工作內(nèi)容，排查安全隱患。

(2)VR技術針對性極強。VR技術可以將安全隱患類型、排查難度、相關法律法規(guī)等條件作為腳本加載至三維仿真模型中以創(chuàng)設三維場景，三維場景中的各項安全隱患的設計與腳本相同[2]。以某化工廠重點崗位職工完成安全技能培訓提升的人數(shù)為例，如表2所示。傳統(tǒng)演練模式對化工廠重點崗位職工開展安全技能培訓收獲不大，某化工廠在2022年重點崗位職工完成安全技能培訓人數(shù)僅占總培訓人數(shù)的30%。利用VR技術開展員工安全技能培訓有巨大優(yōu)勢，其模擬的演練場景制作成本低且貼合實際，更不會對員工的生命安全產(chǎn)生威脅。

表2 2020—2022年某化工廠重點崗位職工完成安全技能培訓提升的培訓人數(shù)占比

2 化工安全與管理中VR技術的應用實踐

2.1 化工機械設備拆裝與故障排查VR系統(tǒng)

VR技術在應用教學培訓中的應用特點主要表現(xiàn)為：

(1)VR技術屬于新興技術，化工安全生產(chǎn)管理應用較少，新興技術能激發(fā)起員工學習興趣，調(diào)動員工訓練積極性；

(2)現(xiàn)實生活中，化工行業(yè)的安全教育與應急培訓演練屬于“危險”課程，利用VR技術開展教育與演練能避免員工在演練過程中受到傷害；

(3)與化工行業(yè)傳統(tǒng)的應急演練教室相比，VR技術相關設備維修成本低、使用資金少，可根據(jù)員工需求及時對虛擬場景進行調(diào)整；

(4)創(chuàng)建過的演練場景可不限使用次數(shù)，可以利用員工碎片化時間開展培訓，不耽誤化工廠作業(yè)進程。

2.1.1 培訓系統(tǒng)功能

化工機械設備拆裝與故障排查培訓系統(tǒng)是新型培訓手段，可使員工不受時間與地點限制，隨時進行“解剖式”拆裝訓練，為員工深入熟悉化工設備內(nèi)部零件結構奠定基礎。利用VR系統(tǒng)的仿真頁面可有效模擬化工生產(chǎn)中設備運行可能出現(xiàn)的各種故障，使員工在安全環(huán)境中鍛煉故障應急處理能力。

2.1.2 培訓系統(tǒng)開發(fā)

(1)產(chǎn)品軟件系統(tǒng)

化工機械設備拆裝與故障排除VR培訓系統(tǒng)包括化工機械設備安全操作VR培訓模塊、化工機械設備故障排查VR培訓模塊、化工機械設備運維拆解VR培訓模塊、高風險作業(yè)防控VR培訓模塊和職業(yè)技能鑒定與考核模塊。系統(tǒng)中包含員工日常工作中300多項操作訓練，覆蓋性極強。在系統(tǒng)中，員工體驗過程分為故事介紹、第一人稱體驗、第三人稱回放、事故原因分析、防范措施及小測驗六個部分，可有效提高員工判斷機械設備故障以及員工檢驗和評估應急預案可行性的能力。

(2)軟件系統(tǒng)與開發(fā)成果

化工機械設備拆裝與故障排除VR培訓軟件依托于校企合作，與專業(yè)VR制作公司深入交流，共同設計VR培訓軟件系統(tǒng)內(nèi)容，化工設備故障診斷與處理教產(chǎn)融合一體化VR培訓系統(tǒng)以及化工機械設備教產(chǎn)融合一體化VR拆裝培訓系統(tǒng)已獲得國家專利。

(3)產(chǎn)品硬件系統(tǒng)

化工機械設備拆裝與故障排查VR培訓硬件系統(tǒng)包括65寸品牌液晶顯示器構成的顯示系統(tǒng)，高性能主機、高端顯卡及真機操控部件構成的高性能主機，HTC VIVE高端頭顯、leapmotion手部追蹤與手勢控制器組成的VR體驗系統(tǒng)。

2.2 隱患排查示范

VR技術在化工安全與管理中隱患排查的應用表現(xiàn)為：在隱患排查訓練時，VR技術以員工日常工作的化學工廠為原型，搭建化學工廠仿真模型及廠內(nèi)建筑模型，將化學工廠中常見的安全隱患作為腳本加載至三維仿真模型中，如圖1所示，然后讓參與排查訓練的員工通過相關網(wǎng)絡通訊設備進入三維仿真模型中，對安全隱患進行排查。根據(jù)員工的工作年限、技能掌握程度設計不同的排查時長與計分規(guī)則，針對性地根據(jù)員工特點開展專項技能培育。

圖1 計算機三維仿真模型

在三維仿真模型中設計的安全隱患有設備腐蝕、誤操作、設備斷水斷氣、超溫超壓、低溫低壓、工業(yè)氣體泄漏等。三維仿真模型中設計的安全隱患均屬于常見的安全隱患。以壓力機模腔排查隱患為例，利用VR技術將壓力機模腔常見的安全隱患作為腳本搭建三維仿真模型，讓參與者扮演壓力機工角色，配合對壓力機模腔進行隱患排查。在隱患排查過程后，由項目負責人指出參與者在排查過程中的不足之處，并為參與者展示正確排查流程，整體訓練時長適中、難度適中、場景逼真、觸感真實，員工滿意度極高。

2.3 應急演練示范

2.3.1 VR技術在應急演練中的特點

VR技術在應急演練領域中的應用主要表現(xiàn)為VR技術具有的虛擬演練系統(tǒng)可對任何培訓項目進行模擬。同時，企業(yè)可根據(jù)不同員工的不同需求為員工創(chuàng)設適合員工特性的VR虛擬場景，提高員工專項技能。如今，VR技術已發(fā)展成熟，其創(chuàng)設出的虛擬場景與真實場景相似度極高，在虛擬場景中，員工的操作仍然立足于實際操作的相關法律法規(guī)。此外，VR技術不受時間與地理位置的限制，其構建的虛擬場景與現(xiàn)實場景別無二致，并且虛擬場景可循環(huán)使用，員工可大膽試錯，累積工作經(jīng)驗。身處不同場所的員工只需要通過相關網(wǎng)絡通訊設備便可進入相同虛擬場景，開展統(tǒng)一培訓。

2.3.2 安全作業(yè)應急演練

應急演練參與者分別扮演作業(yè)人、監(jiān)護人、項目負責人不同批次地進入到VR系統(tǒng)實景設計的動火、高處、吊裝、盲板抽堵、臨時用電、斷路等八大特殊作業(yè)場景中。在受限空間內(nèi)，以NPC違規(guī)進入罐內(nèi)清除廢料、余料揮發(fā)后的危險物質(zhì)導致NPC頭暈昏迷為腳本，利用VR技術創(chuàng)建仿真模型，如圖2所示，應急演練參與者需對NPC救護并展示正確作業(yè)程序 ，救護結束后，VR技術會根據(jù)參與者在救護過程中的行為綜合打分。

2.3.3 工業(yè)操作應急演練

VR技術也可模擬由于超溫超壓、斷電、斷水等原因引發(fā)的操作事故現(xiàn)場。以NPC因煤氣中毒而倒地的操作事故現(xiàn)場為例，參與者需撥打電話給煤氣站防護人員，并在防護人員到達前設立警戒線，根據(jù)系統(tǒng)提示音將中毒NPC移動至安全區(qū)域開展緊急救護。演練結束后，根據(jù)參與者的行為綜合打分。

3 結語

VR技術在安全隱患排查訓練與應急演練中的作用舉足輕重，利用VR技術開展安全隱患排查訓練與應急演練能節(jié)省化工廠大量人力物力，也可避免員工在培訓中受到傷害。除將VR技術運用到化工廠安全隱患排查訓練與應急演練外，化工廠也要著力落實安全管理與應急措施相關規(guī)章制度，建立健全突發(fā)事故應急預案，落實員工安全意識培訓工作，增強員工安全意識，進一步提高化工廠安全管理水平，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。