虚拟仿真在燃气PE管抢修实训中的应用与实践

杨博文+胡倩+代莉+吴晓南+雷婧艺

[摘 要]PE管有很好的韧性，一般情况下很难破裂，可以抗冲击，抗压，其物理性能非常优越。PE管道材质无毒，具有安全卫生，施工方便，使用寿命长等综合优势。但PE管道虽然安全性比钢管高，但受人为的破坏性概率很大，所以为了培养抢修和维护PE管道的技术应用型人才，西南石油大学从虚拟真技术多感知性、存在感、交互性以及构想性等4个主要特征出发，研发出PE管道仿真教学实训系统。现已将该系统应用到教学中。文章重点介绍了工艺流程、主要设备、操作流程及技能培训等4部分，教学内容呈现出多样化、生动化、形象化的特点。

[关键词]PE管道；虚拟仿真技术；PE管仿真实训系统；抢修

中图分类号：TU996.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0235-02

PE管较钢管有卓越的耐腐蚀性能，柔韧性强、抗地震能力强，焊接工艺简单，施工方便，减少了工程量。但是，PE管在施工及运行中也暴露了一些缺点：施工中如果出现纵向划痕，坚硬物划伤，可导致PE管道应力开裂：一旦具有腐蚀性有机化学物质附在PE管道上，投入运行后，耐环境应力开裂的性能有所降低；PE管刚度相对较低，重压、支撑不均等均易造成管材永久变形，影响使用寿命，此外PE管抗冲击能力低，实际运行中，由于部分建设单位，物业管理单位、用户缺乏安全意识，不重视燃气管线的安全，任意施工，不计后果，极易导致事故的发生。

管道供气设施的安全直接关系到千家万户的安全，一旦出事，就会导致人民生命财产的损失为保证PE燃气管的安全，减少人为破坏，加强PE燃气管抢修就变得十分重要。

一、虚拟仿真与PE管抢修教学结合的必要性

目前， 计算机和网络技术广泛普及和飞速发展为仿真模拟教学软件的开发提供了良好的条件。通过以PE管抢修现场为原型，结合PE管抢修内设备和工艺流程以及操作规范等，利用虚拟现实技术制作出PE管抢修工艺流程以及设备的三维实体模型，以声、图、文字等手段，形成一个图文并茂的人机交互环境，以达到桌面式虚拟培训系统的需要。对PE管抢修培训管理具有良好的效果，使得安全保障能力不断提升，运行效率不断提高，具有良好的经济效益和社会效益。

PE管抢修仿真实训系统可用于工作人员的批量培训，加强理论基础知识的学习，减少培训成本及事故发生隐患，节约培训成本，优化人员技能结构，实现一专多能，提高操作人员知识和技术水平。针对企业需求，公司在标准的PE管抢修仿真实训系统基础上，结合实际的工艺路线、设备选型、平面布置、为企业研发专属的实训系统，从而使新员工快速、安全、系统地学习相关工艺流程、设备参数及管理、安全规范、操作规程等应知应会的工作内容。

集先进性、实用性、科学性于一体的PE管抢修仿真实训系统在课堂教学与员工培训中的应用，增强课堂理论教学和实践培训的效果，为提高学员技能水平提供了科学的方法和手段。

二、虚拟仿真技术的应用

1.虚拟场景模块

虚拟场景主要从PE管抢修平面布局、三维全景及各子系统三维场景进行学习，包括三维全景、平面布置和工艺流程；关闭阀门、去掉破损管道、管道焊接、冷却复原等子系统及管道模型、抢修工具等模块的三维展示及互动操作。

学员在子系统三维场景中可全方位观察抢修设备，熟悉设备参数；通过虚拟场景中PE管抢修过程的学习；实时的互动操作让学员熟悉抢修流程和设备操作。

2.PE管抢修仿真实训模块

（1）工艺流程模块。

系统为流程中的各个工艺设备及阀门定义相关逻辑和动作，用于工艺流程模拟交互，学员通过鼠标点击的方式即可控制流程设备执行相关操作（如开关阀门），并根据工艺流程和安全规范对使用者的不同操作进行提示和响应。系统提供便捷的操作方式（放大、缩小、适屏、原始大小、小地图等）及灵活的设备参数配置功能，可方便地模拟教学过程中的特定参数及原理（如通过设定焊接时调压参数来模拟焊接的工作原理）。

（2）主要设备模块。

该模块包含PE管抢修设备的简介、内部结构详解以及工作原理的模拟，通过单体设备的详细学习，可提高学员对设备构造、工作原理的认知度。学员可对单体设备进行放大缩小及全方位浏览，使学员直观、快速地熟悉设备主要的内部构造。

1、夹扁断气抢修法所需工具、设备准备需准备的工具、设备如下：

（1）夹管器。其作用是使用该工具后可以带气、带水作业。方便在不停气或水的情况进行管道安装及维修。

（2）钻孔机：由钻杆，钻筒，钻头等组成，其功能是钻孔

（3）堵头机。由操作杆、堵头等组成。其功能是在完成抢修施工后，对钻孔进行密封处理。

通过全方位浏览单体设备以及详细学习，提高了学生对设备构造、工作原理的认知度，为学生将来实际操作工艺设备奠定了扎实的理论基础。

（3）操作流程模块。

操作流程模块针对PE管抢修的操作流程进行模拟操作学习，根据操作规程和安全应急预案建立的模拟操作场景引导学员操作，达到规范操作、牢记操作步骤、减少安全隐患的目的。

系统采用引导式的训练方法，学员进入模拟操作流程后，系统依据操作规程给出详细的操作步骤，学员根据当前的提示（设备编号、操作类型）进行模拟操作。

例如，用夹扁断气抢修法，这种方法适用条件外径大于等于110mm以下直接夹扁断气，110mm以上双夹扁断气加放散。具体操作步骤如下：

①用鼠标点击上游的阀门，选择关闭状态。

②选择锉刀锯去损坏的管道并划线去氧化皮

③点击新PE管，上套筒并且输入同轴高度参数，套上电熔套筒

④点击PE管材热合机进行焊接

⑤选择冷却时间，冷却后拆除放散管木塞塞孔

⑥选择锉刀将木塞削平，安装修补马鞍焊修补马鞍

⑦点击拆除断气工具并选择PE管复原设备，将PE管复原

⑧回填打开阀门。

学生也可以有计划地进入多媒体学习室进行自主操作。学生进入模拟操作流程后，系统依据操作规程给出详细的操作步骤，学生再根据当前提示（设备编号、操作类型）进行反复的模拟操作练习。通过这种学习方式，学生学习效率明显提高，教师也达到了令学生规范操作、牢记操作步骤、减少安全隐患的教学目的。

三、结语与展望

随着我国清洁能源建设的发展，PE管轻便、耐腐蚀、易于操作等优点备受青睐，聚乙烯塑料管在给排水行业具有广阔的发展空间。因此，确保PE管道的工程质量、了解破坏原因、深化抢修手段等将日益重要。所以，施工过程中应严格检查施工质量，进行全过程的跟踪检查及验收，建立完整的质量保证体系。竣工资料要详实准确，以便于日后管理中进行巡查、维护，防止意外事故和人为破坏事故的发生。

为达到安全实训的目的，将虚拟仿真技术应用到课堂教学已成为高校教学改革必不可少的重要部分。对PE管抢修工作来说，PE管抢修仿真实训系统的研发，有以下几点重要意义：

（1）改变了传统的教学模式，其生动性、灵活性以及交互性极大地提高了学生的学习兴趣。

（2）通过了解二维工艺流程、熟悉主要设备原理、浏览三维虚拟场景、模拟操作工艺流程以及考核学习成果，学生能较快地熟悉PE管抢修的现场环境、设备、安全规范及相关操作，降低了高校实训成本，避免了操作风险。

因此，在PE管抢修教学中引入虚拟仿真技术，进一步完成PE管损坏原因、损坏后果、抢修方案的仿真教学系统的研发，形成一套集先进性、实用性、科学性于一体的PE管抢修系统，是一项长期目标，具有深远意义。

参考文献

[1] 《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）.

[2] 蒲红波.PE给水管施工常见故障及解决办法[J].给水排水，2008（12）：99-101.

[3] 李长宏，雷国理.聚乙烯（PE）供水管施工技术[J].广东水利水电， 2005（6）：12-16.

[4] 聂荣忠.给水PE管施工技术及几点经验[J].甘肃科技，2007（1）：42-44.

[5] 苏显明.浅谈PE给水塑料管漏水抢修[J].大众科技，2009（119）：79-50.