虚拟仿真技术在石油库和加油站施工作业安全管理环节的应用

王 栋

〔中国石化广西石油分公司 广西南宁 530000〕

1 项目背景

石油库和加油站施工作业环节管理一直是安全管理的薄弱环节,具有管理难度大、潜在风险多等特点，参与施工作业环节管理的员工经验不足、能力欠缺、标准生疏等是导致事故发生的重要原因。目前解决上述问题的手段主要是对管理人员进行培训，而传统的培训存在一定的局限性，例如：培训效果是否良好主要取决于教师的水平，培训过程依赖实体化模型等。

在此背景下，集“仿真学习、作业过程辅助和智能预警”为一体的施工作业流程辅助系统可以更好地解决此问题，可以使涉及施工安全的关键节点及安全部分得到更精细化的管理，是有效提高企业施工作业监管人员安全意识、安全习惯与安全技能的有效途径，也是有效减少违章作业，降低事故发生率的重要手段。

2 系统主要构成

“四化一体”交互式施工作业流程辅助系统是利用虚拟现实与仿真、建筑信息模型、智能识别等技术，建立以直接作业管理为主体，设置“多样化”培训场景、“智能化”作业审批、“直观化”风险识别和“可视化”风险预警功能的一体式施工作业流程辅助系统[1]，从施工作业前期、中期和后期全过程跟踪辅助，确保作业过程安全，具体建设内容如下。

(1)通过VR虚拟现实与仿真、BIM建筑信息模型技术，掌握施工作业环节安全管理技能。让员工以更加自然的方式，身临其境地体验并参与到施工过程安全管理，并通过虚拟填写、指挥、体验等动作方式，掌握直接作业环节安全管理的要点，提高安全监管技能。

(2)通过AR增强现实技术，将作业现场与虚拟信息融合，辅助进行作业风险识别管理。将真实的施工现场环境、信息与虚拟信息“无缝”集成，将施工作业现场环境映射到虚拟环境中，进行智能识别存在的风险，协助员工进行风险识别和作业审批。

(3)通过AI人工智能技术，进行施工作业现场全流程录影中实现可视化违章识别和预警。主要利用施工作业现场视频监控系统与AI技术相结合，对作业现场存在的各种安全风险(人员、材料、机械等)和违章作业进行智能检测并识别预警，消除施工现场安全隐患。

3 系统具体应用

3.1 利用VR虚拟现实与仿真技术，实现施工作业环节安全管理可视化模拟

构建“多样化”培训作业场景，即建立多样化虚拟施工作业场景。目前石化销售企业施工作业环节主要集中在施工工地以及石油库、加油加气站检维修现场，具有作业面广、作业交叉多、安全管理难度大的特点。为此，将作业场景进行分类，构建“三项四科”作业场景，以石油库、加油站和施工工地作业为基础背景，结合建筑信息模型BIM建立四科具体作业场景[2]：一是建立石油库罐区改造施工、工艺管线施工、设备检维修施工等作业场景；二是建立加油站罐区改造施工、电气线路、罩棚更换以及加油站管线、设备检维修施工等作业场景；三是建立新建项目完整的施工工地场景；四是建立办公楼等基础建筑施工场景，将直接作业内容直接嵌入到各个场景中，增设管理人员、施工人员等角色，从而实现直接作业场景虚拟化、直观化、多样化，可针对不同板块业务管理人员进行专项培训。

3.2 通过AR增强现实技术，将施工作业现场与虚拟信息融合，辅助进行作业风险识别管理

(1)构建“智能化”作业审批流程。目前施工作业审批主要是以作业票为载体，作业票填写时具有填写项目多、填写标准严、风险识别意识强的特点。因此，利用AR技术将作业票虚拟化与现实的作业现场相叠加，将作业审批环节进行直观化设计，将审批内容以立体式对话框的形式结合七大作业场景进行呈现，系统以“语音”加“动态字幕”的形式进行辅助式审批，提示和指导审批人员需要审批的内容、审批要求、填写注意事项等，审批人员在语音、文字的辅助下，进行规范的作业审批。

(2)建立“直观化”风险识别机制。目前施工作业现场风险识别主要是通过员工主观识别，但由于员工风险识别技能存在差异，往往会忽略一些风险，导致作业过程中存在一定的安全隐患。因此，利用AR技术将直接作业内容以立体式对话框的形式结合七大作业风险内容建设直观化风险识别场景，将作业现场的“人员、设备和环境”三个要素进行模拟仿真处理[3]，将真实的作业环境和虚拟提示信息、语音信息之间进行重叠，在同一个画面以及空间中同时存在，管理者通过佩戴AR眼镜，视野中不仅能够有效体现出真实的作业现场情景，也能看到作业现场的“风险点的位置、风险点类别及需要采取的防控措施”等文字、语音提示信息，可以更加准确、有效地进行作业现场风险识别和风险管控。

3.3 通过AI人工智能技术，进行作业现场全流程录影，实现可视化违章识别和预警

建立“全程化”智能识别预警。目前，施工作业现场配备了视频监控设备，但主要是靠员工在后台进行人工监管，对于现场违章作业只能进行事后处罚，还未做到提前预警。因此，利用人脸识别、动作行为识别等AR技术与视频监控设备相结合，通过人工智能和机器学习、图像识别处理技术，实现对作业现场各种潜在安全风险全方位全时段识别，同时将报警信息接入综合监控平台，将“事后处罚”变为“事前预警”，达到对现场违章作业行为智能化识别锁定、储存及报警功能，从而提高安全管控效率，确保作业安全。

4 现场应用情况

目前，该系统已经完成阶段性研发，并在部分石油库和加油站施工现场试用。从施工现场视频监控违章对比、作业票检查对比和现场检查对比中发现，系统使用后，施工安全培训变得更有效，作业管控变得更形象，施工管理变得更规范，施工作业违章率明显下降。

例如：某加油站油罐内衬施工项目，利用该系统进行了全周期、全过程的施工安全管理，并重点对以下4个重要节点进行了辅助管理。

(1)承包商入场培训。主要通过VR装置，模拟真实的加油站内衬施工作业环境，施工人员佩戴VR眼镜，置身于真实的作业环境对临时用电作业步骤操作、防爆设备选用、受限空间应急与急救技能进行直观化的学习。“多样化”VR培训与传统式培训对比见表1。

表1 “双样化”VR培训与传统式入场培训对比

(2)作业票智能辅助审批。通过电子化作业票进行作业票辅助签发。主要通过平板电脑将需要审批的作业票内容以对话框的形式呈现在签发人面前。同时，系统会通过“语音”加“动态字幕”的形式，提示签发人作业票签发的注意事项、规定动作及重点关注点等，从而确保作业票规范的审批和签发。作业票智能辅助审批与传统作业票审批对比见表2。

表2 作业票智能辅助审批与传统作业票审批对比

(3)直观的进行现场风险识别和预警。主要通过施工现场视频监控设备和语音设备，通过人脸识别、动作行为识别等AR技术，对施工作业现场各种潜在安全风险全方位全时段识别，例如高处作业不系安全带、不佩戴安全帽、钩机作业半径内站人等风险，系统识别后同步进行作业现场语音提醒，及时制止违章作业。智能识别预警与传统式人员监管对比见表3。

表3 智能识别预警与传统式人员监管对比

5 结束语

通过利用该系统，石油库和加油站施工作业环节作业审批合格率可提高至90 %以上，风险识别到位率提高至90 %以上，作业现场违章率降低至10 %以下，为提升石油库和加油站施工作业环节安全管理水平，保障安全生产运营提供了保障。