VR技术在检测作业培训中的应用

白朋辉，龙丽榕

（1、广东省建设工程质量安全检测总站有限公司 广州 510500；2、广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广州 510500）

0 引言

由于存在人员流动性大、作业现场多、环境复杂等不利因素［1-3］，建设工程检测行业是一个事故风险相对较高的领域，为避免发生人为造成的事故，检测作业人员必须具备认真、规范和严谨的安全意识。传统的检测安全教育培训模式效果不佳，检测作业人员没有掌握安全知识，也缺乏对事故造成严重后果的认知。

虚拟现实技术（英文全称为Virtual Reality，可简称为VR），是一种整合计算机图像学、计算机网络技术、三维显示技术、人机接口技术和人工智能技术等领域优势的计算机高新技术［4-8］，该技术既可创造虚拟世界又可实现亲身体验，具有感知性、沉浸性、交互性和构想性等特点。VR 技术利用相关的计算机技术创造出一个逼真的三维世界，注重体验者的视觉、听觉、触觉等感官的真实模拟，从而实现人机间沉浸式实时交互，将VR 技术用于检测安全培训，提升检测作业安全培训效果。

1 VR技术在检测安全培训中的优势

1.1 突破时空限制，复刻检测现场

VR 技术能够模拟检测作业的现场环境，通过构建逼真的三维立体虚拟场景，可以复刻各种检测作业现场，如竖向抗拔静载试验作业、高应变法检测作业、路桥隧检测作业、有限空间作业等，使受培训人员不必亲临作业现场，也可突破时间和空间的限制，真实地了解检测作业的全过程。

1.2 沉浸式体验，任务式教学

VR 技术能够构建逼真的虚拟场景，让受培训人员在虚拟空间中获得沉浸式体验，通过任务式教学的方式来达到培训目的。受培训人员可以利用特定的VR 设备，以第一人称视角亲身体验检测作业过程中的危险因素，感受到安全事故后果的严重性，以及学会如何应对的突发的险情。在体验结束后，受培训人员可通过第三人称视角来重温当时的场景，并进行有针对性的分析和总结。在体验式教学中，受培训人员可以掌握整个检测作业流程和作业环境中的危险因素，以增强自身对事故的预防意识。通过将VR 技术的沉浸感、仿真性和交互性特征与人机互动相结合，受培训人员能够在安全教育系统上完成检测作业安全技术交底、安全隐患排查等工作［9］。

1.3 安全性能高，投入成本低

传统的检测安全教育培训若想强调安全事故具有严重的后果，培养受培训人员的危机意识，主要通过两种方式：一是采取观看视频的方式，这种方式比较直接，虽然在短期内能够起到安全警示效果，但是随着时间的推移，培训效果会逐步回归到培训前的状态；二是通过搭建安全体验馆的方式［10］，这种方式存在一定的安全风险并且投入成本较高，例如高处坠落的体验项目，耗费体验器材和空间等资金，需要受培训人员在在5 m 高度突然坠落到铺设好充气气垫的地面。然而，通过将VR 技术引入到检测作业安全教育培训中来，既能够让受培训人员在安全的条件下真实体验检测作业过程中的常见事故，又能够减少安全体验馆固定的体验器材和空间等资金的投入，实现整体安全性能提高和降低投入成本的目的。

基于上述存在的问题，广东省建设工程质量安全检测总站有限公司（以下简称省总站）针对一些典型的检测作业开发了BIMVR 路桥隧生产作业安全培训系统、覆盖渠有限空间作业安全培训VR 系统、塔式起重机检测VR培训系统。

2 BIMVR路桥隧生产作业安全培训系统［11］

BIMVR安全教育培训系统从检测角度选取案例，通过三个具有代表性的场景为安全培训人员带来真实的安全事故体验，以达到“知安全、重安全”的作用。三个案例分别为：桥梁检测高空落水VR 体验；隧道无损检测高空坠落、物体打击VR 体验；道路交通安全事故VR体验。

2.1 桥梁检测高空落水VR体验

检测人员在水上平台（见图1）进行梁底外观检测，由于水上移动平台失稳导致检测人员落水，由岸上人员进行施救，并进行溺水抢救。主要模拟内容：定位水上平台、上到活动平台、绑好安全带、抓着栏杆、水上活动平台移动、平台失稳倾斜沉入水中、下降至2.0 m 高度后解脱安全绳、跳入水中、用力挣扎、体力耗尽后溺水、岸上人员救援船划船落水人员身旁、救生人员带着救生圈下水、帮落水人员带上救生圈、拉至岸上、船上人员拉至浅水区域、将溺水人员平躺在地面、检查溺水人员状况、清理口腔鼻孔异物、进行心脏复苏急救。

图1 水上平台模型Fig.1 Floating Platform Model

2.2 隧道无损检测高空坠落、物体打击VR体验

检测人员进行隧道二衬强度检测（见图2），由于操作失误，导致仪器盒掉落砸到作业平台下方人员，同时发生高处坠落事件。主要模拟内容：绑好安全带、收拾检测仪器、爬上活动平台、安全带挂钩套好、开始回弹检测作业、活动平台检测人员交换位置、踢到仪器盒意外掉落、捡起仪器盒、触碰到栏杆、栏杆掉落、检测人员坠落、安全带挂住掉落的检测人员与钢管轻微擦伤、仪器盒及栏杆掉落砸到地上记录人员头部、仪器与安全帽撞击、记录人员晕倒无外伤、同行人员进行救助伤员。

图2 隧道二衬检测模型Fig.2 Tunnel Second Lining Detection Model

2.3 道路交通安全事故VR体验

检测人员正在进行道路检测，车辆在转弯处发生碰撞事故，导致作业人员受伤，未受伤人员进行现场事故的应急处理（见图3）。主要模拟内容：检测人员坐行行驶车上、车开到转弯处、转弯车辆处准备并线、双方碰撞同时刹车、后座同事撞上司机椅后背、头部受伤、短暂意识模糊、副驾驶位同事下车摆放警告标志、仪器散落、后座人员帮伤员按压人中穴及合谷穴、伤者恢复意识、确认无骨折情况、被搀扶在路边树下静卧、同行人员拔打了120急救电话、救护车到场进行救治、伤者意识恢复、车辆离开、结束。

图3 车辆事故模型Fig.3 Vehicle Accident Model

3 覆盖渠有限空间作业安全培训VR系统

覆盖渠是指被某些物体盖着或者表面看不到的渠道，是一种典型的有限空间。覆盖渠随着时间的推移，易产生老化现象，导致外观产生质量缺陷，从而对周围环境造成不良影响，为避免该不良现象的产生，因此会对其外观定期进行检测作业。但有限空间区域与外界相对隔离，出入口较为狭窄，作业人员不能长时间在内工作，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足的空间。

基于上述存在的问题，以覆盖渠外观检测为例，将有限空间作业安全教育培训与VR 技术相结合，开发出一款用于指导有限空间安全作业的VR 系统。学员通过佩戴相应的设备进入该系统，VR 系统场景环境和现场检测作业的声效共同作用，可以使得学员切身感受到违规作业的危害，提高事故预防的意识。该系统分别设置了正确模式以及考核模式。正确模式下主要目的是对学员进行覆盖渠有限空间作业的安全教育培训，让学员快速学习如何正确有序的开展作业工作，考核模式则隐去了相关提示，并且会对学员的完成情况进行打分，学员可以根据分数了解自己的薄弱环节，加深自己对于有限空间作业的认识和体会。培训内容主要分为八大模块：签署审批表、安全交底、打开井盖、设置围挡、通风、检测气体、签署安全检测表、选择错误设备引发危险，在进行每个内容模块建设时会有相应的操作提示。

4 塔式起重机检测VR培训系统

塔式起重机是高层建筑施工过程中比较常用的工具之一。在施工的过程中，塔式起重机主要的任务就是将建筑物品运送到高空中。所以加强对塔式起重机检测工作的重视，确保塔式起重机的安全，能够避免建筑物品高空坠落的现象发生，进而确保地面工作人员的人身安全。尤其是在人员密集的施工场所，确保塔式起重机的正常使用更显得尤为重要。加强对塔式起重机检测工作的重视，确保塔式起重机在使用过程中的安全，不仅能够对操作人员的人身安全进行保障，还能够促进建筑项目的顺利进行，节省建筑企业的成本开支。

基于上述存在的问题，省总站开发了塔式起重机检测VR 培训系统，总体功能可分检测安全培训模式、考验测评模式和事故体验模式三个功能模块。

4.1 检测安全培训模式

体验者进行塔式起重机检测作业的安全教育培训，培训内容主要分为六大部分：准备工作、塔机基础检测、塔机塔身检测、套架与平台处检测、司机室及平衡臂检测、起重臂检测。

4.2 考验测评模式

体验者进行塔式起重机检测作业常见问题的考核，主要分为两个阶段：准备阶段和考核阶段。在准备阶段，体验者需进行劳保用品与防护用具的穿戴和检查，体验者手持手柄依次模拟抓取安全帽、劳保鞋和安全带等并相应佩戴，完成后前往现场检测配合人员处针对现场作业进行技术交底。在考核阶段，体验者需要依次完成塔身垂直度测量、吊钩不允许出现的缺陷、正确悬挂安全带、找出塔架外观缺陷等问题，选出正确的答案。

4.3 事故体验模式

体验者进行塔式起重机检测时高空坠落和物体打击的安全教育培训，培训内容主要分为两个阶段：准备工作和事故体验。在准备工作部分，体验者需进行劳保用品与防护用具的穿戴和检查，体验者手持手柄依次模拟抓取安全帽、劳保鞋和安全带等并相应佩戴，完成后前往现场检测配合人员处针对现场作业进行技术交底。在事故体验阶段，集成了塔式起重机检测作业中可能存在的隐患发生的体验场景。主要包含了物体打击、攀爬直梯高坠、起重臂检测点1 高坠、起重臂检测点2高坠。

5 结论

传统的检测安全培训过程单一、缺乏沉浸感以及缺乏交互性，培训效果达不到预期，本文提出了将VR技术用于检测作业安全培训，激发检测作业人员的兴趣，加强检测作业人员对安全事故的认知和自身的安全意识，从而达到了安全教育培训的效果。