化工安全生产及管理中VR技术的实践

王强

(山东五维管理咨询有限公司，山东 寿光 262700)

1 VR技术在化学工业安全领域中的特点分析

1.1 VR技术及其应用现状

虚拟现实(virtual reality，VR)是一种综合网络、立体显示、计算机图形、多媒体、传感器、人机交互以及仿真技术等多种科学技术为一体的计算机领域新技术[1]。其能够为使用者创设出与日常生活几近相同的虚拟场景，带给使用者视觉、触觉、听觉三重感官体验，让使用者身临其境般对三维空间中的事物观察学习。目前，VR技术在军事及航天航空领域、医学领域、教育领域都有所建树，如表1所示。

表1 VR技术应用领域及其应用成果

1.2 VR技术在化学工业安全领域中的特点

VR技术在化学工业安全领域中的应用特点主要表现在以下几个方面：

(1)在化工安全领域中，VR技术适用于绝大多数场景，例如化学产品生产、机器检修及危险品拆卸场景都能通过VR技术场景再现，可协助员工熟悉工作内容，排查安全隐患。

(2)VR技术针对性极强。VR技术可以将安全隐患类型、排查难度、相关法律法规等条件作为脚本加载至三维仿真模型中以创设三维场景，三维场景中的各项安全隐患的设计与脚本相同[2]。以某化工厂重点岗位职工完成安全技能培训提升的人数为例，如表2所示。传统演练模式对化工厂重点岗位职工开展安全技能培训收获不大，某化工厂在2022年重点岗位职工完成安全技能培训人数仅占总培训人数的30%。利用VR技术开展员工安全技能培训有巨大优势，其模拟的演练场景制作成本低且贴合实际，更不会对员工的生命安全产生威胁。

表2 2020—2022年某化工厂重点岗位职工完成安全技能培训提升的培训人数占比

2 化工安全与管理中VR技术的应用实践

2.1 化工机械设备拆装与故障排查VR系统

VR技术在应用教学培训中的应用特点主要表现为：

(1)VR技术属于新兴技术，化工安全生产管理应用较少，新兴技术能激发起员工学习兴趣，调动员工训练积极性；

(2)现实生活中，化工行业的安全教育与应急培训演练属于“危险”课程，利用VR技术开展教育与演练能避免员工在演练过程中受到伤害；

(3)与化工行业传统的应急演练教室相比，VR技术相关设备维修成本低、使用资金少，可根据员工需求及时对虚拟场景进行调整；

(4)创建过的演练场景可不限使用次数，可以利用员工碎片化时间开展培训，不耽误化工厂作业进程。

2.1.1 培训系统功能

化工机械设备拆装与故障排查培训系统是新型培训手段，可使员工不受时间与地点限制，随时进行“解剖式”拆装训练，为员工深入熟悉化工设备内部零件结构奠定基础。利用VR系统的仿真页面可有效模拟化工生产中设备运行可能出现的各种故障，使员工在安全环境中锻炼故障应急处理能力。

2.1.2 培训系统开发

(1)产品软件系统

化工机械设备拆装与故障排除VR培训系统包括化工机械设备安全操作VR培训模块、化工机械设备故障排查VR培训模块、化工机械设备运维拆解VR培训模块、高风险作业防控VR培训模块和职业技能鉴定与考核模块。系统中包含员工日常工作中300多项操作训练，覆盖性极强。在系统中，员工体验过程分为故事介绍、第一人称体验、第三人称回放、事故原因分析、防范措施及小测验六个部分，可有效提高员工判断机械设备故障以及员工检验和评估应急预案可行性的能力。

(2)软件系统与开发成果

化工机械设备拆装与故障排除VR培训软件依托于校企合作，与专业VR制作公司深入交流，共同设计VR培训软件系统内容，化工设备故障诊断与处理教产融合一体化VR培训系统以及化工机械设备教产融合一体化VR拆装培训系统已获得国家专利。

(3)产品硬件系统

化工机械设备拆装与故障排查VR培训硬件系统包括65寸品牌液晶显示器构成的显示系统，高性能主机、高端显卡及真机操控部件构成的高性能主机，HTC VIVE高端头显、leapmotion手部追踪与手势控制器组成的VR体验系统。

2.2 隐患排查示范

VR技术在化工安全与管理中隐患排查的应用表现为：在隐患排查训练时，VR技术以员工日常工作的化学工厂为原型，搭建化学工厂仿真模型及厂内建筑模型，将化学工厂中常见的安全隐患作为脚本加载至三维仿真模型中，如图1所示，然后让参与排查训练的员工通过相关网络通讯设备进入三维仿真模型中，对安全隐患进行排查。根据员工的工作年限、技能掌握程度设计不同的排查时长与计分规则，针对性地根据员工特点开展专项技能培育。

图1 计算机三维仿真模型

在三维仿真模型中设计的安全隐患有设备腐蚀、误操作、设备断水断气、超温超压、低温低压、工业气体泄漏等。三维仿真模型中设计的安全隐患均属于常见的安全隐患。以压力机模腔排查隐患为例，利用VR技术将压力机模腔常见的安全隐患作为脚本搭建三维仿真模型，让参与者扮演压力机工角色，配合对压力机模腔进行隐患排查。在隐患排查过程后，由项目负责人指出参与者在排查过程中的不足之处，并为参与者展示正确排查流程，整体训练时长适中、难度适中、场景逼真、触感真实，员工满意度极高。

2.3 应急演练示范

2.3.1 VR技术在应急演练中的特点

VR技术在应急演练领域中的应用主要表现为VR技术具有的虚拟演练系统可对任何培训项目进行模拟。同时，企业可根据不同员工的不同需求为员工创设适合员工特性的VR虚拟场景，提高员工专项技能。如今，VR技术已发展成熟，其创设出的虚拟场景与真实场景相似度极高，在虚拟场景中，员工的操作仍然立足于实际操作的相关法律法规。此外，VR技术不受时间与地理位置的限制，其构建的虚拟场景与现实场景别无二致，并且虚拟场景可循环使用，员工可大胆试错，累积工作经验。身处不同场所的员工只需要通过相关网络通讯设备便可进入相同虚拟场景，开展统一培训。

2.3.2 安全作业应急演练

应急演练参与者分别扮演作业人、监护人、项目负责人不同批次地进入到VR系统实景设计的动火、高处、吊装、盲板抽堵、临时用电、断路等八大特殊作业场景中。在受限空间内，以NPC违规进入罐内清除废料、余料挥发后的危险物质导致NPC头晕昏迷为脚本，利用VR技术创建仿真模型，如图2所示，应急演练参与者需对NPC救护并展示正确作业程序 ，救护结束后，VR技术会根据参与者在救护过程中的行为综合打分。

2.3.3 工业操作应急演练

VR技术也可模拟由于超温超压、断电、断水等原因引发的操作事故现场。以NPC因煤气中毒而倒地的操作事故现场为例，参与者需拨打电话给煤气站防护人员，并在防护人员到达前设立警戒线，根据系统提示音将中毒NPC移动至安全区域开展紧急救护。演练结束后，根据参与者的行为综合打分。

3 结语

VR技术在安全隐患排查训练与应急演练中的作用举足轻重，利用VR技术开展安全隐患排查训练与应急演练能节省化工厂大量人力物力，也可避免员工在培训中受到伤害。除将VR技术运用到化工厂安全隐患排查训练与应急演练外，化工厂也要着力落实安全管理与应急措施相关规章制度，建立健全突发事故应急预案，落实员工安全意识培训工作，增强员工安全意识，进一步提高化工厂安全管理水平，提高企业经济效益。