李磊（1.中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071；2.中國海洋大學， 山東 青島 266100）

典型煉油裝置“HSE數(shù)字化”技術應用研究

李磊（1.中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071；2.中國海洋大學， 山東 青島 266100）

本文探討了數(shù)字化、信息化與虛擬現(xiàn)實技術在安全、健康、環(huán)境（Healthy、Safety、Environment，簡稱HSE）研發(fā)中的應用。通過介紹數(shù)字化與虛擬現(xiàn)實技術的概念、基本原理、應用范圍，結合數(shù)字化技術的發(fā)展趨勢，提出了 “HSE數(shù)字化”技術的體系結構、方法及關鍵技術。最后應用實例，證明數(shù)字化技術應用于HSE的研發(fā)是可行的，并極大的提升了HSE學科的信息化程度。

數(shù)字化；虛擬現(xiàn)實；HSE

石化行業(yè)是一個高風險的行業(yè)，安全、環(huán)保、職業(yè)健康仍然是石化企業(yè)生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)。石化企業(yè)有著自己的行業(yè)特點，從原材料和產(chǎn)品的性質(zhì)看，石化生產(chǎn)中涉及物料危險性大，發(fā)生火災、爆炸、傷亡事故幾率高。加強石化企業(yè)安全、環(huán)保、健康（HSE）相關技術的研究、培訓提高員工技能、防止事故的發(fā)生，降低人身傷害、減少環(huán)境污染是石化行業(yè)的一項長期、艱巨而又需要持之以恒抓好的重要工作。

隨著計算信息技術與三維虛擬現(xiàn)實技術（Virtual Reality）的飛速發(fā)展，國內(nèi)相關機構的研究人員正探討將虛擬現(xiàn)實和數(shù)字化技術應用到HSE研發(fā)與管理體系中來。虛擬現(xiàn)實與數(shù)字化技術是融合數(shù)字圖像處理、計算機圖形學、媒體技術、傳感器技術等多個信息技術分支的一種綜合性信息技術。虛擬現(xiàn)實技術作為二十一世紀信息技術發(fā)展的重要驅動力，將是人們關注的焦點。

1“HSE數(shù)字化”技術的應用研究

本文以虛擬現(xiàn)實和數(shù)字化技術為載體，以事故數(shù)值模擬和HSE業(yè)務加載為核心，結合HSE學科的專業(yè)應用，在三維數(shù)字化工廠引擎中引入HSE的典型應用，研發(fā)“數(shù)字化HSE”應用管理系統(tǒng)（VRHSE），在數(shù)字化工廠中實現(xiàn)了對HSE元素的體現(xiàn)。

（1）關鍵設備安全管理 VRHSE平臺中關鍵設備安全的專業(yè)應用包括：①建立裝置、設備和管道的基礎信息數(shù)據(jù)庫的管理及查詢。平臺中能夠管理和查詢相應裝置、設備和管道，能夠顯示相應后臺數(shù)據(jù)庫的信息，能夠根據(jù)設備或管道編號進行查詢和定位。②外浮頂罐、內(nèi)浮頂儲罐三維數(shù)字化模型的建立，及靜電事故、雷電事故、硫化亞鐵事故虛擬現(xiàn)實展示。基于儲罐三維數(shù)字化模型，實現(xiàn)儲罐靜電事故、雷電事故、硫化亞鐵事故發(fā)生原因、發(fā)展過程和事故后狀態(tài)的虛擬現(xiàn)實展示。③典型煉油設備結構剖析、工作機理、危險點分析、事故案例分析等三維數(shù)字化模擬。

（2）職業(yè)衛(wèi)生 VRHSE平臺中職業(yè)衛(wèi)生的專業(yè)應用包括： ①裝置中職業(yè)衛(wèi)生相關設施的三維展示。②裝置中硫化氫分布圖的三維模擬。裝置中的設備按照其中物料硫化氫含量的高低和職業(yè)危險度分為三個等級，分別高度危險、中度危險、輕度危險，平臺以色塊的形式實現(xiàn)職業(yè)危險度的三維模擬。③物料中硫化氫流向的三維模擬。將裝置硫化氫在工藝過程中流程在虛擬裝置上動態(tài)展現(xiàn)出來。④裝置中硫化氫泄漏的模擬擴散。假設泄漏源為連續(xù)排放，基于高斯模型，實現(xiàn)裝置內(nèi)空間某一點在某一時刻的濃度下的泄漏擴散模擬。

（3）監(jiān)測檢驗 ①建立可燃氣、有毒氣體報警儀三維數(shù)字化模型，實現(xiàn)報警儀相關數(shù)據(jù)內(nèi)容的查詢與檢索，數(shù)據(jù)內(nèi)容包括檢定證書、生產(chǎn)廠家、現(xiàn)場照片等。

②展示監(jiān)測點的空間分布及監(jiān)測點對應的檢測數(shù)據(jù)。在虛擬場景中，分單元的標注出每一個揮發(fā)性有機物檢測點，并把檢測到泄漏的數(shù)據(jù)展示出來；實現(xiàn)查找功能，根據(jù)濃度值查找相應的閥門，支持模糊查詢；實現(xiàn)泄漏點紅外監(jiān)測視頻三維接入。

（4）功能安全 ①根據(jù)SIL等級，實現(xiàn)不同等級的聯(lián)鎖回落的展示。②典型設備的聯(lián)鎖系統(tǒng)展示。③點擊某個聯(lián)鎖回路，給出相關的信息，包括傳感器類型，SIF功能描述，執(zhí)行機構，SIL等級，檢驗信息等。④不符合等級的聯(lián)鎖回路的展示。根據(jù)專業(yè)的計算結果，給出不符合等級回路的介紹，建議措施等說明。

（5）安全培訓與教育 基于三維數(shù)字化工廠模型，平臺提供了一種寓教于樂的操作方式下，實現(xiàn)了石化企業(yè)員工三維實時培訓與考核。①三維實時培訓系統(tǒng)可以對空間、時間、內(nèi)容、設備、角色等進行虛擬，創(chuàng)造一個人性化的學習環(huán)境，使受訓員工能夠在親切、自然、趣味性足而且安全的虛擬環(huán)境中方便地取得感性知識和實際經(jīng)驗。②對裝置歷史上發(fā)生的事故進行研究和分析，分析結果進行三維可視化，三維可視化的內(nèi)容包括事故過程、事故原因、建議整改措施等。

2 結語

本文將職業(yè)衛(wèi)生、檢測檢驗、設備安全、應急預案等典型HSE業(yè)務模型與三維數(shù)字化工廠相結合，實現(xiàn)了典型煉油裝置“數(shù)字化HSE”的應用，開發(fā)了數(shù)字化HSE應用管理系統(tǒng)，將HSE元素在三維數(shù)字化工廠直觀形象的展示出來，使數(shù)字化技術作為HSE研發(fā)工作的重要工具和載體。下一步工作將在現(xiàn)有基礎上加大與工藝安全、安全評價等專業(yè)應用，豐富現(xiàn)有“數(shù)字化HSE”典型業(yè)務模型，打造中國化創(chuàng)新的石化企業(yè)數(shù)字化HSE的產(chǎn)品。

［1］張麗，張禮敬等.虛擬現(xiàn)實在安全評價中的應用［J］.南京工業(yè)大學學報，2005.

［2］易濤，楊義.化工安全虛擬現(xiàn)實仿真系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)［J］.計算機與應用化學，2006，23（1）：49-54.

［3］何莉.鐵路線路構造物三維模型庫的研究［D］. 西南交通大學碩士論文.2007.

［4］劉強，陸愈實，徐曉賢，楊黎.煤礦安全虛擬現(xiàn)實仿真通用引擎的設計與研究［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2008，12.

［5］徐明亮，盧紅星，王琬. OPENGL 游戲編程［J］. 北京:機械工業(yè)出版社， 2008 ，1.