李全明 張 紅 楊 曌

(1.中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院；2.華北科技學(xué)院)

我國(guó)安全生產(chǎn)方針政策和法律法規(guī)均明確了安全防范的重要性，加強(qiáng)事前預(yù)防，對(duì)企業(yè)重要部位、重要工序進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，提前辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源，明確可能發(fā)生的事故，并采取相應(yīng)手段及時(shí)將事故消滅在萌芽階段，對(duì)提升企業(yè)本質(zhì)安全水平，遏制事故發(fā)生具有重要意義。

三維重現(xiàn)技術(shù)是指對(duì)三維物體建立適合計(jì)算機(jī)表示和處理的數(shù)學(xué)模型，是在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對(duì)其進(jìn)行處理、操作和分析其性質(zhì)的基礎(chǔ)，也是在計(jì)算機(jī)中建立表達(dá)客觀世界的虛擬現(xiàn)實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)。三維空間測(cè)站儀是三維重現(xiàn)的主要設(shè)備之一，測(cè)站儀以反射激光中所攜帶的點(diǎn)為單位獲取各點(diǎn)中的實(shí)物信息，并通過(guò)后處理軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、拼接，形成高分辨率的數(shù)字模型，還原掃描對(duì)象的真實(shí)情況。相對(duì)于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)需借助VR建立人機(jī)動(dòng)態(tài)交互從而構(gòu)建三維虛擬場(chǎng)景而言，三維空間測(cè)站儀具有易操作、高精度、高效率等優(yōu)勢(shì)，可通過(guò)激光掃描獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)直接構(gòu)建三維數(shù)字模型，并可快速獲取分析對(duì)象的各項(xiàng)信息，如通過(guò)構(gòu)建礦山巷道的點(diǎn)云數(shù)字模型，可快速獲取巷道的長(zhǎng)度、巷道內(nèi)各設(shè)施坐標(biāo)及相鄰各項(xiàng)設(shè)施之間的距離等信息，可為礦山日常監(jiān)管、事故應(yīng)急救援、事故重現(xiàn)提供技術(shù)支撐[1]。目前，三維重現(xiàn)技術(shù)普遍應(yīng)用于建筑模型構(gòu)建[2-3]、交通和礦山事故案例還原方面[4-5]，強(qiáng)調(diào)事后模擬，尚缺乏事前預(yù)防應(yīng)用的研究。

本文以某工廠由廢棄梭式窯改造而成的臨時(shí)宿舍為例，在分析確定室內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)源為CO的基礎(chǔ)上，利用三維空間測(cè)站儀構(gòu)建宿舍點(diǎn)云數(shù)字模型，對(duì)CO可能的來(lái)源進(jìn)行真實(shí)工況模擬，進(jìn)一步查明臨時(shí)宿舍內(nèi)CO的真實(shí)來(lái)源，為后續(xù)預(yù)防CO事故發(fā)生提供技術(shù)支撐。

1 風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)方案

在專家交流、資料搜集、現(xiàn)場(chǎng)勘查的基礎(chǔ)上，對(duì)宿舍內(nèi)各項(xiàng)物品及宿舍周邊環(huán)境進(jìn)行分析，確定宿舍風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，宿舍內(nèi)存在液化氣罐、煤氣爐等物品，存在產(chǎn)生有害氣體的可能，此外，宿舍墻體中架設(shè)了煤氣管道，墻體存在裂縫，廠區(qū)試生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體可能從墻體裂縫進(jìn)入宿舍，發(fā)生中毒事故。因此，宿舍風(fēng)險(xiǎn)源為CO，可能產(chǎn)生的事故為CO中毒事故。為進(jìn)一步查明CO來(lái)源，實(shí)驗(yàn)方案采用現(xiàn)場(chǎng)勘查、現(xiàn)場(chǎng)三維重現(xiàn)真實(shí)工況重現(xiàn)、綜合鑒定分析的技術(shù)路線，對(duì)液化氣罐內(nèi)氣體泄漏、取暖爐不完全燃燒產(chǎn)生有害氣體及生產(chǎn)設(shè)備試運(yùn)行時(shí)通過(guò)煤氣管道泄漏有害氣體3種真實(shí)工況進(jìn)行分析。

采用三維空間測(cè)站儀器(圖1)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵信息的真實(shí)空間分布進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)三維重現(xiàn)結(jié)果，準(zhǔn)確對(duì)空間內(nèi)的物體和對(duì)象進(jìn)行三維數(shù)字描述，推測(cè)空間內(nèi)的生活活動(dòng)，推測(cè)有毒有害氣體可能的發(fā)生位置；采用烷類氣體檢測(cè)儀(圖2)檢測(cè)液化氣罐完整程度；采用高精度的CO紅外分析儀和CO檢測(cè)報(bào)警儀檢測(cè)各真實(shí)工況實(shí)驗(yàn)中CO濃度。

圖1 三維空間測(cè)站儀

圖2 烷類氣體檢測(cè)報(bào)警儀

2 三維重現(xiàn)過(guò)程及分析

2.1 宿舍布局三維重現(xiàn)

利用三維空間測(cè)站儀對(duì)宿舍空間進(jìn)行三維掃描，并對(duì)宿舍內(nèi)生活用品及可能引起CO事故的取暖爐、液化氣罐等物品的空間分布信息進(jìn)行分析，構(gòu)建三維現(xiàn)場(chǎng)圖。通過(guò)對(duì)掃描獲取的各項(xiàng)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接和初步整合，形成點(diǎn)云數(shù)字初始模型，見(jiàn)圖3。將模型中雜亂的點(diǎn)刪除，補(bǔ)充掃描過(guò)程中遺漏的部分點(diǎn)云數(shù)據(jù)信息，進(jìn)一步完善點(diǎn)云數(shù)字模型，最終的宿舍三維重現(xiàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖3 宿舍三維初始模型

圖4 宿舍三維重現(xiàn)結(jié)果

通過(guò)三維空間測(cè)站儀器構(gòu)建三維重現(xiàn)結(jié)果圖，并快速獲取宿舍內(nèi)物品的種類、數(shù)量、坐標(biāo)及相對(duì)距離等信息。宿舍長(zhǎng)、寬、高分別為14，4，2 m，宿舍空間體積為112 m3;宿舍西北側(cè)存放有液化氣罐1處，東北側(cè)存放摩托車2輛，東側(cè)存放取暖火爐1座，西南側(cè)存放簡(jiǎn)易桌子1張，南北兩側(cè)共分布簡(jiǎn)易單人床6張及生活用品若干。

2.2 液化氣罐內(nèi)氣體泄漏檢測(cè)

采用烷類氣體檢測(cè)儀對(duì)現(xiàn)場(chǎng)煤氣罐進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)檢測(cè)，檢測(cè)儀器未發(fā)生報(bào)警，且CO數(shù)值檢測(cè)結(jié)果為零。結(jié)果表明，該液化氣罐不存在液化氣泄漏可能。

2.3 煤氣管道影響實(shí)驗(yàn)

根據(jù)生產(chǎn)參數(shù)，開(kāi)啟煤氣發(fā)生爐，采用CO紅外分析儀和CO檢測(cè)報(bào)警儀檢測(cè)開(kāi)啟煤氣發(fā)生爐后宿舍內(nèi)CO變化規(guī)律，檢測(cè)儀精度1×10-7。煤氣發(fā)生爐的爐口出口壓力為3 kPa，爐底飽和壓力為0.3 kPa，爐底溫度為49.8 ℃；管道現(xiàn)場(chǎng)水封條件與正常生產(chǎn)情況保持一致；實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為1 h。實(shí)驗(yàn)開(kāi)展過(guò)程中CO濃度變化情況見(jiàn)圖5。

圖5 CO濃度變化情況

從圖5中可看出，在煤氣發(fā)生爐工作期間空間內(nèi)CO濃度未發(fā)生明顯變化。充分說(shuō)明在生產(chǎn)設(shè)備試運(yùn)行時(shí)，沒(méi)有CO氣體通過(guò)煤氣管道及空間外墻體進(jìn)入臨時(shí)宿舍內(nèi)。

2.4 取暖爐影響實(shí)驗(yàn)與分析

根據(jù)空間內(nèi)取暖爐中煤樣，取來(lái)相同的煤樣進(jìn)行取暖爐使用實(shí)驗(yàn)，并檢測(cè)空間內(nèi)的CO氣體變化，分析空間的通風(fēng)條件對(duì)CO濃度變化的影響，考慮到CO對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的身體影響，模擬實(shí)驗(yàn)時(shí)間取1 h。取暖爐開(kāi)始工作后，利用CO檢測(cè)儀對(duì)室內(nèi)CO濃度變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖6。

從圖6可看出，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，室內(nèi)CO濃度為0.6×10-6，取暖爐內(nèi)煤樣燃燒后，CO濃度快速上升，1 h后室內(nèi)CO濃度上升至89.5×10-6，同時(shí)檢測(cè)報(bào)警儀已報(bào)警(預(yù)警閾值為30×10-6)。報(bào)警后5 min，濃度達(dá)到91×10-6。

圖6 取暖爐工作后CO實(shí)測(cè)值

通過(guò)對(duì)室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行分析，CO濃度上升速度快的原因主要是空間內(nèi)未安裝應(yīng)有的排煙管道，取暖爐不完全燃燒產(chǎn)生的CO無(wú)法通過(guò)排煙管道及時(shí)排出；空間縱深長(zhǎng)、密閉性強(qiáng)，不利于有毒有害氣體擴(kuò)散。最終造成CO氣體急劇上升，達(dá)到預(yù)警閾值并發(fā)出警報(bào)。

3 結(jié) 論

(1)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查和烷類氣體檢測(cè)儀對(duì)液化氣罐整體結(jié)構(gòu)檢漏表明，液化氣罐未產(chǎn)生泄漏。

(2)煤氣發(fā)生爐工作工況實(shí)驗(yàn)中，高精度CO檢測(cè)儀未檢測(cè)到空間內(nèi)CO有較大濃度變化，說(shuō)明不存在試生產(chǎn)、煤氣管道破損或泄漏而導(dǎo)致空間內(nèi)CO濃度增高的可能性。

(3)宿舍內(nèi)取暖爐使用工況實(shí)驗(yàn)中，取暖爐內(nèi)用煤點(diǎn)燃后，因不完全燃燒，空間內(nèi)CO濃度在9 min內(nèi)增大至91×10-6，超過(guò)預(yù)警閾值并發(fā)出警報(bào)。實(shí)驗(yàn)表明，臨時(shí)宿舍內(nèi)極有可能因取暖爐中煤不完全燃燒產(chǎn)生高濃度CO氣體導(dǎo)致CO中毒事故，企業(yè)可采用加強(qiáng)宿舍通風(fēng)或?qū)⑷∨癄t改為集中供暖等方式減少CO的產(chǎn)生，避免CO中毒事故的發(fā)生。

(4)通過(guò)分析企業(yè)重點(diǎn)部位的危險(xiǎn)源，明確可能發(fā)生的事故，并對(duì)可能造成事故的原因進(jìn)行真實(shí)工況模擬，明確造成事故的主要原因并提出有針對(duì)性的預(yù)防措施，可有效提升企業(yè)重點(diǎn)部位的事前預(yù)防能力，提升企業(yè)本質(zhì)安全水平。