文／北京市安全生產科學技術研究院 張慧

虛擬戰(zhàn)場、虛擬城市、甚至“數字地球”，無一不是虛擬現實技術的應用。虛擬現實（簡稱“VR”）技術作為一項尖端科技，近年來在各行各業(yè)都得到了不同程度的發(fā)展，并且越來越顯示出廣闊的應用前景。安全生產領域也不例外，VR+宣傳、VR+事故、VR+應急、VR+培訓等方向中VR都得到了很好的應用。其中，隱患排查作為企業(yè)落實國家及地方生產安全事故隱患排查治理相關文件的重要工作，是安全生產執(zhí)法檢查人員專業(yè)技能中亟待提升的重點，是安全培訓工作的重點和難點。一直以來，國家鼓勵采用創(chuàng)新科技提供培訓水平?！秶鴦赵喊参瘯P于進一步加強安全培訓工作的決定》要求，要全面提高安全監(jiān)管執(zhí)法培訓質量，強化實際操作培訓，強化現場培訓，提高3D、4D、虛擬現實等技術在安全培訓中的應用。

VR技術在隱患排查中應用優(yōu)勢明顯

現有的隱患排查培訓以傳統理論授課為主，現場實操培訓較少。同時，由于安全生產涉及用電、用氣、工業(yè)企業(yè)、建筑工地、工業(yè)企業(yè)車間、加油加氣站等眾多行業(yè)、眾多領域，安全生產檢查場所非常多，存在很多復雜的、危險的環(huán)境，專業(yè)性較強、時效性較高。在實際培訓中很難進行大規(guī)模的現場培訓，導致很多安全執(zhí)法檢查人員存在隱患排查知識不全面、檢查現場不熟悉、隱患排查不深入、整改措施不明確等問題。

利用VR技術開展隱患排查實操培訓具有獨特優(yōu)勢。VR技術可以解決培訓環(huán)境危險和工學問題，有利于化解傳統培訓難題。利用VR技術可以模擬仿真安全生產各種復雜危險環(huán)境，幫助學員在無現實危險的仿真場景中，應用安全生產理論知識，進行現場安全隱患排查，實現降低培訓危險和成本。VR技術可以解決場景的情景化和自然交互性，激發(fā)學員學習興趣。通過沉浸式的虛擬實操教學環(huán)境的構建，可以打破傳統單方面灌輸式的教學模式，將復雜概念和理論可視化。在這特殊的虛擬教學環(huán)境中，學員通過和虛擬設備設施的交互操作掌握相關技能，從而增加學員的沉浸性、交互性，提高培訓效果。比如，對于危險場所和危險工種的安全培訓，利用VR設備，讓職工實際操作，如果誤操作或事故隱患不排除，導致的災害后果就立刻顯現出來，有身臨其境之感，事半功倍，從而提高培訓效果。同時，利用VR技術開展隱患排查實操培訓還可以實現“一設備”容“萬千設備、萬千場景”、學員培訓數據全程采集、分析等，從而節(jié)約教學成本，提高培訓質量。因此，開展VR技術應用于隱患排查實訓的研究具有重要意義。

安全隱患排查VR實訓系統設計方案

北京市安全生產科學技術研究院針對北京市安全生產執(zhí)法檢查人員隱患排查實操培訓現狀，選擇北京市重點行業(yè)、重點領域中的10個具體場景（10kV及以下高低壓配電室，餐飲用氣場所，焊接作業(yè)，加油站，高處懸吊、倉庫類、冷庫、養(yǎng)老院），通過研究分析10個具體場景中隱患排查涉及的法律法規(guī)、標準規(guī)范、檢查方法、現場隱患辨識、排查等知識，構建支撐VR實訓系統的安全生產隱患數據庫。通過VR劇本設計、場景構建、模型開發(fā)、關卡設計等，完成基于VR技術的10個具體場景虛擬仿真設計。結合VR交互設備（HTC VIVE VR設備、三星GEAR VR設備）研發(fā)2套安全隱患排查VR實訓系統，實現沉浸式、交互式的可視化學習體驗，最后，采用教育分析技術對教育培訓效果進行評價優(yōu)化。

三化設計。專業(yè)化設計：依據國家現行法律法規(guī)、標準規(guī)范梳理隱患，實現全部隱患有據可循。情景化設計：1:1還原作業(yè)現場情景，增強學員的融入感、代入感，交互方式簡單、直觀。任務化設計：在指定場景設置關卡、設置一定數量的安全隱患，學員通過完成關卡任務完成學習。

四種模式。教學模式：在設定情景中，針對可能存在安全隱患的位置或情況通過提示及引導進行細致、全面講解，保證學員全方位了解安全隱患知識。練習模式：在設定情景中，由學員在無提示及引導環(huán)境下開展自主排查隱患?？荚嚹Ｊ剑嚎己伺嘤栔v解的內容，檢驗學員安全隱患辨識能力，全面評估教學效果。競賽模式：指定競賽主題，有針對性地組織競賽活動，考查團隊安全隱患排查能力。

六個特點。真實：1:1作業(yè)場景、真實互動感受。全面：全面呈現隱患存在位置、表現形式、辨識方法、依據及整改標準。靈活：靈活選擇配置隱患、有針對性進行實訓。權威：安全專家指導、內容專業(yè)。安全：無現實危險的虛擬實訓環(huán)境?？己藰藴驶河上到y進行客觀標準化打分。

安全隱患排查VR實訓系統內容及組成

經過4年多的研發(fā)，北京市安全生產科學技術研究院完成了10kV及以下高低壓配電室、餐飲用氣、加油站、焊接作業(yè)、高處懸吊、倉庫類、冷庫、養(yǎng)老院10個作業(yè)場景基于HTC VIVE設備和基于三星GEAR VR設備的2套安全隱患排查VR實訓系統研發(fā)；完成10個場景共1000余項隱患數據庫的構建；完成包括教學、考試、競賽、練習4種培訓模式，7個功能模塊，60個安全隱患排查科目，近700項隱患實訓內容的設計；已授權發(fā)明專利4項，獲批14項軟件著作權。

安全隱患知識庫。結合10個具體場景安全現狀，依據國家法規(guī)標準、行業(yè)標準及北京市地方標準，按照普遍性、全面性、科學性的原則，經過多輪執(zhí)法人員、一線工作人員和專家論證、VR設計人員論證，完成VR隱患數據庫研發(fā)。以標準為基礎，按照隱患辨識難易程度及法規(guī)效力，創(chuàng)新隱患分級分類。明確隱患VR表現形式、整改方法等，建立安全隱患數據庫。并在隱患知識庫的基礎上研發(fā)隱患知識手冊、VR隱患手冊。該成果奠定了隱患梳理規(guī)范標準，可用于其他場景的隱患知識內容梳理，形成規(guī)范化的安全生產場景隱患知識庫。

虛擬仿真教育系統。在安全生產隱患知識體系的基礎上，開展基礎場景研發(fā)、模型開發(fā)、方案設計、隱患部署及展示形式、關卡設計等虛擬仿真教育系統研發(fā)。在實際調研真實工作環(huán)境的基礎上，收集環(huán)境、設備、設施等實景素材，進行環(huán)境場景、人物角色、設備設施、事件等三維數據建模，通過標準數據格式、制作特效和動畫等完成模型開發(fā)。開展虛擬現實場景、VR劇本、三維動畫訓練關卡、學習模式等設計，完成虛擬仿真教育系統研發(fā)。

VR培訓數據分析系統?；赩R技術、數據庫技術，采集VR實訓系統中學員的學習行為數據，運用學習軌跡與隱患知識點相關性分析技術和安全生產隱患排查VR培訓效果評價分析技術，運用數據挖掘技術生成可視化的學習評價，完成安全隱患排查VR培訓數據分析系統研究，為有效提高學員的培訓質量和VR實訓的持續(xù)改進提供有效的方法和依據。

安全隱患排查VR實訓系統。采用VR技術，通過智能終端和VR設備等構建適合安全生產執(zhí)法人員和企業(yè)安全管理人員的隱患排查實操培訓系統，實現仿真訓練、考核評價、培訓管理等功能。順利研發(fā)了10個場景的基于HTC VIVE設備的VR隱患排查實訓系統，和10KV及以下高低壓配電室場景的基于三星GEAR VR設備VR隱患排查實訓系統。

安全隱患排查VR實訓系統應用及成效

安全隱患排查VR實訓系統將安全隱患排查實訓和數據采集、規(guī)范化管理有效結合，為安全執(zhí)法檢查人員搭建了快速提升隱患排查技能水平的實訓平臺?？梢詭椭淇焖僬莆针[患排查知識并轉化為隱患排查工作技能，大大降低了學習成本，提高了工作效率。培訓部門可以節(jié)約搭建隱患排查實訓環(huán)境的成本，縮短實訓周期并提高實訓效率。

研究成果已在北京、河南、成都等多個省市、行業(yè)、單位得到應用，社會效益顯著。成果應用主要通過以下三個方面進行：一是從北京版拓展至國標版和地方版。經過對法規(guī)標準分類匯總，將隱患分為國標通用版和地方版，將系統應用由北京應用推向全國其他地方的10KV及以下高低壓配電室、餐飲用氣、加油站、焊接作業(yè)、高處懸吊、倉庫類、冷庫、養(yǎng)老院等10個場景應用。二是從10個場景擴展到更多應用場景。根據不同地區(qū)、不同行業(yè)或對象需求，采用相似的技術路線，研發(fā)其他場景的VR實訓系統。三是從隱患排查業(yè)務擴展到火災應急逃生、自然災害管理、事故警示等安全業(yè)務。

成功應用在北京市安全生產執(zhí)法檢查實訓基地，共接待成都安科中心、北京市不同區(qū)應急局、其他相關委辦局及企業(yè)等單位的領導、執(zhí)法人員、企業(yè)安全管理人員等近5000人次。

通過簽訂戰(zhàn)略合作框架協議等方式，與四川、河南、云南等省應急管理相關單位建立項目合作，就VR+火災應急逃生、VR+隱患排查、VR+居家燃氣泄漏等業(yè)務進行推廣應用。

通過現場演示、培訓體驗等方式，分別應用于2018、2019年北京市、北京市通州區(qū)、北京市西城區(qū)什剎海街道、濟寧市等安全咨詢日和北京地鐵運行公司安全教育培訓等活動。