文/冷明

針對石油化工企業(yè)傳統(tǒng)的直接作業(yè)環(huán)節(jié)安全管理培訓(xùn)方式單一、互動少、考核形式常規(guī)化等問題，建立一套基于Unity-3D平臺的具有交互性、真實環(huán)境的直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)，兼顧練習(xí)、培訓(xùn)、考核功能的一體化培訓(xùn)系統(tǒng)，適用于石油化工企業(yè)的員工技能提升培訓(xùn)，以及直接作業(yè)環(huán)節(jié)監(jiān)護人培訓(xùn)、安全管理人員的技能水平考核等。

石油化工行業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用，為人類創(chuàng)造巨大財富的同時，如果企業(yè)管理不善發(fā)生事故，也給社會、家庭帶來了沉重的災(zāi)難。

根據(jù)石油化工企業(yè)全生命周期的過程安全風(fēng)險管控，石油化工裝置在工程施工、生產(chǎn)運行、檢維修等過程中，都會涉及直接作業(yè)環(huán)節(jié)。由于石化行業(yè)存在大量高壓、高溫和劇毒、易燃、易爆等危險化學(xué)品，相比較其他行業(yè)，在直接作業(yè)環(huán)節(jié)更具備發(fā)生危險的可能性。

直接作業(yè)已成為石油化工企業(yè)日常裝置維保和檢維修過程中最頻繁、最易發(fā)生事故的特殊作業(yè)，是安全管理的重中之重。根據(jù)應(yīng)急管理部公布的數(shù)據(jù)顯示，2016—2018年間，國內(nèi)石油化工事故平均每年發(fā)生207 起、造成223 人死亡，部分事故便是由直接作業(yè)導(dǎo)致的。而在事故發(fā)生后，一些企業(yè)習(xí)慣錯誤地把一切傷亡事故歸咎于“違章作業(yè)”。實際上，人的不安全行為也是由于教育培訓(xùn)不足造成的。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實技術(shù)在各個行業(yè)都開始廣泛應(yīng)用。近年來，在石油化工領(lǐng)域，越來越多的企業(yè)將虛擬現(xiàn)實技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)員工直接作業(yè)環(huán)節(jié)技能培訓(xùn)。本文主要介紹直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)和該技術(shù)在企業(yè)員工崗位培訓(xùn)中的應(yīng)用成果。

直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)介紹

據(jù)不完全統(tǒng)計，目前國內(nèi)直接作業(yè)環(huán)節(jié)仿真軟件不多于3 種，其涉及領(lǐng)域主要是煉油、化工、制藥等行業(yè)。仿真系統(tǒng)模擬的詳細(xì)程度各具有側(cè)重點，且該技術(shù)處于發(fā)展上升階段。

系統(tǒng)總體架構(gòu)

下圖為直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)總體架構(gòu)圖。該系統(tǒng)采用計算機仿真與虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維可視化技術(shù)、VR 技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等先進手段，以仿真資源、課件資源、題庫資源和組態(tài)工具為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫資源，利用網(wǎng)絡(luò)仿真系統(tǒng)運行平臺（PSSP）和三維虛擬現(xiàn)實仿真開發(fā)平臺，以石化裝置三維模型及各類輔助資源三維模型（庫）為基礎(chǔ)，通過分析各類直接作業(yè)環(huán)節(jié)要素，構(gòu)建高處、動火、進入受限空間、起重、臨時用電、動土、腳手架、盲板抽堵等典型作業(yè)的仿真系統(tǒng)。

仿真系統(tǒng)可進行安全理論知識學(xué)習(xí)、典型案例研討和仿真作業(yè)實訓(xùn)的培訓(xùn)和考核，通過學(xué)員的角色屬性和等級屬性，搭建自主學(xué)習(xí)和任務(wù)引導(dǎo)式學(xué)習(xí)的培訓(xùn)方法，和自由闖關(guān)與統(tǒng)一闖關(guān)的考核體系。

通過多媒體和虛擬現(xiàn)實仿真技術(shù)，基于豐富表現(xiàn)力和良好交互性，現(xiàn)場直接作業(yè)環(huán)節(jié)三維仿真培訓(xùn)系統(tǒng)能將抽象、枯燥的安全管理規(guī)定轉(zhuǎn)化為形象化、場景化、實操化、案例化的學(xué)習(xí)，將文字記憶轉(zhuǎn)變?yōu)樾蜗笥洃浐颓榫w記憶，有效提高學(xué)員學(xué)習(xí)興趣和風(fēng)險意識，在模擬的實操訓(xùn)練過程中，深刻掌握相關(guān)知識概念、固化操作程序和安全處理措施，從而更好地在工作中發(fā)揮作用，最大程度避免事故的發(fā)生。

虛擬場景的搭建

直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)作業(yè)場景采用石化裝置三維模型，按照實際生產(chǎn)裝置1:1 搭建場景，包括主要裝置、設(shè)備、管線、機泵輔助設(shè)施等，還包括直接作業(yè)環(huán)節(jié)中用到的工機具模型，以及輔助資源三維模型（庫），場景中可進行天氣、溫度的編輯，最大限度模擬石化裝置的真實環(huán)境。

人物角色生動逼真，模型貼近企業(yè)特色，在仿真操作中給學(xué)員以真實的感覺。在三維虛擬總場景中，學(xué)員能夠以第一或第三人稱的視角進入場景，并進行直接作業(yè)環(huán)節(jié)培訓(xùn)和考核。

動火作業(yè)示意圖

系統(tǒng)的培訓(xùn)邏輯設(shè)計

培訓(xùn)對象

系統(tǒng)主要解決煉化企業(yè)員工在直接作業(yè)實施中的技能培訓(xùn)，提高安全技能和風(fēng)險管控能力。培訓(xùn)對象主要是以下3 類。

一是企業(yè)一線操作人員、監(jiān)護人員、新員工等。二是企業(yè)安全管理人員、審批人員等。三是承包商審批人員、安全管理人員、特種作業(yè)人員、承包商管理者、監(jiān)護人員等。

作業(yè)流程

系統(tǒng)作業(yè)流程符合煉化企業(yè)直接作業(yè)環(huán)節(jié)管理規(guī)范，分階段模擬直接作業(yè)的整個環(huán)節(jié)。包括工作安全分析（JSA）、安全措施落實、現(xiàn)場作業(yè)與監(jiān)督、完成驗收（作業(yè)許可證關(guān)閉）階段，每個環(huán)節(jié)考察學(xué)員詳細(xì)操作和執(zhí)行步驟。培訓(xùn)學(xué)員對直接作業(yè)環(huán)節(jié)安全知識、規(guī)章制度、個體防護、風(fēng)險識別、隱患排除以及直接作業(yè)環(huán)節(jié)實操等內(nèi)容，可全流程或分階段模擬各類直接作業(yè)環(huán)節(jié)的全過程。仿真軟件符合企業(yè)在直接作業(yè)環(huán)節(jié)安全管理特色。

交互感設(shè)計

系統(tǒng)采用交互式的培訓(xùn)理念，主要體現(xiàn)在人與作業(yè)環(huán)境的交互、人與操作對象的交互、人與人之間的交互。

一是人與作業(yè)環(huán)境的交互。操作者可選虛擬作業(yè)環(huán)境下的所有角色，并且可以進行自由的角色切換。根據(jù)操作角色的不同，對作業(yè)環(huán)境做出識別、判斷，并進行相應(yīng)操作，完成作業(yè)環(huán)節(jié)的具體任務(wù)。

二是人與操作對象的交互。操作者在作業(yè)環(huán)節(jié)中，每一步操作都會觸發(fā)相應(yīng)的結(jié)果事件。學(xué)員可以根據(jù)結(jié)果判斷作業(yè)進行到哪一環(huán)節(jié)，并進行下一步操作。

三是人與人之間的交互。在每類作業(yè)任務(wù)中，學(xué)員可選擇其中一個或者多個角色進行操作，未被選擇的角色將由計算機代替，多人聯(lián)機操作共同完成一個作業(yè)任務(wù)。

系統(tǒng)操作界面示意圖

操作界面

學(xué)員進入直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)后，瀏覽作業(yè)任務(wù)。根據(jù)作業(yè)任務(wù)內(nèi)容，按照任務(wù)流程提示（考試模式不顯示）進行操作練習(xí)。并可進行角色切換、個體防護裝備選擇、對作業(yè)現(xiàn)場進行安全分析，并落實安全措施和現(xiàn)場作業(yè)。作業(yè)結(jié)束后，系統(tǒng)自動給出評分并指出錯誤操作步驟。

系統(tǒng)在安全培訓(xùn)管理中的應(yīng)用

全方位自動評分

可分角色評分，根據(jù)每個角色評測其操作情況并給出總成績；可分過程評分，根據(jù)評分結(jié)果給出每個過程的總成績；如重大安全隱患未發(fā)現(xiàn)或排除，則直接判定作業(yè)失敗，并指示出危害結(jié)果。

配置理論測試

仿真系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)平臺運行，在操作完成后，可隨機進行問答環(huán)節(jié)，包括直接作業(yè)環(huán)節(jié)的作業(yè)安全標(biāo)準(zhǔn)、作業(yè)流程以及作業(yè)人員職責(zé)等知識點。

網(wǎng)絡(luò)化培訓(xùn)管理

依托網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)管理平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)直接作業(yè)環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程培訓(xùn)和信息化統(tǒng)一管理，有效解決工學(xué)矛盾，并提升培訓(xùn)過程的信息化管理水平，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)員工的遠(yuǎn)程分散學(xué)習(xí)、自主按需所學(xué)，還能將培訓(xùn)教師和安全專家從繁重的培訓(xùn)組織、管理、考核和數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析等基礎(chǔ)性工作中解放出來。

系統(tǒng)在石油化工行業(yè)的應(yīng)用

因傳統(tǒng)培訓(xùn)的局限性，國內(nèi)越來越多的石油化工企業(yè)已采用直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)進行培訓(xùn)和安全技能人才的選拔。目前，采用直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)的企業(yè)有：中國石油天然氣分公司獨山子石化、鎮(zhèn)海煉化、長嶺煉化、萬華化學(xué)、燕山石化等大型國企，其中，2018 年中石油安全員競賽，就是采用直接作業(yè)虛擬仿真考核辦法進行的。

基于虛擬現(xiàn)實技術(shù)在作業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用，直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)在煉化企業(yè)員工崗位培訓(xùn)的作用也越來越大，本文所述的直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)對石油化工等企業(yè)具有重要意義。

一是結(jié)合計算機技術(shù)模擬現(xiàn)場作業(yè)環(huán)節(jié)，已建立了10 余類直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)，直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)將最大程度地模擬石油化工企業(yè)現(xiàn)場直接作業(yè)環(huán)節(jié)的全過程。

二是交互感的培訓(xùn)設(shè)計理念，使得煉化企業(yè)崗位直接作業(yè)環(huán)節(jié)培訓(xùn)更加具備趣味性和帶入感，并實現(xiàn)人機互換，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實仿真培訓(xùn)要求。

三是網(wǎng)絡(luò)化培訓(xùn)管理能夠?qū)崿F(xiàn)直接作業(yè)環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程培訓(xùn)和信息化統(tǒng)一管理，使學(xué)員可以分散學(xué)習(xí)、自主按需所學(xué)。

四是直接作業(yè)虛擬仿真系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，仿真程度必然將更加逼近實際作業(yè)環(huán)境，更加人性化、友好化、完美化。