張 頌 波

(上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200433)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入增大，建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，隨之而來(lái)的生產(chǎn)事故發(fā)生率也不斷提高，抓好安全生產(chǎn)是任何一家施工企業(yè)都必須長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)重要發(fā)展理念。習(xí)近平總書(shū)記指出，“人命關(guān)天，發(fā)展決不能以犧牲人的生命為代價(jià)，這必須作為一條不可逾越的紅線”，因此，提高企業(yè)生產(chǎn)管理水平，進(jìn)一步落實(shí)企業(yè)安全生產(chǎn)的主體責(zé)任，確保安全形勢(shì)總體受控，建立健全安全培訓(xùn)體系，把安全生產(chǎn)教育培訓(xùn)貫穿于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全過(guò)程是把安全生產(chǎn)主體責(zé)任落到實(shí)處的重要舉措。

《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于促進(jìn)建筑業(yè)持續(xù)健康發(fā)展的意見(jiàn)》(國(guó)辦發(fā)(2017)19號(hào))、《住房城鄉(xiāng)建設(shè)事業(yè)“十三五”規(guī)劃綱要》(2016—2020)和《建筑業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》(2016—2020)等政策綱領(lǐng)性文件明確要求建筑企業(yè)在施工生產(chǎn)環(huán)節(jié)必須堅(jiān)持“安全第一、預(yù)防為主”的方針。隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級(jí)的不斷深化，加強(qiáng)工程質(zhì)量安全管理，提高從業(yè)人員素質(zhì)成為行業(yè)發(fā)展的迫切要求，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全技術(shù)工人的安全專項(xiàng)能力、自我防護(hù)意識(shí)以及對(duì)安全事故的預(yù)防和處理能力也提出了更高的要求。

中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳《關(guān)于促進(jìn)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)健康有序發(fā)展的意見(jiàn)》中強(qiáng)調(diào)：“加緊人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、微機(jī)電系統(tǒng)等新興移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)布局，盡快實(shí)現(xiàn)部分前沿技術(shù)、顛覆性技術(shù)在全球率先取得突破?！币虼吮疚囊劳薪ㄖ┕ぐ踩寄軐ｍ?xiàng)能力培訓(xùn)與鑒定設(shè)施設(shè)備項(xiàng)目，著眼于國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)發(fā)展新背景、新趨勢(shì)，積極引導(dǎo)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與安全教育培訓(xùn)深度結(jié)合，為建筑行業(yè)安全生產(chǎn)與健康發(fā)展貢獻(xiàn)新的力量。

1 傳統(tǒng)安全教育現(xiàn)狀分析

以往，傳統(tǒng)的安全教育一般都是以理論教學(xué)為主，或者播放一些典型安全事故圖片、視頻加以分析，以此來(lái)要求培訓(xùn)人員引以為戒。在這種情況下，首先理論教學(xué)本身枯燥乏味，培訓(xùn)人員只是被動(dòng)的接受教學(xué)內(nèi)容，難以提起培訓(xùn)人員的主動(dòng)性和積極性；安全事故圖片與視頻分析往往也是事后總結(jié)，對(duì)于培訓(xùn)人員而言也往往是抱著事不關(guān)己的心態(tài)，最后淪為部分人茶余飯后的談資。

其次，安全教育不同于工藝類的學(xué)習(xí)，無(wú)法去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)訓(xùn)。工程當(dāng)中的各類安全風(fēng)險(xiǎn)，如基坑坍塌、高空墜落、物體打擊等一旦發(fā)生便是災(zāi)難，施工現(xiàn)場(chǎng)不具備對(duì)這些安全事故進(jìn)行模擬與演練的條件，而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)恰好可以解決這一難題。

2 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工安全教育中的優(yōu)勢(shì)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也被稱為“沉浸式多媒體技術(shù)”，其目標(biāo)是利用可視化技術(shù)及各種交互設(shè)備，通過(guò)影響視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)和嗅覺(jué)的感知來(lái)模擬與真實(shí)世界一樣的虛擬世界，使人產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三個(gè)特性在施工安全教育中有著突出的優(yōu)勢(shì)：

1)沉浸性。通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)創(chuàng)造出的虛擬場(chǎng)景，通過(guò)頭盔使培訓(xùn)人員成為其中的一份子，仿佛置身于現(xiàn)實(shí)世界中。在其中不論是移動(dòng)或是轉(zhuǎn)頭都會(huì)得到和現(xiàn)實(shí)世界極為接近的反饋。根據(jù)建構(gòu)主義的觀點(diǎn)，學(xué)習(xí)成功的關(guān)鍵在于主動(dòng)性、社會(huì)性和情景性。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的這種沉浸感為培訓(xùn)人員提供了一種有利于其知識(shí)建構(gòu)的情景性[1]。

2)交互性。人機(jī)交互是虛擬現(xiàn)實(shí)的核心之一，通過(guò)利用手柄、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備來(lái)模擬人體自身的各種肢體動(dòng)作，就能與虛擬環(huán)境中的各種物體對(duì)象產(chǎn)生互動(dòng)。再通過(guò)這類傳感設(shè)備的力反饋技術(shù)，使操作者獲得和觸摸真實(shí)物體相同的力感以實(shí)現(xiàn)一種近乎自然的交互[2]。

3)想象性?？梢允共僮髡咴谔摂M環(huán)境中與物體發(fā)生交互后，通過(guò)聯(lián)想或邏輯推斷，對(duì)接下去會(huì)發(fā)生什么進(jìn)行想象的能力。所以只要整個(gè)虛擬環(huán)境的創(chuàng)建符合實(shí)際情況，那么操作者在交互完成后可能產(chǎn)生的后果都能符合真實(shí)現(xiàn)象的重現(xiàn)[3]。

3 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目以上海建工集團(tuán)教育培訓(xùn)中心為實(shí)施場(chǎng)地(見(jiàn)圖1)，作為上海建工集團(tuán)高技能人才培養(yǎng)基地的主要教學(xué)點(diǎn)，上海建工集團(tuán)教育培訓(xùn)中心承擔(dān)了系統(tǒng)的人才培養(yǎng)工作，是建筑行業(yè)高技能人才成長(zhǎng)的搖籃。

項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算總額為1 178.12萬(wàn)元，由上海市人力資源和社會(huì)保障局資助400萬(wàn)元和企業(yè)自籌資金778.118 4萬(wàn)元兩部分組成。主要用于實(shí)訓(xùn)設(shè)施設(shè)備添置和虛擬現(xiàn)實(shí)安全技能仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

安全技能模塊的建設(shè)分步實(shí)施，涵蓋市政工程與建筑工程相關(guān)專業(yè)，從基礎(chǔ)施工階段、結(jié)構(gòu)施工階段、裝飾施工階段、鋼結(jié)構(gòu)施工階段一直到安裝施工階段，每一個(gè)專業(yè)每一個(gè)階段每一個(gè)工程需要掌握的安全技能都不盡相同。第一階段致力于市政工程基礎(chǔ)施工階段深基坑工程作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)景模擬與模塊構(gòu)建，系統(tǒng)推進(jìn)針對(duì)上海建工集團(tuán)施工生產(chǎn)一線員工在生產(chǎn)環(huán)節(jié)所必須具備的安全技能專項(xiàng)能力的培訓(xùn)與鑒定工作。

4 項(xiàng)目策劃設(shè)計(jì)與實(shí)施方案

基于傳統(tǒng)安全教育現(xiàn)狀分析及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工安全教育中的優(yōu)勢(shì)，本項(xiàng)目建設(shè)在硬件方面根據(jù)培訓(xùn)工位由60臺(tái)高性能圖形工作站(見(jiàn)圖2)、60套頭戴顯示器和傳感控制手柄(見(jiàn)圖3)、1套仿真立體投影系統(tǒng)、2套五人小組VR協(xié)同交互硬件平臺(tái)以及交換機(jī)、服務(wù)器等組成，硬件選擇上均為國(guó)內(nèi)外一流先進(jìn)設(shè)備，力求創(chuàng)造出逼真的沉浸感。

配套的軟件系統(tǒng)由一套仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、一套多人適配交互軟件系統(tǒng)及一套考試系統(tǒng)組成。其中，仿真實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)包含了系統(tǒng)配置、系統(tǒng)管理、權(quán)限管理、預(yù)案引擎、事件觸發(fā)等基本功能。培訓(xùn)課件分階段實(shí)施，第一階段為深基礎(chǔ)工程安全模塊(見(jiàn)圖4)，以某個(gè)地下連續(xù)墻工程作為虛擬場(chǎng)景進(jìn)行建設(shè)(見(jiàn)圖5)，考慮到部分安全事故和工藝施工方法本身也有緊密聯(lián)系，所以將整個(gè)施工工法進(jìn)行細(xì)分拆解，從前期準(zhǔn)備開(kāi)始直至后期基坑開(kāi)挖及支撐，在講述工藝的同時(shí)，將每一階段可能發(fā)生的安全隱患通過(guò)危險(xiǎn)源識(shí)別、危險(xiǎn)行為的預(yù)防及處理以及虛擬現(xiàn)實(shí)事故體驗(yàn)(如圖6所示)等方式進(jìn)行全方位教學(xué)與體驗(yàn)，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)展現(xiàn)出真實(shí)的施工現(xiàn)場(chǎng)，滿足施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全專項(xiàng)能力的培訓(xùn)需求。軟件框架為全方位的開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，以便于將來(lái)擴(kuò)充功能，增加新課件和事故體驗(yàn)，易于升級(jí)、定制和集成。

除此之外，借助2套五人小組VR協(xié)同交互硬件平臺(tái)(如圖7所示)及多人適配交互軟件系統(tǒng)構(gòu)建出一套以5人為一組可共同進(jìn)入同一個(gè)虛擬施工場(chǎng)景，每個(gè)人扮演不同的角色在場(chǎng)景中自由移動(dòng)，共同開(kāi)展安全隱患排查的協(xié)同互動(dòng)系統(tǒng)。具體操作為，建立一個(gè)虛擬場(chǎng)景，在該場(chǎng)景中預(yù)先配置多個(gè)安全隱患，然后由最多5名培訓(xùn)人員通過(guò)頭戴顯示器同時(shí)進(jìn)入該虛擬場(chǎng)景內(nèi)進(jìn)行安全隱患排查，在找到疑似安全隱患時(shí)，通過(guò)各自手中的傳感控制手柄，進(jìn)行交互操作，甄別記錄，以類似于大家來(lái)找茬的方式讓培訓(xùn)人員在實(shí)操中鞏固所學(xué)所得。

考試系統(tǒng)包括資源管理、課件管理、題庫(kù)管理、試卷管理、考試管理等多個(gè)模塊，除了傳統(tǒng)的試卷問(wèn)答形式，還可通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行實(shí)際操作考核，比如對(duì)虛擬場(chǎng)景中安全隱患的排查，對(duì)事故處理的演練等，以此來(lái)檢驗(yàn)培訓(xùn)人員的培訓(xùn)成果。

5 項(xiàng)目績(jī)效分析

貼合科學(xué)培訓(xùn)、綠色培訓(xùn)的宗旨，本項(xiàng)目在設(shè)施設(shè)備的添置上做到精簡(jiǎn)、典型與實(shí)用的原則。在施工現(xiàn)場(chǎng)模擬設(shè)計(jì)上具有唯一性和可推廣性。用仿真實(shí)訓(xùn)設(shè)備進(jìn)行操作實(shí)訓(xùn)，不僅降低投資成本，而且利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)充分整合硬件實(shí)訓(xùn)和仿真實(shí)訓(xùn)的優(yōu)點(diǎn)。

本次項(xiàng)目建設(shè)是為了更好地培養(yǎng)一線施工人員的安全技術(shù)水平，在操作規(guī)范和安全意識(shí)上有進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，為此根據(jù)不同施工階段的特點(diǎn)開(kāi)展培訓(xùn)，每批可培訓(xùn)60名一線操作人員。我們利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以實(shí)訓(xùn)為主，理論夠用的任務(wù)引領(lǐng)培訓(xùn)模式，真正做到貼近實(shí)際的培訓(xùn)目的。自初步建成開(kāi)發(fā)以來(lái)，已試運(yùn)行180人次的安全教育培訓(xùn)，預(yù)計(jì)未來(lái)5年內(nèi)，完成5 000人次的培訓(xùn)，實(shí)現(xiàn)培訓(xùn)人數(shù)逐年增長(zhǎng)，為企業(yè)的高技能人才培訓(xùn)添磚加瓦。

6 結(jié)語(yǔ)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在安全教育方面是非常有價(jià)值的，這種全新的體驗(yàn)式教學(xué)，摒棄了傳統(tǒng)說(shuō)教式被動(dòng)安全教育，不受場(chǎng)地限制的模擬真實(shí)環(huán)境中的安全事故，避免了材料、人工的浪費(fèi)，大大降低了投入演練的時(shí)間成本，同時(shí)使體驗(yàn)者印象更加深刻，強(qiáng)化了體驗(yàn)者對(duì)安全事故的感性認(rèn)識(shí)，在促進(jìn)施工企業(yè)人員安全技能的學(xué)習(xí)中，優(yōu)勢(shì)顯著，效果良好。

當(dāng)然，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在現(xiàn)階段也依然有許多問(wèn)題。在硬件層面，這幾年設(shè)備分辨率雖然已經(jīng)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是要帶來(lái)足以以假亂真的超高畫(huà)質(zhì)依然有所欠缺。另外在力反饋技術(shù)上目前還只是主要依賴于視覺(jué)與聽(tīng)覺(jué)，觸覺(jué)反饋及嗅覺(jué)反饋技術(shù)需要借助一些更先進(jìn)的設(shè)備，這些設(shè)備產(chǎn)品較少，價(jià)格昂貴，經(jīng)濟(jì)性較差，這些都在一定程度上影響了沉浸式體驗(yàn)。在健康問(wèn)題上，目前的頭盔類設(shè)備戴久了容易使人勞累，長(zhǎng)時(shí)間處于虛擬場(chǎng)景中會(huì)產(chǎn)生3D暈眩癥，發(fā)生頭暈惡心現(xiàn)象；在軟件層面，配套的課件開(kāi)發(fā)和資源設(shè)計(jì)技術(shù)門(mén)檻較高，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)需要同時(shí)具備對(duì)施工專業(yè)的了解，豐富軟件開(kāi)發(fā)的經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)教學(xué)內(nèi)容及方法的理解和把握，這些都限制了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在企業(yè)人才培訓(xùn)中的發(fā)展。但是我們有理由相信，隨著硬件水平的不斷發(fā)展、施工企業(yè)不斷深化的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及對(duì)安全生產(chǎn)的迫切需求，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在施工企業(yè)安全教育中的應(yīng)用會(huì)擁有越來(lái)越廣闊的前景。