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        VR技術(shù)在檢測作業(yè)培訓(xùn)中的應(yīng)用

        2022-06-02 08:37:06白朋輝龍麗榕
        廣東土木與建筑 2022年5期
        關(guān)鍵詞:塔式起重事故人員

        白朋輝,龍麗榕

        (1、廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司 廣州 510500;2、廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 廣州 510500)

        0 引言

        由于存在人員流動性大、作業(yè)現(xiàn)場多、環(huán)境復(fù)雜等不利因素[1-3],建設(shè)工程檢測行業(yè)是一個事故風(fēng)險相對較高的領(lǐng)域,為避免發(fā)生人為造成的事故,檢測作業(yè)人員必須具備認真、規(guī)范和嚴謹?shù)陌踩庾R。傳統(tǒng)的檢測安全教育培訓(xùn)模式效果不佳,檢測作業(yè)人員沒有掌握安全知識,也缺乏對事故造成嚴重后果的認知。

        虛擬現(xiàn)實技術(shù)(英文全稱為Virtual Reality,可簡稱為VR),是一種整合計算機圖像學(xué)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、三維顯示技術(shù)、人機接口技術(shù)和人工智能技術(shù)等領(lǐng)域優(yōu)勢的計算機高新技術(shù)[4-8],該技術(shù)既可創(chuàng)造虛擬世界又可實現(xiàn)親身體驗,具有感知性、沉浸性、交互性和構(gòu)想性等特點。VR 技術(shù)利用相關(guān)的計算機技術(shù)創(chuàng)造出一個逼真的三維世界,注重體驗者的視覺、聽覺、觸覺等感官的真實模擬,從而實現(xiàn)人機間沉浸式實時交互,將VR 技術(shù)用于檢測安全培訓(xùn),提升檢測作業(yè)安全培訓(xùn)效果。

        1 VR技術(shù)在檢測安全培訓(xùn)中的優(yōu)勢

        1.1 突破時空限制,復(fù)刻檢測現(xiàn)場

        VR 技術(shù)能夠模擬檢測作業(yè)的現(xiàn)場環(huán)境,通過構(gòu)建逼真的三維立體虛擬場景,可以復(fù)刻各種檢測作業(yè)現(xiàn)場,如豎向抗拔靜載試驗作業(yè)、高應(yīng)變法檢測作業(yè)、路橋隧檢測作業(yè)、有限空間作業(yè)等,使受培訓(xùn)人員不必親臨作業(yè)現(xiàn)場,也可突破時間和空間的限制,真實地了解檢測作業(yè)的全過程。

        1.2 沉浸式體驗,任務(wù)式教學(xué)

        VR 技術(shù)能夠構(gòu)建逼真的虛擬場景,讓受培訓(xùn)人員在虛擬空間中獲得沉浸式體驗,通過任務(wù)式教學(xué)的方式來達到培訓(xùn)目的。受培訓(xùn)人員可以利用特定的VR 設(shè)備,以第一人稱視角親身體驗檢測作業(yè)過程中的危險因素,感受到安全事故后果的嚴重性,以及學(xué)會如何應(yīng)對的突發(fā)的險情。在體驗結(jié)束后,受培訓(xùn)人員可通過第三人稱視角來重溫當(dāng)時的場景,并進行有針對性的分析和總結(jié)。在體驗式教學(xué)中,受培訓(xùn)人員可以掌握整個檢測作業(yè)流程和作業(yè)環(huán)境中的危險因素,以增強自身對事故的預(yù)防意識。通過將VR 技術(shù)的沉浸感、仿真性和交互性特征與人機互動相結(jié)合,受培訓(xùn)人員能夠在安全教育系統(tǒng)上完成檢測作業(yè)安全技術(shù)交底、安全隱患排查等工作[9]。

        1.3 安全性能高,投入成本低

        傳統(tǒng)的檢測安全教育培訓(xùn)若想強調(diào)安全事故具有嚴重的后果,培養(yǎng)受培訓(xùn)人員的危機意識,主要通過兩種方式:一是采取觀看視頻的方式,這種方式比較直接,雖然在短期內(nèi)能夠起到安全警示效果,但是隨著時間的推移,培訓(xùn)效果會逐步回歸到培訓(xùn)前的狀態(tài);二是通過搭建安全體驗館的方式[10],這種方式存在一定的安全風(fēng)險并且投入成本較高,例如高處墜落的體驗項目,耗費體驗器材和空間等資金,需要受培訓(xùn)人員在在5 m 高度突然墜落到鋪設(shè)好充氣氣墊的地面。然而,通過將VR 技術(shù)引入到檢測作業(yè)安全教育培訓(xùn)中來,既能夠讓受培訓(xùn)人員在安全的條件下真實體驗檢測作業(yè)過程中的常見事故,又能夠減少安全體驗館固定的體驗器材和空間等資金的投入,實現(xiàn)整體安全性能提高和降低投入成本的目的。

        基于上述存在的問題,廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測總站有限公司(以下簡稱省總站)針對一些典型的檢測作業(yè)開發(fā)了BIMVR 路橋隧生產(chǎn)作業(yè)安全培訓(xùn)系統(tǒng)、覆蓋渠有限空間作業(yè)安全培訓(xùn)VR 系統(tǒng)、塔式起重機檢測VR培訓(xùn)系統(tǒng)。

        2 BIMVR路橋隧生產(chǎn)作業(yè)安全培訓(xùn)系統(tǒng)[11]

        BIMVR安全教育培訓(xùn)系統(tǒng)從檢測角度選取案例,通過三個具有代表性的場景為安全培訓(xùn)人員帶來真實的安全事故體驗,以達到“知安全、重安全”的作用。三個案例分別為:橋梁檢測高空落水VR 體驗;隧道無損檢測高空墜落、物體打擊VR 體驗;道路交通安全事故VR體驗。

        2.1 橋梁檢測高空落水VR體驗

        檢測人員在水上平臺(見圖1)進行梁底外觀檢測,由于水上移動平臺失穩(wěn)導(dǎo)致檢測人員落水,由岸上人員進行施救,并進行溺水搶救。主要模擬內(nèi)容:定位水上平臺、上到活動平臺、綁好安全帶、抓著欄桿、水上活動平臺移動、平臺失穩(wěn)傾斜沉入水中、下降至2.0 m 高度后解脫安全繩、跳入水中、用力掙扎、體力耗盡后溺水、岸上人員救援船劃船落水人員身旁、救生人員帶著救生圈下水、幫落水人員帶上救生圈、拉至岸上、船上人員拉至淺水區(qū)域、將溺水人員平躺在地面、檢查溺水人員狀況、清理口腔鼻孔異物、進行心臟復(fù)蘇急救。

        圖1 水上平臺模型Fig.1 Floating Platform Model

        2.2 隧道無損檢測高空墜落、物體打擊VR體驗

        檢測人員進行隧道二襯強度檢測(見圖2),由于操作失誤,導(dǎo)致儀器盒掉落砸到作業(yè)平臺下方人員,同時發(fā)生高處墜落事件。主要模擬內(nèi)容:綁好安全帶、收拾檢測儀器、爬上活動平臺、安全帶掛鉤套好、開始回彈檢測作業(yè)、活動平臺檢測人員交換位置、踢到儀器盒意外掉落、撿起儀器盒、觸碰到欄桿、欄桿掉落、檢測人員墜落、安全帶掛住掉落的檢測人員與鋼管輕微擦傷、儀器盒及欄桿掉落砸到地上記錄人員頭部、儀器與安全帽撞擊、記錄人員暈倒無外傷、同行人員進行救助傷員。

        圖2 隧道二襯檢測模型Fig.2 Tunnel Second Lining Detection Model

        2.3 道路交通安全事故VR體驗

        檢測人員正在進行道路檢測,車輛在轉(zhuǎn)彎處發(fā)生碰撞事故,導(dǎo)致作業(yè)人員受傷,未受傷人員進行現(xiàn)場事故的應(yīng)急處理(見圖3)。主要模擬內(nèi)容:檢測人員坐行行駛車上、車開到轉(zhuǎn)彎處、轉(zhuǎn)彎車輛處準備并線、雙方碰撞同時剎車、后座同事撞上司機椅后背、頭部受傷、短暫意識模糊、副駕駛位同事下車擺放警告標志、儀器散落、后座人員幫傷員按壓人中穴及合谷穴、傷者恢復(fù)意識、確認無骨折情況、被攙扶在路邊樹下靜臥、同行人員拔打了120急救電話、救護車到場進行救治、傷者意識恢復(fù)、車輛離開、結(jié)束。

        圖3 車輛事故模型Fig.3 Vehicle Accident Model

        3 覆蓋渠有限空間作業(yè)安全培訓(xùn)VR系統(tǒng)

        覆蓋渠是指被某些物體蓋著或者表面看不到的渠道,是一種典型的有限空間。覆蓋渠隨著時間的推移,易產(chǎn)生老化現(xiàn)象,導(dǎo)致外觀產(chǎn)生質(zhì)量缺陷,從而對周圍環(huán)境造成不良影響,為避免該不良現(xiàn)象的產(chǎn)生,因此會對其外觀定期進行檢測作業(yè)。但有限空間區(qū)域與外界相對隔離,出入口較為狹窄,作業(yè)人員不能長時間在內(nèi)工作,自然通風(fēng)不良,易造成有毒有害、易燃易爆物質(zhì)積聚或者氧含量不足的空間。

        基于上述存在的問題,以覆蓋渠外觀檢測為例,將有限空間作業(yè)安全教育培訓(xùn)與VR 技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)出一款用于指導(dǎo)有限空間安全作業(yè)的VR 系統(tǒng)。學(xué)員通過佩戴相應(yīng)的設(shè)備進入該系統(tǒng),VR 系統(tǒng)場景環(huán)境和現(xiàn)場檢測作業(yè)的聲效共同作用,可以使得學(xué)員切身感受到違規(guī)作業(yè)的危害,提高事故預(yù)防的意識。該系統(tǒng)分別設(shè)置了正確模式以及考核模式。正確模式下主要目的是對學(xué)員進行覆蓋渠有限空間作業(yè)的安全教育培訓(xùn),讓學(xué)員快速學(xué)習(xí)如何正確有序的開展作業(yè)工作,考核模式則隱去了相關(guān)提示,并且會對學(xué)員的完成情況進行打分,學(xué)員可以根據(jù)分數(shù)了解自己的薄弱環(huán)節(jié),加深自己對于有限空間作業(yè)的認識和體會。培訓(xùn)內(nèi)容主要分為八大模塊:簽署審批表、安全交底、打開井蓋、設(shè)置圍擋、通風(fēng)、檢測氣體、簽署安全檢測表、選擇錯誤設(shè)備引發(fā)危險,在進行每個內(nèi)容模塊建設(shè)時會有相應(yīng)的操作提示。

        4 塔式起重機檢測VR培訓(xùn)系統(tǒng)

        塔式起重機是高層建筑施工過程中比較常用的工具之一。在施工的過程中,塔式起重機主要的任務(wù)就是將建筑物品運送到高空中。所以加強對塔式起重機檢測工作的重視,確保塔式起重機的安全,能夠避免建筑物品高空墜落的現(xiàn)象發(fā)生,進而確保地面工作人員的人身安全。尤其是在人員密集的施工場所,確保塔式起重機的正常使用更顯得尤為重要。加強對塔式起重機檢測工作的重視,確保塔式起重機在使用過程中的安全,不僅能夠?qū)Σ僮魅藛T的人身安全進行保障,還能夠促進建筑項目的順利進行,節(jié)省建筑企業(yè)的成本開支。

        基于上述存在的問題,省總站開發(fā)了塔式起重機檢測VR 培訓(xùn)系統(tǒng),總體功能可分檢測安全培訓(xùn)模式、考驗測評模式和事故體驗?zāi)J饺齻€功能模塊。

        4.1 檢測安全培訓(xùn)模式

        體驗者進行塔式起重機檢測作業(yè)的安全教育培訓(xùn),培訓(xùn)內(nèi)容主要分為六大部分:準備工作、塔機基礎(chǔ)檢測、塔機塔身檢測、套架與平臺處檢測、司機室及平衡臂檢測、起重臂檢測。

        4.2 考驗測評模式

        體驗者進行塔式起重機檢測作業(yè)常見問題的考核,主要分為兩個階段:準備階段和考核階段。在準備階段,體驗者需進行勞保用品與防護用具的穿戴和檢查,體驗者手持手柄依次模擬抓取安全帽、勞保鞋和安全帶等并相應(yīng)佩戴,完成后前往現(xiàn)場檢測配合人員處針對現(xiàn)場作業(yè)進行技術(shù)交底。在考核階段,體驗者需要依次完成塔身垂直度測量、吊鉤不允許出現(xiàn)的缺陷、正確懸掛安全帶、找出塔架外觀缺陷等問題,選出正確的答案。

        4.3 事故體驗?zāi)J?/h3>

        體驗者進行塔式起重機檢測時高空墜落和物體打擊的安全教育培訓(xùn),培訓(xùn)內(nèi)容主要分為兩個階段:準備工作和事故體驗。在準備工作部分,體驗者需進行勞保用品與防護用具的穿戴和檢查,體驗者手持手柄依次模擬抓取安全帽、勞保鞋和安全帶等并相應(yīng)佩戴,完成后前往現(xiàn)場檢測配合人員處針對現(xiàn)場作業(yè)進行技術(shù)交底。在事故體驗階段,集成了塔式起重機檢測作業(yè)中可能存在的隱患發(fā)生的體驗場景。主要包含了物體打擊、攀爬直梯高墜、起重臂檢測點1 高墜、起重臂檢測點2高墜。

        5 結(jié)論

        傳統(tǒng)的檢測安全培訓(xùn)過程單一、缺乏沉浸感以及缺乏交互性,培訓(xùn)效果達不到預(yù)期,本文提出了將VR技術(shù)用于檢測作業(yè)安全培訓(xùn),激發(fā)檢測作業(yè)人員的興趣,加強檢測作業(yè)人員對安全事故的認知和自身的安全意識,從而達到了安全教育培訓(xùn)的效果。

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