基于3D虚拟现实技术的油库应急安全虚拟仿真培训系统项目方案

  油库一旦发生泄漏事故,将会带来极大的危害,而油库漏油以油罐区漏油的危害最大。随着使用年限的增加,由于设备设施老化、密封性能下降、外界环境介质侵蚀以及应力腐蚀加剧等原因,油罐发生油品泄漏事故的风险也在增大。一旦发生油品泄漏事故,不仅会造成资源浪费和环境污染,更会危害人身健康,甚至还会酿成火灾爆炸事故威胁人员生命。

虚拟现实系统,仿真实训系统

  近年来,虚拟现实技术(Virtual Reality ,以下简称VR)进步发展,在提升沉浸感、交互性的同时大幅降低了使用成本,正被用于越来越多的领域。将虚拟现实技术应用于安全培训,能够充分展现影像、声音、动画和人机交互相结合的培训体验,具有真实、互动、受控、安全、灵活、高效和节约成本等优势。目前,虚拟现实技术已应用于民众社区、建筑等消防、 触电安全知识体验培训,煤矿安全等行业也已利用 VR 技术开发了各种类型和功能的安全培训系统并开始应用于实际,但油气储存等危险化学品行业安全管理和培训领域还未成熟、系统地应用此技术。

  开发基于VR技术的油库应急安全虚拟仿真培训系统对于提高油库管理、操作人员实战能力,有效辨识评价风险,建立生产安全风险控制措施,完善应急预案,提升油库管理水平具有重要意义。具体表现在:

  ①基于VR技术的油库应急安全虚拟仿真培训系统内容广泛,经济成本低。模拟训练可模拟油库装备运转或不同类型油料作业区域和作业种类的火灾情况,并可以根据需求开展多种类型的油料火灾事故训练,包括剧毒、危险性科目的模拟训练,通过设置场景的复杂性,使场景更加符合实际。此外,模拟训练可以大大减少传统训练中消防装备器材、油料消耗、场地维护的成本,且不会出现现实中由于设备或系统故障而无法训练的情况。

  ②基于VR技术的油库应急安全虚拟仿真培训系统全程可控,安全系数高。油料着火极具危险性,消防训练必须做好万全准备,而模拟训练往往是通过友好的人际界面,可以在训练过程中对虚拟设备设施和装备的参数进行调整,从而模拟出各种复杂情况,由于操作的不是真实存在的油料设备,而是由计算机虚拟的设备,因此不用担心出现火情失控和人员受伤等实际训练中才会出现的安全事故。

  ③油库消防模拟训练客观评判,考核性能强。消防训练考核成绩直接可以反映部门或者个人阶段或年度的训练效果,且具有量化可排名的特点,可以发挥训练考评的激励、评价、总结效能。但是传统消防训练考核成绩多以经验分析定性而得到,很难做到绝对公平客观,而模拟训练利用计算机、传感器以及综合信息系统,可以实时采集消防指挥、消防技战术动作和灭火救援结果等数据信息,综合量化评判,更具有考核评判效果。

  ④油库消防应急训练系统能够模拟多种应急场景,灵活度高。不同油库由于其物料的易燃性、易挥发扩散性,所处地理位置的特殊性,存在多种多样的潜在风险,并且在不同的诱发因素作用下,存在不同的表征,需要针对不同应急情况,单独编制方案。采用VR技术,能够灵活设定多种不同应急场景,并在虚拟环境下验证应急方案的有效性,为未来可能存在的突发事件应对方案提供参考依据。

虚拟现实系统,仿真实训系统

  开展基于VR技术的油库应急安全虚拟仿真培训系统建设,通过基于VR技术的油库应急安全虚拟仿真培训系统,使员工熟练掌握储罐泄漏处置方法和注意事项,确保处置得当、保证油库安全,势在必行。

  1.1 编制依据

  1.1.1 《生产安全事故应急演练基本规范》AQT/9007-2019;

  1.1.2《石油化工企业设计防火规范》GB50160-2008;

  1.1.3《石油化工储运系统罐区设计规范》SH/T3007-2007;

  1.1.4《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058-92;

  1.1.5《石油库设计规范》GB50074-2002;

  1.1.6《火灾自动报警系统设计规范》GB50116-98;

  1.1.7《泡沫灭火系统设计规范》GB50151-2010;

  1.1.8《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》GB50493-2009;

  1.1.9国务院关于印发《新一代人工智能发展规划的通知》国发(2017)35号;

  1.1.10《智能硬件产业创新发展专项行动(2016-2018年)》;

虚拟现实系统,仿真实训系统

  1.2 主要工程内容

  开展现场调研,收集相关技术资料,利用人工智能技术等技术手段、结合虚拟现实(VR)技术以及实物+人工智能技术(Artificial Intelligence,简称AI)等方式,开发油库工艺动态仿真模型、控制系统仿真模型、生产现场 3D 虚拟现实仿真操作模型、操作评分系统等子系统,实现员工通过VR模拟实训,切实提高储罐漏油应急处置能力。

  2实施方案

  2.1资料收集、准备工作

  收油库基本信息、流程图、储罐资料等各种数据,为VR模拟工作全面开展提供原始数据支持。主要包括以下内容:

  ①站场基本数据。站场平面布置图、工艺流程图等;

  ②站场运行参数。储罐基础资料(施工图、罐容、罐高)、储罐安全仪表系统、事故或失效资料;

  ③站场消防情况。现场消防设施平面布置图、储罐着火相关应急预案和现场处置方案等。

  2.2现场调研

虚拟现实系统,仿真实训系统

  2.2.1 实地踏勘

  实地走访勘察油库现场,了解现有储油罐布局形式、结构尺寸、储油能力、原油走向等基础数据;掌握现有清水泵、清水管网、火焰探测、进出阀门等设施的基本参数和布局;掌握储罐区、工艺区不同的消防预案及存在的不足。

  2.2.2 人员访谈

  与技术管理人员进行座谈,了解目前生产经营中存在的问题,现有消防预案制定准则及不足,在具体实施过程中存在的问题;现场消防演练具体实施过程,实施周期及存在问题。汇总问题并提出解决方案,进一步指导基于虚拟现实的消防仿真系统演练的设计开发。

  2.2.3 观摩消防演练

  现场观摩消防演练情况,并进行详细记录和评价。

  2.3 基于VR的油库消防应急演练系统开发

  2.3.1 基于虚拟现实的油库认知培训模块开发

  基于真实油库构建与实际工况匹配的3D 仿真油库(包括阀组区、泵棚区、计量区、油罐区、消防区等),采用高清渲染管线实现实际现场还原,操作人员能够借助VR设备在仿真油库中进行沉浸式体验,系统设置鸟瞰、漫游、固定路线参观3种体验模式功能,且三者间可自由切换。

  ①鸟瞰模式下操作人员视点在油库上方,方便操作人员迅速了解油库整体布局及大型设施设备,对油库中不同管线和设施以不同颜色进行标识,(如红色泡沫管线、绿色消防水管和黄色输油管线),通过空中鸟瞰能对这些设备设施快速建立整体认识。

  ②漫游模式下操作人员可以在仿真场景中如同在真实油库中一样自由行走观看和学习了解,系统能够显示不同区域的基本情况、功能介绍和区域布局等。油库中的重点设备有交互 UI 进行设备设施介绍,除了图片、文字、语音方式,还可以配备爆炸图、3D 动画等方式。在漫游过程中,能够实时显示操作人员在油库中的位置。

  ③固定路线参观模式下操作人员按预设的路线、速度在油库行进,查看沿途的设备、流程、数据等。

  2.3.2 基于虚拟现实技术的隐患排查培训模块开发

  建模过程中通过多处设置油库多种常见的、典型的且具代表性的安全隐患,逼真地展现各隐患类型的情景。针对隐患排查培训,有助于操作人员在模拟真实环境的场景中体验开展油库隐患排查的学习和训练,模块可以设置学习和考试两个功能模式。学习模式下,操作人员通过手柄触发显示隐患内容及正确处理方法,操作人员进行消除隐患的正确操作后,会提示隐患解除成功,从而实现对隐患排查操作的训练,让学员了解和熟悉油库常见的安全隐患及隐患消除的正确处理方法;考试模式下,对油库隐患点无明显提示,操作人员需自己找到隐患处;部分较隐蔽的隐患点有提示,操作人员发现隐患处并进行正确处理方可得分,仿真系统兼具成绩记录和导出功能。

虚拟现实系统,仿真实训系统

  2.3.3 基于虚拟现实的油库消防决策和指挥训练系统开发

  建立涵盖各类油库区域的地形、气候、人文、交通等环境状况、火灾规模、设备受损、人员伤亡等消防灭火现场情况和消防力量编成、消防装备、油库布局、消防需求等消防实力情况的综合模拟指挥系统,通过不同算法,各类数据随着时间动态变化,管理人员必须根据实时情况,选择不同灭火和救援方案,下达相关指令,处理不同消防事件,对宏观指挥、现场调度、决策分析能力和突发事件处理能力等内容进行交互辅助训练,不断提高指挥、协同、决策的意识和能力。

  2.3.4 基于虚拟现实的油库消防单独装备操作训练系统开发

  现场人员实施灭火救援主要依托各类消防装备及器具,在熟练掌握消防单装的基础上,完成相应的消防单人或分队行动。可在训练初期建立消防装备的虚拟模型,帮助人员熟悉消防装备的原理、功能和操作程序以及训练人员对装备的操作、保养和维修技能。

  2.3.5 基于虚拟现实的多场景油库灭火救援仿真系统开发

  充分利用人工智能、3D投影、大数据、云计算、机器人、仿真材料等技术,建造可以模拟三维世界的虚拟现实模拟系统,全方位还原油库各类场景和火灾爆炸情况,通过视觉、声觉、触觉等人体感觉直观了解所涉及任务分类、消防条件、环境特点、设备操作、故障排除、火情侦查、安全防护、检测堵漏、救生洗消以及各类紧急情况和危险因素等相关知识,同时锻炼技术人员技能和应急反应能力,在“身临其境”的模拟环境中锻炼操作人员,有利于增加实战经验,提高训练效果。