化工安全三維培訓與模擬演練系統(tǒng)研究開發(fā)及應用*

楊繼星

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局通信信息中心

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，化工企業(yè)呈現(xiàn)大量化集中化的發(fā)展趨勢，由于化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中涉及大量易燃易爆，有毒有害物質(zhì)，很容易在化工產(chǎn)品的生產(chǎn)、儲存、運輸、使用等環(huán)節(jié)發(fā)生火爆毒等嚴重事故，造成人員傷亡和經(jīng)濟損失[1]。

傳統(tǒng)的事故應急培訓及應急演練往往針對特定災害事故，以預定腳本形式開展，其培訓演練周期長，涉及范圍廣，成本高，可重復性較差，雖然能夠起到一定效果但總體欠佳。因此，針對傳統(tǒng)培訓及演練的不足，研究開發(fā)一套化工安全三維培訓及模擬演練系統(tǒng)的建設(shè)方案，利用多種優(yōu)勢技術(shù)，針對化工企業(yè)典型突發(fā)事件的應急處置流程，對相關(guān)人員進行模擬培訓，從而使其掌握緊急事件的處理流程、自身的職責和分工、過程中需要的溝通與協(xié)調(diào)、可采取的措施，實現(xiàn)模擬演練的目的[2]。

1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

三維培訓與模擬演練系統(tǒng)以基礎(chǔ)支撐數(shù)據(jù)庫、業(yè)務應用數(shù)據(jù)庫和演練培訓數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)支撐，通過與各系統(tǒng)的協(xié)作和信息交互，實現(xiàn)智能化演練與培訓。三維培訓與模擬演練系統(tǒng)總體架構(gòu)，如圖1。

培訓演練是應急工作的重要組成部分，目的在于提高應急處置能力，為檢驗和修改應急預案提供參考。通過構(gòu)建突發(fā)安全生產(chǎn)事故場景，對事件進行模擬仿真和分析，并自動記錄演練過程，對演練效果以及其他業(yè)務系統(tǒng)在演練過程中的執(zhí)行情況進行評估[3]。

2 綜合培訓功能

綜合培訓系統(tǒng)是針對實現(xiàn)對不同對象的知識技能、事件處置、真實案例的培訓，并能夠以多種方式實現(xiàn)對學員的考核評價。主要功能包括培訓課件管理、知識技能培訓、事件處置培訓、考核評價管理等。

圖1 三維培訓與模擬演練系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

2.1 培訓業(yè)務流程

培訓模式主要采用教師講授和在線學習的方式進行，學員通過在線學習相關(guān)知識技能、演練記錄等內(nèi)容，再結(jié)合教師的具體講解，達到技能和事件處置流程全掌握。

綜合培訓主要工作流程是，通過學習數(shù)字預案、案例、知識、流程等信息制作文案式、交互式、腳本式、實際案例式課件，根據(jù)培訓的主要內(nèi)容和授課對象，選擇培訓課件進行培訓，培訓完成后，進行知識技能、事件處置、實際案例的考核，形成考核結(jié)果。

培訓課件的定制是整個業(yè)務流程的第一步，針對不同培訓內(nèi)容，需要定制不同培訓課件，而課件的形式又可以分為多種，包含文案式課件，體驗式課件以及交互式課件。

2.2 培訓邏輯流程

本系統(tǒng)針對培訓內(nèi)容的不同，可選擇多種培訓方式，其中培訓課件的定制是整個培訓進行的基礎(chǔ)，整個培訓功能的邏輯流程，如圖2。

在培訓課件定制的基礎(chǔ)之上，系統(tǒng)培訓功能可以針對不同的事故類型進行知識技能的培訓以及事件處理的培訓，分別從知識層面以及實際操作層面對人員進行培訓。對于知識技能培訓，可以采取文案式培訓以及交互式培訓，其中交互式培訓是以交互式課件為素材，主要實現(xiàn)推送信息的制作、信息推送、信息反饋等功能。根據(jù)培訓需要，推送相關(guān)信息（問題、任務等）給受訓人員，受訓人員通過系統(tǒng)客戶端及時收取推送信息，并對信息進行應答，反饋信息至系統(tǒng)，最后予以點評[4]。

而對于事件處置培訓，是以數(shù)字化的預案、案例、知識等為素材，以培訓課件為基礎(chǔ)，對受訓人員進行分階段、分角色、分場景的培訓，同時通過角色扮演，實現(xiàn)扮演式的培訓。

圖2 綜合培訓邏輯示意圖

3 模擬演練功能

模擬演練系統(tǒng)針對危險化學品重要生產(chǎn)、儲存及裝卸場所單元環(huán)節(jié)，針對不同的演練對象和不同的階段、場景，結(jié)合數(shù)字預案、數(shù)字案例、數(shù)字處置方案、數(shù)字知識、數(shù)字流程等，通過構(gòu)建災害場景，多方協(xié)同參演。

3.1 模擬演練流程

模擬演練主要可分為預定式演練和隨機性演練，主要工作流程為：

（1）預定式模擬演練：依據(jù)制定的演練培訓計劃，運用模型對事故模擬進行分析。根據(jù)制定的數(shù)字演練腳本，解釋演練腳本，啟動演練活動，執(zhí)行模擬演練。演練過程中相關(guān)人員能夠?qū)^程進行控制干預、進行過程記錄，演練結(jié)束后進行演練總結(jié)和評估[5]。

（2）隨機式模擬演練：依據(jù)制定的演練培訓計劃，運用模型對事故模擬進行分析。設(shè)定演練事故，啟動演練活動，執(zhí)行模擬演練。參演人員根據(jù)情況自行進行討論分組，自行判斷進行事故處置，演練過程中相關(guān)人員能夠?qū)^程進行控制干預、進行過程記錄，演練結(jié)束后，進行演練總結(jié)和評估。

3.2 事故類型的模擬和預測分析

在數(shù)字腳本制定之前，系統(tǒng)可以針對要模擬的事故場景進行模擬并且對事故所造成的影響進行預測分析，其中事故場景模擬是在二維、三維條件下進行，通過變換事發(fā)地點、事件類型、事件參數(shù)等內(nèi)容，模擬事件的發(fā)生發(fā)展過程，動態(tài)展現(xiàn)，疊加多媒體信息（音頻、視頻），設(shè)定事發(fā)地點（通過在三維場景中定位事發(fā)地點，如某個生產(chǎn)裝置、儲罐、裝卸區(qū)、庫房、車輛等）、事件類型（如?；沸孤?、著火、爆炸等）、事件參數(shù)（泄露物質(zhì)、泄漏量、裝置類型、天氣環(huán)境、場所環(huán)境等）智能生成演練事故場景腳本信息，為腳本制作提供支撐。

在事故影響預測分析過程中，利用事故災害模型，通過在二、三維場景中進行模型分析（爆炸分析、火災分析、?；沸孤丁⒂泻怏w擴散等），能夠?qū)κ鹿实某掷m(xù)時間、影響范圍、影響目標、次生衍生事件、事件后果等進行智能的預測和分析，生成分析數(shù)據(jù)，為制定演練腳本提供分析依據(jù)[6]。

3.3 事故場景的展現(xiàn)

在整個演練場景展示的過程中，系統(tǒng)可以根據(jù)演練不同階段和不同角色的需要，基于二維GIS疊加展現(xiàn)事故點、事故發(fā)展動態(tài)、救援部署動態(tài)等場景信息；根據(jù)演練不同階段和不同角色的需要，基于三維仿真進行場景展現(xiàn)，綜合疊加展現(xiàn)影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程信息、角色人物、文本信息、標繪信息、災害動態(tài)模擬場景、救援動態(tài)場景、設(shè)備設(shè)施仿真模型、道路建筑仿真模型等；在演練過程中，通過點擊二三維場景中的關(guān)鍵部位，能夠瀏覽該部位的360度全景照片，并能夠?qū)崿F(xiàn)二維GIS、三維仿真與三維實景的動態(tài)關(guān)聯(lián)；也能夠在二維GIS、三維仿真系統(tǒng)中展示視頻監(jiān)控點分布，在演練過程中，通過點擊三維場景中的視頻監(jiān)控點，能夠展示該部位的實時視頻監(jiān)控圖像。

3.4 事故模擬的干預控制

隨著模擬演練的進行，模擬事故發(fā)展也逐漸展開，通過在二、三維場景中設(shè)定災害裝置、位置，設(shè)定災害類型，選定災害模型，并輸入模型參數(shù)，在場景中能夠模擬并直觀展現(xiàn)災害的發(fā)生發(fā)展過程；同時，演練過程中，可以通過改變風向、風速等環(huán)境因素、周邊環(huán)境信息，調(diào)整災害的模擬過程，進而干預演練的執(zhí)行。在執(zhí)行任務時，需要掌握處置要點、生產(chǎn)的工藝流程，才能確保執(zhí)行的合理性和正確性；用戶執(zhí)行某任務之前，點擊三維場景中的裝置，便能夠以圖片或文字提示的方式，掌握設(shè)備的工藝流程。而通過綜合利用位置服務、GPS、RFID等定位技術(shù)，基于二維、三維場景實現(xiàn)人員、車輛、監(jiān)控點等的定位、分布等信息展示[7]。

3.5 演練評估與總結(jié)

系統(tǒng)能夠建立科學的評估模型和評估指標體系，能夠?qū)ρ菥氝^程、演練活動、演練效果進行智能評估評判，同時，能夠結(jié)合相關(guān)專家的意見，實現(xiàn)模型評估與專家意見融合的綜合評估，最終形成評估報告。

4 結(jié)束語

本文從目前我國化工企業(yè)安全生產(chǎn)實際角度出發(fā)，研究開發(fā)出一套基于多種先進技術(shù)及功能的化工企業(yè)三維培訓與模擬演練系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過三維培訓以及對特定事故場景進行三維模擬演練，提高受訓人員或參與模擬演練人員的應急知識，提高相關(guān)人員對突發(fā)事故的應急處置能力及熟練程度，該系統(tǒng)適應性強，可模擬不同類型的突發(fā)事故，模擬效率高，并且可重復性強，大大提高化工企業(yè)的安全生產(chǎn)管理水平，節(jié)約培訓及模擬演練成本。