虛擬仿真技術(shù)在石油庫和加油站施工作業(yè)安全管理環(huán)節(jié)的應(yīng)用

王 棟

〔中國石化廣西石油分公司 廣西南寧 530000〕

1 項目背景

石油庫和加油站施工作業(yè)環(huán)節(jié)管理一直是安全管理的薄弱環(huán)節(jié),具有管理難度大、潛在風(fēng)險多等特點，參與施工作業(yè)環(huán)節(jié)管理的員工經(jīng)驗不足、能力欠缺、標(biāo)準(zhǔn)生疏等是導(dǎo)致事故發(fā)生的重要原因。目前解決上述問題的手段主要是對管理人員進行培訓(xùn)，而傳統(tǒng)的培訓(xùn)存在一定的局限性，例如：培訓(xùn)效果是否良好主要取決于教師的水平，培訓(xùn)過程依賴實體化模型等。

在此背景下，集“仿真學(xué)習(xí)、作業(yè)過程輔助和智能預(yù)警”為一體的施工作業(yè)流程輔助系統(tǒng)可以更好地解決此問題，可以使涉及施工安全的關(guān)鍵節(jié)點及安全部分得到更精細(xì)化的管理，是有效提高企業(yè)施工作業(yè)監(jiān)管人員安全意識、安全習(xí)慣與安全技能的有效途徑，也是有效減少違章作業(yè)，降低事故發(fā)生率的重要手段。

2 系統(tǒng)主要構(gòu)成

“四化一體”交互式施工作業(yè)流程輔助系統(tǒng)是利用虛擬現(xiàn)實與仿真、建筑信息模型、智能識別等技術(shù)，建立以直接作業(yè)管理為主體，設(shè)置“多樣化”培訓(xùn)場景、“智能化”作業(yè)審批、“直觀化”風(fēng)險識別和“可視化”風(fēng)險預(yù)警功能的一體式施工作業(yè)流程輔助系統(tǒng)[1]，從施工作業(yè)前期、中期和后期全過程跟蹤輔助，確保作業(yè)過程安全，具體建設(shè)內(nèi)容如下。

(1)通過VR虛擬現(xiàn)實與仿真、BIM建筑信息模型技術(shù)，掌握施工作業(yè)環(huán)節(jié)安全管理技能。讓員工以更加自然的方式，身臨其境地體驗并參與到施工過程安全管理，并通過虛擬填寫、指揮、體驗等動作方式，掌握直接作業(yè)環(huán)節(jié)安全管理的要點，提高安全監(jiān)管技能。

(2)通過AR增強現(xiàn)實技術(shù)，將作業(yè)現(xiàn)場與虛擬信息融合，輔助進行作業(yè)風(fēng)險識別管理。將真實的施工現(xiàn)場環(huán)境、信息與虛擬信息“無縫”集成，將施工作業(yè)現(xiàn)場環(huán)境映射到虛擬環(huán)境中，進行智能識別存在的風(fēng)險，協(xié)助員工進行風(fēng)險識別和作業(yè)審批。

(3)通過AI人工智能技術(shù)，進行施工作業(yè)現(xiàn)場全流程錄影中實現(xiàn)可視化違章識別和預(yù)警。主要利用施工作業(yè)現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)與AI技術(shù)相結(jié)合，對作業(yè)現(xiàn)場存在的各種安全風(fēng)險(人員、材料、機械等)和違章作業(yè)進行智能檢測并識別預(yù)警，消除施工現(xiàn)場安全隱患。

3 系統(tǒng)具體應(yīng)用

3.1 利用VR虛擬現(xiàn)實與仿真技術(shù)，實現(xiàn)施工作業(yè)環(huán)節(jié)安全管理可視化模擬

構(gòu)建“多樣化”培訓(xùn)作業(yè)場景，即建立多樣化虛擬施工作業(yè)場景。目前石化銷售企業(yè)施工作業(yè)環(huán)節(jié)主要集中在施工工地以及石油庫、加油加氣站檢維修現(xiàn)場，具有作業(yè)面廣、作業(yè)交叉多、安全管理難度大的特點。為此，將作業(yè)場景進行分類，構(gòu)建“三項四科”作業(yè)場景，以石油庫、加油站和施工工地作業(yè)為基礎(chǔ)背景，結(jié)合建筑信息模型BIM建立四科具體作業(yè)場景[2]：一是建立石油庫罐區(qū)改造施工、工藝管線施工、設(shè)備檢維修施工等作業(yè)場景；二是建立加油站罐區(qū)改造施工、電氣線路、罩棚更換以及加油站管線、設(shè)備檢維修施工等作業(yè)場景；三是建立新建項目完整的施工工地場景；四是建立辦公樓等基礎(chǔ)建筑施工場景，將直接作業(yè)內(nèi)容直接嵌入到各個場景中，增設(shè)管理人員、施工人員等角色，從而實現(xiàn)直接作業(yè)場景虛擬化、直觀化、多樣化，可針對不同板塊業(yè)務(wù)管理人員進行專項培訓(xùn)。

3.2 通過AR增強現(xiàn)實技術(shù)，將施工作業(yè)現(xiàn)場與虛擬信息融合，輔助進行作業(yè)風(fēng)險識別管理

(1)構(gòu)建“智能化”作業(yè)審批流程。目前施工作業(yè)審批主要是以作業(yè)票為載體，作業(yè)票填寫時具有填寫項目多、填寫標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)、風(fēng)險識別意識強的特點。因此，利用AR技術(shù)將作業(yè)票虛擬化與現(xiàn)實的作業(yè)現(xiàn)場相疊加，將作業(yè)審批環(huán)節(jié)進行直觀化設(shè)計，將審批內(nèi)容以立體式對話框的形式結(jié)合七大作業(yè)場景進行呈現(xiàn)，系統(tǒng)以“語音”加“動態(tài)字幕”的形式進行輔助式審批，提示和指導(dǎo)審批人員需要審批的內(nèi)容、審批要求、填寫注意事項等，審批人員在語音、文字的輔助下，進行規(guī)范的作業(yè)審批。

(2)建立“直觀化”風(fēng)險識別機制。目前施工作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險識別主要是通過員工主觀識別，但由于員工風(fēng)險識別技能存在差異，往往會忽略一些風(fēng)險，導(dǎo)致作業(yè)過程中存在一定的安全隱患。因此，利用AR技術(shù)將直接作業(yè)內(nèi)容以立體式對話框的形式結(jié)合七大作業(yè)風(fēng)險內(nèi)容建設(shè)直觀化風(fēng)險識別場景，將作業(yè)現(xiàn)場的“人員、設(shè)備和環(huán)境”三個要素進行模擬仿真處理[3]，將真實的作業(yè)環(huán)境和虛擬提示信息、語音信息之間進行重疊，在同一個畫面以及空間中同時存在，管理者通過佩戴AR眼鏡，視野中不僅能夠有效體現(xiàn)出真實的作業(yè)現(xiàn)場情景，也能看到作業(yè)現(xiàn)場的“風(fēng)險點的位置、風(fēng)險點類別及需要采取的防控措施”等文字、語音提示信息，可以更加準(zhǔn)確、有效地進行作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險識別和風(fēng)險管控。

3.3 通過AI人工智能技術(shù)，進行作業(yè)現(xiàn)場全流程錄影，實現(xiàn)可視化違章識別和預(yù)警

建立“全程化”智能識別預(yù)警。目前，施工作業(yè)現(xiàn)場配備了視頻監(jiān)控設(shè)備，但主要是靠員工在后臺進行人工監(jiān)管，對于現(xiàn)場違章作業(yè)只能進行事后處罰，還未做到提前預(yù)警。因此，利用人臉識別、動作行為識別等AR技術(shù)與視頻監(jiān)控設(shè)備相結(jié)合，通過人工智能和機器學(xué)習(xí)、圖像識別處理技術(shù)，實現(xiàn)對作業(yè)現(xiàn)場各種潛在安全風(fēng)險全方位全時段識別，同時將報警信息接入綜合監(jiān)控平臺，將“事后處罰”變?yōu)椤笆虑邦A(yù)警”，達(dá)到對現(xiàn)場違章作業(yè)行為智能化識別鎖定、儲存及報警功能，從而提高安全管控效率，確保作業(yè)安全。

4 現(xiàn)場應(yīng)用情況

目前，該系統(tǒng)已經(jīng)完成階段性研發(fā)，并在部分石油庫和加油站施工現(xiàn)場試用。從施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控違章對比、作業(yè)票檢查對比和現(xiàn)場檢查對比中發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)使用后，施工安全培訓(xùn)變得更有效，作業(yè)管控變得更形象，施工管理變得更規(guī)范，施工作業(yè)違章率明顯下降。

例如：某加油站油罐內(nèi)襯施工項目，利用該系統(tǒng)進行了全周期、全過程的施工安全管理，并重點對以下4個重要節(jié)點進行了輔助管理。

(1)承包商入場培訓(xùn)。主要通過VR裝置，模擬真實的加油站內(nèi)襯施工作業(yè)環(huán)境，施工人員佩戴VR眼鏡，置身于真實的作業(yè)環(huán)境對臨時用電作業(yè)步驟操作、防爆設(shè)備選用、受限空間應(yīng)急與急救技能進行直觀化的學(xué)習(xí)?！岸鄻踊盫R培訓(xùn)與傳統(tǒng)式培訓(xùn)對比見表1。

表1 “雙樣化”VR培訓(xùn)與傳統(tǒng)式入場培訓(xùn)對比

(2)作業(yè)票智能輔助審批。通過電子化作業(yè)票進行作業(yè)票輔助簽發(fā)。主要通過平板電腦將需要審批的作業(yè)票內(nèi)容以對話框的形式呈現(xiàn)在簽發(fā)人面前。同時，系統(tǒng)會通過“語音”加“動態(tài)字幕”的形式，提示簽發(fā)人作業(yè)票簽發(fā)的注意事項、規(guī)定動作及重點關(guān)注點等，從而確保作業(yè)票規(guī)范的審批和簽發(fā)。作業(yè)票智能輔助審批與傳統(tǒng)作業(yè)票審批對比見表2。

表2 作業(yè)票智能輔助審批與傳統(tǒng)作業(yè)票審批對比

(3)直觀的進行現(xiàn)場風(fēng)險識別和預(yù)警。主要通過施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控設(shè)備和語音設(shè)備，通過人臉識別、動作行為識別等AR技術(shù)，對施工作業(yè)現(xiàn)場各種潛在安全風(fēng)險全方位全時段識別，例如高處作業(yè)不系安全帶、不佩戴安全帽、鉤機作業(yè)半徑內(nèi)站人等風(fēng)險，系統(tǒng)識別后同步進行作業(yè)現(xiàn)場語音提醒，及時制止違章作業(yè)。智能識別預(yù)警與傳統(tǒng)式人員監(jiān)管對比見表3。

表3 智能識別預(yù)警與傳統(tǒng)式人員監(jiān)管對比

5 結(jié)束語

通過利用該系統(tǒng)，石油庫和加油站施工作業(yè)環(huán)節(jié)作業(yè)審批合格率可提高至90 %以上，風(fēng)險識別到位率提高至90 %以上，作業(yè)現(xiàn)場違章率降低至10 %以下，為提升石油庫和加油站施工作業(yè)環(huán)節(jié)安全管理水平，保障安全生產(chǎn)運營提供了保障。