虛擬現實（VR）系統在船舶安全中的應用

周廣青

0 引言

虛擬現實，是指從真實環境到虛擬環境虛擬現實技術以計算機技術為核心，結合相關科學技術，生成與一定范圍真實環境在視、聽、觸感等方面高度近似的數字化環境，用戶借助必要的裝備與數字化環境中的對象進行交互作用、相互影響，可以產生親臨對應真實環境的感受和體驗[1]。

1 船舶建造中安全問題日益突出

船舶建造是一項綜合性工程，從鋼板切割開始到船舶完工交付，整個流程漫長而復雜，危險源非常多。造船過程中，悶艙的通風、船上使用的風機、焊機的用電安全、管子壓力測試過程及船用設備的各種使用安全等，涉及面之廣，管理難度之大，即使廠內配備了獨立的安全管理部門，但安全隱患、安全事故還是無法杜絕，甚至出現工亡事故。

安全問題出現的根本原因絕大多數是職工的安全意識不強，職工的違章作業，對作業中的危險源以及對下一步工作所帶來的后果考慮不足。而傳統的安全教育抽象且無法達到安全認知的目的，安全問題仍是船廠的難點問題。

為解決船舶建造過程中復雜多變環境中出現的安全問題，定期對員工進行安全教育，通常使用電視機播放安全錄像，使用投影儀和電腦的組合分析事故安全概念，把現場做成模型，教育新員工。這種傳統的方式表達很抽象，員工不能有效地理解和吸收。

2 VR系統

虛擬現實（VR）系統綜合利用了計算機圖形學、仿真技術、多媒體技術、人工智能技術、計算機網絡技術、并行處理技術和多傳感器技術，模擬人的視覺、聽覺、觸覺等感官功能，使人能夠沉浸在計算機生成的虛擬境界中，并能夠通過語言、手勢等自然方式與之進行實時交互，創建了一種適人化的多維信息空間[1]。

VR系統是一種實時的對真實世界加以模擬的計算機系統[2]。把真實世界中物體的結構、性狀、各種物理參數等模擬其中，讓人參與其中，計算在人的影響下各種因素的變化。知識體系的構建依賴與自身的感知、體驗，由此產生對外界事物的解釋。

3 利用VR系統對安全教育的理論分析

具身認知科學強調三個方面[3]：一是認知的涉身性。認識事物不能僅僅使用大腦，還要身體的參與才能深刻理解事物的本性，身體對事物的反應也是認知的一個方面，能充分增加人對事物的認識程度。二是認知的體驗性。個體在與外界環境中的事物相互作用時，會產生身體狀態的改變，這種改變會引發相應的身體和心理體驗，個體的認知和對世界的觀點即來自這種身心體驗[4]。三是認知的環境的融合性。環境/情境是保證認知的不可缺少的條件，認知的內容、過程和方式與身體緊密相關，身體是處于環境中的身體，因此認知同樣應擴展至認知者所處的環境。

3.1 傳統的安全教育

傳統的企業安全教育是以事故案例，配以圖片加上文字說明形勢；或者播放電視安全教育視頻等輸入式教育方式。這種方式與人類認知的基本規律向違背。企業員工的個體差異性（如：教育背景，年齡，經歷）決定了接受知識的程度，良好的企業安全教育能保證員工自身安全的同時給企業帶來更大的隱形利益。企業安全教育使不同的員工達到統一的預期目標難上加難。

良好的安全教育是企業的基礎，企業的安全從教育做起。教育體現在安全隱患的認知，安全事故的反思和安全條例的學習上。

3.2 VR系統安全教育

借助虛擬現實VR系統，員工可以“現場”體驗生產環境中很難或者無法體驗的場景[5]。這種場景根據生產現場模擬出，隨時供員工體驗，從而提高員工認知安全隱患的目的。

VR系統不僅可以重新模擬安全隱患產生的場景，還能產生電腦與員工的互動，讓員工與電腦在虛擬現實場景中產生互動。VR系統能利用員工的視覺和觸覺，使身體充分參與其中，從而提高學習效率。能讓員工脫離傳統的輸入式教育，參與互動式教育。在互動的“現場”中認知安全隱患，熟悉安全操作，學習安全管理規定，學習如何避免各種危險源，從而提高企業的安全管理水平。

VR系統不僅可以學習以往發生的安全問題，還可以“創造”出可能發生的安全問題，再利用計算機模擬此種安全問題可能引發的危害。

4 利用VR系統進行安全教育現實作用

4.1 現實模擬

VR系統可虛擬一個龍門吊吊運分段合攏的場景。分段放置在堆放場地，堆放場地各種造船使用的設施，每種設施都有真實世界的行為特點，真實世界中的各項參數。這樣可以根據真實世界中的各項制度、工藝及經驗來吊運分段合攏，選擇合適的吊掛器具、編排合理的運動路線來完成此項工作。在此情境中添加各項危險源，不當的作業可誘發各項危險源。吊運中鋼絲繩、分段等運動所引起環境中其他物體的變化，從而產生新的危險源。通過計算各項危險源，模擬出這項工作過程中所帶來的后果，從而對人進行安全教育。

4.2 安全培訓

對新進廠員工進行安全教育，結合船舶建造中各項工種可能遇到的種種危險源加以模擬，讓受訓者參與其中，靜態模擬中讓其指出危險源，并提出應對危險源的方法。

動態的模擬讓受訓者參與其中，扮演一個新進廠員工，在VR系統中設置許多不安全的狀態，如讓員工不正確穿戴勞保用品，從吊物下方行走，在不安全的跳板工作，高空作業沒有正確系安全帶等。此種作業中模擬事故發生后所產生的后果，從而對員工進行身臨其境的安全教育。

4.3 安全條例學習

企業安全管理條例復雜，每項安全條例都以保證員工的安全前提下制定。從文字上學習安全管理條例抽象且效率低。利用VR系統模擬出工作過程中每種安全條例的作用，從而達到學習的目的。如模擬一員工完成艙室打磨的過程：在登船前需要登記具體工作部位，VR系統判斷此行為是否符合安全管理規定；領取作業牌，系統提示關于此行為的管理規定；如果員工按照正常的流程做，則可以正常完成工作，反之則提示每項行為的正確做法與相應的懲處規定，從而達到學習安全條例的目的。

5 結論

人類和機器所擅長的工作存在本質的差別，人類有意識，擅長在復雜的情境下制定計劃，做出決策，但不擅長處理大量的數據。計算機與人完全相反。根據人的判斷利用計算機模擬“預見”的危險源，計算出此種危險源可能帶來的危害，進而為企業帶來預見性安全管理，為企業安全做出重要貢獻同時帶來巨大的利益。

[1]趙沁平.虛擬現實綜述[J].中國科學, 2009(1): 2-46.

[2]張順堂.VR技術在礦工安全培訓中的應用研究[J].黃金, 2008, 29(8): 32-34.

[3]殷明, 劉電芝.身心融合學習: 具身認知及其教育意蘊[J].課程.教材.教法, 2015(7): 57-65.

[4]張志楨.虛擬現實教育應用: 追求身心一體的教育[J].中國遠程教育雜志, 2016(7): 23-24.

[5]THIEL, P, MASTERS, B, 著.從0到1: 開啟商業與未來的秘密[M].高玉芳, 譯.北京: 中信出版社,2015.