煉化企業檢維修作業風險管控系統研究

王德建，朱文軍，魏振強

（1.中國石油集團安全環保技術研究院有限公司，北京 102206；2.中國石油渤海石油裝備制造有限公司，天津 300272；3.中國石油天然氣股份有限公司大連石化分公司，遼寧 大連 116031)

通過前期多家企業走訪調研發現，中石油煉化企業大都面臨現場檢維修作業量大、作業面廣和風險管控難等突出問題，如中石油某煉化企業（煉油處理能力2000 萬噸/年），企業平均每天檢維修作業計劃150 項左右，非計劃停工同比有所增加，存在高溫高壓、易燃易爆、有毒有害等危險因素，增加了風險管控難度，還存在固定視頻監控系統存在死角、風險監管人員不足和現場監控流于形式等各種問題。

檢維修作業涉及危險化學品的加工、存儲、運輸等多個生產環節，存在泄漏中毒、火災爆炸等事故風險。檢維修作業屬于石油化工裝置高風險作業，作業人員眾多，還牽涉承包商等外部單位，而且作業現場往往存在動火、臨時用電、高處作業等特種作業以及眾多交叉作業。 十三五 以來，施工檢維修作業事故成為煉化企業多發地帶，大連西太、烏石化 等多起事故暴露出檢維修作業過程中風險管控不足不全面等問題，導致災害性后果，給企業生產經營、財產和生命安全、社會環境造成巨大損失。

1 檢維修風險管控現狀分析

針對檢維修休作業的風險管控措施，從專業公司和煉化企業的角度在管理方面和技術方面兩個層次進行調研分析。

在管理方面，采用制度約束和現場監督相結合的方式。在專業公司層面，煉油與化工分公司在檢維修作業方面做了大量的管理規定，例如中國石油煉油與化工分公司規章制度（2016）、油煉化[2011]11 號文件、作業許可制度、安全隱患治理系統等。其中，中國石油煉油與化工分公司規章制度（2016）對動火作業、受限空間作業、高處作業、腳手架作業、臨時用電作業、吊裝作業、挖掘作業和管線設備打開作業在審批流程、作業類型、風險危害、作業監護和會簽等方面做了明確的規定，避免或降低檢維修作業安全風險的發生；在煉化企業層面，各企業安全環保管理制度清晰，檢維修作利用作業審批系統先審批后作業，在現場監管方面由安全處和第三方監管機構共同管理，安全員和監督員根據作業許可證的要求對檢維修作業進行不間斷監督，巡檢員抽檢現場監督情況并做評價。

在技術方面，各企業檢維修風險管控手段略有差異，不同程度的應用了前端監控設備作為風險管控輔助手段，達到可視化程度。監控設施主要包括兩類，一類是高清固定視頻監控系統，一類是移動視頻監控設備。這兩類監控設備一定程度的緩解了現場作業監控的壓力，但仍不能滿足現場施工作業的需求，同時也存在一定的問題：人員長期面對視頻容易產生疲勞，容易忽略關鍵的監控信息；監控畫面無關鍵信息提示或報警；固定和移動監控設備分別屬于不同的網絡，現有監控資源缺乏有效整合；移動監控設備具有實時監控功能，但視頻記錄在現場設備的記錄卡中，不能通過移動終端（手機等）實現遠程的存儲、錄像和回放功能；移動式監控設備的監控范圍由放置位置決定，不具有自動轉動、升降及扭轉等功能，只能通過現場人員的手動調節，降低了設備的監控效率；作業現場信號覆蓋率不夠，部分區域網絡信號差。

2 檢維修風險管控系統設計

集團公司要求大力推行可視化管控，施工現場、作業現場可視化，讓現場作業人員、管理人員始終感覺到背后有一只眼睛盯著，實現所有的違規問題全程記錄、可回放。

根據集團公司科技管理部對基礎科學的研究要求，結合煉化企業現有風險管控措施，針對上述諸如監控死角、監控量大、監管人員不足和違章不可追溯等問題，利用信息化、可視化和智能化的技術來突破施工風險管控。研發一種基于混合現實技術的檢維修作用風險管控系統，可實時、可視、交互指導和監控作業過程，能夠將施工作業的風險實時提示給現場監督人員，能夠將現場操作界面實時傳送至智能終端，專家能夠和現場人員進行交流和監督等，實現施工作業過程全紀錄和可追溯，此系統由中國石油安全環保技術研究院研發，實踐應用處于實驗階段。

基于混合現實技術的檢維修作業風險管控系統，是利用混合現實技術構建 智能眼鏡+移動終端+固定終端 三位一體的實驗平臺。用戶佩戴智能眼鏡，針對檢維修作業中的作業對象（煉化設備），開啟煉化設備的自動識別與跟蹤功能，自動識別成功后，將監控內容實時傳輸到服務器，將現場的裝置、數字化信息（規范化操作信息、風險管控信息、設備信息和歷史記錄等）在同一視景下，通過可穿戴式設備或智能終端呈現給不同的用戶，對檢維修作業過程進行實時監控、指導、風險提示和預警。

識別技術是此系統最重要是技術，包括文字識別、數字圖像處理與識別、物體識別。文字識別般是識別字母、數字和符號，可識別印刷文字和手寫文字；數字圖像處理和識別具有存儲和傳輸方式便捷、傳輸過程中不易失真、處理難度小等優勢；物體的識別是對三維世界的客體及環境的感知和認識，屬于高級的計算機視覺范疇，它是以數字圖像處理與識別為基礎的結合人工智能和系統學等學科的技術。識別技術以深度學習為基礎，主要包括設備圖像分類技術、目標檢測技術和目標跟蹤技術，智能眼鏡開啟設備自動識別與追蹤功能，實時傳輸到服務器，對場景視頻中的特定設備進行自動識別與跟蹤。

識別技術由信息獲取、預處理、特征選擇、分類器設計、分類決策等步驟組成，識別過程如圖1 所示。

圖1 圖像識別過程

3 檢維修風險管控系統結構

基于混合現實技術的檢維修作業風險管控系統，選擇 機泵故障檢測實驗平臺 作為本系統檢維修作業環境，該系統主要包括硬件部分和軟件部分，硬件部分由計算平臺、服務器、固定終端、移動終端、智能眼鏡和工業攝像頭等組成，軟件部分包括移動客戶端軟件系統、服務器端軟件系統、手機端軟件系統和臺式機固定端軟件系統。利用工業攝像頭、智能眼鏡和移動終端掃描現場，通過服務器和計算平臺的運算，最終在固定終端、移動終端和智能眼鏡上可進行遠程指導、作業風險警示和實時監控。

3.1 布置圖

基于混合現實技術的檢維修作用風險管控系統搭建在安全技術研究所實驗室內，安全技術研究所實驗室是中國石油HSE 重點實驗室的組成部分，其中，動設備故障診斷實驗室（圖2 左側）搭建本系統作業環境，在過程安全實驗室（圖2 右側）搭建本系統主要部件，灰色框內為本系統具體布置圖，如圖2 所示。

圖2 風險管控系統布置圖

3.2 主要硬件

（1）智能眼鏡。智能眼鏡滿足移動需求，支持移動、聯通、電信4G3G2G 網絡，可以跨國使用，適配特種行業專網通訊，支持WiFi/BT/GPS、北斗。根據風險管控系統設計要求，智能眼鏡采用Android8 以上分體式雙目智能眼鏡設計，防爆等級滿足煉化企業要求。重量不超過80g，長時間佩戴舒適，具有“S”鼻托設計及鏤空型貼合性鏡腿設計，可有效平衡佩戴受力，支持佩戴近視眼鏡用戶使用。IP66 的防護等級，完全隔絕粉塵侵入，可承受強烈雨水沖刷，輕松應對各種極端環境；配備工業級大感光芯片攝像頭；雙目1280×720 高清分辨率，

9 e 超大畫面，光學顯示通透性高，無畸變；入眼亮度可達500nit，在室外強光下畫面依然清晰可見，強光下清晰畫質；融合語音、物理觸控等多種自然人機交互方式。

（2）計算平臺。計算平臺支持單路IntelXeonE5-2600v4 系 列 處 理 器， 板 載IntelX99 芯 片 組，8 個DDR42400MHzECCREGDIMM， 最 大 支 持128GB 內 存。7 個3.5"SATA3 硬 盤 位，支 持RAID0、1、5、10。7 個（h ）PCI-E3.0 全高業務插槽，最大支持4 塊雙槽位主動散熱GPU。板載Inteli210-AT 千兆網卡，板載RealtekALC1150聲卡，2000W 白金單電源。

機箱采用超靜音塔式機箱577mm×243mm×585mm（高h寬h 深），CPU 為IntelXeon8 核心2.1GE5-2620v4，內存為16GBDDR42666MHzECCREG，系統盤為480GBSATASSD 企業級固態硬盤，數據盤為4TB128MB7200 轉SATA 企業級硬盤，

GPU 為NVIDIA TITAN RTX24G，CUDA 環境包括CUDA 驅動、CUDA 工具包、CUDASamples 等。

計算平臺主板擴展性強、插槽多，預留了足夠的內部空間以便日后進行硬盤和電源的冗余擴展，集速度應用、存儲應用和計算應用等多種常見的服務應用于一身。

此外，根據風險管控系統設計要求，系統還需要服務器、工業攝像頭、固定終端、防爆移動終端和配件等重要硬件。

3.3 主要軟件

該實驗平臺主要軟件包括服務器端軟件系統、移動防爆端軟件系統、固定終端軟件系統和智能眼鏡端軟件系統，共四部分軟件子系統。

（1）服務器端軟件系統。在服務器端開發一套軟件系統，包括對客戶端傳來的數據進行接收/傳輸，對視頻數據進行編解碼，管理視頻數據，評估視頻質量，任務處理，用戶身份管理等功能，是整套系統的核心系統。各模塊功能如下：①數據接收/傳輸模塊：包含數據的傳輸和接受兩個子模塊，分析和解釋已構建的傳輸網絡協議，接收客戶端傳來的數據，傳輸視頻數據和指令參數數據至客戶端。②視頻解碼模塊：分析接收到的流數據，按照安全協議和視頻編碼協議進行解碼，獲得視頻數據。③視頻管理模塊：根據視頻數據內在參數，設計視頻管理規則，對視頻進行統一管理，并提供增加、刪除、修改、查詢等功能。④視頻質量評估模塊：對視頻數據進行質量評估，構建視頻質量調整模型，以獲得高質量的顯示效果。⑤任務處理模塊：設計數據庫，對任務進行構建、指派、提醒、收集、分析。提供增加、刪除、查詢、存檔等管理功能管理。⑥用戶身份管理模塊：對用戶進行身份管理，提供注冊、修改、查找、刪除功能。⑦服務器端軟件GUI：監控客戶端，以可視化方式顯示上述功能模塊。

在智能眼鏡端和移動防爆端各開發一套軟件系統，用于視頻數據的動態采集、顯示、臨時存儲、協議設計、傳輸、接收服務器端的視頻質量分析數據、接受服務器端的任務等。

（2）移動防爆端軟件系統。在手機端開發一套軟件系統，用于查看服務器端傳回的任務，訪問服務器端的視頻并進行本地的管理，核心模塊功能如下：①用戶登錄模塊：設計密碼協議，以密碼登錄軟件管理系統。②任務接受/執行/回饋模塊：根據網絡通信協議，接受服務器傳來的任務信息，進行執行信息記錄，整理傳輸執行信息狀況。③視頻管理模塊：采用和眼鏡端類似的方式進行視頻采集、傳輸、接收、管理，提供功能類似。④客戶端軟件GUI：設計鍵盤和輸入方式，以可視化方式管理和顯示上述功能模塊。

（3）固定終端軟件系統。在固定終端開發一套軟件系統，用于查看服務器端傳回的任務，訪問服務器端的視頻并進行本地的管理，核心模塊功能如下：①用戶登錄模塊：設計密碼協議，以密碼登錄軟件管理系統。②任務制定/接受/執行/回饋模塊：根據用戶身份信息，制定任務，并和服務器同步。還可以接受服務器傳來的任務信息，進行執行信息記錄(如監控)，整理傳輸執行信息狀況。③視頻管理模塊：對服務器端傳來的視頻進行接收、瀏覽、暫停、定位等，和手機端軟件系統提供功能類似，但不提供采集功能。④客戶端軟件GUI：設計鍵盤和輸入方式，以可視化方式管理和顯示上述功能模塊。

此外，智能眼鏡端軟件系統用于視頻數據的動態采集、顯示、臨時存儲、協議設計、傳輸、接收服務器端的視頻質量分析數據、接受服務器端的任務等。

4 應用示范

以離心泵設備巡檢和離心泵檢維修作用為例，在實驗室作業環境下，簡單說說明系統使用流程，如圖3 所示。

離心泵設備巡檢→智能眼鏡自動識別設備→巡檢內容自動匹配→在智能眼鏡上進行智能提示→人員根據提示進行巡檢→設備及提示的虛擬信息畫面實時傳輸至固定終端→過程全紀錄、可追溯。

離心泵檢維修→智能眼鏡自動識別設備→作業許可證自動匹配→智能眼鏡上作用類型提示→智能眼鏡上風險提示→設備及提示的虛擬信息畫面實時傳輸至固定終端→過程全紀錄、可追溯。

圖3 離心泵設備巡檢

5 結語

當今，混合現實技術以其獨特的優勢在醫學、核電站、電力、建筑、航天、船舶、制造業、家裝、娛樂和科普等諸多領域開展探索研究和應用工作。但在石油石化行業，使用混合現實技術來輔助企業風險管控工作，還鮮有報道。開展基于混合現實技術的檢維修作用風險管控系統研究是企業安全技術發展的需要，是企業基礎科學研究和戰略儲備研究課題的重要研究內容。

風險管控系統可自動識別檢維修作業裝置和自動匹配作業許可證，能夠將風險以報警的方式提示安全員，共享技術專家能夠對現場人員進行技術指導和監督，實現作業過程全紀錄和可追溯，在煉化企業有著十分廣闊的應用前景和現實的指導意義。