虛擬仿真技術在石油庫和加油站施工作業安全管理環節的應用

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環節管理一直是安全管理的薄弱環節,具有管理難度大、潛在風險多等特點，參與施工作業環節管理的員工經驗不足、能力欠缺、標準生疏等是導致事故發生的重要原因。目前解決上述問題的手段主要是對管理人員進行培訓，而傳統的培訓存在一定的局限性，例如：培訓效果是否良好主要取決于教師的水平，培訓過程依賴實體化模型等。

在此背景下，集“仿真學習、作業過程輔助和智能預警”為一體的施工作業流程輔助系統可以更好地解決此問題，可以使涉及施工安全的關鍵節點及安全部分得到更精細化的管理，是有效提高企業施工作業監管人員安全意識、安全習慣與安全技能的有效途徑，也是有效減少違章作業，降低事故發生率的重要手段。

2 系統主要構成

“四化一體”交互式施工作業流程輔助系統是利用虛擬現實與仿真、建筑信息模型、智能識別等技術，建立以直接作業管理為主體，設置“多樣化”培訓場景、“智能化”作業審批、“直觀化”風險識別和“可視化”風險預警功能的一體式施工作業流程輔助系統[1]，從施工作業前期、中期和后期全過程跟蹤輔助，確保作業過程安全，具體建設內容如下。

(1)通過VR虛擬現實與仿真、BIM建筑信息模型技術，掌握施工作業環節安全管理技能。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，掌握直接作業環節安全管理的要點，提高安全監管技能。

(2)通過AR增強現實技術，將作業現場與虛擬信息融合，輔助進行作業風險識別管理。將真實的施工現場環境、信息與虛擬信息“無縫”集成，將施工作業現場環境映射到虛擬環境中，進行智能識別存在的風險，協助員工進行風險識別和作業審批。

(3)通過AI人工智能技術，進行施工作業現場全流程錄影中實現可視化違章識別和預警。主要利用施工作業現場視頻監控系統與AI技術相結合，對作業現場存在的各種安全風險(人員、材料、機械等)和違章作業進行智能檢測并識別預警，消除施工現場安全隱患。

3 系統具體應用

3.1 利用VR虛擬現實與仿真技術，實現施工作業環節安全管理可視化模擬

構建“多樣化”培訓作業場景，即建立多樣化虛擬施工作業場景。目前石化銷售企業施工作業環節主要集中在施工工地以及石油庫、加油加氣站檢維修現場，具有作業面廣、作業交叉多、安全管理難度大的特點。為此，將作業場景進行分類，構建“三項四科”作業場景，以石油庫、加油站和施工工地作業為基礎背景，結合建筑信息模型BIM建立四科具體作業場景[2]：一是建立石油庫罐區改造施工、工藝管線施工、設備檢維修施工等作業場景；二是建立加油站罐區改造施工、電氣線路、罩棚更換以及加油站管線、設備檢維修施工等作業場景；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建筑施工場景，將直接作業內容直接嵌入到各個場景中，增設管理人員、施工人員等角色，從而實現直接作業場景虛擬化、直觀化、多樣化，可針對不同板塊業務管理人員進行專項培訓。

3.2 通過AR增強現實技術，將施工作業現場與虛擬信息融合，輔助進行作業風險識別管理

(1)構建“智能化”作業審批流程。目前施工作業審批主要是以作業票為載體，作業票填寫時具有填寫項目多、填寫標準嚴、風險識別意識強的特點。因此，利用AR技術將作業票虛擬化與現實的作業現場相疊加，將作業審批環節進行直觀化設計，將審批內容以立體式對話框的形式結合七大作業場景進行呈現，系統以“語音”加“動態字幕”的形式進行輔助式審批，提示和指導審批人員需要審批的內容、審批要求、填寫注意事項等，審批人員在語音、文字的輔助下，進行規范的作業審批。

(2)建立“直觀化”風險識別機制。目前施工作業現場風險識別主要是通過員工主觀識別，但由于員工風險識別技能存在差異，往往會忽略一些風險，導致作業過程中存在一定的安全隱患。因此，利用AR技術將直接作業內容以立體式對話框的形式結合七大作業風險內容建設直觀化風險識別場景，將作業現場的“人員、設備和環境”三個要素進行模擬仿真處理[3]，將真實的作業環境和虛擬提示信息、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出真實的作業現場情景，也能看到作業現場的“風險點的位置、風險點類別及需要采取的防控措施”等文字、語音提示信息，可以更加準確、有效地進行作業現場風險識別和風險管控。

3.3 通過AI人工智能技術，進行作業現場全流程錄影，實現可視化違章識別和預警

建立“全程化”智能識別預警。目前，施工作業現場配備了視頻監控設備，但主要是靠員工在后臺進行人工監管，對于現場違章作業只能進行事后處罰，還未做到提前預警。因此，利用人臉識別、動作行為識別等AR技術與視頻監控設備相結合，通過人工智能和機器學習、圖像識別處理技術，實現對作業現場各種潛在安全風險全方位全時段識別，同時將報警信息接入綜合監控平臺，將“事后處罰”變為“事前預警”，達到對現場違章作業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，確保作業安全。

4 現場應用情況

目前，該系統已經完成階段性研發，并在部分石油庫和加油站施工現場試用。從施工現場視頻監控違章對比、作業票檢查對比和現場檢查對比中發現，系統使用后，施工安全培訓變得更有效，作業管控變得更形象，施工管理變得更規范，施工作業違章率明顯下降。

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

(1)承包商入場培訓。主要通過VR裝置，模擬真實的加油站內襯施工作業環境，施工人員佩戴VR眼鏡，置身于真實的作業環境對臨時用電作業步驟操作、防爆設備選用、受限空間應急與急救技能進行直觀化的學習。“多樣化”VR培訓與傳統式培訓對比見表1。

表1 “雙樣化”VR培訓與傳統式入場培訓對比

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

表2 作業票智能輔助審批與傳統作業票審批對比

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

表3 智能識別預警與傳統式人員監管對比

5 結束語

通過利用該系統，石油庫和加油站施工作業環節作業審批合格率可提高至90 %以上，風險識別到位率提高至90 %以上，作業現場違章率降低至10 %以下，為提升石油庫和加油站施工作業環節安全管理水平，保障安全生產運營提供了保障。