虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力安全培訓(xùn)中的應(yīng)用與實(shí)踐

王 超，李功克

（國(guó)家電網(wǎng)有限公司技術(shù)學(xué)院分公司，山東 濟(jì)南 250002）

0 引言

隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、電力設(shè)備技術(shù)水平持續(xù)提升，對(duì)電力員工的安全生產(chǎn)意識(shí)、安全操作技能、安全應(yīng)急能力提出了越來(lái)越高的要求。為提高一線員工崗位安全操作技能，電力企業(yè)每年組織開展大規(guī)模安全培訓(xùn)與技術(shù)比武，但目前電力設(shè)備的操作培訓(xùn)大部分基于實(shí)物開展，人力和物力損耗大，且?guī)щ姴僮鬟^程中存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。本文探索在安全培訓(xùn)中運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬各種工作現(xiàn)場(chǎng)和事故場(chǎng)景，從而有效提升安全培訓(xùn)效果。

1 電力安全培訓(xùn)現(xiàn)狀

1.1 電力作業(yè)人員安全素質(zhì)參差不齊

電力企業(yè)員工數(shù)量較多，人員構(gòu)成復(fù)雜。部分年齡較大的員工學(xué)歷不高，接受新知識(shí)、新事物能力較差。電力企業(yè)新員工安全意識(shí)不強(qiáng)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操經(jīng)驗(yàn)不足，安全風(fēng)險(xiǎn)較大。隨著電力技術(shù)發(fā)展，新知識(shí)、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，員工安全素質(zhì)需不斷提高，可通過開展直觀、實(shí)用、有效的安全培訓(xùn)，降低現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)培訓(xùn)較少

由于電力行業(yè)的特殊性，設(shè)備常年處于運(yùn)行工作狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際作業(yè)培訓(xùn)具有較高的觸電風(fēng)險(xiǎn)。目前，電力企業(yè)安全理論知識(shí)培訓(xùn)較多，安全實(shí)操培訓(xùn)較少，常用的安全培訓(xùn)方式多為學(xué)習(xí)和考核電力安全工作規(guī)程、學(xué)習(xí)電力行業(yè)的事故通報(bào)與事故案例等，培訓(xùn)內(nèi)容較枯燥，形式較單一。

1.3 實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地較少

電力企業(yè)供培訓(xùn)使用的實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地較少，且實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地建設(shè)投資大、周期長(zhǎng)。現(xiàn)有實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地不能包括全部工種、全部作業(yè)流程，導(dǎo)致某些作業(yè)項(xiàng)目無(wú)法進(jìn)行實(shí)操培訓(xùn)，只能采取項(xiàng)目講解、觀看作業(yè)視頻等培訓(xùn)方式。

2 電力安全培訓(xùn)應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)利用計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生帶有視覺、聽覺、觸覺等感知的三維空間虛擬世界，通過人機(jī)交互讓用戶身臨其境，沉浸在虛擬世界中進(jìn)行體驗(yàn)[1]。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)突破了場(chǎng)地、設(shè)備、師資等時(shí)間和空間因素的限制，理論上虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可模擬電力實(shí)際工作中的任何場(chǎng)景，為電力企業(yè)員工提供不同專業(yè)、不同場(chǎng)景的安全培訓(xùn)。

2.1 模擬現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)場(chǎng)景

虛擬現(xiàn)實(shí)通過實(shí)時(shí)三維計(jì)算機(jī)圖形等技術(shù)[2]，能較真實(shí)地模擬電力作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和作業(yè)流程，學(xué)員在虛擬環(huán)境中的感官體驗(yàn)與現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的真實(shí)感受區(qū)別不大，具有很強(qiáng)的沉浸感。同時(shí)，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)具有較好的交互性[3]，參培人員通過肢體動(dòng)作或語(yǔ)言，可以在虛擬世界中進(jìn)行操作并得到反饋，例如能夠?qū)崿F(xiàn)倒閘操作、設(shè)備巡檢、消除缺陷等實(shí)際操作。

2.2 模擬風(fēng)險(xiǎn)事故場(chǎng)景

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可模擬人體觸電、跨步電壓、高處墜落、高空墜物等電力現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)常見的傷害場(chǎng)景[4]，以及輸電線路巡檢、高空行走、帶電作業(yè)等高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)項(xiàng)目的安全事故，使參培人員真實(shí)體驗(yàn)各類安全風(fēng)險(xiǎn)的后果。此外，可通過現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)考核參培人員發(fā)生事故時(shí)采取的應(yīng)急處置方法與措施的正確性，提高其現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置能力。

2.3 提高培訓(xùn)效果

培訓(xùn)師可通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，在虛擬作業(yè)環(huán)境中模擬違章行為、設(shè)置設(shè)備隱患等，讓參培人員在虛擬現(xiàn)場(chǎng)中查找不正確的作業(yè)行為和現(xiàn)場(chǎng)存在的不安全因素。虛擬現(xiàn)實(shí)硬件設(shè)備一次性投入，可多次重復(fù)使用，能針對(duì)變電、配電、電力營(yíng)銷等不同專業(yè)，開展不同場(chǎng)景下的培訓(xùn)，以提高培訓(xùn)效果。

3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在電力安全培訓(xùn)中的應(yīng)用

某培訓(xùn)機(jī)構(gòu)主要承擔(dān)新入職員工培訓(xùn)。新入職員工是在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代成長(zhǎng)起來(lái)的年輕人，相比單純的理論講授，更加偏好體驗(yàn)式、探求式的學(xué)習(xí)方法。該機(jī)構(gòu)按照“正向?qū)嵱?xùn)、逆向體驗(yàn)、虛實(shí)結(jié)合”的原則，探索應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，建設(shè)安全體感實(shí)訓(xùn)中心，并應(yīng)用于員工培訓(xùn)中，取得了較好的培訓(xùn)效果。

3.1 安全體感實(shí)訓(xùn)中心的主要特點(diǎn)

1）突出互動(dòng)性。在安全體感實(shí)訓(xùn)中心，由培訓(xùn)師指導(dǎo)，學(xué)員進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。培訓(xùn)方法突出交互式、體驗(yàn)式。

2）突出系統(tǒng)性。在安全體感實(shí)訓(xùn)中心，可進(jìn)行安全意識(shí)、事故警示、應(yīng)急救援技能等方面的培訓(xùn)，并側(cè)重對(duì)安全事故事先預(yù)防、事中控制、事后應(yīng)急的全過程技能培訓(xùn)。

3）突出實(shí)操性。基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力安全培訓(xùn)，將知識(shí)灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)楦鞣N形式的主動(dòng)學(xué)習(xí)，通過虛實(shí)結(jié)合、實(shí)操和仿真結(jié)合等方式，提高學(xué)員的參與度。

4）突出共享性。綜合考慮各專業(yè)安全培訓(xùn)需求，安全體感實(shí)訓(xùn)突出共性和基礎(chǔ)需求，統(tǒng)籌建設(shè)體感實(shí)訓(xùn)專區(qū)和虛擬仿真實(shí)訓(xùn)專區(qū)，多專業(yè)共享一套設(shè)備，提高實(shí)訓(xùn)設(shè)施的使用效率。

3.2 安全體感實(shí)訓(xùn)中心構(gòu)建思路

安全體感實(shí)訓(xùn)中心構(gòu)建的技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 技術(shù)路線圖

采用3D建模技術(shù)，對(duì)電力企業(yè)各作業(yè)場(chǎng)景進(jìn)行建模，模擬現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操環(huán)境，形成3D模型庫(kù)。為獲得更好的感觀體驗(yàn)，采用虛實(shí)結(jié)合方式，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中搭建操作時(shí)用到的安全帽、安全工器具等設(shè)備。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的控制模塊可通過檢測(cè)模塊和反饋模塊與參培人員進(jìn)行交互，配合聲、光、電等方式，通過視覺、聽覺、觸覺等作用于人體，使其身臨其境。

3.3 安全體感實(shí)訓(xùn)中心技術(shù)方案

安全體感實(shí)訓(xùn)中心設(shè)置安全文化區(qū)、警示教育區(qū)、安全體感區(qū)、安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)專區(qū)四部分。

3.3.1 安全文化區(qū)

采用講解、視頻、全息展示等方式，展示公司安全文化，主要包括國(guó)家和電力行業(yè)的安全要求、行業(yè)的安全特色做法等。通過安全文化區(qū)，使受訓(xùn)員工加深對(duì)安全文化內(nèi)涵的理解，自覺踐行安全文化。

3.3.2 警示教育區(qū)

該區(qū)包括人身安全和電網(wǎng)安全2個(gè)警示模塊，通過軟硬件相結(jié)合方式，選取電力系統(tǒng)內(nèi)典型的安全事故案例，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。人身安全警示模塊，以電網(wǎng)重大反事故措施為重點(diǎn)，再現(xiàn)停電作業(yè)不按規(guī)定驗(yàn)電、擅自解鎖進(jìn)行倒閘操作、高空作業(yè)不正確使用安全帶等造成的人身事故案例。電網(wǎng)安全警示模塊包括輸電線路警示、變電警示、配網(wǎng)警示等子模塊，通過模擬電網(wǎng)事故場(chǎng)景，展示電網(wǎng)事故帶來(lái)的巨大損失。

3.3.3 安全體感區(qū)

將實(shí)體設(shè)備與AR（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱AR）眼鏡相結(jié)合，全面展示工作場(chǎng)景。安全體感區(qū)能體驗(yàn)跨步電壓、觸電體感、電弧灼傷、開關(guān)柜誤操作體感、高空墜落體感、物體打擊體感、帶電掛（合）接地線體感、高空線路行走體感等。

3.3.4 安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)專區(qū)

安全虛擬仿真實(shí)訓(xùn)專區(qū)包括公共安全、事故還原、安全應(yīng)急3個(gè)模塊，可完成13個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，主要采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)眼鏡及3D仿真等方式進(jìn)行培訓(xùn)。公共安全類包括火災(zāi)體驗(yàn)、地震體驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)隱患排查、高空感知4個(gè)項(xiàng)目。事故還原類可模擬因安全距離、高壓感應(yīng)電等造成的安全事故。安全應(yīng)急類包括營(yíng)地搭建、應(yīng)急救援、應(yīng)急搜救、應(yīng)急破拆、消防專項(xiàng)應(yīng)急、保供電6個(gè)項(xiàng)目。

3.4 培訓(xùn)效果

安全體感實(shí)訓(xùn)中心建成后，該培訓(xùn)機(jī)構(gòu)組織新入職員工開展了安全體感式培訓(xùn)。通過電力生產(chǎn)事故、電力安全工作規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)、現(xiàn)場(chǎng)急救等場(chǎng)景的展示，達(dá)到了警示教育的目的；通過音頻和視頻、圖像和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)再現(xiàn)重大生產(chǎn)事故的過程，讓學(xué)員從事故中吸取教訓(xùn)，達(dá)到了按章操作、杜絕違章的培訓(xùn)目的。

4 結(jié)語(yǔ)

基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的電力安全培訓(xùn)能夠模擬電力作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，將抽象復(fù)雜、晦澀難懂的安全技術(shù)技能知識(shí)以更直觀、生動(dòng)、全面的方式呈現(xiàn)出來(lái)，降低了電力安全事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，為電力企業(yè)安全培訓(xùn)提供了有效解決方案。