基于Unity3D石化危險品禁忌識別與應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

曹敏　黃錦敬　林聲偉

摘要：石油化工危險品儲存具有高度流動性、極高的風(fēng)險性和極強的事故波及性，往往在事故發(fā)生時造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。為了有效跟蹤、監(jiān)測與監(jiān)管，提升危險品的監(jiān)管效率，提出石化危險品禁忌識別與應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)研究，以石化危險品的倉儲禁忌管理為研究對象，開發(fā)危險品倉儲禁忌識別與應(yīng)急演練三維仿真系統(tǒng)。這對于提高我國石化危險品儲存禁忌管理的安全性，在事故發(fā)生后對環(huán)境的保護(hù)具有十分重要的意義，防患于未然，或盡最大可能地降低事故的危害性。

關(guān)鍵詞：石化危險品；三維仿真；禁品識別；應(yīng)急演練

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）01-0124-03

1 概述

危化品物流排查發(fā)現(xiàn)，包括倉儲、生產(chǎn)、運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，發(fā)生在儲存環(huán)節(jié)的爆炸、火災(zāi)等傷亡事故占所有事故的19.7%，排在運輸環(huán)節(jié)34%之后，生產(chǎn)環(huán)節(jié)占23.8%。由于倉儲環(huán)節(jié)導(dǎo)致的事故出險人數(shù)占出險總?cè)藬?shù)的18%，這說明在危險品物流的各個環(huán)節(jié)中，危險品倉儲環(huán)節(jié)所占的地位是十分重要的。

隨著我國石油和化工行業(yè)的不斷發(fā)展，石化危險品運輸業(yè)務(wù)也變得更加忙碌起來。石化危險品在儲存、運輸過程中是否能夠保障全程安全直接關(guān)系到人們生命財產(chǎn)的安全[1]。目前，石化危險品儲運依然存在較大的風(fēng)險，通過技術(shù)手段實現(xiàn)對石化危險品儲運的監(jiān)控和預(yù)警能夠有效預(yù)防安全事故發(fā)生，及時排除存在的安全隱患，使安全生產(chǎn)工作更加高效。

石油化工危險品倉儲管理是在倉儲過程中危險品數(shù)量多、種類雜、流動性強，是一套復(fù)雜、復(fù)雜的系統(tǒng)。絕大多數(shù)倉庫儲存的危險物品，除少數(shù)專業(yè)倉庫從事單一貨物作業(yè)外，種類繁雜，性質(zhì)各異，需要面對多種鑒別操作的大忌，風(fēng)險極高[2]。石油化工危險品儲存事故具有很強的波及性，往往在事故發(fā)生時造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。

以石油化工危險品倉儲禁忌管理為研究對象，有效跟蹤、監(jiān)控和監(jiān)管，提高危險品監(jiān)管效能。開發(fā)基于Unity3D石化危險品禁忌識別與應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)，對提高我國石化危險品倉儲禁忌管理安全，防患于未然或者事故發(fā)生后盡可能降低事故危害，保護(hù)環(huán)境具有重要的意義。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

世界各國都制定了相關(guān)的規(guī)定，對危險物品進(jìn)行管理和監(jiān)控，使危險物品在存放過程中防止或減少意外或丟失。美國的《聯(lián)邦危險貨物運輸儲存條例》、歐盟的《塞弗索法令》等都對危險貨物發(fā)生重大事故的預(yù)防、事故造成的人力、物力損失減少等方面規(guī)定了相關(guān)的政策。中國國務(wù)院2011年頒布的《危險化學(xué)品安全管理條例》，對危險貨物的生產(chǎn)、儲存、運輸?shù)雀鱾€環(huán)節(jié)都做出了安全方面的解釋。中儲協(xié)發(fā)出《中儲協(xié)關(guān)于加強2015年倉儲安全管理工作的倡議》，同年，《關(guān)于開展智慧物流配送體系建設(shè)工作實施意見的通知》由商務(wù)部辦公廳發(fā)布，其中特別強調(diào)，要推動倉儲管理系統(tǒng)的建立，要有深層次的感知能力[3]。

第三屆中國危化品運輸物流發(fā)展戰(zhàn)略2020年高峰論壇在濟南勝利召開，推動危化品運輸物流的高質(zhì)量發(fā)展，完善相關(guān)制度規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。我國應(yīng)發(fā)展智慧物流，應(yīng)用3D仿真技術(shù)，在“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下實現(xiàn)危險品禁忌識別與監(jiān)控預(yù)警，及時做好危險品入庫的事前風(fēng)險評估和預(yù)警服務(wù)。危險物品的三維仿真信息，對智能監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行危險物品的儲存，具有十分重要的作用。

3 石化危險品平臺建設(shè)思路

3.1 三維仿真系統(tǒng)設(shè)計

以石化危險品的倉儲禁忌管理為研究對象，開發(fā)危險品倉儲禁忌識別與應(yīng)急演練三維仿真系統(tǒng)。

1） 危險品倉儲禁忌信息庫和智能檢測系統(tǒng)，提供危險品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性質(zhì)等基礎(chǔ)信息查詢和危險品禁忌智能檢測分析；

2） 基于三維仿真的危險品禁忌識別與應(yīng)急演練系統(tǒng)，實現(xiàn)三維模擬下的危險品禁忌反應(yīng)、風(fēng)險評估、應(yīng)急處置與救援演練服務(wù)；

3） 實現(xiàn)實時提供預(yù)警警報模擬，以備危險品倉儲設(shè)備運行達(dá)到預(yù)警條件時使用。

3.2 三維仿真平臺總體實施方案

以石化危險品的倉儲禁忌管理為研究對象，設(shè)計出可行的危險品倉儲禁忌識別與應(yīng)急演練三維仿真系統(tǒng)，對危險品倉儲過程中，出現(xiàn)危險狀況后，實現(xiàn)三維模擬下的危險品禁忌應(yīng)急處置與救援演練服務(wù)，實現(xiàn)危險品倉儲安全的監(jiān)測預(yù)警和演習(xí)預(yù)案。

Unity3D石化危險品禁忌識別與應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)的總體實施方案如圖1所示。

通過技術(shù)集成與創(chuàng)新實現(xiàn)了石化危險品倉儲禁忌識別和應(yīng)急演練預(yù)警服務(wù)，為安監(jiān)部門、石化企業(yè)、運輸企業(yè)、倉儲管理員等提供了危險品禁忌管理的重要信息平臺，對促進(jìn)我省石油化工危險品儲存安全起到了不可忽視的作用。

4 相關(guān)技術(shù)

Unity3D是指用戶可以使用各種感知設(shè)備的一種虛擬環(huán)境，包括視、聽、觸、味等，利用計算機技術(shù)生成，在虛擬環(huán)境中通過其自然技能與實體互動的技術(shù)[4]。

危險品倉儲禁忌識別與應(yīng)急演練三維仿真系統(tǒng)以三維仿真技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)而成。提供危險品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性質(zhì)等基礎(chǔ)信息查詢和危險品禁忌智能檢測分析；實現(xiàn)三維模擬下的危險品禁忌反應(yīng)、風(fēng)險評估、應(yīng)急處置與救援演練服務(wù)；實現(xiàn)實時提供預(yù)警警報模擬，以備危險品儲存設(shè)備運行達(dá)到預(yù)警條件時使用。

通過查閱文獻(xiàn)，分析研究國內(nèi)對于石化危險品倉儲監(jiān)控系統(tǒng)的研究開發(fā)情況，分析對比其性能技術(shù)等，研究出可行的基于三維仿真的石化危險品禁忌識別與應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計方案。

根據(jù)需求和功能，設(shè)計出可行的危險品倉儲禁忌識別與應(yīng)急演練三維仿真系統(tǒng)，對危險品倉儲過程中，出現(xiàn)危險狀況后，實現(xiàn)三維模擬下的危險品禁忌應(yīng)急處置與救援演練服務(wù)，實現(xiàn)危險品倉儲安全的監(jiān)測預(yù)警和演習(xí)預(yù)案。

總體技術(shù)路線如圖2所示。

5 主要功能實現(xiàn)

Unity3D石化危險品禁忌識別與應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)能全面地反映危險品倉儲禁忌識別與應(yīng)急演練三維仿真系統(tǒng)，并能提供危險品信息、禁忌物、健康危害、急救措施、理化性質(zhì)等基礎(chǔ)信息查詢和危險品禁忌智能檢測分析；實現(xiàn)三維模擬下的危險品禁忌反應(yīng)、風(fēng)險評估、應(yīng)急處置與救援演練服務(wù)；做到安全監(jiān)控預(yù)警存放危險品，最大限度地減少安全事故的損失。

5.1 危險品禁忌識別信息庫和智能檢測系統(tǒng)建設(shè)

危險品禁忌識別信息庫：

根據(jù)危險化學(xué)品儲存禁忌物配伍表，研究危險品禁忌識別的匹配關(guān)系，建立禁忌識別快速算法。技術(shù)方案如圖3所示。

1） 禁忌識別基礎(chǔ)信息庫：提供倉儲基本信息、危險品信息、禁忌物、禁忌、健康危害、急救措施、泄漏處理、儲運信息、理化性質(zhì)、毒理學(xué)等基礎(chǔ)信息查詢和分析。

2） 禁忌識別智能檢測系統(tǒng)：根據(jù)危險化學(xué)品儲存禁忌物配伍表，研究危險品禁忌匹配關(guān)系，建立快速的禁忌識別智能算法，應(yīng)用人工智能方法實現(xiàn)石化危險品禁忌的智能檢測與識別。在智能識別系統(tǒng)中，一次性輸入多種石化危險品名稱或者危險品類別時，能夠根據(jù)用戶輸入條件，智能檢索出每種危險品及其禁忌物名稱組合，并給出禁忌規(guī)避與安全防范建議。

5.2 危險品禁忌識別、應(yīng)急演練三維仿真系統(tǒng)開發(fā)

三維仿真場景構(gòu)建：

現(xiàn)場3D數(shù)據(jù)采集，3D激光掃描儀的三維仿真場景，高精度紋理貼圖的方法，用于構(gòu)建危險貨物的存儲作業(yè)。采用Unity 3D平臺開發(fā)三維仿真互動和禁忌識別、應(yīng)急演練、安全培訓(xùn)系統(tǒng)。建模部分方案如圖4所示。

1） 建立石化危險品生產(chǎn)園區(qū)、港口碼頭、貨運倉庫等危險品倉儲三維仿真模型，建立危險品倉儲作業(yè)的仿真場景。

2） 基于危險品倉儲三維仿真場景，研發(fā)危險品倉儲禁忌事故仿真系統(tǒng)，模擬特定倉儲環(huán)境下，將不同危險品混裝、混放等情形下危險品禁忌反應(yīng)，以及倉儲事故發(fā)生、發(fā)展的全過程，把可能出現(xiàn)的倉儲事故危害性、破壞性和災(zāi)難性后果完整展現(xiàn)出來，提供事前風(fēng)險評估預(yù)警服務(wù)，以備危險品儲存之需。

3） 研發(fā)倉儲事故快速處置和應(yīng)急演練仿真系統(tǒng)，以三維仿真、動畫模擬的形式，直觀展現(xiàn)危險品倉儲中各類作業(yè)流程、安全規(guī)范以及倉儲事故發(fā)生時如何快速進(jìn)行事故處理和應(yīng)急救援[5]。通過三維仿真、情景介入、動畫模擬、現(xiàn)場推演等方式為監(jiān)管人員、調(diào)度人員、作業(yè)人員等模擬不同角色、不同崗位的人員在發(fā)生事故時，如何迅速進(jìn)行緊急情況的處置及安全救護(hù)工作。

應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)：

采用世界著名的3D建模軟件對倉儲場景進(jìn)行數(shù)字建模和效果渲染[6-7]。采用Unity 3D平臺開發(fā)設(shè)備預(yù)警系統(tǒng)，建立演習(xí)預(yù)警預(yù)案，開發(fā)不同角色應(yīng)急推演互動功能。

5.3 危險品倉儲管理監(jiān)控與預(yù)警服務(wù)平臺

對危險品倉儲位置、倉儲貨物等信息建立三維設(shè)備模型，按照生產(chǎn)要求，設(shè)置相應(yīng)的預(yù)警參數(shù)，當(dāng)設(shè)備運行達(dá)到預(yù)警條件時，在三維場景提供實時預(yù)警警報。這樣為用戶提供倉儲安全監(jiān)測預(yù)警服務(wù)，提醒用戶加強安全防范，做好應(yīng)急準(zhǔn)備。

6 技術(shù)關(guān)鍵

針對安全監(jiān)管和企業(yè)自檢的實際需求，在常見危險品禁忌配伍基礎(chǔ)上，研究不同類別危險品的性質(zhì)、物質(zhì)之間的禁忌危害性，建立智能化的監(jiān)測識別數(shù)據(jù)庫，研發(fā)危險品倉儲禁忌智能識別系統(tǒng)，為危險品倉儲管理提供了一個準(zhǔn)確、科學(xué)、智能化的預(yù)警手段。

基于特征建模的技術(shù)，對危險品禁忌管理進(jìn)行分析與抽象，建立危險品禁忌識別特征模型，采用三維仿真、動畫模擬等方式，開發(fā)了特定倉儲環(huán)境下危險禁忌事故仿真系統(tǒng)，建立了危險品倉儲應(yīng)急演練的仿真平臺，為倉儲管理提供了應(yīng)急演練、救援模擬、安全培訓(xùn)等綜合信息服務(wù)。

數(shù)據(jù)源的采集和校驗：系統(tǒng)的所有應(yīng)用效果必須依賴于數(shù)據(jù)的及時采集和真實性，危險品流通、倉儲管理是一個復(fù)雜的社會活動，如何介入相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、采用何種數(shù)據(jù)采集技術(shù)和有效校驗這些數(shù)據(jù)的真實性是重點也是難點。

搭建模擬系統(tǒng)：3D模擬有很多業(yè)界的名字，比如虛擬仿真，工程仿真，3D仿真等，具體來說，就是根據(jù)這個技術(shù)的運用，名字就不一樣了[8]。如何利用三維仿真系統(tǒng)對危險品倉庫進(jìn)行有效仿真，讓人們體驗到很多在其他技術(shù)中體驗不到的感覺是一個重點和難點。

多技術(shù)的整合應(yīng)用：系統(tǒng)工程涉及危險品倉儲的禁忌識別、智能檢測、監(jiān)測預(yù)警、三維仿真等多個技術(shù)層面，這些服務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)等都具有較高的難度，在國內(nèi)也少見成熟的系統(tǒng)方案。

7 結(jié)束語

我國政府非常重視危險品倉儲的監(jiān)管，要求所有的危險品倉儲必須通過安監(jiān)部門的備案和審核，符合一定的資質(zhì)才能從事危險品倉儲業(yè)務(wù)。國家安監(jiān)總局、交通運輸部、公安部針對近年來危險品安全事故頻發(fā)的實際，聯(lián)合提出了“科技興安”的指導(dǎo)方針，希望利用先進(jìn)的科技手段，減少事故的發(fā)生，在發(fā)生事故后能迅速掌握現(xiàn)場情況，提高救援處理的效率。

基于Unity3D石化危險品禁忌識別與應(yīng)急演練預(yù)警系統(tǒng)，能在三維模擬系統(tǒng)下中模擬危險品倉儲過程中出現(xiàn)危險狀況后，提供應(yīng)急處置與救援演練服務(wù)，實現(xiàn)危險品倉儲安全的監(jiān)測預(yù)警和應(yīng)急指揮，能最大限度地防范和降低安全事故的損失。這對提高我省石化危險品倉儲安全具有重要的促進(jìn)作用，具有較高研究價值和廣泛應(yīng)用前景。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】