石化企业体验式安全培训现状分析及技术展望.pdf

l o 石油化工安全环保技术 petr o c h em ic a lsa fetya n den v i r o n m en ta lpr o tec ti o nt ech n o lo g y 2013年第29卷第3期 石 化 企 业 体 验 式 安 全 培 训 现 状 分 析 及 技 术 展 望 王 林，苏国胜，李欣，王洪雨，张丽萍 (中国石油化工股份有限公司青岛安全工程研究院，山东青岛266071) 摘要：通过对石化企业体验式安全培训现状的分析，总结了石油化工工艺流程安全、 应急响应与事故预案、典型事故案例回溯培训和培训中安全防护措施等方面的不足。随着三 维虚拟现实技术与数字沙盘技术的不断发展，基于模拟仿真方式的体验式安全培训将持续快速 发展，并为石化企业应急演练与指挥、事故模拟和标准化操作培训提供全面的技术支撑。虚拟现 实技术、数字沙盘技术和实物操作技术的无缝连接，将成为体验式安全培训的主流发展方向。 关键词：体验式安全培训石油化工虚拟现实数字沙盘 安全生产是石化企业生存的永恒主题。安全 生产，培训先行，来自企业内部和社会外部的种 种压力要求石化企业必须通过不问断的培训提升 企业员工的素质，实现卓有成效的安全管理。一 个成功的培训项目，必须既涵盖理论方面，又包 含实践方面，这也符合b i rd在1974年给培训工 作总结的两个基本目标：1)确保员工知道正确工 作的重要性(理论)。2)确保员工知道如何正确工 作(实践) 1。此外，kubias在1982年的一项研 究中指出，在不同培训方式下，学员能够记住阅 读内容的10，聆听内容的20，观察内容的 30，观察并聆听内容的50，述说内容的 70，在完成任务过程中进行述说内容的90。 这项研究表明受训人员如果想以最有效的方式记 住工作当中的内容，需要遵循的方法是在亲自动 手完成工作的过程中遵循口述，或者可视的指 示，并且回忆工作进行当中的重点心j。上述对于 成功培训方式的描述，均符合体验式安全培训的 概念及特点1。 综上所述，有效的培训应使受训者在观看、 参与、体验的过程中，掌握相关知识，提升专业 技能。体验式安全培训的发展趋势就是将图片、 文字与现代展览展示技术和三维仿真技术有机结 合，利用视频、模型、实物等多种方式模拟、体 验、感受相关内容，将生涩的理论、枯燥的规章 制度用立体化、多元化、趣味化的形式展现给受 训者，多面触及受训者的感官感受，在潜移默 化中提高受训者的安全意识，提升受训者的安全 技能，从而保证生产安全。 1 石化企业体验式安全培训现状分析 目前国内外大型石油化工企业和相关机构都 建有各具特色的体验式安全培训项目。如：德克 萨斯州消防训练学校的模拟培训装置，日本住友 化工公司的体感式培训装置，韩国sk 海力士公 司的h se体验教育馆等。尽管与传统的安全培训 相比优势明显”j ，但仍然有进一步改进的空间： 11石油化工工艺流程的体验式安全培训项目 有效性不足 1) 在厂区内使用真实设备对新员工或承包商 进行实训面临以下三个问题：a) 安全风险大。新 员工对工艺流程和设备设施不熟悉，操作一旦出 现失误，不但设备可能被损毁，人身安全也会受 到威胁。b) 培训费用昂贵。设备真实运行过程 中，不论是否使用真实物料，每年新员工与承包 商的重复培训都会大量增加培训费用。c)影响正 常生产。在真实厂区中培训，不论是在设备使用 方面、教师配备方面还是安全保障方面，都会影 收稿日期：20130216。 作者简介：王林，男，2009年毕业于华东理工大学， 2011年取得加拿大西安大略大学硕士学位，现主要 从事体验式培训系统研究，同时涉足h se培训管理、 演式性实验装置、安全培训等相关研究工作。 兰q! ! 主笠垫鲞箜! 塑 !至盐箜：歪垡全些签墅叁塞全壁型垫丛坌堑垦垫查壁望 一11 响厂区正常的安全生产。 2) 在厂区外使用仿制设备或者选取生产单元 组织培训，不仅投资较大，培训项目选择有限， 而且完全复制现场或者对完整的工艺流程进行培 训也难以实现。 3) 目前成熟的体验式安全培训项目只能涵盖 最基本的安全操作培训和简单工艺，对于石化企 业中复杂工艺流程的培训起不到有效作用。而基 于d cs的培训系统则无法模拟真实厂区中的实际 环境。 12应急响应及事故预案体验式安全培训项目 针对性不足 应急响应及事故预案培训能够协助辨识、评 估潜在的重大危险，事故发生的可能性和后果的 严重性，保证迅速、有效、有序地开展应急救援 行动，降低事故损失及影响，是石化企业安全保 护层管理中重要的一环。但是在成熟的体验式安 全培训模块中，并没有针对应急响应和事故预案 的完善的体验式培训项目。大多数应急预案培训 依然停留在纸上谈兵和桌面推演，真刀实枪的应 急演练会花费大量的人力、物力和财力，而很多 时候“演习”更像是“演戏”，并非真正的实战 演练。直接导致不论针对管理人员应急处置的组织 指挥和协调响应能力，还是针对基层员工的岗位应 急处置能力都难以实施有效性的体验式培训。 13典型事故案例回溯培训不足 受限于现有体验式安全培训的实现方式，典 型事故案例演示、回溯和分析总结的培训严重不 足。典型事故案例是加深对工艺生产特点和特性 了解，加强危害识别和应急处理能力，防止类似 事故再次发生的最有效的资源，如果只停留在口 头上、文本上和纸质上，或通过图片、文字、事 故残骸展示或部分实况录像回溯事故，将事故变 成“故事”传播给学员，还不能利用真实的手段 从技术层面完整的回溯事故发生及发展过程、直 接原因和间接原因，无法挖掘出事故中真正有价 值的信息来预防类似事故的再次发生，以此提升 事故处理和应急响应能力。 14培训中安全防护措施仍需加强和重视 安全培训中最重要的控制就是保证受训者的 安全。体验式安全培训不论是直接作业环节培训 模块中的高处作业、电气作业等实训项目，还是 机械本质安全培训模块中的被旋转物卷入的体 验，化学品安全培训模块中的燃爆实验，消防安 全培训模块中的火场逃生体验，消防训练等项 目，都存在一定风险。因此实施培训内容的规范 化，培训操作的标准化是非常重要的，必须制定 相应安全防护措施。只有提前做好安全规划，才 能杜绝安全培训中事故的发生。 2体验式安全培训技术展望 体验式安全培训的实现方式包括实物操作方 式、模拟仿真方式和抽象体验方式等3种旧o。随 着科学技术的进步，特别是数字化技术日新月异 的发展，模拟仿真更趋向于真实性和可视性，全 新的体验式培训产品不断涌现，增强现实技术、 全息成像技术和浸入式3d 虚拟现实技术等使体 验式培训有了新的表现形式。 21 三维虚拟现实技术 211 定义 虚拟现实(v irt ualreal i t y)，也被称之为三维 虚拟现实或虚拟现实仿真。这一名词是由美国 v pl公司创建人拉尼尔( jaronlanier) 在20世纪 80年代初提出的。简单来说就是人们利用计算机 生成一个逼真的三维虚拟环境，通过自然技能使 用传感设备与之相互作用的一种由计算机生成的 高仿真模拟系统。详细来说，它可以将模拟三维 环境、视景系统和仿真系统三为一体，并利用头 盔显示器、图形眼镜、数据服、立体声耳机、数 据手套及脚踏板等传感装置，把操作者与计算机 生成的三维虚拟环境连结起来，操作者通过传感 器置于虚拟环境交互作用，获得视觉、听觉、触 觉等多种感知，并按照自己的意愿去改变虚拟 幻境4引。 虚拟现实技术应用于体验式安全培训的优势 特点主要体现在以下几点： 1) 仿真性。在三维虚拟现实技术支持下，可 以创建一个具有高度沉浸感的三维虚拟厂区和 设备的培训设施。与真实场景中功能相同，操 作方法一致，学员通过虚拟培训设施训练操作 技能，与在现实中通过真实设备体验的培训效果 一样0| 。 2) 开放性。三维虚拟现实的培训环境允许受 训者在任何地点任何时间接受培训，既不会影响 12 1 歪塑些三童全丕堡垫查2013年第29卷第3期 日常生产，也不受真实设备是否正常运行的限 制，而且一套硬件设备可以加载运行不同的培训 系统，允许学员在一个完全开放的环境中进行体 验和培训4, 10-11。 3) 安全性。在三维虚拟环境中，针对石油化 工工艺的标准化操作培训、应急演练和消防培 训，均不使用真实设备，不走真实物料，不在真 实厂区中演练。因此可以在零风险的情况下体验 误操作带来的危险，培训应急响应能力，尤其是 低发生率高风险的事故，在本质上保证了学员接 受培训的安全14 1213i。 4) 可回溯性。在现实环境中，误操作带来的 危险后果无法避免，工艺流程不可以随意切换， 事故案例无法回溯，应急演练的重复实施花费大 量人力、物力和财力。但在三维虚拟现实环境 中，操作培训不仅可以重复和记录，而且可以模 拟演示错误操作或违章操作产生的后果，让学员 谨记于心；事故案例可以形象化、影像化、数字 化地重现和回溯，体验和总结典型石油化工事故 的过程及后果；基于三维虚拟现实场景的数字化 应急演练可以通过形象直观的平台，让学员设定 程序重复练习应急响应预案包括流程、疏散线路 和处置程序等。1 o，12 j 。 5) 直观可视性。在三维虚拟现实技术建立的 三维数字化工厂中，重点设备的内部结构，检维 修记录，硫化氢浓度，危险程度都可以直观展 示，安全仪表的摆放及分布，有害气体监测仪的 分布及监测范围，原油管线、天然气管道的走 向，消防力量分布、应急处置等信息都可以在不 同视角中通过三维方式形象、直观地表达旧。 212应用前景 1994年，摩托罗拉开始在虚拟现实环境下探 索开发可用于装配生产线的培训系统，这被认为 是工业领域中真正对于虚拟现实培训环境下应用 的首次评估与研究“j 。在石油化工领域，虚拟现 实技术可以构建逼真的三维数字化工厂，将石化 企业的整体三维模型与相关属性、事故信息等有 机地结合起来，从而在三维虚拟场景中实现正常 生产条件下无法实现的训练操作方式，为石化企 业的日常管理、标准化操作培训、事故模拟、应 急演练与应急指挥提供全面的技术和培训支撑。 目前体验式安全培训中通过实物操作式、 模拟仿真方式和抽象体验方式实现的培训模块， 三维虚拟现实技术几乎全部都可以在计算机上通 过构造逼真的三维虚拟场景实现。包括hse文化 常识的数字化展示；个体防护设备的正确使用、 维护保养及注意事项的三维数字化演示，也可通 过三维动画模拟讲解个人防护设备的穿戴方法； 危险化学品安全知识；数字化演示性实验；直接 作业环节中的风险分析与防范、标准作业流程等 内容；机械设备的内部构造、危害识别及操作注 意事项的讲解，职业卫生危害程度，消防安全知 识和设备，和消防设备的三维可视化也是培训的 内容58m 。5| 。 22数字沙盘 221定义 数字沙盘是相对物理模型沙盘而言的，即融 合三维仿真技术、沙盘控制技术、大屏幕仿真技 术、互动触控、多媒体技术等的新型沙盘系统。 数字沙盘的分类很多，有纯数字内容的，有 互动式的，有带投影功能的投影沙盘，有带模型 的模型数字沙盘；有带大屏幕的立体仿真大屏幕 沙盘。 222应用前景 数字沙盘摆脱了传统、呆板的图片展示、模 型展示、多媒体沙盘展示等方式，利用新颖的创 意，集合声、光、电、互动项目、三维动画、影 视投影等现代科技成果，增加幻影成像系统、大 型宽屏影视观摩系统、四维立体动画影视系统、 穹幕环幕立体应用系统、声波人脸识别等触摸控 制系统，并可以与上述三维虚拟现实相结合，充 分发挥趣味性、知识性和互动性。目前电子沙盘 发展到可以最大限度地脱离人为控制，仅仅设置 数据打开电源即可，大大减少了人力的繁琐和不 必要的开支，拥有更多的自动性。 配合声、光、电及其它先进多媒体数字化科 技，数字沙盘可以应用于以下体验式安全培训项 目：公司厂区、装置安全评价危害辨识和风险评 价结果的三维可视化培训；典型设备的剖析与介 绍；石油化工工艺流程展示；消防设备设施的分 布与调配；厂区监测检验设施的范围；职业卫生 的三维直观管理；典型事故案例的模拟；事故预 案与应急演练的直观演示；环保预案中消防水的 规划等。 兰q! ! 生箜垫鲞笙! 塑 盘至盐釜：歪垡全些堡坠叁塞全堡型墨鉴坌堑丛垫查壁望 13 目前虽然数字沙盘已经应用于石油化工领 域，但更多的是帮助企业实现宣传、工作汇报、 简单原理展示、流程讲解等方面的内容，不过数 字沙盘的特点和优势决定它将在石油化工领域的 体验式安全培训中发挥更大的作用。 3 结语 随着三维虚拟现实技术与数字沙盘技术的不 断发展，体验式安全培训的模拟仿真方式将持续 快速发展，三维数字化模拟仿真体验方式将逐步 成为体验式安全培训项目中发展最快的实现形 式。三维数字化模拟仿真方式不可能完全取代现 实环境中的体验式安全培训，但是三维虚拟现实 技术、数字沙盘技术和实物操作技术的无缝连 接，将成为体验式安全培训的发展方向。 参考文献： 1 frank ebir dm anagem ent g ui de t oloss cont rol fm a tl anta，institutepress，1994 2 fo k ubi astool sandtechni quesforc hem i cal safet ytr ai ni ng，i nsafet y andacci dent i nvest i gat i on inchem i cal operati onsm n ewy or kw sw ood，2nded1982 3王林，苏国胜，李欣，王洪雨，张丽萍 石化企业体验式安全培训模式探讨 j 安全，健康和环境，2012，(12)：52-54 4张云波基于虚拟现实技术的煤矿企业消 防安全系统 j 煤炭技术，2011，30 (12)：8889 5 k n asi osim provi ng chem i cal pl antsaf ety t raini ngus i ng vir t ual real it yd school of chem i cal ，e nvi ronm ent al，andm ini ngengi 一 6 7 9 10 12 13 14 15 neeri ng，u ni vers i t y of n ot t i ngham ，2001 h sfjohn tbel l v i rt ual real i t y in chem ical engi neeri ngeducat i ona il l i - noi sindi anasect i onal conf er ence，pur due uni versit y，m ar ch 1995 johnrw il sonvirt ual real i t y forindust r ialap- pl i cati ons：o pport uni t i es andlimitationsn n ot t i nghamuni ver si typress，1996-229，p166 刘刚，周芳，李磊，王春虚拟现实在炼化 设备操作培训中的应用研究j 广东石 油化工学院学报，2012，22(3)：53-56 k 。w ar w ick，johng r ay，d avi d r ober t s。vi r- tual real i t y i n engeneer i ng jthe insti - t ut i onofel ect r i calengi neer s，1993，196 r sk al awskyexpl oi t i ng v i rt ual real i t y techni ques i neducati onand trai ning： technol ogi cal i ssues websi te h