石油工程生产事故应急实训虚拟仿真系统开发研究

倪攀 孟海龙

摘  要：21世纪以来，世界范围内不断发生着各种各样的事故，但现有的应急预案制定过程中由于缺乏科学的理论和方法的指导，大多数应急预案基于管理者个人经验或照搬照抄其他预案，导致所制定的应急预案自身存在应急责任不清、对整个应急过程中的需求和责任分析不充分、方案措施缺乏针对性等问题。在突发事件应对过程中，人们逐渐认识到文本应急预案形式所存在的不足，开始积极探索运用计算机信息技术、网络技术、仿真模拟技术等现代科技手段提升应急预案功能的技术方法。基于此，开发出一套石油工程生产事故应急实训虚拟仿真系统，能让学生掌握石油HSE生产知识和石油工程作业场所的危险辨识、风险评价和应急控制的基本方法。

关键词：石油工程;事故应急;实训教学;仿真教学

中图分类号：TP391.9;G712      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）15-0097-03

Development and Research of Virtual Simulation System for

Petroleum Engineering Production Accident Emergency Training

NI Pan1，MENG Hailong2

（1.Tianjin Petroleum Vocational and Technical College，Tianjin  301607，China;

2.No.3 Gas Production Plant of Changqing Oilfield Company，Ordos   017300，China）

Abstract：Since the 21st century，various accidents have been happening all over the world. However，due to the lack of scientific theories and methods in the process of formulating emergency plans，most of them are based on managers’personal experience or copy other plans，which leads to the unclear emergency responsibility，the need and responsibility for the whole emergency process. Some problems such as inadequate analysis and lack of pertinence of scheme and measures are discussed. In the process of dealing with emergencies，people gradually realize the shortcomings of text emergency plans，and begin to actively explore the use of computer information technology，network technology，simulation technology and other modern scientific and technological means to enhance the function of emergency plans. Based on this，a virtual simulation system for emergency training of petroleum engineering production accidents is developed，which enables students to master the knowledge of petroleum HSE production and the basic methods of risk identification，risk assessment and emergency control in petroleum engineering workplaces.

Keywords：petroleum engineering;accident emergency;training teaching;simulation teaching

0  引  言

石油工業在我国能源领域中占有极其重要的地位，属于高度自动化、技术密集型行业，油田的业务范围具有点多、线长、面广，属易燃易爆、有毒有害、高温高压的高危行业，抓好应急管理尤其重要而迫切。但由于石油工程生产的特殊性，生产事故偶发的危险性，决定了在实际生产过程中无法依靠生产现场对在校大学生或现场操作人员进行系统、有效的安全应急技能培训，也导致高素质的生产运行安全人员急缺。为此，依托三维建模、虚拟现实、多媒体、人工智能和网络通讯等技术，结合国内外先进的教学与培训理念，建设本项目提出的模拟石油工程生产中常发、易发的安全生产事故，演示事故发生的原因、危害，进行应急处置及预防事故发生训练的教学实训系统非常必要。

人类接受知识的过程是多通道综合作用的过程，这些通道主要有感觉通道，包括视觉、听觉、触觉、平衡感觉、嗅觉和味觉;运动通道，包括手、眼、足、身体和语言;思维通道，包括大脑的记忆、分析、联想和决策。传统的教学方法只利用了较少的通道，如视觉、听觉等，因此教学效率不高。现代科学的发展不仅对教学改革提出了要求，也为此提供了可能。充分运用现代科学的思想、方法、技术、手段，特别是系统论、信息论、控制论、协同论、突变论等科学方法及一切现代化媒体和信息与计算机技术的最新成果，使虚拟仿真实训系统应运而生。

把虚拟仿真技术引入实训教学，学员置身于仿真环境之中，可以充分调动感觉通道、运动通道和思维通道的学习机能，是学生接受知识的效率明显提高。借助高技术手段深化教学改革，实现教学训练模拟仿真化，是一场创新教学手段和方法的变革，而这场变革的核心就是模拟和仿真，再现事故生产现场的真实训练场景，让受训人员熟悉操作规程和应急预案，严格按照规程操作，明确事故处置流程，增加针对性，提高教学效果具有重要的意义。

1  研究内容

针对高职学院石油工程技术专业建设及石油行业发展需要，以应用为导向，按照“学—练—考—评”的教育理念，系统研究的内容包括为综合知识认知系统、事故应急处置训练系统以及应急预案研究与创新三个部分。

1.1  综合知识认知

将HSE基础知识、风险预防与应急处置、典型事故案例等难于讲解或不易理解的相关知识点，利用三维建模、多媒体制作等技术，制作成多媒体动画课件，以网络为载体，实现线上线下的自主学习，旨在达到学习与知识巩固的目的。

1.2  事故应急处置训练系统

利用三维建模、虚拟现实等现代信息技术，情景再现石油工程事故现场，如油井着火、油井泄露、计量间泄露、计量间着火、人员触电、机械伤害、有毒有害气体中毒事故等;按照油田生产现场相应应急处置预案，通过三维指令化操作训练，使学生明确自身职责和任务、掌握事件处置流程、事件处置中的沟通和协调能力、事故处置采取的措施等。

1.3  应急预案研究与创新

实现应急处置预案的数字化编辑及推演过程，提取应急预案组织结构、应急资源、应急流程阶段、评估标准等信息，实现纸质预案向数字化预案的转变，达到实训安全预案编制及预案检验创新实践的目的。

2  研究设计方案

石油工程生产事故应急实训虚拟仿真系统的受众为石油工程技术、油气储运技术等相关专业的学生及油田生产与管理人员。软件的设计标准规范包括油气采集输相关标准规范、采油集输事故应急预案、GB 8566-88《计算机软件开发规范》、CJJ/T 157-2010《城市三維建模技术规范》等。系统以训练为主、展示为辅、突出实操，旨在提高教学效果。

2.1  总体设计思路

系统以综合知识认知、事故应急处置训练、事故应急推演与创新为教学主线，利用三维建模、虚拟现实、人机交互、多媒体等先进技术，开发具有知识学习与巩固、模拟演示、沉浸体验、虚拟操作训练、情景构建等多模式的教学培训资源，能够对不同受众人员实现“培训教材标准化、受训环境情景化、培训手段现代化、操作训练多样化”，提升大学生对石油工程生产事故的应急处置能力、事故处置的协同能力以及事故处置方法的创新能力。

2.2  知识学习网络平台

知识学习网络平台主要是三维视频资源的运载平台，学生可远程随时学习。主要分为学生端和后台管理端。学生端主要具备视频的学习功能，考核功能以及课表的查看等功能。学生通过分配的账号登录后可以通过我的班级查看本次培训的班级课程表，对于学生端，该模块可以帮助学员进行课件资源的学习。学生学习系统具备公告浏览、课程学习。课程学习可实现播放、暂停、快速拖放、全屏、声音调节等功能。基础知识通过动画模拟的方式讲解，声音与动画相结合，展示设备的用途、结构及其原理。学生可以直观形象地对抽象知识进行学习，提高其学习兴趣和学习效率。

2.3  基于动画模拟的学习资源

动画的作用是将课程中难于讲解，不易理解的知识点，采用动画模拟的方式制作成课件，直观形象，以网络为载体，实现线上线下学习与交流互动。动画制作方法流程为：脚本编制—场景建模—设备建模—灯光材质—动作调制—动画合成—输出成片（可以为MP4、AVI、FLV、WMV等多种格式，清晰度为1080P），三维建模采用3D MAX软件开发，合成软件采用AE平台开发。

2.4  事故应急处置训练系统

利用三维建模、虚拟现实等现代信息技术，情景再现石油工程事故现场，如油井着火、油井泄露、计量间泄露、计量间着火、人员触电、机械伤害、有毒有害气体中毒事故等;按照油田生产现场相应应急处置预案，通过三维指令化操作训练，使学生明确自身职责和任务、掌握事件处置流程、事件处置中的沟通和协调能力、事故处置采取的措施等。

事故应急处置系统是利用虚拟现实技术构建三维可交互式技能训练系统，系统通过三维可视化、情景化、互动式的培训方式代替传统的被动式授课培训方式，通过学、练、考、评一体化的组合形式，对覆盖全部事故作业流程、技术要求及注意事项进行情景化教学。系统提供引导模式、训练模式两种教学模式，能有效解决教学的成本、安全和效果问题，实现高效培训。

引导模式是指学员在执行培训的过程中，系统对于各个任务的完成给予文字步骤提示，以引导学员正确的完成任务，该培训模式适合用于新学员初期培训自学及新任务培训。训练模式是指在培训执行过程中，系统不提供引导参考信息，学员需根据培训设定内容自主完成培训的模式，在培训结束后，系统将根据学员的作答情况给出错误记录，该模式适用于学员自测。

2.5  事故应急三维电子沙盘推演与创新平台

事故应急三维电子沙盘推演与创新平台：对于课程中理论知识与实际应用结合密切的知识点，教师或学生形成的问题或案例，进行互动式或探究式学习。发动学生头脑思维风暴，发挥学生的协作能力，引导学生进行创新创意实践。情景构建所推演的石油工程事故三维电子沙盘，设置事故点、类型及大小，通过现场查看、资源调配、力量部署等推演过程，实现对事故的分析，预案执行、演练对抗等方面知识的学习与训练，验证其推演方案的优劣，并不断地进行优化改进。

3  结  论

通过开发石油工程生产事故应急实训虚拟仿真模拟系统，能实现教学训练模拟仿真化，促进了教学培训模式的改革与创新，还可以丰富教学培训资源，提升教学培训质量与学习效率，开发出的项目将可支撑80课时的培训教学任务，包括事故预防理论与方法、石油工程风险识别、石油工程风险评价、石油工程风险控制、应急管理与应急预案等，在努力应用新科技、研发石油工程应急资源之外，还能促进自适应学习的应用开发，积极应用人工智能拓展石油教学培训方式，系统具备画面逼真、直观形象、可反复使用等特点，将大大降低教学培训成本，同时提高学习效率和效果。

参考文献：

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[5] 863计划“基于物联网的石化工业风险识别与安全应急系统研发及示范应用”课题通过了技术验收 [J].中国安全生产科学技术，2017，13（9）：108.

作者简介：倪攀（1982-），男，汉族，湖北汉川人，硕士，副教授，教师，研究方向：石油工程。