虚拟现实（VR）技术在隐患排查中的应用研究

文／北京市安全生产科学技术研究院 张慧

虚拟战场、虚拟城市、甚至“数字地球”，无一不是虚拟现实技术的应用。虚拟现实（简称“VR”）技术作为一项尖端科技，近年来在各行各业都得到了不同程度的发展，并且越来越显示出广阔的应用前景。安全生产领域也不例外，VR+宣传、VR+事故、VR+应急、VR+培训等方向中VR都得到了很好的应用。其中，隐患排查作为企业落实国家及地方生产安全事故隐患排查治理相关文件的重要工作，是安全生产执法检查人员专业技能中亟待提升的重点，是安全培训工作的重点和难点。一直以来，国家鼓励采用创新科技提供培训水平。《国务院安委会关于进一步加强安全培训工作的决定》要求，要全面提高安全监管执法培训质量，强化实际操作培训，强化现场培训，提高3D、4D、虚拟现实等技术在安全培训中的应用。

VR技术在隐患排查中应用优势明显

现有的隐患排查培训以传统理论授课为主，现场实操培训较少。同时，由于安全生产涉及用电、用气、工业企业、建筑工地、工业企业车间、加油加气站等众多行业、众多领域，安全生产检查场所非常多，存在很多复杂的、危险的环境，专业性较强、时效性较高。在实际培训中很难进行大规模的现场培训，导致很多安全执法检查人员存在隐患排查知识不全面、检查现场不熟悉、隐患排查不深入、整改措施不明确等问题。

利用VR技术开展隐患排查实操培训具有独特优势。VR技术可以解决培训环境危险和工学问题，有利于化解传统培训难题。利用VR技术可以模拟仿真安全生产各种复杂危险环境，帮助学员在无现实危险的仿真场景中，应用安全生产理论知识，进行现场安全隐患排查，实现降低培训危险和成本。VR技术可以解决场景的情景化和自然交互性，激发学员学习兴趣。通过沉浸式的虚拟实操教学环境的构建，可以打破传统单方面灌输式的教学模式，将复杂概念和理论可视化。在这特殊的虚拟教学环境中，学员通过和虚拟设备设施的交互操作掌握相关技能，从而增加学员的沉浸性、交互性，提高培训效果。比如，对于危险场所和危险工种的安全培训，利用VR设备，让职工实际操作，如果误操作或事故隐患不排除，导致的灾害后果就立刻显现出来，有身临其境之感，事半功倍，从而提高培训效果。同时，利用VR技术开展隐患排查实操培训还可以实现“一设备”容“万千设备、万千场景”、学员培训数据全程采集、分析等，从而节约教学成本，提高培训质量。因此，开展VR技术应用于隐患排查实训的研究具有重要意义。

安全隐患排查VR实训系统设计方案

北京市安全生产科学技术研究院针对北京市安全生产执法检查人员隐患排查实操培训现状，选择北京市重点行业、重点领域中的10个具体场景（10kV及以下高低压配电室，餐饮用气场所，焊接作业，加油站，高处悬吊、仓库类、冷库、养老院），通过研究分析10个具体场景中隐患排查涉及的法律法规、标准规范、检查方法、现场隐患辨识、排查等知识，构建支撑VR实训系统的安全生产隐患数据库。通过VR剧本设计、场景构建、模型开发、关卡设计等，完成基于VR技术的10个具体场景虚拟仿真设计。结合VR交互设备（HTC VIVE VR设备、三星GEAR VR设备）研发2套安全隐患排查VR实训系统，实现沉浸式、交互式的可视化学习体验，最后，采用教育分析技术对教育培训效果进行评价优化。

三化设计。专业化设计：依据国家现行法律法规、标准规范梳理隐患，实现全部隐患有据可循。情景化设计：1:1还原作业现场情景，增强学员的融入感、代入感，交互方式简单、直观。任务化设计：在指定场景设置关卡、设置一定数量的安全隐患，学员通过完成关卡任务完成学习。

四种模式。教学模式：在设定情景中，针对可能存在安全隐患的位置或情况通过提示及引导进行细致、全面讲解，保证学员全方位了解安全隐患知识。练习模式：在设定情景中，由学员在无提示及引导环境下开展自主排查隐患。考试模式：考核培训讲解的内容，检验学员安全隐患辨识能力，全面评估教学效果。竞赛模式：指定竞赛主题，有针对性地组织竞赛活动，考查团队安全隐患排查能力。

六个特点。真实：1:1作业场景、真实互动感受。全面：全面呈现隐患存在位置、表现形式、辨识方法、依据及整改标准。灵活：灵活选择配置隐患、有针对性进行实训。权威：安全专家指导、内容专业。安全：无现实危险的虚拟实训环境。考核标准化：由系统进行客观标准化打分。

安全隐患排查VR实训系统内容及组成

经过4年多的研发，北京市安全生产科学技术研究院完成了10kV及以下高低压配电室、餐饮用气、加油站、焊接作业、高处悬吊、仓库类、冷库、养老院10个作业场景基于HTC VIVE设备和基于三星GEAR VR设备的2套安全隐患排查VR实训系统研发；完成10个场景共1000余项隐患数据库的构建；完成包括教学、考试、竞赛、练习4种培训模式，7个功能模块，60个安全隐患排查科目，近700项隐患实训内容的设计；已授权发明专利4项，获批14项软件著作权。

安全隐患知识库。结合10个具体场景安全现状，依据国家法规标准、行业标准及北京市地方标准，按照普遍性、全面性、科学性的原则，经过多轮执法人员、一线工作人员和专家论证、VR设计人员论证，完成VR隐患数据库研发。以标准为基础，按照隐患辨识难易程度及法规效力，创新隐患分级分类。明确隐患VR表现形式、整改方法等，建立安全隐患数据库。并在隐患知识库的基础上研发隐患知识手册、VR隐患手册。该成果奠定了隐患梳理规范标准，可用于其他场景的隐患知识内容梳理，形成规范化的安全生产场景隐患知识库。

虚拟仿真教育系统。在安全生产隐患知识体系的基础上，开展基础场景研发、模型开发、方案设计、隐患部署及展示形式、关卡设计等虚拟仿真教育系统研发。在实际调研真实工作环境的基础上，收集环境、设备、设施等实景素材，进行环境场景、人物角色、设备设施、事件等三维数据建模，通过标准数据格式、制作特效和动画等完成模型开发。开展虚拟现实场景、VR剧本、三维动画训练关卡、学习模式等设计，完成虚拟仿真教育系统研发。

VR培训数据分析系统。基于VR技术、数据库技术，采集VR实训系统中学员的学习行为数据，运用学习轨迹与隐患知识点相关性分析技术和安全生产隐患排查VR培训效果评价分析技术，运用数据挖掘技术生成可视化的学习评价，完成安全隐患排查VR培训数据分析系统研究，为有效提高学员的培训质量和VR实训的持续改进提供有效的方法和依据。

安全隐患排查VR实训系统。采用VR技术，通过智能终端和VR设备等构建适合安全生产执法人员和企业安全管理人员的隐患排查实操培训系统，实现仿真训练、考核评价、培训管理等功能。顺利研发了10个场景的基于HTC VIVE设备的VR隐患排查实训系统，和10KV及以下高低压配电室场景的基于三星GEAR VR设备VR隐患排查实训系统。

安全隐患排查VR实训系统应用及成效

安全隐患排查VR实训系统将安全隐患排查实训和数据采集、规范化管理有效结合，为安全执法检查人员搭建了快速提升隐患排查技能水平的实训平台。可以帮助其快速掌握隐患排查知识并转化为隐患排查工作技能，大大降低了学习成本，提高了工作效率。培训部门可以节约搭建隐患排查实训环境的成本，缩短实训周期并提高实训效率。

研究成果已在北京、河南、成都等多个省市、行业、单位得到应用，社会效益显著。成果应用主要通过以下三个方面进行：一是从北京版拓展至国标版和地方版。经过对法规标准分类汇总，将隐患分为国标通用版和地方版，将系统应用由北京应用推向全国其他地方的10KV及以下高低压配电室、餐饮用气、加油站、焊接作业、高处悬吊、仓库类、冷库、养老院等10个场景应用。二是从10个场景扩展到更多应用场景。根据不同地区、不同行业或对象需求，采用相似的技术路线，研发其他场景的VR实训系统。三是从隐患排查业务扩展到火灾应急逃生、自然灾害管理、事故警示等安全业务。

成功应用在北京市安全生产执法检查实训基地，共接待成都安科中心、北京市不同区应急局、其他相关委办局及企业等单位的领导、执法人员、企业安全管理人员等近5000人次。

通过签订战略合作框架协议等方式，与四川、河南、云南等省应急管理相关单位建立项目合作，就VR+火灾应急逃生、VR+隐患排查、VR+居家燃气泄漏等业务进行推广应用。

通过现场演示、培训体验等方式，分别应用于2018、2019年北京市、北京市通州区、北京市西城区什刹海街道、济宁市等安全咨询日和北京地铁运行公司安全教育培训等活动。