倪攀 孟海龍

摘? 要：21世紀(jì)以來，世界范圍內(nèi)不斷發(fā)生著各種各樣的事故，但現(xiàn)有的應(yīng)急預(yù)案制定過程中由于缺乏科學(xué)的理論和方法的指導(dǎo)，大多數(shù)應(yīng)急預(yù)案基于管理者個人經(jīng)驗或照搬照抄其他預(yù)案，導(dǎo)致所制定的應(yīng)急預(yù)案自身存在應(yīng)急責(zé)任不清、對整個應(yīng)急過程中的需求和責(zé)任分析不充分、方案措施缺乏針對性等問題。在突發(fā)事件應(yīng)對過程中，人們逐漸認(rèn)識到文本應(yīng)急預(yù)案形式所存在的不足，開始積極探索運用計算機信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、仿真模擬技術(shù)等現(xiàn)代科技手段提升應(yīng)急預(yù)案功能的技術(shù)方法?；诖耍_發(fā)出一套石油工程生產(chǎn)事故應(yīng)急實訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)，能讓學(xué)生掌握石油HSE生產(chǎn)知識和石油工程作業(yè)場所的危險辨識、風(fēng)險評價和應(yīng)急控制的基本方法。

關(guān)鍵詞：石油工程;事故應(yīng)急;實訓(xùn)教學(xué);仿真教學(xué)

中圖分類號：TP391.9;G712? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：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(yè)在我國能源領(lǐng)域中占有極其重要的地位，屬于高度自動化、技術(shù)密集型行業(yè)，油田的業(yè)務(wù)范圍具有點多、線長、面廣，屬易燃易爆、有毒有害、高溫高壓的高危行業(yè)，抓好應(yīng)急管理尤其重要而迫切。但由于石油工程生產(chǎn)的特殊性，生產(chǎn)事故偶發(fā)的危險性，決定了在實際生產(chǎn)過程中無法依靠生產(chǎn)現(xiàn)場對在校大學(xué)生或現(xiàn)場操作人員進行系統(tǒng)、有效的安全應(yīng)急技能培訓(xùn)，也導(dǎo)致高素質(zhì)的生產(chǎn)運行安全人員急缺。為此，依托三維建模、虛擬現(xiàn)實、多媒體、人工智能和網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)外先進的教學(xué)與培訓(xùn)理念，建設(shè)本項目提出的模擬石油工程生產(chǎn)中常發(fā)、易發(fā)的安全生產(chǎn)事故，演示事故發(fā)生的原因、危害，進行應(yīng)急處置及預(yù)防事故發(fā)生訓(xùn)練的教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)非常必要。

人類接受知識的過程是多通道綜合作用的過程，這些通道主要有感覺通道，包括視覺、聽覺、觸覺、平衡感覺、嗅覺和味覺;運動通道，包括手、眼、足、身體和語言;思維通道，包括大腦的記憶、分析、聯(lián)想和決策。傳統(tǒng)的教學(xué)方法只利用了較少的通道，如視覺、聽覺等，因此教學(xué)效率不高?，F(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展不僅對教學(xué)改革提出了要求，也為此提供了可能。充分運用現(xiàn)代科學(xué)的思想、方法、技術(shù)、手段，特別是系統(tǒng)論、信息論、控制論、協(xié)同論、突變論等科學(xué)方法及一切現(xiàn)代化媒體和信息與計算機技術(shù)的最新成果，使虛擬仿真實訓(xùn)系統(tǒng)應(yīng)運而生。

把虛擬仿真技術(shù)引入實訓(xùn)教學(xué)，學(xué)員置身于仿真環(huán)境之中，可以充分調(diào)動感覺通道、運動通道和思維通道的學(xué)習(xí)機能，是學(xué)生接受知識的效率明顯提高。借助高技術(shù)手段深化教學(xué)改革，實現(xiàn)教學(xué)訓(xùn)練模擬仿真化，是一場創(chuàng)新教學(xué)手段和方法的變革，而這場變革的核心就是模擬和仿真，再現(xiàn)事故生產(chǎn)現(xiàn)場的真實訓(xùn)練場景，讓受訓(xùn)人員熟悉操作規(guī)程和應(yīng)急預(yù)案，嚴(yán)格按照規(guī)程操作，明確事故處置流程，增加針對性，提高教學(xué)效果具有重要的意義。

1? 研究內(nèi)容

針對高職學(xué)院石油工程技術(shù)專業(yè)建設(shè)及石油行業(yè)發(fā)展需要，以應(yīng)用為導(dǎo)向，按照“學(xué)—練—考—評”的教育理念，系統(tǒng)研究的內(nèi)容包括為綜合知識認(rèn)知系統(tǒng)、事故應(yīng)急處置訓(xùn)練系統(tǒng)以及應(yīng)急預(yù)案研究與創(chuàng)新三個部分。

1.1? 綜合知識認(rèn)知

將HSE基礎(chǔ)知識、風(fēng)險預(yù)防與應(yīng)急處置、典型事故案例等難于講解或不易理解的相關(guān)知識點，利用三維建模、多媒體制作等技術(shù)，制作成多媒體動畫課件，以網(wǎng)絡(luò)為載體，實現(xiàn)線上線下的自主學(xué)習(xí)，旨在達到學(xué)習(xí)與知識鞏固的目的。

1.2? 事故應(yīng)急處置訓(xùn)練系統(tǒng)

利用三維建模、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代信息技術(shù)，情景再現(xiàn)石油工程事故現(xiàn)場，如油井著火、油井泄露、計量間泄露、計量間著火、人員觸電、機械傷害、有毒有害氣體中毒事故等;按照油田生產(chǎn)現(xiàn)場相應(yīng)應(yīng)急處置預(yù)案，通過三維指令化操作訓(xùn)練，使學(xué)生明確自身職責(zé)和任務(wù)、掌握事件處置流程、事件處置中的溝通和協(xié)調(diào)能力、事故處置采取的措施等。

1.3? 應(yīng)急預(yù)案研究與創(chuàng)新

實現(xiàn)應(yīng)急處置預(yù)案的數(shù)字化編輯及推演過程，提取應(yīng)急預(yù)案組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)急資源、應(yīng)急流程階段、評估標(biāo)準(zhǔn)等信息，實現(xiàn)紙質(zhì)預(yù)案向數(shù)字化預(yù)案的轉(zhuǎn)變，達到實訓(xùn)安全預(yù)案編制及預(yù)案檢驗創(chuàng)新實踐的目的。

2? 研究設(shè)計方案

石油工程生產(chǎn)事故應(yīng)急實訓(xùn)虛擬仿真系統(tǒng)的受眾為石油工程技術(shù)、油氣儲運技術(shù)等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生及油田生產(chǎn)與管理人員。軟件的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范包括油氣采集輸相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、采油集輸事故應(yīng)急預(yù)案、GB 8566-88《計算機軟件開發(fā)規(guī)范》、CJJ/T 157-2010《城市三維建模技術(shù)規(guī)范》等。系統(tǒng)以訓(xùn)練為主、展示為輔、突出實操，旨在提高教學(xué)效果。

2.1? 總體設(shè)計思路

系統(tǒng)以綜合知識認(rèn)知、事故應(yīng)急處置訓(xùn)練、事故應(yīng)急推演與創(chuàng)新為教學(xué)主線，利用三維建模、虛擬現(xiàn)實、人機交互、多媒體等先進技術(shù)，開發(fā)具有知識學(xué)習(xí)與鞏固、模擬演示、沉浸體驗、虛擬操作訓(xùn)練、情景構(gòu)建等多模式的教學(xué)培訓(xùn)資源，能夠?qū)Σ煌鼙娙藛T實現(xiàn)“培訓(xùn)教材標(biāo)準(zhǔn)化、受訓(xùn)環(huán)境情景化、培訓(xùn)手段現(xiàn)代化、操作訓(xùn)練多樣化”，提升大學(xué)生對石油工程生產(chǎn)事故的應(yīng)急處置能力、事故處置的協(xié)同能力以及事故處置方法的創(chuàng)新能力。

2.2? 知識學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺

知識學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)平臺主要是三維視頻資源的運載平臺，學(xué)生可遠(yuǎn)程隨時學(xué)習(xí)。主要分為學(xué)生端和后臺管理端。學(xué)生端主要具備視頻的學(xué)習(xí)功能，考核功能以及課表的查看等功能。學(xué)生通過分配的賬號登錄后可以通過我的班級查看本次培訓(xùn)的班級課程表，對于學(xué)生端，該模塊可以幫助學(xué)員進行課件資源的學(xué)習(xí)。學(xué)生學(xué)習(xí)系統(tǒng)具備公告瀏覽、課程學(xué)習(xí)。課程學(xué)習(xí)可實現(xiàn)播放、暫停、快速拖放、全屏、聲音調(diào)節(jié)等功能?；A(chǔ)知識通過動畫模擬的方式講解，聲音與動畫相結(jié)合，展示設(shè)備的用途、結(jié)構(gòu)及其原理。學(xué)生可以直觀形象地對抽象知識進行學(xué)習(xí)，提高其學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。

2.3? 基于動畫模擬的學(xué)習(xí)資源

動畫的作用是將課程中難于講解，不易理解的知識點，采用動畫模擬的方式制作成課件，直觀形象，以網(wǎng)絡(luò)為載體，實現(xiàn)線上線下學(xué)習(xí)與交流互動。動畫制作方法流程為：腳本編制—場景建?！O(shè)備建?！獰艄獠馁|(zhì)—動作調(diào)制—動畫合成—輸出成片（可以為MP4、AVI、FLV、WMV等多種格式，清晰度為1080P），三維建模采用3D MAX軟件開發(fā)，合成軟件采用AE平臺開發(fā)。

2.4? 事故應(yīng)急處置訓(xùn)練系統(tǒng)

利用三維建模、虛擬現(xiàn)實等現(xiàn)代信息技術(shù)，情景再現(xiàn)石油工程事故現(xiàn)場，如油井著火、油井泄露、計量間泄露、計量間著火、人員觸電、機械傷害、有毒有害氣體中毒事故等;按照油田生產(chǎn)現(xiàn)場相應(yīng)應(yīng)急處置預(yù)案，通過三維指令化操作訓(xùn)練，使學(xué)生明確自身職責(zé)和任務(wù)、掌握事件處置流程、事件處置中的溝通和協(xié)調(diào)能力、事故處置采取的措施等。

事故應(yīng)急處置系統(tǒng)是利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建三維可交互式技能訓(xùn)練系統(tǒng)，系統(tǒng)通過三維可視化、情景化、互動式的培訓(xùn)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的被動式授課培訓(xùn)方式，通過學(xué)、練、考、評一體化的組合形式，對覆蓋全部事故作業(yè)流程、技術(shù)要求及注意事項進行情景化教學(xué)。系統(tǒng)提供引導(dǎo)模式、訓(xùn)練模式兩種教學(xué)模式，能有效解決教學(xué)的成本、安全和效果問題，實現(xiàn)高效培訓(xùn)。

引導(dǎo)模式是指學(xué)員在執(zhí)行培訓(xùn)的過程中，系統(tǒng)對于各個任務(wù)的完成給予文字步驟提示，以引導(dǎo)學(xué)員正確的完成任務(wù)，該培訓(xùn)模式適合用于新學(xué)員初期培訓(xùn)自學(xué)及新任務(wù)培訓(xùn)。訓(xùn)練模式是指在培訓(xùn)執(zhí)行過程中，系統(tǒng)不提供引導(dǎo)參考信息，學(xué)員需根據(jù)培訓(xùn)設(shè)定內(nèi)容自主完成培訓(xùn)的模式，在培訓(xùn)結(jié)束后，系統(tǒng)將根據(jù)學(xué)員的作答情況給出錯誤記錄，該模式適用于學(xué)員自測。

2.5? 事故應(yīng)急三維電子沙盤推演與創(chuàng)新平臺

事故應(yīng)急三維電子沙盤推演與創(chuàng)新平臺：對于課程中理論知識與實際應(yīng)用結(jié)合密切的知識點，教師或?qū)W生形成的問題或案例，進行互動式或探究式學(xué)習(xí)。發(fā)動學(xué)生頭腦思維風(fēng)暴，發(fā)揮學(xué)生的協(xié)作能力，引導(dǎo)學(xué)生進行創(chuàng)新創(chuàng)意實踐。情景構(gòu)建所推演的石油工程事故三維電子沙盤，設(shè)置事故點、類型及大小，通過現(xiàn)場查看、資源調(diào)配、力量部署等推演過程，實現(xiàn)對事故的分析，預(yù)案執(zhí)行、演練對抗等方面知識的學(xué)習(xí)與訓(xùn)練，驗證其推演方案的優(yōu)劣，并不斷地進行優(yōu)化改進。

3? 結(jié)? 論

通過開發(fā)石油工程生產(chǎn)事故應(yīng)急實訓(xùn)虛擬仿真模擬系統(tǒng)，能實現(xiàn)教學(xué)訓(xùn)練模擬仿真化，促進了教學(xué)培訓(xùn)模式的改革與創(chuàng)新，還可以豐富教學(xué)培訓(xùn)資源，提升教學(xué)培訓(xùn)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效率，開發(fā)出的項目將可支撐80課時的培訓(xùn)教學(xué)任務(wù)，包括事故預(yù)防理論與方法、石油工程風(fēng)險識別、石油工程風(fēng)險評價、石油工程風(fēng)險控制、應(yīng)急管理與應(yīng)急預(yù)案等，在努力應(yīng)用新科技、研發(fā)石油工程應(yīng)急資源之外，還能促進自適應(yīng)學(xué)習(xí)的應(yīng)用開發(fā)，積極應(yīng)用人工智能拓展石油教學(xué)培訓(xùn)方式，系統(tǒng)具備畫面逼真、直觀形象、可反復(fù)使用等特點，將大大降低教學(xué)培訓(xùn)成本，同時提高學(xué)習(xí)效率和效果。

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作者簡介：倪攀（1982-），男，漢族，湖北漢川人，碩士，副教授，教師，研究方向：石油工程。