安全事故应急预案仿真演练系统

演练系统为安全应急
组织创造了一个三维
虚拟现实的安全事故
现场环境,在为安全
应急组织提供各种安
全事故应急预案协同
处理能力仿真培训环
境的同时,对已经存
在预案的合理性进行
校验。

北京东方仿真软件技术有限公司
一.前言
石化行业是一个高风险的行业，生产过程中所使用的原材料、辅助材料半成品和成品绝大多数属易燃、可燃物质，一旦泄漏，易形成爆炸性混合物发生燃烧、爆炸；许多物料是高毒和剧毒物质，还具有自燃、暴聚的特性。

这些物料处置不当或发生泄漏，容易导致火灾、爆炸，群死群伤事故率极高。

另外，石化生产工艺技术复杂、运行条件苛刻，任何一个小的失误就有可能导致灾难性后果。

同时，由于石化生产过程连续作业的特点，在一些大型一体化装置区，装置之间相互关联，物料互供关系密切，一个装置的产品往往是另一装置的原材料，局部的问题往往会影响到全局。

石化装置由于技术复杂、设备制造、安装成本高、装置资本密集，发生事故时损失巨大。

由于石化装置资金密集，事故造成的财产损失巨大，因此，石化企业的安全生产至关重要，多年来中国石化、中国石油、中国海洋石油三大集团公司确立了“安全第一、预防为主”安全工作方针。

安全技术培训是提高预防事故和应急处理能力的主要途径之一，也是石化企业职工教育的重要组成部分，针对石化企业的特点，东方仿真以提高员工安全意识与安全技能为目标，围绕着加强企业员工的安全意识、提高企业员工的安全知识、提高企业员工的安全技能、提高企业员工处理应急事故的能力精心设计和开发了一整套用于石化企业安全技术与技能培训的仿真培训系统，包括“①安全知识与技术多媒体培训系统”、“②安全技能培训系统”、“③典型事故案例演示与分析系统”和“④事故应急预案仿真演练系统”，其中①、②、③部分定位为“预防”培训，④部分定位为“应急”培训,本文即是对于这部分的综合性介绍。

由于罐区在石化企业中分布广，数量大，并且是重大危险源，而罐区的事故通常是因泄漏而引起火灾。

所以我们首先对灌区泄露着火应急预案做模拟训练。

而一旦发生事故，第一个反应的应该是现场班组操作人员，他们处理事故的好坏也直接影响到事故的发展，所以我们的演练系统定位为现场班组人员的演练程序。

二.当前安全事故应急预案演练的现状和弊端
安全培训在石化行业一直受到高度的重视,各企业也在不断努力的探索和进
行各种形式的安全教育培训内涵,其中装置安全事故应急预案演练便是其中一项重要的内容，各企业都针对本企业和装置的特点编制了许多的安全事故应急预案，但在如何进行演练方面却一直缺乏低成本、可重复、效果好的培训手段。

目前企业或车间进行安全事故应急预案演练时一般采用的训练形式主要有桌面演练、实战演练、模拟演练等形式，其中：
⏹桌面演练操作起来最简单，但由于只是采用口述、比划方式进行，缺乏
真实感和临境感，所以不能引起演练人员的重视，也与实际相距较大，
收到的培训效果也最差；
⏹实战演练效果比桌面演练好，但是需要协调动用的资源也最多，成本也
最高，不适合长期、重复培训，同时也具有一定的不安全性；
⏹模拟演练又分为现场模拟演练和计算机模拟演练（仿真演练），其中：
✓现场模拟演练由于利用实际装置物理环境进行，所以能够营造出与预案对应的正常状态环境（非事故形态），但出于安全和其他
方面的考虑，无法逼真地再现事故发生时的特定环境（事故形
态），从而缺乏真实感和真正的动手机会（不能实际操作设备），
与实际情况有一定的距离，效果也有限。

✓计算机仿真模拟演练采用虚拟现实技术建立与实际装置完全相同的三体立体交互式环境，能够产生与实际现场完全相同的视觉
和听觉感受，包括安全事故发生时的过程和各种现象，具有非常
高的画面冲击力，置身其中如同身临其境，应急组织人员分别担
任不同的岗位职责，可以像在真实环境下一样视、听并按预案进
行协同演练，包括对于工具的使用和设备的操作，与实际最为接
近，也没有任何危险性，具有最好的培训效果，同时可进行大规
模、重复使用。

三.系统的应用目标
总体应用目标是提高企业员工处理应急事故的能力，尤其是当安全事故发生时应急小组的协同处理能力。

本演练系统是一套模拟实际生产环境与作业过程的交互式仿真软件，以此培训操作人员、技术人员，让他们深入理解作业系统原理、演练作业操作程序、预见和处理异常与事故、增长经验。

采用仿真技术培训操作人员精细操作和应变能力，提高生产安全意识和处理能力，尤其是作业团队的协同处理能力。

本仿真培训系统的主要应用目标如下：
(1)安全事故应急预案的仿真演练
本项目的重要目标就是建立可重复使用的实现多工种协同完成装置应急预案演练操作的仿真平台，通过在这个仿真软件平台上的训练使员工的事故处理意识和协同操作能力能满足实际作业要求，并需要达到理论联系实际的目的。

以罐区的两个应急预案为蓝本，实现应急预案中所涉及到的场景，行为，人物操作。

（2）生产作业人员技能考核与鉴定
仿真软件作为技能考核手段，技术先进，评分科学、客观，效果很好。

本仿真软件将员工的技能培训与考核鉴定工作紧密地结合在了一起。

仿真软件中包含的操作技能考核功能（操作评分系统）是基于“智能专家系统”的一套科学、客观的仿真操作评分系统，是技能考核与鉴定的主要工具。

罐区应急预案仿真演练系统采用虚拟现实平台模拟建立整个罐区的三维立体场景，使操作者有身临其境的感觉，能够获得与实际极为接近的视觉和听觉感受。

罐区是每个石化企业装置都有的，具有一定的通用性，并且是企业的重大危险源，罐区的事故通常是因泄漏而引起火灾。

对于操作工来说，熟练掌握事故发生后的应急处理程序，将大大减少企业的损失。

因此注重和提高操作工的应急处理能力是非常重要的。

本应急预案设计两种类型的事故，罐区泄露着火和泄露中毒。

演练主要对象为现场指挥（值班长）和操作人员对事故的处理。

演练系统设计了7个角色，可以由2-7台机器联合操作，也可以单机运行使用。

四.硬件环境支持
装置安全事故应急预案仿真演练系统采用标准计算机及其网络组成作为运行环境，每一套完整的系统都由一个教师站（兼观察者站）和多个学员站组成，其中教师站负责系统的管理与监控，而学员站负责训练内容的具体执行任务，可分别设置成外操员、主操、操作班长、班组安全员等岗位角色。

如下图所示：
由于采用三维虚拟现实高端图形技术，所以系统运行对于硬件的配置要求较高，主要配置标准建议为：
五.系统使用模式
1.单人单机模式
演练系统将只有一名实际操作人员，一人兼顾所有岗位角色，可随时在角色间任意切换，控制所有角色按照事故预案的规定协同执行任务。

2.班组协作模式
演练系统在教师站的管理下为多个学员站设置不同的岗位角色，班组中每个学员掌控一台学员站和一个角色，各自按照事故预案的规定协作执行任务。

六.系统主要功能
虚拟现实现场环境：三维立体化动态模拟装置事故现场的交互式操作环包括安全预案所涉及的生产设备、现场管线及仪表、可操作部件（阀门、
按钮、开关等）、以及其他辅助部分（外部空间环境及背景、走廊、平台、
栏杆、梯子、防火堤、设备支撑框架、警示牌、设备基础等）在外形、
尺寸、相对位置关系、操作方式、动态变化表象、音响效果等与实际完
全一致，；
常减压装置虚拟现实仿真培训培训系统的控制室外环境
⏹角色选择与属性：在不同的使用模式下，可由教师或学员分配或选择不
同的角色并进行控制和操作，角色具有与真实情况相同的外观及生物属性，如服装、装备、生命值、行动能力（走，跑，开关阀门，开关泵等操作）；
⏹环境情况配置及事故现象：可以进行风向、风速，电话，对话等相关物
理环境条件的设置，以及三维立体模拟异常情况下的物理现象，如泄露着火事故发生时，可模拟受内部压力和破损程度不同而导致的火焰范围和高度、因风力和风向不同而导致的火焰扩散方向等。

现场泄露
火灾闪爆
毒气泄露
消防救援
交互式协同操作：演练中各个角色按照事故预案在三维立体的虚拟现实环境中进行协同操作，配合完成安全事故的应急处理任务；
⏹后台动态机理模型：后台运行数学模型根据实际装置的运行原理进行实
时动态计算，实时反应物料变化，事故发展变化情况等；
⏹讲评系统：对所有操作动态记录，评判，并最后给出评判信息；
虚拟现实仿真培训培训系统的控制室内操作界面及评分系统
观察者监视：观察者角色可以随时进入各组角色视角进行观察演练情况。

1.教师端软件功能
（1）监视功能：监视每台学员站目前运行的项目、得分等情况。

（2）控制功能：
⏹设定学员培训模式：竞争式和协作式。

竞争式培训，是各学员站单独培
训，彼此之间没有任何关系（即单机模式）；协作式培训，是将各学员站
分成若干组，同组的机器之间可协同操作完成整个培训（即多人模式）。

值得注意的是，多人模式下，教师站必须运行且分好组。

⏹设置培训项目：教师站可针对单站，或所有站统一设置培训项目，被控
学员站自动切换到该项目进行培训。

⏹启动与终止功能：可统一启动和终止被控学员站。

当教师站统一启动时
学员站所有信息受控于教师站设置(学员站自动进入)。

2.学员端软件功能
⏹虚拟现实人机交互式界面：以虚拟现实图形技术模拟整个罐区应急预案
演练三维立体场景环境，学员可控制其所担任的虚拟色人物角进行走、
跑、开关阀门、操作设备、打电话、对讲等所需要的行为活动。

⏹讲评功能：按照预先设定的规则（依据为原始预案）对本次演练活动的
过程和结果自动进行客观的量化评价，反馈出正确与错误操作信息。