基于VR技术的危化品物流虚拟仿真实验体系设计与实践研究 ——以N学院为例

近年来，随着VR技术的改进，特别是清晰度和沉浸度的优化，其在在高校实验实践教学中的开发和应用条件已全面具备。同时，VR技术具有的视觉、听觉、触觉多种方式与实验对象进行“沉浸式”互动交流的方式更是为改善高校实验体验和实践质量提供了保障。

应用型高校复合型、应用型和实践型这一人才培养目标的实现需要加强实验实践环节的工作力度、改善实验实践的条件。宁波作为我国七大石化产业基地，2022年全市石化工业总产值首次突破5000亿元，绿色石化更是被列入宁波十四五规划中的重点发展领域。临港绿色石化产业的发展需要大量的危化品物流人才。基于以上背景，结合N学院危化品物流人才培养中的实践教学体系进行分析，以期在技术、需求等条件具备的前提下探索应用型高校专业化人才的实践能力培养途径。

1  危化品物流人才培养的现实需求

从1957年现代化工行业在宁波立足开发以来，截止到2022年宁波石化行业已经形成了石化区、镇海区和大榭开发区“三驾马车”齐头并进的高质量绿色发展格局。宁波石化行业2021年度行业年度工业总产值首超4000亿元，2022年度这一指标已超5000亿元。

作为宁波石化行业的配套产业——宁波危化品物流产业也到得到了长足发展。宁波市现有危险货物道路运输企业128家，登记在册的一线从业人员超过10000人，共有注册车辆6200辆，年运输量近4000吨。除此之外，宁波周边地区以镇海炼化、阿克苏-诺贝尔化学、LG甬兴为代表的众多化工企业在经营过程中面临着原料和产品中危化品高质量管理的压力，需要在保持产能的前提下提升危化品仓储的管理能力。上述现实环境亟需行业更新或升级相应的物流设施设备环境，升级以后规范化的物流管理对危化品物流专业人才的需求更为强烈。

2  危化品人才培养中实践环节的现实困境

2.1  传统实验实践设施更新频繁、成本高

危化品物流设施可以分为：场地、室内物流设施、室内安全设施、室外专用交通工具、储存和运输罐体、专用管道、管理系统等组成部分。为了构建与实际设施一致的实验实践设施，传统意义上高校往往采用实物、模型等方式建设相应的实验设备和环境。这种模式首先受到了目前物流设施快速发展的冲击，以立体仓库为例，其运输工具及管理系统都根据不同时期的技术经历了快速的发展和升级过程。如果高校按照现实物流设施的发展情况不断更新传统物流实验设备，在成本、技术和场地上是不可能实现的。

2.2  校外实践基地作用有限

危化品物流校外实践基地在各校多点开花、普遍存在，但在实际运作过程中基地作用的发挥受到了多种掣肘。这些掣肘首先是随着原有的校外实践基地在现代企业制度改革过程中股份化、私有化，对与高校联合共建实践基地工作的支持力度有较大幅度下降。其次是校外实践基地中各项安全管理措施的加强对高校学生在危化品物流一线从事实际操作业务形成了较大障碍。第三，高校教师绩效考核方案中对教师参与校外实践基地建设的激励力度不足，影响了高校教师参与校外实践基地工作的积极性。

2.3  课程实验的实践性不足

危化品物流人才的培养方案中多数课程安排了实践环节教学内容，但是在实际教学中多数为演示性实验，有些课程受限于实验的专业性甚至采用播放视频的方式让学生熟悉行业一线的基本要求。这种缺乏设计类的实验内容影响了学生的参与程度，无法适应目前危化品物流人才培养的现实需求。

2.4  实验课程考核方式过于主观

目前多数课程仍然以实验报告作为主要考核方式，这种考核结论需要教师进行主观给分，影响了考核结果的客观性，使学生忽视对实验重要性的认识。

3  危化品物流虚拟仿真实验教学体系的设计思路

3.1  必要性与重要性

危险化学品物流是物流管理和物流工程等专业类别课程体系中物流系统规划与设计、物流系统仿真、运输地理、仓储与配送管理、货物包装技术等课程的重要教学内容，也是危化品物流仓储企业实际工作培训的重要方面。危险化学品物流教学工作是实践性非常强的教学内容，在学校教学中，物流管理和物流工程专业学生不仅有系统规划与设计的内容，同时在仓储与配送管理、货物包装技术等课程中，都有危险化学品物流的实际训练需求；在社会培训层面，危化品物流有着广泛社会需求，能更好地适应危化品物流的工作要求。

3.2  教学目的

通过仿真交互的方式促进学生掌握危化品相关设备的工作状态、使用范围和选用依据，了解其仓储结构、布局形式方法；学生通过沉浸式的虚拟仿真实验掌握气液体危化品的管道物流程序与要求，培养其独立设计气液体危化品物流规划的能力；学生利用“准”实时的信息和数据掌握危险化学品配送企业的全套经营管理要求；学生通过虚拟仿真实验了解并掌握危险化学品物流的特有要求，如日常安全巡查、应急处理等，为学生进入相关企业打下扎实的基础；通过系统的实验和学习，本质目的在于促进学生利用所学的知识进行设备选型、作业流程规划以及仓储管理设计等，提升学生的综合素质。

3.3  实验体系的原理

危化品物流虚拟仿真实验体系是N学院借国家产教融合建设工程的东风，紧密结合宁波地方经济的发展重点和热点建设而成，实验体系由危化品仓储虚拟仿真实验项目、VR危化品物流实验平台、校企合作危化品物流实时实验平台和危化品罐体管道及存储实验平台四部分组成。

危化品仓储物流虚拟仿真实验项目是浙江省2020年省级虚拟仿真实验教学项目，项目以宁波某物流有限公司的危化品实际仓储环境及系统为模拟场景，结合先进的信息技术，真实还原了防爆叉车、防爆隔离墙、全方位监控安放系统、泡沫联用灭火系

统、地牛、集液槽等物流设施设备，真实模拟了危化品仓储管理系统及入库前准备、入库、在库管理和出库全流程。

VR危化品物流实验平台是国家产教融合工程建设项目，具体包括 ：后台管理子系统、仓储全面学习子系统、仓储子系统、仓储运营实操子系统。管理子系统管理主要用于实验主要用于实验任务分配和评分任务任务分配和评分任务；新手教学子系统包含VR环境的初次体验、VR环境的360°全景浏览；危化品仓储全面学习子系统含危化品仓库内外景浏览及设计、安全措施及其全景展现；危化品入、出库和在库管理的各类要求展现；危化品仓储互动操作子系统：按学习系统内容具体安排入库、在库和出库的学生互动实验，要求按VR的技术特点实施互动实验。包括入库编辑、条码编辑、转运编辑、物料盘点、安全巡视、事故安全、危化品出库七种互动环节。

VR危化品物流实验平台拥有实验场地200㎡，含主机、头盔和手柄在内的VR实验硬件设施15套，实验空间设培训机位36套 ，可以同时容纳36名学生进行VR沉浸式实验。

危化品物流实时实验平台为校企合作实验项目，合作方是宁波市最大的专业危化品物流企业之一。危化品物流实时实验平台基于合作企业的危化品物流企业专业信息化系统，融合ERP（企业资源计划）、OA（办公自动化）、Workflow（工作流）、TMS（运输管理系统）、WMS（仓储管理系统）等系统功能，量身打造一套符合公司全面信息化管理需要的系统。在合作企业专业化管理系统基础上，为了免于干扰企业的系统运行结果，危化品物流实时实验平台在专业化管理系统之外另行设立并建立隔离，手工定期更新实验平台的数据，最快能实现T+1的数据对接。

危化品罐体、管道及存储实验平台针对危化品物流中管道运输和罐体储存的要求，结合宁波青峙液化码头和大榭石化码头的实际运作情况委托开发形成。实验平台含墙面动态管道布局、沙盘、专业实验软件系统和环屏三维投影系统。具体包括：气体罐体及管道储运实验平台、液体罐体及管道储运实验平台和配套的危化品储运AR监控系统。配套系统中预留了各种专业接口能满足实践中二次开发和数据共享等专业服务需要。

4  特色及创新

4.1  紧密结合产业发展的新需求

基于VR技术的危化品物流虚拟仿真实验体系在危化品配送管理方面采用了合作企业的“准”实时业务、信息和数据，由于合作企业背靠华东重要石油化工企业——镇海炼化，其业务、信息和数据在行业内具有头部地位，这一校企合作模式能为实验体系提供最新、最接地气的实验基础；在危化品仓储管理、VR危化品物流实验平台的设计过程中立足于宁波周边的顶尖样本，其“顶尖”包括了规模“大”、管理“优”及流程“新”的特点。体系的这些特点满足了紧密结合产业发展的新需求。

4.2  实现“本地化”、“沉浸式”的VR场景环境

基于VR技术的危化品物流虚拟仿真实验体系提供了以宁波青峙危化品码头为样本定制的本地化VR实验软件，实验软件中的场地、罐体、码头、液化船舶均以样本的实际场景为基础开发，很好地体现了“本地化”的创新特色；实验体系中设有12间半封闭式的VR实验空间，学生利用VR头盔、VR手柄、键盘、鼠标等计算机设备和VR系统能够沉浸在逼真的虚拟仿真场景中进行物流实验操作，更加形象直观地体验与熟悉危化品物流作业。与此同时，实验体系还配备了虚拟现实场景人机交互硬件系统，系统利用虚拟现实内容控制屏幕和虚拟现实内容呈现屏幕进行连接和互动，解决实际教学中虚拟数据难于交互、难于理解、难于修改的问题，满足实际教学所需。

4.3 二次开发提供创新设计条件

基于VR技术的危化品物流虚拟仿真实验体系中VR危化品物流实验平台和气液危化品储运实验平台均提供二次开发功能，学生可以通过平台进行相关实验内容和流程的二次开发，并将二次开发成果导入两大实验平台以验证二次开发成果的可行性。其中，气液危化品储运实验平台更是形成了开放式的气液体危化品物流中区内管道、阀门、加压泵、罐体、流量计、长输管道、槽罐车等设备的外形、尺寸和安全参数体系，也能提供学生新设参数或外形的编辑功能，有利于学生根据新的气液体危化品储运要求完成后续开发，二次开发后平台能为之形成相应的气液体危化品储运情景，并能完成对应二次开发成果的验证。

4.4  满足产教融合建设的需求

基于VR技术的危化品物流虚拟仿真实验体系在设计和建设过程中充分考虑了应用型高校进行产教融合内涵建设的需要：危化品物流实时实验平台在设计和建设时就由高校和地方龙头企业精诚合作，更是开创了利用合作企业“准”实时数据进行实验的先河；实验体系中的四个平台能提供给校内教师接触实际工作环境和管理要求的机会，也能为专业教师、研究生或高年级本科学生开展应用研究和科技服务提供有效支持；实验体系的四个平台利用其高度仿真和符合实际应用的特点开展专业危化品物流、化工安全等方面的专业培训，并已发挥了实验体系回馈社会的作用。

4.5  改进实验教学模式、激励学习方法创新

基于VR技术的危化品物流虚拟仿真实验体系能提供多环节、多层次的实验项目，满足师生从选定项目出发进行实验教学的需要，从课前学生预习及教师备课，到实验时学生及教师与实验体系的信息沟通，以及师生对实验平台提供信息的反馈，通过一系列实验项目的训练与完成，能不断改进实验教学的模式。同时实验系统具有自主性、综合性和专业设计性特点，在实验平台中建立了危化品固定场地仓储、室外堆场、气液化专业码头、危化品配送全流程、危化品专业码头等危化品物流场景，学生在实验中能发现、发现和解决问题，培养其探索精神和创新能力。

5  结  语

物流技术的飞速发展需要高校提供相应的实验实践设施，这些设施的频繁更新需要大额的投入，有限的财力导致了高校实验设施与行业实际应用的脱节。而智能化、信息化水平的提升，为危化品物流实验体系的创新提供了新的思路。基于VR技术的危化品物流虚拟仿真实验体系提供了创新性的实验平台，VR技术、虚拟仿真技术、网络技术的应用能及时应对行业实际应用的快速更新要求，网络化、虚拟化和沉浸式的实验条件提升了师生开展危化品物流实验的积极性。可以预见的是随着时间的推移和社会的需求，危化品物流实验体系将会继续变革和进步，不断探索出新的教学模式应用到实践中去，为经济社会的发展做出应有的贡献。