顧登明

（國核電站運(yùn)行服務(wù)技術(shù)有限公司，上海 200233）

0 引言

堆外中子劑量計(jì)采用多箔活化法測量反應(yīng)堆壓力容器所承受的快中子注量。監(jiān)測期間，需要將中子活化探測片安裝在反應(yīng)堆壓力容器保溫層與水泥屏蔽墻之間，其安裝和更換工作主要在反應(yīng)堆廠房的R140 和R440 房間。這兩個(gè)房間中的設(shè)備和部件長期承受中子和Gamma 射線輻照，被高度活化，導(dǎo)致即使在停堆期間這些房間內(nèi)的環(huán)境劑量水平也非常高[1]。實(shí)際測量結(jié)果表明，這兩個(gè)房間內(nèi)的平均劑量率達(dá)12 mSv/h，最高劑量率可達(dá)15 mSv/h。出于人員劑量控制的要求，電廠嚴(yán)格控制工作人員劑量，通常個(gè)人單日劑量不超過1 mSv。特殊情況下，單日個(gè)人劑量不超過2 mSv。而在堆外中子劑量計(jì)安裝過程中，提高單日個(gè)人劑量限值至5 mSv。即便如此，R140 和R440 房間內(nèi)的堆外中子劑量計(jì)安裝和更換工作也需在30 min 內(nèi)完成。

由于現(xiàn)場環(huán)境復(fù)雜，搭建的模擬體很難反映真實(shí)環(huán)境狀況，這造成在模擬體上訓(xùn)練過的人員無法清楚了解真實(shí)安裝和更換環(huán)境，進(jìn)入工作環(huán)境時(shí)就會(huì)受現(xiàn)場環(huán)境和電子劑量計(jì)報(bào)警聲音等的影響，使他們心情緊張，影響正常工作進(jìn)行。為了盡可能降低安裝和更換期間工作人員的劑量水平，滿足核電廠要求，保證順利完成安裝和更換任務(wù)，提高安裝更換人員對(duì)現(xiàn)場環(huán)境的熟悉程度和對(duì)安裝更換工作流程的熟練程度，有必要建立安裝和更換模擬體，模擬現(xiàn)場工作環(huán)境。

1 模型建立

1.1 現(xiàn)場數(shù)據(jù)獲取

利用三維激光掃描技術(shù)對(duì)對(duì)福清二號(hào)機(jī)反應(yīng)堆壓力容器底部進(jìn)行三維信息獲取[2]，獲取了完整的壓力容器管嘴環(huán)廊的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。福清二號(hào)機(jī)是典型的二代加核電，完全適用于大亞灣堆外中子劑量計(jì)安裝EVND 項(xiàng)目。利用三維激光掃描技術(shù)是獲取空間數(shù)據(jù)的有效手段，以其快速、精確、無接觸測量等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)逼真的現(xiàn)場，完美解決了VR（Virtual Reality，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)）虛擬現(xiàn)實(shí)中數(shù)據(jù)不精確、可操作性不強(qiáng)等問題。掃描的點(diǎn)云如圖1 所示。

1.2 安裝場景模型建立

將點(diǎn)云掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理后導(dǎo)入到三維建模軟件3DMax 中建模，高精度的點(diǎn)云數(shù)據(jù)使得模型的精度達(dá)到了毫米級(jí)別（圖2、圖3）。

1.3 安裝構(gòu)件模型建立

圖1 點(diǎn)云

圖2 3DMax 建模

圖3 場景模型

堆外中子劑量劑安裝體零件模型由探測盒、限位器、鏈夾、中間塊4 部分組成，各部分之間由鏈條連接，均采用CATIA 精確建模再導(dǎo)入到3DMax 中利用實(shí)際照片紋理貼圖制作而成（圖4）。

圖4 構(gòu)件模型

2 VR 交互制作

2.1 實(shí)現(xiàn)場景漫游

創(chuàng)建一個(gè)新的項(xiàng)目之后，按照?qǐng)D5 所示流程實(shí)現(xiàn)場景漫游。HTC VIVE 具有硬件成本低、開發(fā)集成度高、開發(fā)成本低、分辨率高、定位精確、沉浸感強(qiáng)等特點(diǎn)。在Unity 的資源商店下載并導(dǎo)入SteamVR 插件，這是HTC VIVE 硬件必須要導(dǎo)入的插件，為了方便快速開發(fā)導(dǎo)入另一個(gè)插件VRTK，其將大大提高VR 開發(fā)的效率。

VRTK 的主要功能有：①用常用別名封裝的控制器按鈕事件；②控制器世界光標(biāo)指針；③玩家傳送機(jī)制；④用控制器抓取、握住游戲?qū)ο?；⑤用控制器和游戲?qū)ο蠼换ィ虎薨延螒驅(qū)ο筠D(zhuǎn)化為可交互的UI 元素（即應(yīng)用程序里可以看見的任何可視元素）。替換手柄模型使看不到手柄的模型取而代之的是真實(shí)手的模型，更加提高了場景的沉浸感。瞬移功能可以減小對(duì)架設(shè)HTC VIVE 場景空間大小的需求。

2.2 鏈子的制作

鏈子通過Hinge Joint 來制作，各個(gè)的Hinge Joint 相互連接各個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)就形成了鏈子。珠鏈的直徑約0.003 m，在實(shí)際制作過程中如果低于0.01 m 就會(huì)失去鏈子效果，造成混亂。不過把場景和人物整個(gè)進(jìn)行放大即可解決這個(gè)亂象，項(xiàng)目中將人物和場景統(tǒng)一擴(kuò)大了100 倍。

鏈子連接與斷開的大體思路是：點(diǎn)擊時(shí)連接件部分的Hinge Joint 會(huì)脫離關(guān)系，當(dāng)把鏈子接上去時(shí)將Hinge Joint 的設(shè)置為頭尾鋼體。（圖6、圖7）。

3 結(jié)語

圖5 開發(fā)流程

圖6 給連接件添加的代碼

圖7 連接件配置

提出了基于VR 技術(shù)的堆外中子劑量計(jì)安裝培訓(xùn)的實(shí)現(xiàn)過程與技術(shù)優(yōu)勢(shì)，利用三維激光掃描獲取高精度的場景數(shù)據(jù)來建模，用UNITY 與HTC VIVE 作為VR 開發(fā)的平臺(tái)。該系統(tǒng)幫助堆外中子劑量計(jì)安裝人員提供從理論學(xué)習(xí)到實(shí)踐訓(xùn)練，具有精度高、沉浸感強(qiáng)、交互性強(qiáng)、實(shí)用性強(qiáng)、開發(fā)周期短成本低、可推廣性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)目前只有漫游與交互訓(xùn)練等內(nèi)容，在未來將會(huì)把評(píng)價(jià)考核添加進(jìn)來，以進(jìn)一步健全系統(tǒng)功能[3]。