锅炉属于一种危险性大、技术含量高、应用范围非常广泛的特种设备，设备操作要求高，不仅要求锅炉操作人员和管理人员具备良好的技术水平，还需要很高的操作熟练程度。传统的培训方式普遍存在培训形式枯燥单一、缺乏交互性等问题。将虚拟现实技术用于锅炉培训中，可有效解决上述难题。
锅炉虚拟仿真培训系统作为特种设备仿真模拟器，基于工厂动力车间BIM模型构建真实全尺寸动力车间环境，利用三维建模技术和VＲ技术，对锅炉内部结构模型按照真实尺寸进行部件级建模，并对模型进行渲染，保证模拟培训场景和员工实际工作环境保持一致。通过佩戴穿戴式虚拟现实设备，受训人员可以从任何角度观察车间及锅炉的全部构造，沉浸式体验锅炉设备运行原理和操作过程。
1. 锅炉虚拟仿真培训系统架构
锅炉虚拟仿真培训系统通过组件级建模构建锅炉内部结构，支持受训人员进行动力车间可视化漫游巡视及锅炉维护保养模拟操作，同时会对模拟操作结果进行分析评估。该系统可模拟工厂动力车间实际作业环境，还可对操作人员的操作进行评估，从而提高培训效率，增强培训效果，降低实际作业过程中发生误操作的风险概率。
锅炉虚拟仿真培训系统由场景渲染、虚拟车间巡视、虚拟操作界面、后台数据管理等模块组成。
1.1 场景渲染
对动力车间虚拟场景、WNS虚拟锅炉进行渲染，还原真实工作场景；
1.2 虚拟车间巡视
包括动力车间虚拟空间室内漫游、视角切换；
1.3 虚拟操作界面
包括WNS型燃气锅炉结构展示、原理展示、设备操作、检修保养、事故处理；
1.4 后台数据管理
包括锅炉拆装结构数据、作业流程数据、日志、用户信息。
用户通过VＲ交互设备向系统传递操作命令，系统根据当前状态判断用户操作意图，执行操作命令，系统执行运算后将执行结果反馈给用户。
2. 锅炉虚拟仿真培训系统设计
2.1 设备建模
锅炉虚拟仿真培训系统的锅炉设备建模包含几何建模、结构建模和流程建模等3部分，分别满足可视化展示、结构拆解、运行模拟和维修保养虚拟交互模拟的要求。
（1）几何建模主要包括设备的物理特性建模，比如形状、尺寸、材质等；
（2）结构建模主要包括进行爆炸图变化的锅炉组件结构建模；
（3）流程建模主要包括正常作业、维护保养、异常事故处理交互流程建模。
2.2 场景建模
锅炉虚拟仿真培训系统的场景建模选用BIM设计软件Ｒevit作为动力车间场景建模软件，选用3D MAX作为模型美化和轻量化处理软件，选用Unity 3D作为场景环境处理软件。详细流程如下：
（1）根据某工厂动力车间实际竣工图纸，构建动力车间设计模型，包括建筑、结构、管道等专业模型.
（2）在完成设计模型构建后，现场采集模型素材，如门窗、外墙、内墙、管道等；将设计模型导入到3DMAX软件中，利用减面插件进行轻量化处理，然后利用现场拍摄的材质照片对模型进行纹理贴图渲染。
（3）将动力车间环境模型与锅炉设备模型在Unity3D软件中进行合并，设置天空盒、太阳光和室内光等环境要素，进行烘焙渲染，固化光影效果，最终完成动力车间场景模型构建。
2.3 锅炉虚拟仿真培训系统功能设计
锅炉虚拟仿真培训系统主要包括动力车间展示、锅炉结构拆解、锅炉燃烧过程、锅炉水循环、锅炉开炉停炉、锅炉维修保养和锅炉事故处理7个模块。
（1）动力车间展示可以让用户在虚拟场景中任意移动，对动力车间的结构和设施进行浏览。
（2）锅炉结构拆解提供锅炉手动拆装和自动拆装两种模式，并对锅炉各个结构功能进行描述，引导用户学习锅炉的结构组成。
（3）燃烧过程展示锅炉内部结构，使用火焰和蒸汽等特效直观演示锅炉三回程的燃烧过程。
（4）锅炉水循环展示锅炉内部上升管和下降管中，不同状态的水循环过程。
（5）锅炉开炉停炉，按照锅炉正常开炉停炉操作流程，按照步骤引导用户操作，使用动画和特效等方式，当用户操作之后给予反馈，设置操作指示面板，当前步骤操作完成之后提示下一步操作，直到操作流程结束。
（6）锅炉维修保养，按照维修周期划分为不同的维修模块，用户自主选择需要学习的维修保养模块进行学习。
（7）锅炉事故处理模拟了锅炉发生缺水事故时的事故现象和事故处理流程。
利用锅炉虚拟仿真培训系统对锅炉操作人员进行培训，使受训人员可以在与实际工作环境基本一致的虚拟培训场景中进行模拟训练，增强了模拟培训场景的真实性，提高了受训人员对虚拟培训的认可度，有效提升了培训效果、降低了培训成本、提高了学员培训效率。
