高危实验虚拟演练：把“爆炸、泄漏、火灾”搬进云端

化工爆炸极限测定、制药硝化反应、材料高能球磨、医学病原菌气溶胶挑战……传统现场教学面临“三高”：高风险——易燃、易爆、剧毒、高温高压，一旦发生事故即危及师生生命；高成本——特殊设备、稀缺试剂、三废处理、安全评估，单次实训费用可达数万元；高限制——法规、伦理、校园安全红线，导致“只能看录像、背规程”，学生缺乏真实体验。天星AI+“高危实验虚拟演练”平台以数字孪生+智能体+半实物接口，把最危险的场景变成最安全的“游戏副本”，实现“敢做、能做、做好”。

技术架构：10 ms 级“感知-决策-反馈”闭环

• 多模态感知层
• 真实传感器：温度、压力、气体浓度、振动、火焰光谱，10 ms 采样。
• AI 视频识别：未戴护目镜、阀门错位、明火源出现，1 s 内语音警告。
• 数字孪生层
• 物理级建模：基于 CFD 爆炸模型、Arrhenius 分解动力学、毒物扩散 Gaussian 修正，精准还原“超压-温度-浓度”曲线。
• 事故链引擎：支持 30+高危子场景串联，如“冷却失效→温升→分解→超压→爆破→火球→二次爆炸”。
• 智能体决策层
• 安全巡检智能体：7×24 h 扫描 50 项隐患点，预测故障准确率 >90%。
• 应急演练智能体：动态生成“泄漏+夜间+大风”复合灾情，自动评估学生处置路径，给出 IF-THEN 最优策略。
• 交互演练层
• VR 端：火焰、冲击波、有毒烟雾特效 + 热风吹面装置，提供 40 ℃ 温升、5 m/s 风感。
• 半实物端：真实截止阀、紧急泄放按钮、空气呼吸器面罩，操作信号实时回传，误差 <50 ms。

典型高危场景“云演练”示例

1. 硝化工艺热失控——“一滴超温，全场爆炸”

• 真实装置：微尺度硝化釜（20 mL）接入平台，冷却水阀真实可操作。
• 虚拟灾变：数字孪生预测 10 s 内温升 30 ℃，黄色 NO₂ 烟团弥漫，超压 0.8 MPa 时爆破片破裂。
• 应急考核：学生需在 60 s 内完成“停料-开冷却-启紧急泄放-佩戴呼吸器-启动喷淋”，AI 根据操作顺序、用时、幅度给出 0-100 分安全评分。

2. 化工精馏塔液泛——“水锤+超压+塔顶喷料”

• 液泛瞬间：塔压差从 5 kPa 飙升至 40 kPa，虚拟塔节变红并伴随金属轰鸣。
• 处置分支：可选择降回流、降蒸汽、降进料三选一，系统实时计算塔顶产品纯度损失，训练学生“安全-质量-能耗”多目标权衡。

3. 病原微生物气溶胶泄漏——“看不见的危险”

• 真实生物安全柜（BSC-ⅡA2）嵌入平台，风机转速、气流速真实可调。
• 虚拟病菌：数字孪生显示 0.3 μm 气溶胶扩散云，AI 计算感染剂量（ID50）。
• 防护演练：学生穿脱 PPE 全程录像，AI 识别“内层污染”手势立即红灯提醒，有效降低真实实验室感染率 99%。

4. 材料高能球磨——“粉尘爆炸当量计算”

• 球磨罐真实旋转，罐内温度、压力实时采集。
• 当铝粉浓度达到 500 g/m³、氧浓度 15 % 时，数字罐体瞬间闪爆，冲击波超压 0.45 MPa，学生感受震动平台+音响+闪灯三重反馈。
• 演练后系统自动生成爆炸三角形、MIT、MEC 数据报告，用于安全课理论复盘。

满天星提出“三年百体·安全校园”计划——为每所理工院校部署 100 个安全智能体，覆盖火灾、爆炸、泄漏、生物感染、辐射五大灾种，形成 7×24 h 永不落幕的“安全元宇宙”。高危实验虚拟演练，正从“锦上添花”变为“教学刚需”，为中国高校实验室安全治理体系和治理能力现代化提供“天星方案”。