GIS在化工园区事故应急救援辅助决策中的应用*
2016-12-07周宁周菁华冯磊魏钰人刘超史先召黄伟金
周宁 周菁华 冯磊 魏钰人 刘超 史先召 黄伟金
(1.常州大学，江苏省油气储运技术重点实验室 江苏常州 213016；2.江苏海企化工仓储股份有限公司 江苏泰州 225327)
安全管理与咨询
GIS在化工园区事故应急救援辅助决策中的应用*
周宁1周菁华1冯磊1魏钰人1刘超1史先召2黄伟金2
(1.常州大学，江苏省油气储运技术重点实验室 江苏常州 213016；2.江苏海企化工仓储股份有限公司 江苏泰州 225327)
采用GIS平台与应急决策支持技术相结合，以园区高危工艺和重大危险源作为分析对象，开发化工园区安全管理系统中的应急救援辅助决策模块，针对园区内高危工艺或重大危险源事故后果预测与事故应急救援管理的科学性和有效性，扩展为对整个化工园区的事故风险管理与事故应急救援辅助决策支持。运用该模块可实现园区内突发事故后果预测、最优救援和疏散路径规划、应急辅助决策方案生成，有效提高化工园区事故救援的科学性和效率，减少人员伤亡和财产损失，提高化工园区安全管理水平。
GIS 决策支持技术 事故应急辅助决策
0 引言
随着我国工业化进程的不断推进，工业化的发展水平也持续提高，但安全事故却不断发生，我国每年因突发性安全事故造成人员伤亡超过千人，直接和间接经济损失逾上百亿，确保化工园区安全生产已成为目前的首要问题[1]。20世纪70年代化工园区的安全生产仅凭借决策层的经验管理，至今已形成较为完善的安全生产管理体系，并配备根据园区特性定制的事故应急辅助决策系统，为园区的安全生产管理提供有效的安全保障[2]。目前GIS在社会公共安全管理中得到了广泛应用，在化工园区安全风险管理系统的应用也越来越多[3]。本文所设计的应急辅助决策模块是化工园区安全管理系统中的核心模块，可实现在事故发生时对事故后果预测，事故源周边的应急资源、应急队伍、应急设施的自动搜索，最优救援和疏散路径规划，并自动生成应急辅助决策方案，为事故的应急辅助决策提供科学的依据。
1 决策支持技术
1.1 决策支持技术简介
决策支持技术将传统数据、模型、分析方法与检索技术相结合，支持半结构化和非结构化的决策[4]。在计算机硬件和软件的支持下对数据库、方法库、模型库进行分析与选择，高效地为决策者提供科学的决策支持。通常它为决策者提供各类问题的索引、具体模型的匹配、根据环境等要素模拟决策过程并生成决策方案，结合资源调配工具和地理信息应用，提升决策的准确性和高效性。
随着计算机技术的发展，决策支持技术与地理信息系统(GIS)相结合，生成的决策与具体的地图图层信息相结合，可视化与数字化效果更佳，有利于提高决策科学性和可执行性。
1.2 决策支持技术在化工园区安全管理中的应用
决策支持技术在化工园区安全管理中的应用，为园区的安全生产起到了保驾护航的作用。谢旭阳[5]研究了在重大事故发生后应急疏散决策，并应用GIS迅速确定并标示建筑物，生成最佳决策方案；胡艳菊等[6]从各方面研究了危险化学品的特点并通过调研后开发了危险品泄漏事故应急决策系统；马良俊等[7]对危险化学品的安全性做了大量的研究，并结合GIS研发了对应的危险品事故应急辅助决策支持系统；庞海云[8]对突发性的灾难事故下应急资源的分配开展了研究并优化了分配决策的过程。GIS在化工园区安全管理中的地位日益提升，本文针对决策支持技术在优化决策上的优势，将决策支持技术应用于化工园区应急救援辅助决策模块中，有效提升救援决策方案的可执行性，为园区安全生产提供支持。
2 基于GIS的化工园区辅助决策模块开发
2.1 GIS应用在最优路径的实现
GIS平台提供的地理图层信息与最优路径算法相结合，可以迅速计算出各个救援队伍到达救援地点和事故影响范围内人员疏散的最优路径，能极大提高救援和疏散效率，最大程度减少人员伤亡和财产损失。初始化最优路径模块，首先要遍历化工园区图层要素中的所有信息记录，将事故源、疏散源、救援点、园区道路路长作为主要元素来构建事发区域的邻接矩阵，并结合事发时的实际路况和天气因素，以实施最优路径算法[9]。
图1 最优路径模型
如图1所示，已知R1为起始点I到结点K1的最短路径，即R1+S1
在最优路径实现的同时，结合路况系数和天气系数，使用下式来取值：
Mij=V[i,j]×F(r,t)
(1)
式中，Mij为最优路径距离；V[i，j]为道路节点i到到节点j间的距离；r为路况系数；t为天气系数。
在事故发生后，事故影响的范围可能比较大，应急救援工作应在最短时间内展开，确定事故救援点之后结合当时的路况以及风向计算出最优救援和人员疏散路径，以便救援队伍在最短的时间内赶到事发区域救援点开展事故救援工作。
2.2 基于GIS的应急辅助决策模块
园区突发事故往往具有多米诺效应，其衍生性强，若人为凭经验做出救援决策，可能无法在最短时间提出科学、有效的救援方案，从而错失最佳救援时机。GIS具有强大的决策能力，将其应用于应急辅助决策模块能提高救援决策方案的水平。当化工园区发生事故后，应急辅助决策模块的主要任务就是结合事故后果预测子模块的事故后果，生成事故应急救援辅助决策方案，为事故应急指挥人员应急决策提供科学依据。
2.2.1 模块结构设计与功能实现
应急辅助决策模块划分为7个部分，如图2。
图2 功能模块图
事故应急辅助决策模块主要是借助于GIS子模块与辅助决策子模块，结合应急预案库、应急处置知识库、应急资源库、危险化学品库以及救援法律法规，生成应急辅助决策方案，并通过事故现场的实时信息反馈对救援方案进行恰当调整，生成高效、科学的应急救援工作方案，并通过事故后果预测和模拟来检验预案的有效性和科学性，保证事故现场及时救援和疏散，降低人员伤亡并为预案的完善提供支持。
当事故发生时，应急辅助决策模块自动获取事发区域的各类信息，并选择正确的应急救援体系，匹配合适的事故应急处置方法和类型，自动生成应急救援预案，并将应急响应预案以WORD的形式、应急处置预案以EXCEL的形式发给应急指挥中心，迅速执行应急辅助决策，实施救援和疏散，如图3。
图3 决策流程简图
2.2.2 模块功能实现
应急辅助救援决策模块具体功能实现过程如图4所示，事故应急辅助决策模块调用事故趋势监测子模块模拟监测事故发展趋势，具体过程为系统根据实时监控数据，自动调用事故模拟数据库、危险源或危险工艺的信息，在后台进行事故模拟、监测事故发展趋势，将监测结果以图文的形式显示在系统界面；根据事故严重情况和发展趋势，调用应急资源信息数据库、GIS信息数据库、最佳救援路径计算模块等生成应急救援预案、最佳救援路径、最佳人员疏散路径；将应急救援预案、最佳救援路径、最佳人员疏散路径等信息在应急指挥中心平台现场和移动GIS平台显示，并以短信等方式通知相关机构和人员。
图4 功能实现过程图
3 在化工园区中的应用
3.1 常州新北滨江化工园区简介
常州新北化工园区即春江镇，位于长江之滨，拥有沿江通海的区位优势，包含21个万t级泊位，交通发达，占地面积为15km2，包含滨江化学工业园、新材料产业园、智能电网产业园、国家环保产业园以及港区物流园，主要发展化工产业。
3.2 应急辅助决策案例
某日，农用激素公司生产车间三正常生产，其生产车间内有二氯乙烷、浓硫酸、邻甲基苯甲酸以及丙烷。操作工观察到1 000L的反应釜釜内温度急剧上升，随后立即关闭滴加阀门，但釜内温度仍在急剧上升，且伴有浓烟冒出。突然，该反应釜发生冲料，导致爆燃，并将现场的丙烷引燃，火势立即增大，2名工人立即按响车间的火灾报警器，逃离现场，公司主要负责人立即拨打119和安监局电话；安监局向分管政府领导进行汇报，政府决定立即启动常州市新北区火灾应急救援预案。
3.2.1 事故类型
此事故为火灾事故。
3.2.2 事故单位
事故单位为江苏省农用激素工程技术研究中心有限公司。
3.2.3 事故影响范围
燃烧物质：丙烷为易燃气体，最佳灭火方式为切断气源。若不能及时隔绝事故气源，则不能够扑灭事故泄漏源的火焰。
事故影响范围如图5所示，中心区域，火源区半径为10.0m；死亡区(第一外圈，辐射热强度I>37.5kW/m2)，半径为15.7m；重伤区(第二外圈，辐射热强度I>25kW/m2)，半径为17.0m；轻伤区(第三外圈，辐射热强度I>12.5kW/m2)，半径为19.9m；感觉区(第四外圈，辐射热强度I>4kW/m2)，半径为27.5m。
图5 事故影响范围
3.2.4 疏散路线
人员疏散路线见图6所示。
图6 人员疏散路线
3.2.5 应急救援路线
各应急救援队伍的应急救援路线如图7所示。
图7 各应急救援队伍的应急救援路线
3.2.6 应急资源
500m周边应急资源见表1所示。
表1 500 m周边应急资源统计表
3.2.7 应急处置方案
(1)危险特性：易燃气体，丙烷与空气形成易爆炸的混合气，遇明火有爆炸的危险；与氧化剂接触猛烈反应；丙烷密度大于空气，扩散时处于空气下方，且扩散能力较强，遇明火易再次燃烧或爆炸。
(2)有害燃烧产物:一氧化碳、二氧化碳。
(3)灭火方法:①切断气源，在最短时间内切断泄漏气源，否则不允许启动灭火；②喷水冷却容器，利用水吸收容器的热量，从而降低容器温度，避免容器再度起火；③使用泡沫灭火剂、雾状水灭火剂、二氧化碳灭火剂、干粉灭火剂。
(4)应急处理：迅速撤离泄漏源附近工作人员至危险源的上风处，并对受伤人员进行救治，同时救援队伍进行搜救工作，严格控制人员再次进入并切断火源，应急处理队伍穿戴专业防护设备进入泄漏区域切断泄漏源。严格控制泄漏源区域以及周边的下水道等设施，避免泄漏气体扩散后产生隐患。合理通风，加速扩散，喷雾稀释、溶解有毒有害气体。同时对事故产生的废水进行收集并集中处理。
当化工园区突发一、二级火灾时，应急预案由园区所在区域的当地政府部门启动，并同时向省级政府部门上报并由其指定应急响应的组织。应急预案应根据事故的影响范围迅速指出救援和疏散路径，并搜索灾区周边的消防水池、应急资源和避难场所等。同时，根据泄漏气源的危险特性、有害危险产物和灭火方法迅速制定确切的应急处置方案，及时将火灾险情控制。
4 结论
(1)利用决策支持技术在优化决策上的优势，将决策支持技术应用于化工园区应急救援辅助决策模块中，有效提升救援决策方案的可执行性，为园区安全生产提供支持。
(2)GIS平台提供的地理图层信息与最优路径算法相结合，并考虑了道路的拥堵、天气等因素对最优路径规划的影响，实现了各救援队伍救援最优路径与人员疏散最优路径的规划。
(3)针对重大事故发生时，决定应急救援工作成效的是应急救援方案的科学性和及时性，本模块根据系统事故后果预测结果自动生成包括事故类型、事故影响范围、事故救援和疏散最优路径、事故应急资源信息、事故应急处置方案以及事故扑救应急占位等内容的应急辅助决策方案，实现了事故应急决策的智能化。
[1]王文甫，陈玉明，岳虎．GIS在重大危险源控制方面的应用[J]．工业安全与环保，2007，33(10):59-62．
[2]景国勋，杨静．基于GIS的道路交通安全应用研究[J]．工业安全与环保，2008，34(10):13-15．
[3]梁勇，殷耀国．GIS应用及其展望[J]．西部探矿工程，2008，20(8):242-245．
[4]董纯坚.基于数据仓库的决策支持技术的应用研究与实现[D]．长沙：中南大学，2007．
[5]谢旭阳．基于GIS的重大事故应急疏散决策研究[J]．中国安全生产科学技术，2007，3(2):32-35．
[6]胡艳菊，胡艳，张伟．危险化学品突发泄漏事故应急决策系统研究[J]．吉林化工学院学报，2010，27(1):69-72．
[7]马良俊，魏利军，易高翔，等．危化品事故应急辅助决策支持系统的研究[J]．中国安全生产科学技术，2009，5(5):23-26．
[8]庞海云．突发性灾难事件下应急物资分配决策优化过程研究[D]．杭州：浙江大学，2013．
[9]陈珊．WebGIS中最短路径算法及其应用的研究[D]．上海：华东师范大学，2005．
Application of GIS in Decision Making of Chemical Industry Park Accident Emergency Rescue Aid
ZHOU Ning1ZHOU Jinghua1FENG Lei1WEI Yuren1Liu Chao1SHI Xianzhao2HUANG Weijin2
(1.JiangsuKeyLaboratoryofOil&GasStorageandTransportationTechnology,ChangzhouUniversityChangzhou,Jiangsu213016)
This paper combines GIS platform with emergency decision support technology and regards the high risk process and major hazard sources as the analyzing object to develop the aid decision making module of emergency rescue in the safety management system of chemical industrial park. Aimed at the scientificity and effectiveness of the high risk process and major hazard sources and the accident emergency rescue management, it can be extended to the accident risk management and aid decision making of accident emergency rescue in the whole chemical industrial park. The module can be used to forecast the park accident consequences, plan the optimal rescue and evacuation path, make emergency aid decision, effectively raise the scientificity and effectiveness of accident rescue in the chemical industrial park, reduce casualties and property losses and improve the safety management level of chemical industrial park.
GIS emergency decision support technology aid decision making
国家自然科学基金青年科学基金(51204026)，江苏省高校“‘青蓝工程’资助”(SCZ1409700002)。
周宁，男，1977年生，副教授，主要研究方向为储运安全。
2015-06-30)
