基于LabVIEW的政府部门应急预案模拟演练系统设计

张晓婷，王晓丽，彭士涛,2

(1.天津理工大学环境科学与安全工程学院，天津300384；2.交通部天津水运工程科学研究所水路交通环境保护技术交通行业重点实验室，天津 300456)

近年来，我国进入经济和社会的转型期，各类安全事故的发生频率、速度和影响不断增加，极易造成严重的人员伤亡和经济损失[1-2]。在突发灾害、生产安全事故应急救援的过程中，政府承担着统筹者的角色，能够调动各方面的应急救援力量，极大程度地降低事故的危害，减少事故带来的人员伤亡和财产损失。例如在“天津港8·12火灾爆炸事故”中，由于事故具有专业性强、危险性大的特点，救援过程中需要政府力量参与救援[3]。应急演练是政府部门完善应急准备、锻炼专业应急队伍、磨合应急机制以及开展科普宣教的主要手段，应急预案的演练效果直接决定了事故发生后的应急救援效果[4]。周期性的应急演练可以提高政府部门应急工作人员的应急能力及协同配合能力，熟练应急响应流程，对快速、有效地处置突发安全事故至关重要[5-7]。

按组织形式划分，应急演练可分为桌面演练和实战演练[8]，因实战演练受人员、场地、时间等因素的限制，具有许多局限性，很难经常性的开展，所以桌面演练越来越受到应急人员的青睐。伴随着计算机技术的迅速发展，许多学者将计算机虚拟技术与桌面演练相结合，开发了相关的应急模拟演练系统[9-12]。如杨用君等[13]研究认为采用一个现代化的通用应急平台，可以降低成本、精简人员，提高应急响应的效率和成功率；王瑜等[14]提出了一种基于虚拟现实技术的化工事故应急救援协同演练系统，并将该演练系统应用于某石化公司的日常应急演练培训中；刘永立等[15]针对当前煤矿应急救援演练的现状，提出了一种基于Unity3D渲染引擎的煤矿火灾应急救援演练系统设计方案；Bernardes等[16]结合虚拟现实技术提出了建筑物应急疏散演练培训方法，提高了培训的有效性；Sharma等[17]通过石油储存终端事故案例的研究，提出采用电子事故指挥系统用于加强石油化工类事故的应急响应。

综上所述，目前关于桌面应急模拟演练方面的研究大多是针对某一特定行业，如化工企业、煤矿企业等，适用于政府部门的桌面应急模拟演练系统方面的研究很少。本文以某市政府危险化学品事故应急预案为例，构建了政府危险化学品应急预案模拟演练系统，利用LabVIEW和桌面演练，开发了虚拟演练平台。LabVIEW无需文本程序代码，将复杂繁琐的语言编程简化为图标的形式，可为用户提供简单、快捷的程序设计环境，实现预案的可视化，使政府部门应急工作人员熟悉危险化学品事故的应急流程，增强人员间协同配合能力，从而提升政府部门的整体应急救援能力。

1　演练系统设计要点及功能设计

1. 1　演练系统设计的要点

政府部门应急演练的实质是一种从应急指挥人员、一线应急人员到普通职员的综合性应急培训和训练，让参演人员按照所设想的步骤和方法采取一系列适当的行动。模拟演练是否与应急预案一致，是否符合实际情况且有效，关键在于应急演练模式的设计。

本文基于某市政府危险化学品事故应急预案，参照我国《突发事件应急演练指南》和其他相关政策文件，以应急预案为支撑框架，在统计该政府管辖范围内以往的危险化学品事故资料的基础上，编制了事故演练脚本，依据事故处置流程构建事件、应急部门、应急任务之间的关系，并要求所有参演人员在各自计算机上完成设定的演练任务，在计算机上实现整个模拟演练过程。

事故演练脚本主要包括事故情景构建、演练题库设计等。危险化学品事故处置程序的关键环节包括接警、警情判断、应急启动、现场处置、事态控制、应急恢复、应急结束。根据所构建的事件情景，分析各事件环节事故信息所包含的应急任务，明确各项任务所涉及的责任人、资源、措施与“事故”之间的制约关系[18]，从而编制每个参演人员的演练题库。

1. 2　演练系统的结构及功能设计

政府部门应急预案模拟演练系统采用模块化设计，通过模块间的联合作用实现系统的功能，主要包括以下6个模块：数据库模块、演练方案模块、用户登录模块、演练操作界面模块、题目加载模块、演练评估模块。该演练系统以LabVIEW虚拟软件平台作为支撑平台，进行演练数据读取和传递、信息同步和管理，实现模块间的联动功能和用户与系统的交互。政府部门应急预案模拟演练系统的结构设计，见图1。

图1　政府部门应急预案模拟演练系统的结构Fig.1　　　　Structure chart of simulation rehearsal system for emergency plan of government departments

数据库模块为用户登录模块提供用户的登录信息，为演练方案模块提供应急决策时的应急物资信息，同时保存演练评估模块的演练结果资料；演练方案模块制定演练方案及演练题库；用户登录模块用于验证用户登录信息，根据用户选择的部门、职责，自动匹配相对应的演练方案；演练操作界面模块根据演练方案向题目加载模块发送相应数据，进行题目的加载，题目加载模块在作出反应的同时将处理后的数据反馈给演练操作界面模块，控制演练进程；随着演练的进行，演练操作界面模块和题目加载模块分别向演练评估模块输送用户答案和正确答案，直到演练结束后，演练评估模块得到评价结果，并将其保存在数据库模块中，用于用户后期查看、学习和改进。政府部门应急预案模拟演练系统的业务流程，见图2。

图2　政府部门应急预案模拟演练系统的业务流程Fig.2　　　　Business flowchart of simulation rehearsal system for emergency plan of government departments

1.2.1数据库模块

数据库模块包括用户资料数据库、应急物资数据库、演练结果数据库和其他数据库。用户资料数据库可对用户信息进行更改、增添或删除操作，内容包括人员所在应急部门、职位、联络方式等；应急物资数据库包括该区域内的所有可动用的应急物资，如各类消防器材、个体防护用品等；演练结果数据库用于保存所有用户演练评价的结果；其他数据库包括该区域建立的危险化学品档案、事故隐患单位的相关资料等。

1.2.2演练方案模块

演练方案模块包括根据演练需要制定的事故情景库和演练题库，用于演练方案的管理和修订。事故情景库包括事故类型、情景概要、事件后果、背景信息、演化过程等要素；演练题库包括不同事故情景下各部门的演练内容和题目答案。演练方案数据采用xml格式脚本语言，通过读取脚本信息录入系统，从而进行演练的实施。

1.2.3用户登录模块

用户登录模块用于验证用户的登录信息和匹配演练方案。在进入演练操作界面前，用户需先进入用户登录模块进行身份验证，在输入用户名、部门、职位、密码等内容后，用户登录模块会根据输入帐号查询用户的登录信息和权限，匹配正确后人员方可进入演练操作界面开始演练。同时，系统会根据用户选择的部门、职责，自动匹配相对应的演练考核方案。

1.2.4演练操作界面模块

演练操作界面模块是参演用户进行事故应急演练最重要的环节，可进行模拟演练测试。该演练操作界面在LabVIEW程序前面板上显示，测试题目包括单选、多选和判断等类型，以便于人员快速做出应答，界面上显示相关考核题目、事故场景、用户姓名、职责、演练计时等信息。

1.2.5题目加载模块

题目加载模块在用户进入演练操作界面后启动，针对演练方案编写相应的演练脚本及逻辑，并通过LabVIEW程序在演练脚本中调用相关操作以实现对演练逻辑的控制，同时按照演练逻辑顺序读取并加载演练题库中的题目，题目显示在演练操作界面上，控制演练系统的进程，直到读取完最后一个题目时结束运行。

1.2.6演练评估模块

进入演练操作界面后，演练评估模块自动记录用户选择的答案，并与正确答案进行比较；演练结束后系统自动统计参演人员的得分情况，并将演练结果保存在数据库模块中，可通过excel等多种文档形式导出。

2　演练系统的模拟演示

本文以某市政府区域内的一水厂加氯间液氯泄漏事故为例，进行演练系统的模拟演示。参加此次演练的部门包括安监局、消防局、公安局、交管局、环保局、气象局、宣传委和应急委办公室；应急工作人员包括以上各应急指挥部成员单位的局长、事故接报人、一线应急人员和其他职员。由一名主持人引导参演人员就坐，讲述演练规则。演练集合时间为9∶00，所有参演人员于9∶10准时进入虚拟演练系统，并在登录界面上输入自己所在的部门、职位、姓名等信息，此外总指挥还需选择事故情景。

2. 1　事故情景介绍

参演人员登录成功后开始进行模拟演练。首先，安监局、消防局事故接报人的系统于9∶15时刻自动跳转到演练操作界面，开始播放事故情景视频，其他人员则需配合等待通知。事故情景信息为：该市政府管辖区域内的一水厂加氯间氯气钢瓶阀门锈蚀发生液氯泄漏，2名企业人员佩戴企业自备的正压式空气呼吸器进入加氯间，启动中和塔并关闭门窗，由于氯气钢瓶阀门严重锈蚀，阀门不能关闭，但成功启动了中和塔，氯气向外扩散的速率得以降低。经初步判断，氯气泄漏量小于200 L，企业已在加氯间外围60 m位置设置了警戒线，且60 m范围内的所有人员都已安全疏散，暂无人员中毒或受伤现象，事故有继续扩大的趋势。厂领导指示等待政府救援，并向119和安监局详细报告了事故进展情况。

2. 2　模拟演练过程

进入演练操作界面后，系统按照演练脚本中该起液氯泄漏事故的处置环节进行模拟演练，每个应急部门的人员根据各自的演练任务答题。表1为事故演练环节中各应急部门对应的演练任务。

表1　事故演练环节中各应急部门对应的演练任务Table 1　Tasks of each department in the course of accident rehearsal

注：表中“√”表示对事件环节有响应；无“√”表示对事件环节无响应。

2. 3　演练题库展示

在上述的模拟演练过程中，演练题目依据每个参演成员演练环节的演练任务进行设计，题目形式包括单选题、多选题、判断题，采用xml格式文件保存演练题目。图3为消防部门现场救援演练环节的部分考核题目。

图3　消防部门现场救援演练环节的部分考核题目Fig.3　　　　Some examination questions of the fire department on the spot rescue drill link

2. 4　演练结果处理

演练结束后，演练评估模块会对比用户答案和正确答案对参演人员的演练情况进行打分，分数显示在操作界面上。演练结果保存在数据库模块中，可通过excel文档等形式导出，方便人员后期查看、学习和改进。

3　结　论

要想控制安全生产事故，需要企业、政府和广大员工的共同努力，其中政府的指导和监管工作起着至关重要的作用[19]。应急演练是政府部门完善应急准备、提升应急救援能力的重要手段。基于LabVIEW和桌面演练开发了政府部门应急预案模拟演练系统，将传统的实地演练转移到计算机平台上模拟运行，不同终端的用户通过演练平台协作完成事故模拟演练任务，使参演人员熟悉演练内容及各自职责，熟知事故发生后的处理流程，从而提高应急工作人员的应急能力。

本文设计的政府部门应急预案模拟演练系统具有开发简单、灵活、适用范围广等优势。该演练系统采用LabVIEW设计开发，无需复杂的文本程序代码，给用户提供了一个简单、快捷的程序设计环境，对于没有编程经验的人来说，可极大地节省程序开发的时间，摆脱对专业编程人员的依赖；同时，该演练系统不受时间、地域和天气的限制，可灵活地选择演练时间和不同事故场景，模拟各种突发应急情况,且当实际情况发生改变而需要变更演练内容时，可在数据库的脚本语言中进行修改，灵活性好；此外，该演练系统可用于政府部门的不同演练计划，既可以在组织演练时使用，也可在培训应急工作人员时使用，适用范围广。

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