车间火灾应急响应模拟与逃生优化

李海涛

摘要：本文模拟制丝车间突发火灾启动应急响应流程，解决了车间火灾应急响应及人员逃生过程中时间不确定、衔接时机不容易把握的难点。本文提出将Petri网建模和统计思想结合形成火灾逃生的模型，对应急响应流程进行绘制与分析，模拟响应的全过程时间。

关键词：制丝车间;Petri网;统计;火灾;应急响应

在应急系统的管理过程中对此歧义特性的不当考虑将不可避免地影响应急系统的安全性和有效性。田峰等[2]讨论了在Petri网序列，并行性，选择和循环结构下的模糊时间推断规则，并实现了协同设计的时间验证。Ye等[3]采用模糊Petri网分析多列火车运行及其冲突时间。它们全部依靠模糊算法进行计划分析，这可能导致在不同规则下产生不同的计算结果。本文的作者建议将Petri网建模理论与模糊仿真技术相结合，以建立紧急救援模型。CPN Tools平台上的模型仿真计算使您能够确定灭火过程的时间并完成可靠的分析。

1 着色模糊Petri网概念与定义

1.1 着色时间Petri网

着色时间Petri网是描述系统的动态系统行为（例如并发，同步，异步，资源争用和协调、协作）的有效工具。 它不仅具有丰富的仿真功能和丰富的分析方法，而且易于使用和理解。同时，CPN工具是具有严格语义的数学建模工具，可进行系统的动态性能进行定性和定量分析[4]。

1.2 模糊时间

常见的模糊时间概念有“清晨、第一时间、大半年”等等，以这些模糊的时间为论域，记作U。论域U上的一个模糊子集，记为，为模糊子集的隶属函数。对于任何的，都存在1个数作为第个工序的模糊时间的隶属函数[6]：

2 基于Petri网的车间应急响应流程

针对传统的模糊Petri网分析方法的缺陷，该方法导致计算过程复杂，结果不一致。 本文提出了协同过程建模与分析方法。该方法是通过有效整合Petri网和模糊仿真技术而创建的。 它补充了使用Petri网和执行模糊算法分析的现有建模方法导致建模和计算之间的脱节的现象。它可以充分利用Petri网的作用和优势。

2.1 模型构建

如果制丝车间发生火灾，消防部门首先建立了现场指挥部，并安排了以下任务和决定：火情勘测小组对火灾现场和外围设备进行了调查，资源保障小组准备了水资源和消防沙以满足灭火小组和冷却小组要求的现场相关资源要求;运输小组将准备好的物资运输到指定的区域;灭火小组在灭火点进行灭火操作，以防止直接火势蔓延并减少热辐射;冷却小组对周围的设备和管道以降低了道路的温度，以使周围的设备和材料接收到的热辐射不会超过阈值并引起多米诺骨牌效应。

2.2 模型分析

车间火灾应急流程实际运行一次共计使用465秒，实际中不可能进行多次灭火演练，会造成人力物力的极大浪费。因此，我们将每个步骤对应的变迁赋予随机的乐观时间，最有可能时间，悲观时间，用CPN软件模拟50000次。

我们将整个火灾应急流程所有耗时标准为500秒，少于500秒情况下，应急流程合格。发现整个流程下来有278次超过500秒，在500秒内概率为99.444%，查看西格玛水平竞争力表.

通过对照可知火灾应急流程完成度已经达到4个西格玛水平，意味着较好管理和运营能力来满足客户。

3 人员统计分析及其优化

对逃生人员逃生所用的时间进行统计分析，观察统计人员逃生是否会存在发生拥堵的时间，和是否存在逃生滞后的问题。

3.1 逃生人员统计分析

在T4启动应急预案变迁中，制丝车间内部员工也进行逃生，车间有三个逃生出口，分别为：

（1）车间北门逃生通道，对应车间北紧急集合点;（2）车间西门料房出口，对应车间西紧急集合点;（3）车间东门逃生通道，对应车间东紧急集合点。

车间东门出口疏散通道人员所用时间中分布疏散较好，均在6-12秒之间完成，不会疏散通道出现拥堵的情况。

北门疏散通道人员所用时间中从18-20秒中，出现频次较高，应该改进。

（1）首先逃生时间滞后的应该进行提前;（2）在6-8秒时频次较高，避免疏散通道出现拥堵的情况。

通过记录的人员分析发现，这是由于这组中存在两人较慢，分别为：

（1）刘某某，男，53岁，系梗丝混丝操作工，距离北门疏散通道较远，并年龄偏大;

（2）高某某，男，29岁，系叶片增温增湿工，距离北门疏散通道较远。

西侧料房疏散通道人员所用时间可以看出，料房人员由于距离疏散通道较近，均在5秒内完成，6-9秒人员较为稀松，车间出口疏散通道人员所用时间中分布疏散较好，不会疏散通道出现拥堵的情况。

3.2 逃生人员统计分析

由于从北门疏散通道逃生有两人时间滞后，重新进行了分组，将2人从北门疏散通道改为西侧料房疏散通道，重新进行了疏散演习，进行三次，记录下时间。

优化后的西侧料房与北门疏散通道人员逃生耗时显示：逃生过程不存在拥挤隐患，并且没有人员时间滞后的情况。因此本次任务完成。

4 结论

（1）火灾情景下，应急响应各步骤、各自人员间相互配合，是存在一定的衔接和逻辑关系。同时，各个行为动作具有模糊性，结合Petri网理论、CPN建模语言、模糊模拟技术构建预测模型。

（2）应急响应Petri网动态模型很好地描述了车间火灾救火过程的模糊表达和各步骤的衔接关系，通过仿真模拟计算各步骤可能执行的时间，从中找出改进的空间和存在的隐患。

（3）所建立的进度预测模型能够有助于调整和组织安排各工序的实施以及对资源进行优化配置，更好地对应急及逃生进度进行规划、控制和管理。

参考文献：

[1] YE Yang-dong，WANG Juan，JIA Li-min.Analysis of temporaluncertainty of trains converging based on fuzzy time Petri nets[J].Fuzzy Systems and Knowledge Discovery，2005，26（5）：89-99.

[2] 李海濤，杨波，尹晓玲，等.基于设计结构矩阵和着色Petri网的产品设计过程建模与仿真[J].中国机械工程，2014，25（1）：108-116.

[3] 祖旭.基于Petri网理论的产品开发过程建模方法研究[D].大连：大连理工大学，2005.

[4] 彭晨.消防响应时间统计规律及其与城市火灾规模相关性研究[D].合肥：中国科学技术大学，2010.

[5] 杨纶标，高英仪.模糊数学原理及应用[M].广州：华南理工大学出版社，2005：4-5.