基于CASRAM 的危化品运输事故模拟

潘成贵

（桂林港建高速公路有限公司，广西 桂林 541200）

1 概述

化学工业是国民经济的支柱产业，在国民经济和人民生活中扮演着不可或缺的重要角色。我国地域辽阔，化学工业的分布格局决定了我国95%以上的危险化学品涉及异地运输问题[1]。近年来，道路化学危险品不仅数量上有所上升，其品种和危害特性也越来越复杂[2]。而且由于装载设备日趋大型化、运输量日益提高，使危险化学品运输事故概率和事故危害明显增加。由于交通运输的特殊性，其预防和救援难度超出固定场所，因而处置关键技术急需突破。

在国外，危化品运输事故处置决策支持系统的开发和应用广泛。ALOHA（Arial Locations of Hazardous Atmospheres）是美国国家海洋大气管理局（NOAA）和美国环境保护署（EPA）联合开发的危化品泄漏扩散模拟软件[3]，它包含了一个1000 多种常用化学品数据库。在国内，广东省职业病防治院研制了评估与查询系统，该系统收录了300 余种广东省常见的化学品，包括化学战剂和毒素战剂[4]。罗敏等[5]针对公路危化品公路运输的事故问题开发了应急救援信息系统，在掌握足够的事故现场信息的情况下，通过该系统中包含的危险化学品泄漏扩散计算系统，能够预测事故所造成的后果和影响区域的范围。刘继龙等[6]在采用高斯模型分析了毒气的泄漏机理和扩散机理后，根据气象条件对气体泄漏扩散范围进行模拟，结合GIS 毒气泄漏应急处置危险区域分析系统，在地图上给出了扩散区域和浓度分布，并且标记了致死区、重伤区和轻伤区。

多年来，事故处置部门既自主开发、也应用了其他单位的化学灾害事故处置辅助决策系统或应急救援指挥系统，经历了从单机版到网络版以及移动终端的变迁，试图建立化学灾害事故危害评估数学模型、化学灾害事故应急救援力量计算模型、危险化学品数据库、常见化学灾害事故处置方案数据库等，但是从实战的应用效果来看，依然存在危化品泄漏扩散过程各种复杂参数在实际过程中难以采集，系统模拟计算时间过长，各类辅助决策系统智能化程度不高等问题，不能满足实战辅助决策支持的需求。本文开展危化品运输事故处置决策关键技术研究，主要对传统危化品泄漏模型进行改进，运用模糊算法提高系统的智能化程度，并将基础数据、动态数据分别保存在本地和云端，提高信息的共享水平，缩短运行时间，为参与应急救援的不同部门、不同决策层提供一致共享和可视化的决策信息，提高应急指挥决策的科学性。

2 CASRAM

在危化品道路运输风险的研究中，国内外专家使用定量风险评估技术来确定危化品泄漏扩散的规律和影响范围，评估这些运输活动可能对公众带来的危害。危化品泄漏扩散模拟通常是确定事故情景后分析其扩散的危害区域和范围，通常与（气象信息、地理环境、泄漏物质的理化性质）有关。泄漏扩散模拟的一般流程为：给定事故情景→后果建模。

以救援部门推广的“单机版”为代表的辅助决策系统大多都实现了对于给定事故情景下的后果建模。虽然“单机版”评估效果可信度较高，但是系统操作过于复杂，不利于指挥员现场使用。危害评估需要输入人口密度、风速、温度、相对湿度、大气垂直稳定度、泄漏量等大量参数，其中有些参数在实战中无法获得或需要时间现场侦检取得。同时错误的参数估值反而对警戒范围划定有误导性。种种原因造成该系统在基层应用并不普及。针对上述系统存在问题，本文提出引入化学事故统计风险评估模型，在传统风险评估模型的基础上进行改进，让指战员使用辅助决策系统获取相关信息时只需要输入少数、关键参数。泄漏扩散模拟的改进流程：统计事故情景分析→给定事故情景→后果建模→后果概率分布。改进模型不是给出一个确定性风险，而是给出可能风险的分布情况，即在统计样本范围内发生某个具体后果的概率。

初始隔离区是以事故地点为中心，初始隔离距离为圆周半径的圆形区域，一旦发生事故，该区域人员最先受到危害，只有少数个人防护等级较高的抢险救援人员才可进入。防护区是泄漏源下风方向的正方形区域，正方形的边长即为下风向疏散距离。选择正方形是因为它是一个简单、常见的定义区域方式，更重要的是，可以忽略掉由于地形特征、风向等因素带来的不确定影响。该区域人员在没有防护的情况下，可能对人体产生严重的健康危害，因此应及时疏散未防护人员。

CASRAM 包括统计事故情景分析和后果建模两部分。首先，统计事故情景分析将装运资料信息、来自预处理气象观测资料和来自危险品事故数据的统计信息结合起来，对所用排放率和扩散模式的技术状况和性质进行了全面的统计学分析。对于每种化学物质，通过蒙特卡罗抽样随机生成危险区分布事故场景参数（时间、地点、释放量、气象等）详细假设释放的结果建模。

然后，使用CASRAM 中的后果模型来分析每个事故情景，计算其化学浓度扩散轨迹，并将每个事件超过阈值化学浓度或健康标准的最远下风距离定义为安全距离。最后，将所有事故模拟的安全距离值的统计样本分为成白天和黑夜，小量泄漏和大量泄漏，建立模糊综合评价，自动选取事故的最大安全距离作为最后的参考值。

3 系统设计

根据智能决策系统的功能目标确定系统的总体设计路线，通过对化学灾害事故类型、应急救援流程等考虑因素的研究分析，建立危化品泄漏扩散数据库、危化品应急救援处置方案数据库等并作为系统服务的数据源；利用云环境对气象、地理信息进行更新和处理；然后根据危化品道路运输事故处置的业务需求，对系统进行模型分析；针对化学灾害事故信息传递、风险评估、应急救援疏散和处置进行智能决策系统功能设计、数据库设计，满足系统功能一体化的目标。其中，利用云数据平台提高海量应急救援信息数据的存储和处理效率；利用移动GIS 技术提高应急救援的决策能力；利用移动互联网技术满足用户实时数据的交互需求；最后实现危化品道路运输事故智能决策的功能设计开发。

3.1 系统总体架构

系统结构设计是在应急救援过程中实际业务需求的逻辑模型基础上构建的系统总体架构，是对辅助决策系统的整体设计、模块化设计、数据库设计的进一步逻辑设计。依照危化品事故处置流程，建立科学、严谨、稳定、有效的智能决策平台，从而加强应急救援的信息化决策支持能力。

3.2 系统功能流程设计

为了加强危化品道路运输事故处置的信息化决策支持能力，辅助决策系统提供事故推送、危化品信息查询和处置方案自动生成等功能，并以此为基础优化用户操作体验。

用户进入辅助决策系统后，如果首次使用，需先进行身份验证，确定其所在大中队，同时后台从服务器加载该大中队所在辖区的消防数据信息；如顺利通过验证，则进入系统主界面。用户在主界面的菜单栏中可以点击危化品信息查询、处置方案查询等功能，并且进入相应的模块。

3.3 系统功能模块设计

根据系统的总体架构和功能流程设计，将系统功能模块分为身份验证模块、消防数据管理模块、GIS 应用模块以及事故推送模块。

3.3.1 身份验证模块

用于验证辖区消防大中队身份信息，确保将本辖区的事故信息推送到该辖区消防大中队指战员。

3.3.2 消防数据管理模块

该模块可以查询包括千余种危化品的资料库，提供各种引发化学灾害事故的典型化学品的危害信息及其处置方案，管理和维护本辖区的消防水源、重点单位等信息，为事故泄漏扩散模拟和应急救援处置方案生成提供数据支撑。

3.3.3 GIS 应用模块

GIS 应用模块除了包含地图的基本查看、定位、搜索，还应实现数字地图管理功能，将事故现场信息及泄漏扩散模拟计算的结果叠加在当前地图上，为指战员提供直观的辅助决策信息。

3.3.4 事故推送模块

该模块能够实时接收到接警中心推送的警情信息，可以包含文字、GPS 定位、照片等多种形式的信息。

服务器端主要包括消防数据管理模块中的动态数据管理，通过高德云图提供的位置数据存储、检索、展现服务，完成相关数据的应用开发。移动终端主要包括四大模块。管理员对消防数据进行更新与维护。用户通过身份验证模块校验用户信息。管理员向特定分组或特定用户推送事故信息，只有通过身份验证模块的用户才能接受到该推送信息，然后用户通过事故推送模块解析管理员推送的数据包，然后使用GIS 应用模块为事故处置提供辅助决策。

4 系统开发与实现

本软件定位为基于Android 平台的移动应用程序，以移动网络、地理信息系统、云服务等新技术为业务支撑平台，是一款适用于危化品道路运输事故处置的移动应用软件。

以杭瑞高速常吉段“3·26”四氯化钛槽罐车泄漏事故为例进行想定作业。以最先到达事故现场的消防中队为视角，从出警途中到事故处置，借助危化品道路运输事故智能决策系统指导行动。

2016 年3 月26 日凌晨1 时许，常德市桃源县境内常吉高速一辆装载29.4t 四氯化钛槽罐车因交通追尾事故，造成四氯化钛泄漏。根据接警信息可知事故发生地为常吉高速1083km 处，泄漏物质为四氯化钛，同时系统自动通过气象局开放接口查询到事故发生所在地的天气状况为小雨转多云、气温11～21℃、北风小于3级。应急处置方案界面，提供了所有的安全措施的建议，每条指南提供了自身和公众安全的建议及应急措施的信息，包括安全方面的信息和着火、溢出或泄漏事故后急救的应急指南，如潜在危险、公共安全、应急行动和注意事项等。

由此信息可知，四氯化钛，无色或微黄色液体，有刺激性酸味，溶于冷水、乙醇、稀盐酸，一般为常压储存，熔点为-25℃，相对密度（水=1）为1.73，沸点为136.4℃。受热或遇水分解放热，放出有毒的腐蚀性烟气，具有较强的腐蚀性，水解生成二氧化钛固体和盐酸液滴的混合物。

依照系统生成的处置方案，处置时需迅速疏散泄漏污染区内人员至安全地区，严格限制人员车辆出入。要求现场处置人员必须穿全身耐酸碱消防服或内置式重型防化服，从上风方向进入现场，尽可能对泄漏源实施堵漏。

进入辅助决策系统的泄漏参数设置界面，泄漏物质、泄漏位置、地图类型等参数都已自动加载，点击“风向”，调整风力方向，同时选取泄漏量为“大”，泄漏时间设置为“夜晚”。设置泄漏参数后，点击“地图”按钮或返回键，进入地图界面。根据事故推送的化学危险品材料搜索该材料对应的处置方案中的危险隔离区半径及疏散保护区半径，并自动将危险隔离区及疏散保护区在地图上显示出来。

5 结语

危险化学品运输事故处置是应急救援部门的重点难点任务。本文结合应急救援过程的实际业务需求与移动智能终端的性能优势进行了辅助决策系统的设计与开发，研究和集成了化学事故统计风险评估模型、物联网、GIS 地理信息、移动智能终端等技术，实现了改进的CASRAM 模型的危化品道路运输事故智能决策系统。实现隔离、疏散、警戒区域的动态划分与显示、协同联动信息和针对处置方案的快速查询，为参与救援的不同部门、不同决策层提供一致共享和可视化的决策信息，提高指挥决策的科学性。