核电厂火场应急指挥平台设计与应用

陈军勇 刘旭升 肖飞

摘要：文章介绍了核电厂火场响应过程中面临的问题，提出建立集火场指挥、辅助决策、数字化预案、三维VR演练于一体的火场应急指挥平台，为核电厂高效响应火灾应急救援提供技术支撑，同时落实国家对核电厂采用三代技术以后的火灾响应指挥新要求。

关键词：核电厂;火场响应;指挥平台

核能的发展必须以安全为基础。火灾的威胁贯穿了核电厂的整个运行阶段，火灾的频率远高于重大的核事故。国外数据显示，核电厂发生火灾的概率为0.28，火灾引起核安全相关系统事故的概率为0.44，火灾对核电厂安全运行构成直接威胁，火场响应指挥的高效性是切实提高核电厂快速响应火灾和处置核心所在。尤其随着三代核技术的引进，国家对核电厂火场响应指挥提出了更高的要求，如提升灭火救援力量调度、指挥、部署、增援、跨部门协同作战的效率与能力，切实落地火场响应指挥的智能化建设等。

核电厂的消防管理涉及防火、探测、报警、灭火、非能动消防设施管理等各方面工作，需要大量的人力投入。基于核电消防管理的特殊性，核电厂的火灾应急救援工作主要依靠电厂专职消防队，消防指挥员由核电厂员工担任，大部分未经过消防指挥专业培训，火灾扑救经验相对较少，消防指挥员的决策失误很可能影响火灾扑救结果，造成更大损失。因此，提高火灾扑救过程中的正确决策，是影响火灾扑救的关键要素。同时，核电厂的火灾应急救援手段基本依靠传统方式，现阶段良好的信息化指挥作战方式没有充分应用，火灾扑救中人员、装备、作战指令等不能全方位管理，制约火灾扑救效果。

立足核电厂火场应急指挥现状，充分利用地理信息技术、图形学技术、通信技术、物联网技术和数据库技术等技术手段，搭建核电厂火场响应指挥平台，为核电厂火灾扑救提供全过程技术支持，使火灾应急救援更加智能化、信息化和科学化。

1  平台设计

1.1  设计原则

灭火救援工作要争分夺秒，只有快速有效地扑灭火灾，才能将损失控制到最低。因此，要求火场响应指挥平台在使用过程中快速稳定、安全可靠，设计原则如下。

安全可靠。采用新型成熟的软硬件平台、网络设备和开发工具。系统设计、设备选型、调试、安装等环节均严格执行国家、行业有关标准及公安部门有关安全技术防范要求，贯彻质量条例，保证系统安全可靠。

人性化。充分考虑工作人员的习惯，遵循人性化功能体现，设计全菜单式处理和各种快捷按钮操作，保证多数功能一键到达，使管理者和使用者能快速掌握设备动态，平台操作简单便捷。

集成可扩展。保障各部分的有机集成，高效率完成业务，充分考虑整体智能系统所涉及的各子系统的信息共享，确保平台总体结构的先进性、合理性、可扩展性和兼容性。

模块化。按照国家和地区相关标准进行平台设计和设备配备，将各子系统模块化、结构化。

1.2  技术路线

核电厂火场响应指挥平台是一个火灾应急业务全面、应用广泛、涉及众多技术领域的复杂软件系统，采用工业化标准，应遵从软件技术规范，技术路线如图1所示。

1.3  设计方案

平台基于JavaEE开放标准、面向服务架构、全程建模、基于组件开发、基于平台开发、基于XML信息交换标准研发，主要分为七层，如图2所示。

2  平台组成及功能

根据功能不同，平台划分为七个子系统，系统架构示意图如图3所示。

2.1  火场指挥系统

该系统主要实现核电厂火灾现场应急救援指挥调度、协同工作、快速有序完成救援、战后总结和火情调查等。火场指挥流程设计如图4所示。

一旦发生火灾，录入接警信息后，平台自动关联起火部位预先编制的预案，指揮员可根据平台提供的关键信息进行战斗力量部署，平台为指挥员提供预先设定进攻路线，内外部可获取消防设施、车辆停靠位置、灭火人员位置、起火部位火灾风险等信息。火灾处置过程中，可通过消防员单兵装备将现场信息（人员状态、空呼剩余气量、现场有害气体检测、实时视频图像、实时通信等）以视频和音频方式传输至平台，供指挥员根据反馈信息进行力量部署和火场指挥决策。

作战过程中，指挥员可根据火场情况在平台调整灭火作战计划，然后通过平台将计划以语音和图片方式传输至火场作战人员，以便进行快速的战术调整。

2.2  辅助决策

通过专家资源、大数据模型计算等技术手段，对火灾进行风险分析、灭火战术选择、灭火应用计算、战斗力量部署以及进攻/撤退路线规划等。该系统主要功能如下：

火灾风险分析。设定起火房间，系统自动显示该房间物料存放类型与数量、火灾荷载，选定起火物质，系统自动显示该物质属性、特点、火灾风险、灭火处置方式和扑救注意事项。

可利用消防设施。设定起火部位，显示该区域的建筑结构布局（平面/三维），提示内部可利用的消防设施，如壁式消火栓、移动灭火器、消防电话、固定灭火系统启动阀门、排烟口、安全出口等。

战斗力量部署。设定起火房间，自动显示周边消防水源、进攻和撤退路线，自动计算需投入灭火力量、宜采用的灭火战术、力量部署、风险提示以及个人防护配备建议等。

灭火应用计算。根据设定起火部位的情况，系统自动进行相关灭火应用计算，包括：灭火剂用量、水带系统水力、灭火剂喷射器具应用、消防车应用计算等。核电厂火灾主要是油类火灾和气体火灾，火场作战任务主要围绕灭火和冷却进行，所用到的灭火救援器材包括水枪、水炮、泡沫枪、泡沫炮、干粉枪、干粉炮等灭火器具。

以核电厂1台主变压器发生火灾，需要投入的灭火作战资源计算为例，平台采用的部分算法原理如下：

主变压器发生火灾通常造成变压器油在防火堤内流散并形成油池火灾。当变压器油的泄漏量或现场水和泡沫的用量、变压器油泄漏量超过防火堤的容量或者防火堤损坏时，变压器油会漫过防火堤，形成地面流淌火。灭火作战的重点为：扑灭变压器火灾;扑灭防火堤内的油池火灾;扑灭防火堤外的地面流淌火;冷却着火的变压器、邻近变压器、变压器油枕、上方的电缆桥架。灭火实战中优先采用干粉+泡沫联用进行灭火，即先用干粉扑灭明火，再辅助以泡沫进行窒息和冷却。

泡沫液、泡沫枪、泡沫消防车和消防员的数量，向上取整数。

2.3  实时监控

在核电厂火灾事故中，不同的初始事故具有不同的特点，其特征随着事故发展的时间而变化。因此有必要对火场进行实时监控，以便及时调整处置措施。

对战斗人员身体状态、现场有毒气体含量、火灾现场风向、气压等环境信息进行实时监控，融合现场战斗部署的视频监控，实现视频的联动监管，可通过物联网系统接入现场固定灭火系统、火灾报警系统、通信装置等，进行综合调度。

2.4  数字化预案

采取基于地理信息系统的二维图片、全景照片、三维立体建模等技术编制数字化预案。“一张图”展现区域内相关信息，包括起火房间火灾荷载、着火物质火灾风险、灭火剂选型与战术运用（具体到着火物质）、进攻/撤退路线、可利用消防设施、重点提示等。系统可以联动预案，当启动预案后调用战斗部署图，根据基础数据提供对应信息辅助救援。

2.5  实时通信/存储

通过设备实现视频语音通信，进行实时交互，将视频进行分屏显示，展示火场内外部不同区的信息。灭火过程中的音频、视频信息存储在后台，通过指挥平台操作的各项指令能够记录并打印，供战评和事故调查使用。

2.6  数据分析

挖掘战斗过程的数据特征，在数据分析报表基础上不断优化战斗方案。提供大数据统计分析看板，对核电厂区内每个维度的消防数据进行分析，核电厂能根据分析报告掌握厂区消防情况及消防员的培训演练情况，在一定程度上可减少火灾的发生，提高消防安全水平。

2.7  三维VR演练

根据预设场景，日常训练需要，采用三维VR技术，模拟火场的救援处置方式，提高救援实战技能。通过VR将不同建筑内部构造进行直观展示，包括建筑物结构、内部环境、通道、楼梯、物品摆放位置、消防设备设施位置等信息，并可查看消防设备设施的实时状态信息。根据不同场景，设定符合实际的灭火流程和灭火方法，系统自动引导演练人员进行现场灭火，如火场报警、灭火处理、进攻及撤退路线等信息。同时支持多角色：消防队长、班长、战斗员、二级干预队长、现操、辐射防护人员等，可体验不同角色在火场中的不同任务。演练结束后，系统根据演练人员的实际操作情况，自动进行操作评价，并给出评价结果，便于演练人员快速学习和纠错。

3  应用效果

平台开发完成后在国内某核电厂进行了应用实践。发生火灾后，指挥员根据灾情进行战斗力量部署，系统给出预先设定进攻路线，内外部可利用消防设施、车辆停靠位置、灭火人员位置等;事故处置过程中，战斗员佩戴单兵作战装备，可将以下信息反馈至平台：人员状态、空呼剩余气量、现场有害气体检测、实时视频图像、实时通信，实现指挥点与现场的远程可视化、交互式指挥，直至火情得到有效控制。

总的来说，该核电厂火场应急指挥平台取得了良好的应用效果，有效提升了火灾扑救过程中指挥员与灭火人员的实时通信，指挥员能实时掌握火灾现场的动态和灭火人员的状态，及时进行战斗力量调整，综合调度火场应急响应资源，确保火灾扑救的圆满成功。同時，该平台可较好地用于日常模拟演练，有利于消防队员熟悉现场，掌握灭火预案，不断提高灭火作战技能。

4  结语

核电厂火场应急指挥平台是针对核电厂现有灭火救援力量，综合利用RFID、传感、人工智能等技术开发的灭火救援辅助决策系统，促进核电厂灭火救援工作由传统方式向信息化和智能化转变。该平台在核电厂的应用，解决了核电厂火灾应急过程中沟通不畅，指挥员不能随时掌握火场动态，作战部署时决策数据缺乏、火场作战人员状态不明等长期存在的疑难问题，能够为消防指挥和决策提供指导，有效提升核电厂火灾应急救援能力，还可以满足消防救援人员的日常培训需求，提高其对核电站火灾事故的应急能力，从而更好地保障核电厂的消防安全。

参考文献：

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[2]朱姚瑶，王李娟，向啸晗.核电厂火灾风险管理研究[C]//.中国核科学技术进展报告（第五卷）——中国核学会2017年学术年会论文集第10册（核测试与分析分卷、核安全分卷），2017：178-183.

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Design and application of emergency

command platform for nuclear power plant fire site

Chen Junyong， Liu Xusheng， Xiao Fei

（Daya Bay Nuclear Power Operation Management Co.，Ltd.，Guangdong Shenzhen  518000）

Abstract：This paper introduces the problems faced in the fire site response process of nuclear power plants， and puts forward the establishment of a fire site emergency command platform integrating fire site command， auxiliary decision-making， digital plan and three-dimensional VR drill， so as to provide technical support for the efficient response of nuclear power plants to fire emergency rescue， and at the same time implement the new requirements for fire response command after the national adoption of three-generation technology for nuclear power plants.

Keywords：nuclear power plant; fire site response; command platform