基于火灾模型的消防应急平台架构和功能分析

■ 蔡岩军 青海铁安消防工程有限公司

火灾作为人类生产活动中最常见、危害最大的灾害之一，能否对其进行全面、高效的预防，直接决定着整个社会的稳定与和谐。尤其是随着城市化进程不断加快，人口大批量向城镇集中的趋势也在不断显现，在一定程度上增加了城区内的消防安全隐患，使得传统消防安全工作中存在的盲目性、滞后性以及片面性等问题不断凸显，因此，如何开展好新形势下的火灾预防和控制工作，成为了广大消防管理人员和人民群众共同关注的问题。此外，随着电动车、电磁炉、取暖桌等用电设备在功能上的不断革新和在使用范围上的不断拓展，民众的用电需求和用电频率也在持续增加，使得与之相对应的超负荷用电、不文明用电等行为也在不断攀升，大大增加了因用电线路发热和短路引起的火灾，因此，亟须建立一套完整的消防应急监管系统[1]。综上所述，对本课题进行深入的分析与研究具有十分重要的意义。

一、火灾的危害

火灾是威胁公共安全和民众生命财产安全的主要灾害，据不完全统计，火灾对我国造成的人员伤亡数量仅次于矿难灾害，位居全国第二，从近几年火灾事故的资料分析，近5年内全国平均每年由火灾造成的经济损失高达15 亿元，共发生火灾约18 万次，且呈现出逐年攀升的趋势[2]。文章在参考前人研究结果的基础上，将火灾造成的危害和原因进行了总结。火灾造成的危害主要体现在带来惨重的财产损失、造成大量的人员伤亡以及导致火灾周围生态失衡等三个方面；而引起火灾的原因主要有意外、人为纵火以及电力故障和设备过热等三种情况。火灾实际上是氧气和某种燃料（如电视或沙发）之间化学反应的结果。但是，无论是何种原因造成的火灾，其所带来的危害都是不可逆转的，我们只有不断完善消防应急管理平台，从救援方案、救援路线以及人员疏散等方面进行优化，尽量控制火势蔓延速度和火灾持续时间[3]。

二、消防应急平台系统架构

（一）消防应急平台的核心架构

文章所介绍的消防应急平台主要由信息获取系统UI、应急智能系统UI 以及决策指挥系统UI 三个部分组成，并将其与地理信息管理系统（GIS）进行连接，可对火灾救援活动进行模拟分析、风险评估、制定应急预案和消防指挥决策等处理，有效弥补了传统消防安全管理系统中存在的功能单一、自动化水平不高以及应急方案可行性不强等问题。其中，火灾预测预警模型还在原有火灾蔓延模拟模型的基础上，增加了人员疏散和损失评估两个新模型，为消防应急决策和处置方案可行性、效益性以及及时性的提升奠定了坚实的基础。其中信息获取系统的主要作用是负责收集、传输、存储以及管理火灾相关的数据信息，为系统作出应急反应和指挥决策提供依据，是整个消防应急管理平台的基础；而消防应急智能系统的主要作用则是分析和评估火灾的风险等级，并以此为依据制定火灾管理决策。其工作流程为：首先，根据火灾现场的地理环境、气候条件等信息预测火势蔓延的速度，并确定火灾的风险等级。其次，根据火灾预测环节获得的数据信息动态化调整应急方案，提升救援人员控制火势蔓延的能力和效率；决策指挥系统是整个消防应急平台的指挥中心，可迅速将指令、火灾处置方案等信息传递至相关救援部门，最终实现快速、高效、合理地开展火灾救援工作的目的。

（二）消防应急平台的整体架构

建筑材料、火灾所处环境以及风速风向等是决定火势蔓延速度的核心因素，因此，文章所介绍的消防应急管理平台充分考虑了室外大条件下的火灾类型，将木质结构、混凝土结构等建筑物发生火灾的特征、诱因等信息作为主要考虑对象，可有效应对当前城市内住宅小区、商场、学校、医院等大型人群聚居地的火灾。此外，该平台还设置了火灾损失评估模块和人员疏散安全性判断模块，使应急智能系统完全具备了科学预测火灾情况和自动化制定调度决策的功能。该平台系统软件严格遵循C/S 标准进行构建，从下往上依次可分为数据层、业务层以及信息交互层三个层级。

数据层共包含安全信息库、空间信息库、数据预案库、模型库以及决策库五个部分，安全信息库中包含防火重点单位、中队实力、消火栓出水口管理以及医疗单位等信息；空间信息库包含数字地图、地名数据、行政区划以及通道网络等信息；数据预案库包含救火力量配备、疏散组织以及消防设备配置等信息；模型库则主要包括损失评估模型、人员疏散模型以及火灾蔓延模型三个部分；决策库由地点定位、环境分析以及路径分析三个部分组成。

业务层主要集成了平台服务的功能，包含综合管理、GIS 服务、模型调用、预案调用以及决策工具五个部分。

最上层为平台的信息交互层，由信息获取UI、智能应急UI 以及决策指挥UI 三个部分组成。信息获取UI又分为接警处、信息录入、数据更新以及图像显示四个模块；智能应急UI 包括查阅比较、参数输入、模拟显示以及结果输出四个模块；决策指挥UI 包括预案显示、方案输出、指挥记录以及训练模拟四个模块。

本平台所使用的地理信息系统（GIS）版本为ArcGIS 9.0，数据软件使用的版本为Oracle 9i。系统环境使用的版本为微软VS.NET 2003。

三、消防应急平台的功能分析

（一）信息交互系统

信息交互系统可直接与城市中的电子眼监控系统、119 接警系统等进行连接，自动识别、获取以及定位火灾信息。与此同时，信息交互系统还使用网络视频监控技术将信息通过网络渠道进行采集和传输，大大提升了系统采集数据、传输数据以及处理数据的能力和效率。119 接警信息则采用手工录入与网络传输相结合的信息采集模式，使接警员能够进一步核对信息的真实性与准确性，待确认无误后再手动录入信息交互系统中，进一步增强了信息交互系统的可靠性。此外，系统中的数据均是采用XML 的格式进行保存，此格式文本具有极强的兼容性，能有效保证信息传输的质量和效率。

（二）应急智能系统

1.数据库

数据库中存储的信息主要包含了空间数据和消防安全数据两种，其中空间数据库主要存放的是地理信息系统（GIS）中产生的相关数据，如城市地形地貌图形、地名、行政区划、建筑物以及交通状况等都是存放于空间数据库中；而消防安全数据库则主要用于存储该城市所具备的消防中队信息、重点单位信息、医疗单位信息、消火栓取水口信息、电力线路信息、物资信息以及避难场所信息等与消防安全工作息息相关的数据信息，为救援方案的制定、救援线路的选择等提供充足、全面、可靠的数据支持。

2.模型库

文章介绍的消防应急平台中的火灾模型由火灾蔓延模型、人群疏散评估模型以及火灾损失预测与评估模型三个部分构成，第一，火灾蔓延模型。对于建筑物相对集中的城区而言，火灾蔓延的速度主要取决于建筑物的密集程度、建筑物的主体材料以及发生火灾时该城市的天气状况等因素，所以，火势蔓延模型全面地收集了大型建筑物的面积、建筑材料类型、建筑物通风口面积以及建筑物楼层高度、风速、风向、房屋地理位置、地理环境以及空地面积等信息，可准确地模拟出火灾蔓延的趋势和蔓延的速度。第二，人群疏散评估模型。主要模拟火灾现场人员疏散方案的可行性，该模型主要涉及可用安全疏散时间和必须安全疏散时间两个因素，当可用安全疏散时间大于必须安全疏散时间时，才能确定系统所制定的人员疏散方案有效，反之，则无法运用该方案开展火灾现场人员疏散工作。此外，评估模型还能与地理信息系统（GIS）相结合，直接将人员疏散的范围拓展至全市范围内，有效增强了人员疏散方案的合理性。第三，火灾损失预测与评估模型。火灾所造成的财产损失可以根据火灾蔓延模型进行计算，人员伤亡情况可根据疏散模型进行预测，增强火灾损失预测和评估结果的准确性。

3.预案库

传统的消防预案多为纸质资料，其中涉及的内容多是依据消防工作人员和管理人员所积累的工作经验而确定，普遍存在着检索难度大、信息共享渠道不畅以及可操作性不强等问题[4]。而消防应急平台则能将预案资料数字化、智能化，有效弥补传统纸质资料中存在的不足，主要体现在以下两个方面：一方面，消防数字应急救援预案是以消防应急平台中的地理信息系统（GIS）和数据库系统为基础构建的，并运用计算机技术将纸质的应急救援预案数字化，随后对预案中的关键环节进行结构化处理，形成针对性强、切实可行的数字预案。数字预案主要包括消防力量部署、人员配备、岗位任务、人员疏散、救援力量、医疗救护调配以及灭火措施及方案等信息，且所有的消防员都能通过系统自带的检索界面查询，有效促进了相关资料和数据的共享。另一方面，数字预案模块还收录了大量的消防安全知识、消防技能以及消防设备，对城区内重点建筑物或建筑群制定对应的火灾应急预案，确保该区域发生火灾时，各部门能够迅速赶赴火灾现场，并开展相应的救援活动。同时也能通过数据库及模拟对象周围的环境，开展消防安全演练，在减少消防安全管理成本的同时，增强消防安全管理工作的质量和效率。

4.决策库

决策库的主要作用是从海量的数据信息中挑选符合火灾现场救援需要的数据信息，并制定相应的救援决策。该系统将火灾蔓延模型、火灾损失预测与评估模型以及人员疏散模型等与接警系统、消防力量以及最佳路径等信息有机地整合在一起，为火灾事故的模拟、分析以及处理等工作的开展提供依据，将接警—制定救援预案—出警—灭火等环节紧密地衔接在一起，最终实现提升火灾救援方案效益性、科学性以及合理性的管理目的。此外，决策库还能准确预判火势蔓延的范围，为消防部门、医疗单位以及交通管理部门等提供统一的决策指挥信息，提高了各救援部门协调作战的能力。决策库所具备的功能有快速定位火灾发生地点、明确救援队伍职责、查询火灾现场缓冲区域的环境、验证救援指挥方案可行性以及优化救援路线和疏散路线等。

5.决策指挥系统

决策指挥系统是消防应急平台中使用频率最高的模块，有通信系统、显示系统、电话接警系统以及计算机网络系统等软件系统，使应急指挥工作能够根据火灾现场的实际场景进行计算，并根据火灾的发展情况动态化地调整火灾应急预案，能准确应对因火灾类型、火灾等级、火灾发生时间、火灾发生地点以及火灾气候条件等因素发生改变而导致火灾应急救援预案无法继续执行的情况。

四、结语

总而言之，火灾作为当前城市范围内发生频率最高、危害最大以及救援流程最为烦琐的灾害之一，严重威胁着民众的生命财产安全和社会的稳定和谐，而文章所介绍的消防应急管理平台具有可操作性强、信息化与智能化水平高等优势，可有效应对当前城市范围内发生的各类火灾和各类消防安全隐患。身为消防管理工作人员的我们，只有在今后的工作中不断总结和积累工作经验，积极完善自身的专业知识和业务水平，才能科学合理地使用消防应急管理平台，为我国消防安全工作不断注入新鲜的血液。