化工园区火情预警优化方案研究

张爱东

（南京前鹏信息科技有限公司，江苏 南京 210000）

0 引言

火灾危害巨大，严重威胁公众生命财产安全。在火灾防控领域，火灾时路径规划一直是火情预警关注的重点。在火灾事故发生时，如何实现安全高效的疏散和转移是现代消防救援的关键问题，特别是在危险物、有毒物质、易燃易爆物成片堆积的化工园区。

2020 年，国家市场监督管理总局和国家标准化技术委员会联合发布了《智慧化工园区建设指南》（GB/T 39218—2020），2021 年，应急管理部印发了《“工业互联网+危化品安全生产”试点建设方案》均提出化工园区需进行封闭化管理和安全生产分析预警；然而封闭化管理给园区带来稳定运营环境的情况下，也加大了如人员管理、车辆管理、消防应急疏散、资源调配的困难。

1 国内外研究现状分析

火情预警和最优路径规划问题一直是国内外消防疏散的重点问题，党珊等[1]采用元胞自动机算法，通过仿真实验对医院火灾疏散过程进行逼真的模拟。贺双双[2]提出管廊双侧布置安全出口/禁止入内指示灯，以保障火灾时管廊内疏散指示系统起到很好的警示和疏散作用。赵梓皓等[3]提出运用BIM 技术和设施管理思想进行人员疏散模拟研究和消防设施运维管理。

化工园区火情预警方面，叶继红等[4]在传统蚁群算法规划路径的基础上，考虑了毒性负荷因素，算法实现了特定环境下路径计算良好的收敛速度和计算稳定性，对火情路径分析有一定借鉴意义。石军花等[5]运用储罐池火灾燃烧过程中动态热辐射演化三维仿真，寻找火灾救援中的最佳灭火位置。唐小荣[6]提出需要化工园区建构智慧型消防救援系统，制定合理的灭火技术方案。

现阶段，关于解决化工园区火情预警和最优路径规划研究较少，特别是化工园区封闭化管理之后，对消防资源调度、人员疏散的要求更加严苛。为此，本文结合三维倾斜射影技术和火情预警综合研判系统，综合考虑化工园区封闭化管理以及园区各主管部门协调要求，以某化工园区为例，探索化工园区火情预警优化方案。

2 化工园区消防预警影响因素分析

化工园区是现代化学工业为适应资源或原料转换，顺应大型化、集约化、最优化、经营国际化和效益最大化发展趋势的产物。在化工园区内，影响消防预警的主要因素如下。

2.1 危险品多且种类繁杂，易形成连锁反应

现代化学工业生产工艺十分复杂，设施结构分布密集且易损耗，同时，生产原料和产品中不乏大量的有毒有害、易燃易爆物质；生产、存储和运输这些化工产品中包含了较多的不确定因素，传统的火灾预警感知大多依赖单一技术，难以适应化工园区的复杂环境，从而产生消防监控盲区；发生火灾时，化工园区易产生连锁反应，造成更加严重危害，给消防管理带来很大的压力[7]。

2.2 封闭化管理，园区出入途径较少

《智慧化工园区建设指南》中要求在化工园区出入口设置出入口控制系统，并实现周界入侵警报，因此化工园区出入方式较单一，且园区内有大量装载危化品的车辆，加大了园区内交通运管负担，难以实现高效的消防疏散。

2.3 化工园区消防基础设施配置不一

由于化工园区为分阶段建设，导致园区内消防布局随建设时期要求、消防设备的种类及寿命、消防管理要求等因素存在一定差异，且普遍存在消防安全管控智能化不足的情况。

3 基于三维倾斜射影火情预警优化方案

针对以上问题，本文提出将信息技术引入至火灾逃生疏散和应急救援路径选择的思路，即充分运用多维度的物联网终端，建立多角度园区火情监控体系。运用三维倾斜射影技术高精度、高效率、高真实感和低成本的特点，构建园区三维感知模型，全面掌控园区资源分布情况。通过模型分析研判得出火情处置方案，结合综合管理平台进行信息高效展示和传递，实现园区资源的精细化控制，实现园区消防安全管控智能化。

3.1 构建多维度感知体系

火情信息感知是消防预警防范的关键[8]，而传统的火情预警是基于传感器检测数据对现场进行监控的火情判别，近些年，虽然大量学者利用计算机和视频图像处理技术对火情信息感知技术进行打磨，实现精度和范围的提升，但数据来源单一、可靠性差、投资成本高等问题一直难以解决。

因此，打造多维的感知智能预警体系是必然趋势，以智能感知、信息共享、多角度印证、高效协同的预警方式，通过多种手段对全园区的火情整体情况和重点设施细节进行不同维度的分析。不同于传统火情信息感知体系，多维度火情感知体系更侧重场景分析和信息印证，通过分类布建覆盖园区全域及重点区域的多要素的火情感知设备，以不同视角对探测的火情信息进行智能分类及印证。

3.2 建立基于三维倾斜射影的消防预警综合研判系统

火情信息的应用离不开高精度、高准确度的消防预警综合研判系统，而传统的消防信息化系统普遍存在定位不准确、信息不及时、可视化较差等问题，而引入三维倾斜射影这类新型信息化手段能很好的解决相关问题。

三维倾斜射影技术是通过在同一飞行平台上搭载多台传感器，同时从垂直和4 个倾斜角等5 个不同的角度采集影像[9]，再结合后端的三维建模软件，快速高效建立区域的三维场景模型。三维场景模型可实现园区火情预警可视化和场景化的高效准确的应用，主要是通过对园区设施数据化、信息化模型整合，实现应用系统全生命周期过程内都能有效进行信息更新、共享和传递，便于使用人员准确掌握实时信息，实现各业务系统的协同管理；并利用参数化模型建模，园区内各个设施设备都具有对应的模型构件，并赋予对应特征，因此可以利用各类算法进行模型分析和计算，搭建相关应用场景分析。特别是通过不同的赋值分析有效反馈出园区内的高危区域和辐射范围，在火灾预警分析时，能很好的帮助实现人员逃生疏散指引，尽可能远离风险源，使逃生疏散更加科学有效。

3.3 火情预警精细化管控系统

火情处置需要建立高效率的沟通机制，以满足高时效性的火情管控需求；传统的火情管控措施主要依靠人工完成，沟通的效率和信息的有效性、时效性难以保障，建立基于统一平台的火情预警信息精细化管控系统，能有效梳理信息的流向和物资信息，确保各单位接受到最契合职能的消息，并结合周边消防资源情况、后端消防分析研判结果采取最有效的应急措施。

火情预警精细化管控系统基于园区的一体化平台和园区三维场景模型信息，建立一个整体可控的消防预警信息精细化管理模式，把消防物资、生态环境、消防建设、化工企业、安监部门等多行业、多部门进行有机结合，建成消防信息的共享机制，使园区内的火情处置活动能在统一指挥和调配下推进。系统能结合系统分析研判的消防方案，科学地分配消防资源和联动机制，采取针对性措施进行扑灭，实现园区内整体性的消防人力资源调度机制。同时，对火灾信息进行全过程记录，便于后续工作总结和模型优化。

4 案例分析

4.1 问题分析

为更好了解火情预警的关键点，现选择某化工园区进行火情预警系统建设成效分析。园区在之前的火警预警方面主要存在以下4 个问题：①园区内企业较多，种类复杂且位置分散，部分企业内有包括可燃液体、气体和毒性物质等物质的贮罐区；②园区内建有管委会，内有安监、安环、应急办等多个部门协调解决园区内部事务，园区有单独消防队，位于园区的西南角，消防报警主要通过电话沟通；③园区根据封闭管理要求，在园区周围建成了物理围栏，车辆和人员出入主要依靠规定的园区出入口，出入口设有道闸；④园区临江而建，临江的江堤线路因防汛要求处于半封闭状态，导致园区内逃生路径资源较少。

4.2 建设内容

考虑到园区的现实情况，结合优化的火情预警系统方案要求，建设园区火情预警优化系统，系统充分利用了物联网、大数据、3S、三维倾斜射影，模型仿真等技术，系统属于园区一体化平台重要组成部分。

4.2.1 园区火情预警综合管理平台

火情预警综合管理平台是园区火情管理的枢纽，平台依托可视化技术以及园区的三维场景模型，对所有相关的前端设备、模型分析结果、物资储备状态等信息进行统一展现，并支持地图展示。平台的主要功能是为火情的应急决策、领导驾驶舱、分析研判、指挥调度提供及时、可靠的图像信息。

4.2.2 园区火情预警信息采集系统

火情预警信息采集系统分为两个部分，分别是前端感知设备和后端信息分析系统。前端感知设备主要是由不同类型的前端感知设备组成，园区内设有覆盖整个园区范围内的高空热成像云台相机，全面监测园区内异常温度上升或烟雾情况。另外在园区主要道路和设施附近建有支持远程操作的监控设备，结合后端智能分析平台对图像进行分析。同时，依托企业数据互通，接入重点区域的温感、烟感物联网设备，实现局部区域的精准定位分析。后端信息分析系统主要是对前端感知设备采集的信息进行归类和初步分析，对于异常情况可实现多角度分析和远程联动，例如，某温感传感器识别到温度异常时，系统可自动调取附近的监控图像和高点热成像信息，自动整合发送至执勤大厅内进行人工判断。通过信息化的方法，解决园区覆盖范围大、组成复杂、多高危风险源等问题。

4.2.3 园区火情预警综合研判系统

火情预警综合研判系统是整个火情预警系统的核心，主要由火情信息处理、火情模型分析、火情处置分析研判辅助、火情处置过程等模块组成，通过大数据分析技术，结合模型分析和预案执行，快速响应火情应急管控，同时，对相关信息进行梳理和精准调配，加快各部门的反应速度。

4.2.4 消防资源管控一体化系统

消防资源管控一体化系统主要承担园区内消防重点监控区域状态分析，和消防相关设备设施的台账管理和可视化显示方面工作；系统基于园区三维场景模型，直观反映园区内建筑物的组成、分布和危险系数；同时，投影出附近各消防设备的空间位置信息、存量情况等，当火灾发生时，可为管理人员迅速判断周边形势，便于后续的资源调度和路径规划。

4.2.5 园区火情指挥调度系统

园区火情指挥调度系统基于园区统一的管理平台，根据各个部门的职能收发相关信息并记录相关过程，能有效解决园区内企业和部门较多、沟通方式单一、信息不对称等问题。同时，系统具有应急指挥的功能，通过与执勤终端、园区大喇叭和园区出入口道闸管理系统进行对接，可远程一键调控相关资源，实现包括调用江堤路径等应急资源，逃生路径规划和指引等功能，也符合在事故状态下，园区整体资源都是应急救援及疏散通道的要求[10]。

4.3 效果分析

目前园区内火情预警系统已正常运转使用近一年，相关信息化的手段能有效提升园区监控管理火情的能力，为园区提供高准确度的火情预警信息，为园区节约相关人力、物力资源。项目实施提升了园区信息化水平，促进了园区智慧建设和发展，为企业提供了更加安全可靠的运营环境，为周边群众的生命安全增加了一道有力屏障，具有显著的社会效益。

5 结语

本文通过对化工园区传统的火情预警系统缺陷进行优化，提出了建设集前端多角度分析，后端强可视化、智能化的火情预警优化方案。结合某园区的建设内容——建设园区火情预警综合管理平台、园区火情预警信息采集系统、园区火情预警综合研判系统、消防资源管控一体化系统和园区火情指挥调度系统的成效，说明方案能有效提升园区信息化管理水平，提高消防资源利用效率，减少园区内各部门沟通成本，实现精准有效的消防信息分析研判和火灾时路径规划，极大地提升化工园区的安全水平。