計(jì)算機(jī)仿真在消防救援工作中應(yīng)用

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摘要：根據(jù)情景構(gòu)建的理論和方法，基于同類事件的普遍規(guī)律、預(yù)期風(fēng)險(xiǎn)、真實(shí)背景，采用基于計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)的可靠先進(jìn)軟件工具，對事故情景的動(dòng)態(tài)發(fā)展過程進(jìn)行數(shù)字化模擬。由于巨災(zāi)演變復(fù)雜想象困難，更需要依托情景構(gòu)建方法開展全景式描述。情景構(gòu)建有利于凝聚整體力量，提高協(xié)調(diào)能力。短期內(nèi)，情景構(gòu)建有利于優(yōu)化消防救援預(yù)案，完善應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，輔助指揮決策，提高救災(zāi)處突能力；長期看，情景構(gòu)建能夠準(zhǔn)確排查風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，幫助人們制定風(fēng)險(xiǎn)防范的綜合治理措施。

關(guān)鍵詞：消防；巨災(zāi)；情景構(gòu)建；計(jì)算機(jī)仿真

消防救援隊(duì)伍在進(jìn)行災(zāi)害事故預(yù)先準(zhǔn)備的時(shí)候，會(huì)首先對保衛(wèi)對象或假設(shè)區(qū)域的情況進(jìn)行熟悉。在情況熟悉的基礎(chǔ)上，對未來一定時(shí)期內(nèi)可能發(fā)生的事故情景進(jìn)行合理設(shè)想，描述其主要威脅，并基于所設(shè)想的情景，制定相應(yīng)的處置措施。合理的設(shè)想和情景構(gòu)建，是消防救援準(zhǔn)備工作開展的基礎(chǔ)。但是巨災(zāi)情景的發(fā)生和演變都非常復(fù)雜，事先想象事故過程、尋找關(guān)鍵環(huán)節(jié)存在較大困難，導(dǎo)致事前的預(yù)案編制和應(yīng)急措施往往和災(zāi)情實(shí)際難以匹配。基于計(jì)算機(jī)仿真的全景式巨災(zāi)情景構(gòu)建是一種新的公共安全理論和應(yīng)急準(zhǔn)備技術(shù)方法，對提髙消防救援隊(duì)伍應(yīng)對巨災(zāi)場景的能力有著重要意義。

1引言

巨災(zāi)并不是一個(gè)精確的概念，一般指發(fā)生概率不大但是一旦發(fā)生將對人民生命財(cái)產(chǎn)造成特別巨大的破壞損失，對區(qū)域或國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響的災(zāi)害事件。由于巨災(zāi)發(fā)生的概率較小，往往遠(yuǎn)離人們直覺所能感受的范圍。對普通的災(zāi)害事故，專業(yè)人員可以對災(zāi)情的情景進(jìn)行合理設(shè)想，然后根據(jù)合理設(shè)想的情景提出相應(yīng)的應(yīng)對準(zhǔn)備措施，形成行之有效的處置預(yù)案。但是對于巨災(zāi)，人們往往職350能模糊的認(rèn)識到威脅的存在，但是一旦威脅成真，災(zāi)情將如何發(fā)生、發(fā)展、演變，則難以想象和推理。人們無法從平時(shí)的救災(zāi)經(jīng)驗(yàn)中構(gòu)建準(zhǔn)確的巨災(zāi)情景，從而導(dǎo)致災(zāi)情應(yīng)對的遲鈍與疏漏。以美國“9．11”事件為例，美國安全與防災(zāi)部門設(shè)想過許多災(zāi)害情景，也做了一定的準(zhǔn)備，比如災(zāi)害發(fā)生后，雙塔大樓實(shí)施了快速有效的人員疏散，空軍一號迅速升空指揮，全美領(lǐng)空迅速實(shí)施“凈空”行動(dòng)，確保了避免后續(xù)航班再發(fā)生災(zāi)害事故和空中指揮的順暢。但是由于沒有人完整的模擬并檢驗(yàn)過類似的災(zāi)害情景，“9．11”響應(yīng)過程中出現(xiàn)了大量的消防員犧牲和銀行、交易所等一些重要業(yè)務(wù)連續(xù)性出現(xiàn)中斷，對社會(huì)公眾心理產(chǎn)生了嚴(yán)重沖擊。

2情景構(gòu)建的意義

情景構(gòu)建是基于真實(shí)背景，對某一類突發(fā)事故的普遍規(guī)律進(jìn)行全過程、全方位的系統(tǒng)描述。情景構(gòu)建需要對設(shè)想的災(zāi)害事故進(jìn)行全景式構(gòu)建，力圖展現(xiàn)最廣泛的風(fēng)險(xiǎn)和任務(wù)，模擬事故發(fā)生發(fā)展過程中的主要威脅。情景構(gòu)建可以為加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)治理和提高應(yīng)急準(zhǔn)備能力提供一套有效的方法。情景構(gòu)建具有以下多重意義：

2．1有利于直觀表現(xiàn)災(zāi)害基本規(guī)律

情景構(gòu)建不同于傳統(tǒng)的“典型案例”，而是基于災(zāi)害事件的普遍規(guī)律構(gòu)建，具有全過程、全方位、全景式的特點(diǎn)，通過數(shù)字模型展現(xiàn)，直觀性強(qiáng)。

2．2有利于凝聚部門共識

由于政府部門條塊分割，各管一攤。不同層級政府，不同業(yè)務(wù)部門由于部門利益的束縛和思想認(rèn)識的局限，對災(zāi)害事故缺乏統(tǒng)一認(rèn)識。應(yīng)急管理部門成立后，雖然突發(fā)事件的部門間協(xié)調(diào)得到了極大的提升，但是應(yīng)急管理部無法強(qiáng)行統(tǒng)一各部門，各層級政府的思想。而一個(gè)直觀的、全景式的情景展現(xiàn)，有利于讓各部門對災(zāi)害事故形成直觀的認(rèn)識，進(jìn)而關(guān)注和理解防災(zāi)部門的工作，形成跨部門共識。以情景構(gòu)建為核心的危機(jī)應(yīng)急準(zhǔn)備理論與實(shí)踐，已經(jīng)在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，在預(yù)防和應(yīng)對重大事故災(zāi)難中發(fā)揮了重要作用。在準(zhǔn)確模擬了災(zāi)害事故演變情景的基礎(chǔ)上，以過程為中心開展預(yù)案編制工作，有助于凝聚整體力量，對災(zāi)害事故進(jìn)行有效的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)，提高復(fù)雜情景下的作戰(zhàn)指揮與協(xié)調(diào)能力。2007年美國國家安全委員會(huì)（NSC）了《美國重大突發(fā)事件情景規(guī)劃》（NSP），描述了15種重大突發(fā)事件情景，并以這些假設(shè)情景為引導(dǎo)，提高重大突發(fā)事件的預(yù)防、準(zhǔn)備、響應(yīng)和恢復(fù)能力。2013年，北京市啟動(dòng)開展了大范圍暴雪天氣交通中斷事件、重特大危險(xiǎn)化學(xué)品事故等12項(xiàng)情景構(gòu)建的專題研究。2015年7月，廣州市安委會(huì)針對廣州市南沙區(qū)小虎島化工區(qū)、黃埔化工區(qū)、廣州地鐵等高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域啟動(dòng)情景構(gòu)建研究。2018年，深圳市原安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局和深圳市城市公共安全技術(shù)研究院開展了深圳市下洞油氣儲存區(qū)、月亮灣大道成品油管道危險(xiǎn)化學(xué)品事故巨災(zāi)情景構(gòu)建研究。

3情景構(gòu)建的技術(shù)路線

3．1情景構(gòu)建的常用工具

FLACS軟件是一款基于三維計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）原理的模擬仿真軟件，是一個(gè)全面的、易于使用的3D建模工具，在氣體流體流通與擴(kuò)散、蒸汽爆炸和爆破過程、流體泄漏與火災(zāi)事故等領(lǐng)域具有權(quán)威地位。模擬仿真過程全部采用3D建模，可以準(zhǔn)確的預(yù)測后果（見圖1、圖2）。

3．2篩選事故情景查清重大風(fēng)險(xiǎn)

在構(gòu)建事故情景之前，需要首先對研究對象進(jìn)行摸底調(diào)查，掌握研究對象的基本情況、事故特點(diǎn)、工藝流程等詳細(xì)信息。分析國內(nèi)外與研究對象場景相近、性質(zhì)類似的場所的事故案例，從而篩選出最具可能性的事故情景，避免無的放矢。

3．3構(gòu)建情景場景模擬情景演化

通過有關(guān)主管部門，獲取研究區(qū)域的地形地貌數(shù)據(jù)，選擇合適的軟件進(jìn)行處理。處理成果作為場景基礎(chǔ)文件導(dǎo)入FLACS軟件的前處理模塊，并進(jìn)一步構(gòu)建研究對象的數(shù)字3D模型＾根據(jù)上一步篩選出來的事故情景，模擬事故發(fā)生發(fā)展的全過程。在模擬過程中，需要使用一些數(shù)學(xué)模型計(jì)算泄漏、火災(zāi)、爆炸的演化過程。一般數(shù)學(xué)公式都可以在常用的資料中查找到。在模擬出事故過程后，需要對事故處置的任務(wù)進(jìn)行梳理，劃分響應(yīng)階段，形成情景任務(wù)的列表（見圖3、圖4）。

3．4分析事故后果梳理分解任務(wù)

事故發(fā)展的不同階段，其影響和威脅的范圍各不相同。要對影響范圍內(nèi)的人員數(shù)量、建筑情況、危險(xiǎn)源等進(jìn)行全面摸查，分析不同時(shí)間點(diǎn)人員傷亡、建構(gòu)筑物受損等后果，為人員疏散轉(zhuǎn)移和各種應(yīng)急處置措施的開展提供科學(xué)依據(jù)。根據(jù)情景構(gòu)建的成果，分析現(xiàn)有的處理事故的能力。

4情景構(gòu)建在消防救援工作中的應(yīng)用

情景構(gòu)建在消防救援預(yù)案編制和臨場指揮工作中都能夠發(fā)揮重要作用。傳統(tǒng)的消防救援預(yù)案是一種“預(yù)測－應(yīng)對”型的預(yù)案，已經(jīng)基本形成了一個(gè)“橫向到邊，縱向到底”的預(yù)案體系，該類預(yù)案以“職能”為中心，具有任務(wù)分工較為明確的優(yōu)點(diǎn)，也具有條塊分治，協(xié)調(diào)不足，難以信息共享形成合力的缺點(diǎn)。為克服以職能為中心的預(yù)案體系的缺點(diǎn)，我們應(yīng)該結(jié)合情景構(gòu)建，以過352程為中心編制消防救援預(yù)案。情景構(gòu)建使消防救援準(zhǔn)備工作有一個(gè)明確的目標(biāo)，從而更好的提升了預(yù)案編制的針對性和有效性，幫助我們提高復(fù)雜情景下的作戰(zhàn)指揮與協(xié)調(diào)能力。根據(jù)所構(gòu)建的情景，我們應(yīng)該將在消防救援預(yù)案中重點(diǎn)展現(xiàn)以下任務(wù)要素和解決方案：緊急情況的識別、報(bào)警和應(yīng)急響應(yīng)程序現(xiàn)場安全與控制安全距離和疏散范圍疏散路線、程序和最佳方案危化品的處置程序醫(yī)療救護(hù)應(yīng)急資源和戰(zhàn)勤保障現(xiàn)場地形地貌、空間布局和氣象條件與其他部門及救援力量的聯(lián)勤聯(lián)動(dòng)增援的請求與調(diào)度程序

4．1緊急情況的識別、報(bào)警和應(yīng)急響應(yīng)程序

在情景構(gòu)建的初期就會(huì)進(jìn)行應(yīng)急摸底調(diào)查，篩選事故情景，分析緊急情況的發(fā)生原因。災(zāi)害事故現(xiàn)場人員通過模擬情景的學(xué)習(xí)教育，很容易在初期對緊急情況進(jìn)行識別研判。報(bào)警體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是在災(zāi)害發(fā)生的單位或區(qū)域進(jìn)行報(bào)警，通知現(xiàn)場人員；二是向應(yīng)急救援部門進(jìn)行報(bào)警。災(zāi)害發(fā)生單位和有關(guān)政府部門分別根據(jù)預(yù)案啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)程序。

4．2現(xiàn)場安全與控制

包括災(zāi)害發(fā)生單位依據(jù)應(yīng)急預(yù)案采取的現(xiàn)場安全與控制與政府部門采取的安全與控制措施，如：交通控制，物資控制與人員控制和信息通信控制，安全區(qū)域的劃分和警戒等。

4．3安全距離和疏散范圍

情景構(gòu)建可以幫助我們準(zhǔn)確的劃定一個(gè)警戒與疏散范圍。警戒線內(nèi)可以按照模擬情況對區(qū)域的危險(xiǎn)性進(jìn)行分級。疏散范圍則應(yīng)盡可能準(zhǔn)確：疏散范圍太小，可能導(dǎo)致有群眾在危險(xiǎn)區(qū)沒有疏散，面臨生命和健康風(fēng)險(xiǎn)；疏散范圍太大，則浪費(fèi)救援力量，也影響疏散效率。

4．4疏散路線、程序和最佳方案

巨災(zāi)情景下，需要疏散人員數(shù)量較多，疏散方案的選擇十分復(fù)雜，稍有不慎就容易導(dǎo)致秩序失控、恐慌和擁堵踩踏。疏散路線和最佳方案的選擇往往需要根據(jù)不同方案、不同優(yōu)先級反復(fù)模擬和權(quán)衡。

4．5危化品的處置程序

不管是危化品事故本身引發(fā)的災(zāi)害事故，還是其他災(zāi)害事故涉及到危化品事故。處置危化品事故都需要慎之又慎，所有參戰(zhàn)人員都要做好自身的安全防護(hù)工作。

4．6醫(yī)療救護(hù)

消防救援隊(duì)伍不是醫(yī)療救護(hù)的主體，但是巨災(zāi)情景下往往伴隨著災(zāi)害現(xiàn)場的高度風(fēng)險(xiǎn)，需要消防救援隊(duì)伍將人員搜救到相對安全的區(qū)域，必要時(shí)還要配合醫(yī)療救護(hù)部門對搜救出來的人員開展洗消作業(yè)。

4．7應(yīng)急資源和戰(zhàn)勤保障

巨災(zāi)情景下，事故的處理需要龐大的應(yīng)急資源支持，通過情景構(gòu)建，可以較為準(zhǔn)確的對所需應(yīng)急資源進(jìn)行預(yù)判。但是政府部門和社會(huì)應(yīng)急資源的調(diào)集往往需要一定的時(shí)間，消防救援隊(duì)伍在救援的前期，要做好依靠自身做好戰(zhàn)勤保障的精神準(zhǔn)備。2019年江蘇鹽城響水縣“3．21”爆炸事故中，江蘇消防總隊(duì)就調(diào)集了125名保障人員，45輛各類保障車對現(xiàn)場消防救援隊(duì)伍實(shí)施保障，為一線作戰(zhàn)指戰(zhàn)員提供了有力的保障。

4．8現(xiàn)場地形地貌、空間布局和氣象條件

通過情景構(gòu)建，我們能夠準(zhǔn)確的了解氣象條件，地形地貌以及建構(gòu)筑物的布局對消防救援行動(dòng)開展產(chǎn)生的影響，并針對性采取措施。

4．9與其他部門及救援力量的聯(lián)勤聯(lián)動(dòng)

消防救援隊(duì)伍要和各兄弟部門齊心協(xié)力，樹立團(tuán)隊(duì)意識與合作意識，信息互聯(lián)互通，防止互相扯皮。情景構(gòu)建能夠直觀的展示災(zāi)情，有利于統(tǒng)一認(rèn)識，凝聚力量。

4．10増?jiān)恼埱笈c調(diào)度程序

巨災(zāi)情景下，必然需要調(diào)動(dòng)更多的資源，更多的救援力量進(jìn)行增援，需要在預(yù)案中對增援的請求與調(diào)度程序進(jìn)行明確。

5小結(jié)

情景構(gòu)建引人國內(nèi)后，已經(jīng)得到了不少部門的重視，也取得了一些研究成果。但是對于消防救援隊(duì)伍，目前情景構(gòu)建尚處于空白狀態(tài)，面對可能到來的巨災(zāi)情景，準(zhǔn)備不足，對可能發(fā)生的災(zāi)害的情景全憑經(jīng)驗(yàn)和想象，亟需引人情景構(gòu)建理論和方法，以科學(xué)手段增強(qiáng)消防救援隊(duì)伍的巨災(zāi)應(yīng)對能力，真正體現(xiàn)消防救援隊(duì)伍主力軍和國家隊(duì)的地位和作用。

作者:邵嘯峰 單位:廣東省深圳市消防支隊(duì)