计算机仿真在消防救援工作中应用

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摘要：根据情景构建的理论和方法，基于同类事件的普遍规律、预期风险、真实背景，采用基于计算流体力学（CFD）技术的可靠先进软件工具，对事故情景的动态发展过程进行数字化模拟。由于巨灾演变复杂想象困难，更需要依托情景构建方法开展全景式描述。情景构建有利于凝聚整体力量，提高协调能力。短期内，情景构建有利于优化消防救援预案，完善应急响应机制，辅助指挥决策，提高救灾处突能力；长期看，情景构建能够准确排查风险点，帮助人们制定风险防范的综合治理措施。

关键词：消防；巨灾；情景构建；计算机仿真

消防救援队伍在进行灾害事故预先准备的时候，会首先对保卫对象或假设区域的情况进行熟悉。在情况熟悉的基础上，对未来一定时期内可能发生的事故情景进行合理设想，描述其主要威胁，并基于所设想的情景，制定相应的处置措施。合理的设想和情景构建，是消防救援准备工作开展的基础。但是巨灾情景的发生和演变都非常复杂，事先想象事故过程、寻找关键环节存在较大困难，导致事前的预案编制和应急措施往往和灾情实际难以匹配。基于计算机仿真的全景式巨灾情景构建是一种新的公共安全理论和应急准备技术方法，对提髙消防救援队伍应对巨灾场景的能力有着重要意义。

1引言

巨灾并不是一个精确的概念，一般指发生概率不大但是一旦发生将对人民生命财产造成特别巨大的破坏损失，对区域或国家经济社会产生严重影响的灾害事件。由于巨灾发生的概率较小，往往远离人们直觉所能感受的范围。对普通的灾害事故，专业人员可以对灾情的情景进行合理设想，然后根据合理设想的情景提出相应的应对准备措施，形成行之有效的处置预案。但是对于巨灾，人们往往职350能模糊的认识到威胁的存在，但是一旦威胁成真，灾情将如何发生、发展、演变，则难以想象和推理。人们无法从平时的救灾经验中构建准确的巨灾情景，从而导致灾情应对的迟钝与疏漏。以美国“9．11”事件为例，美国安全与防灾部门设想过许多灾害情景，也做了一定的准备，比如灾害发生后，双塔大楼实施了快速有效的人员疏散，空军一号迅速升空指挥，全美领空迅速实施“净空”行动，确保了避免后续航班再发生灾害事故和空中指挥的顺畅。但是由于没有人完整的模拟并检验过类似的灾害情景，“9．11”响应过程中出现了大量的消防员牺牲和银行、交易所等一些重要业务连续性出现中断，对社会公众心理产生了严重冲击。

2情景构建的意义

情景构建是基于真实背景，对某一类突发事故的普遍规律进行全过程、全方位的系统描述。情景构建需要对设想的灾害事故进行全景式构建，力图展现最广泛的风险和任务，模拟事故发生发展过程中的主要威胁。情景构建可以为加强风险治理和提高应急准备能力提供一套有效的方法。情景构建具有以下多重意义：

2．1有利于直观表现灾害基本规律

情景构建不同于传统的“典型案例”，而是基于灾害事件的普遍规律构建，具有全过程、全方位、全景式的特点，通过数字模型展现，直观性强。

2．2有利于凝聚部门共识

由于政府部门条块分割，各管一摊。不同层级政府，不同业务部门由于部门利益的束缚和思想认识的局限，对灾害事故缺乏统一认识。应急管理部门成立后，虽然突发事件的部门间协调得到了极大的提升，但是应急管理部无法强行统一各部门，各层级政府的思想。而一个直观的、全景式的情景展现，有利于让各部门对灾害事故形成直观的认识，进而关注和理解防灾部门的工作，形成跨部门共识。以情景构建为核心的危机应急准备理论与实践，已经在国内外得到了广泛的应用，在预防和应对重大事故灾难中发挥了重要作用。在准确模拟了灾害事故演变情景的基础上，以过程为中心开展预案编制工作，有助于凝聚整体力量，对灾害事故进行有效的预防、准备、响应，提高复杂情景下的作战指挥与协调能力。2007年美国国家安全委员会（NSC）了《美国重大突发事件情景规划》（NSP），描述了15种重大突发事件情景，并以这些假设情景为引导，提高重大突发事件的预防、准备、响应和恢复能力。2013年，北京市启动开展了大范围暴雪天气交通中断事件、重特大危险化学品事故等12项情景构建的专题研究。2015年7月，广州市安委会针对广州市南沙区小虎岛化工区、黄埔化工区、广州地铁等高风险区域启动情景构建研究。2018年，深圳市原安全生产监督管理局和深圳市城市公共安全技术研究院开展了深圳市下洞油气储存区、月亮湾大道成品油管道危险化学品事故巨灾情景构建研究。

3情景构建的技术路线

3．1情景构建的常用工具

FLACS软件是一款基于三维计算流体动力学（CFD）原理的模拟仿真软件，是一个全面的、易于使用的3D建模工具，在气体流体流通与扩散、蒸汽爆炸和爆破过程、流体泄漏与火灾事故等领域具有权威地位。模拟仿真过程全部采用3D建模，可以准确的预测后果（见图1、图2）。

3．2筛选事故情景查清重大风险

在构建事故情景之前，需要首先对研究对象进行摸底调查，掌握研究对象的基本情况、事故特点、工艺流程等详细信息。分析国内外与研究对象场景相近、性质类似的场所的事故案例，从而筛选出最具可能性的事故情景，避免无的放矢。

3．3构建情景场景模拟情景演化

通过有关主管部门，获取研究区域的地形地貌数据，选择合适的软件进行处理。处理成果作为场景基础文件导入FLACS软件的前处理模块，并进一步构建研究对象的数字3D模型＾根据上一步筛选出来的事故情景，模拟事故发生发展的全过程。在模拟过程中，需要使用一些数学模型计算泄漏、火灾、爆炸的演化过程。一般数学公式都可以在常用的资料中查找到。在模拟出事故过程后，需要对事故处置的任务进行梳理，划分响应阶段，形成情景任务的列表（见图3、图4）。

3．4分析事故后果梳理分解任务

事故发展的不同阶段，其影响和威胁的范围各不相同。要对影响范围内的人员数量、建筑情况、危险源等进行全面摸查，分析不同时间点人员伤亡、建构筑物受损等后果，为人员疏散转移和各种应急处置措施的开展提供科学依据。根据情景构建的成果，分析现有的处理事故的能力。

4情景构建在消防救援工作中的应用

情景构建在消防救援预案编制和临场指挥工作中都能够发挥重要作用。传统的消防救援预案是一种“预测－应对”型的预案，已经基本形成了一个“横向到边，纵向到底”的预案体系，该类预案以“职能”为中心，具有任务分工较为明确的优点，也具有条块分治，协调不足，难以信息共享形成合力的缺点。为克服以职能为中心的预案体系的缺点，我们应该结合情景构建，以过352程为中心编制消防救援预案。情景构建使消防救援准备工作有一个明确的目标，从而更好的提升了预案编制的针对性和有效性，帮助我们提高复杂情景下的作战指挥与协调能力。根据所构建的情景，我们应该将在消防救援预案中重点展现以下任务要素和解决方案：紧急情况的识别、报警和应急响应程序现场安全与控制安全距离和疏散范围疏散路线、程序和最佳方案危化品的处置程序医疗救护应急资源和战勤保障现场地形地貌、空间布局和气象条件与其他部门及救援力量的联勤联动增援的请求与调度程序

4．1紧急情况的识别、报警和应急响应程序

在情景构建的初期就会进行应急摸底调查，筛选事故情景，分析紧急情况的发生原因。灾害事故现场人员通过模拟情景的学习教育，很容易在初期对紧急情况进行识别研判。报警体现在两个方面，一是在灾害发生的单位或区域进行报警，通知现场人员；二是向应急救援部门进行报警。灾害发生单位和有关政府部门分别根据预案启动应急响应程序。

4．2现场安全与控制

包括灾害发生单位依据应急预案采取的现场安全与控制与政府部门采取的安全与控制措施，如：交通控制，物资控制与人员控制和信息通信控制，安全区域的划分和警戒等。

4．3安全距离和疏散范围

情景构建可以帮助我们准确的划定一个警戒与疏散范围。警戒线内可以按照模拟情况对区域的危险性进行分级。疏散范围则应尽可能准确：疏散范围太小，可能导致有群众在危险区没有疏散，面临生命和健康风险；疏散范围太大，则浪费救援力量，也影响疏散效率。

4．4疏散路线、程序和最佳方案

巨灾情景下，需要疏散人员数量较多，疏散方案的选择十分复杂，稍有不慎就容易导致秩序失控、恐慌和拥堵踩踏。疏散路线和最佳方案的选择往往需要根据不同方案、不同优先级反复模拟和权衡。

4．5危化品的处置程序

不管是危化品事故本身引发的灾害事故，还是其他灾害事故涉及到危化品事故。处置危化品事故都需要慎之又慎，所有参战人员都要做好自身的安全防护工作。

4．6医疗救护

消防救援队伍不是医疗救护的主体，但是巨灾情景下往往伴随着灾害现场的高度风险，需要消防救援队伍将人员搜救到相对安全的区域，必要时还要配合医疗救护部门对搜救出来的人员开展洗消作业。

4．7应急资源和战勤保障

巨灾情景下，事故的处理需要庞大的应急资源支持，通过情景构建，可以较为准确的对所需应急资源进行预判。但是政府部门和社会应急资源的调集往往需要一定的时间，消防救援队伍在救援的前期，要做好依靠自身做好战勤保障的精神准备。2019年江苏盐城响水县“3．21”爆炸事故中，江苏消防总队就调集了125名保障人员，45辆各类保障车对现场消防救援队伍实施保障，为一线作战指战员提供了有力的保障。

4．8现场地形地貌、空间布局和气象条件

通过情景构建，我们能够准确的了解气象条件，地形地貌以及建构筑物的布局对消防救援行动开展产生的影响，并针对性采取措施。

4．9与其他部门及救援力量的联勤联动

消防救援队伍要和各兄弟部门齐心协力，树立团队意识与合作意识，信息互联互通，防止互相扯皮。情景构建能够直观的展示灾情，有利于统一认识，凝聚力量。

4．10増援的请求与调度程序

巨灾情景下，必然需要调动更多的资源，更多的救援力量进行增援，需要在预案中对增援的请求与调度程序进行明确。

5小结

情景构建引人国内后，已经得到了不少部门的重视，也取得了一些研究成果。但是对于消防救援队伍，目前情景构建尚处于空白状态，面对可能到来的巨灾情景，准备不足，对可能发生的灾害的情景全凭经验和想象，亟需引人情景构建理论和方法，以科学手段增强消防救援队伍的巨灾应对能力，真正体现消防救援队伍主力军和国家队的地位和作用。

作者:邵啸峰 单位:广东省深圳市消防支队