基于LabVIEW的政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張曉婷，王曉麗，彭士濤,2

(1.天津理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津300384；2.交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所水路交通環(huán)境保護(hù)技術(shù)交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300456)

近年來(lái)，我國(guó)進(jìn)入經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的轉(zhuǎn)型期，各類安全事故的發(fā)生頻率、速度和影響不斷增加，極易造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[1-2]。在突發(fā)災(zāi)害、生產(chǎn)安全事故應(yīng)急救援的過(guò)程中，政府承擔(dān)著統(tǒng)籌者的角色，能夠調(diào)動(dòng)各方面的應(yīng)急救援力量，極大程度地降低事故的危害，減少事故帶來(lái)的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。例如在“天津港8·12火災(zāi)爆炸事故”中，由于事故具有專業(yè)性強(qiáng)、危險(xiǎn)性大的特點(diǎn)，救援過(guò)程中需要政府力量參與救援[3]。應(yīng)急演練是政府部門完善應(yīng)急準(zhǔn)備、鍛煉專業(yè)應(yīng)急隊(duì)伍、磨合應(yīng)急機(jī)制以及開(kāi)展科普宣教的主要手段，應(yīng)急預(yù)案的演練效果直接決定了事故發(fā)生后的應(yīng)急救援效果[4]。周期性的應(yīng)急演練可以提高政府部門應(yīng)急工作人員的應(yīng)急能力及協(xié)同配合能力，熟練應(yīng)急響應(yīng)流程，對(duì)快速、有效地處置突發(fā)安全事故至關(guān)重要[5-7]。

按組織形式劃分，應(yīng)急演練可分為桌面演練和實(shí)戰(zhàn)演練[8]，因?qū)崙?zhàn)演練受人員、場(chǎng)地、時(shí)間等因素的限制，具有許多局限性，很難經(jīng)常性的開(kāi)展，所以桌面演練越來(lái)越受到應(yīng)急人員的青睞。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，許多學(xué)者將計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)與桌面演練相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了相關(guān)的應(yīng)急模擬演練系統(tǒng)[9-12]。如楊用君等[13]研究認(rèn)為采用一個(gè)現(xiàn)代化的通用應(yīng)急平臺(tái)，可以降低成本、精簡(jiǎn)人員，提高應(yīng)急響應(yīng)的效率和成功率；王瑜等[14]提出了一種基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的化工事故應(yīng)急救援協(xié)同演練系統(tǒng)，并將該演練系統(tǒng)應(yīng)用于某石化公司的日常應(yīng)急演練培訓(xùn)中；劉永立等[15]針對(duì)當(dāng)前煤礦應(yīng)急救援演練的現(xiàn)狀，提出了一種基于Unity3D渲染引擎的煤礦火災(zāi)應(yīng)急救援演練系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案；Bernardes等[16]結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)提出了建筑物應(yīng)急疏散演練培訓(xùn)方法，提高了培訓(xùn)的有效性；Sharma等[17]通過(guò)石油儲(chǔ)存終端事故案例的研究，提出采用電子事故指揮系統(tǒng)用于加強(qiáng)石油化工類事故的應(yīng)急響應(yīng)。

綜上所述，目前關(guān)于桌面應(yīng)急模擬演練方面的研究大多是針對(duì)某一特定行業(yè)，如化工企業(yè)、煤礦企業(yè)等，適用于政府部門的桌面應(yīng)急模擬演練系統(tǒng)方面的研究很少。本文以某市政府危險(xiǎn)化學(xué)品事故應(yīng)急預(yù)案為例，構(gòu)建了政府危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)，利用LabVIEW和桌面演練，開(kāi)發(fā)了虛擬演練平臺(tái)。LabVIEW無(wú)需文本程序代碼，將復(fù)雜繁瑣的語(yǔ)言編程簡(jiǎn)化為圖標(biāo)的形式，可為用戶提供簡(jiǎn)單、快捷的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)預(yù)案的可視化，使政府部門應(yīng)急工作人員熟悉危險(xiǎn)化學(xué)品事故的應(yīng)急流程，增強(qiáng)人員間協(xié)同配合能力，從而提升政府部門的整體應(yīng)急救援能力。

1　演練系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)及功能設(shè)計(jì)

1. 1　演練系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

政府部門應(yīng)急演練的實(shí)質(zhì)是一種從應(yīng)急指揮人員、一線應(yīng)急人員到普通職員的綜合性應(yīng)急培訓(xùn)和訓(xùn)練，讓參演人員按照所設(shè)想的步驟和方法采取一系列適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。模擬演練是否與應(yīng)急預(yù)案一致，是否符合實(shí)際情況且有效，關(guān)鍵在于應(yīng)急演練模式的設(shè)計(jì)。

本文基于某市政府危險(xiǎn)化學(xué)品事故應(yīng)急預(yù)案，參照我國(guó)《突發(fā)事件應(yīng)急演練指南》和其他相關(guān)政策文件，以應(yīng)急預(yù)案為支撐框架，在統(tǒng)計(jì)該政府管轄范圍內(nèi)以往的危險(xiǎn)化學(xué)品事故資料的基礎(chǔ)上，編制了事故演練腳本，依據(jù)事故處置流程構(gòu)建事件、應(yīng)急部門、應(yīng)急任務(wù)之間的關(guān)系，并要求所有參演人員在各自計(jì)算機(jī)上完成設(shè)定的演練任務(wù)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)整個(gè)模擬演練過(guò)程。

事故演練腳本主要包括事故情景構(gòu)建、演練題庫(kù)設(shè)計(jì)等。危險(xiǎn)化學(xué)品事故處置程序的關(guān)鍵環(huán)節(jié)包括接警、警情判斷、應(yīng)急啟動(dòng)、現(xiàn)場(chǎng)處置、事態(tài)控制、應(yīng)急恢復(fù)、應(yīng)急結(jié)束。根據(jù)所構(gòu)建的事件情景，分析各事件環(huán)節(jié)事故信息所包含的應(yīng)急任務(wù)，明確各項(xiàng)任務(wù)所涉及的責(zé)任人、資源、措施與“事故”之間的制約關(guān)系[18]，從而編制每個(gè)參演人員的演練題庫(kù)。

1. 2　演練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)

政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，通過(guò)模塊間的聯(lián)合作用實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，主要包括以下6個(gè)模塊：數(shù)據(jù)庫(kù)模塊、演練方案模塊、用戶登錄模塊、演練操作界面模塊、題目加載模塊、演練評(píng)估模塊。該演練系統(tǒng)以LabVIEW虛擬軟件平臺(tái)作為支撐平臺(tái)，進(jìn)行演練數(shù)據(jù)讀取和傳遞、信息同步和管理，實(shí)現(xiàn)模塊間的聯(lián)動(dòng)功能和用戶與系統(tǒng)的交互。政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖1。

圖1　政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)Fig.1　　　　Structure chart of simulation rehearsal system for emergency plan of government departments

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊為用戶登錄模塊提供用戶的登錄信息，為演練方案模塊提供應(yīng)急決策時(shí)的應(yīng)急物資信息，同時(shí)保存演練評(píng)估模塊的演練結(jié)果資料；演練方案模塊制定演練方案及演練題庫(kù)；用戶登錄模塊用于驗(yàn)證用戶登錄信息，根據(jù)用戶選擇的部門、職責(zé)，自動(dòng)匹配相對(duì)應(yīng)的演練方案；演練操作界面模塊根據(jù)演練方案向題目加載模塊發(fā)送相應(yīng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行題目的加載，題目加載模塊在作出反應(yīng)的同時(shí)將處理后的數(shù)據(jù)反饋給演練操作界面模塊，控制演練進(jìn)程；隨著演練的進(jìn)行，演練操作界面模塊和題目加載模塊分別向演練評(píng)估模塊輸送用戶答案和正確答案，直到演練結(jié)束后，演練評(píng)估模塊得到評(píng)價(jià)結(jié)果，并將其保存在數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中，用于用戶后期查看、學(xué)習(xí)和改進(jìn)。政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，見(jiàn)圖2。

圖2　政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程Fig.2　　　　Business flowchart of simulation rehearsal system for emergency plan of government departments

1.2.1數(shù)據(jù)庫(kù)模塊

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊包括用戶資料數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)急物資數(shù)據(jù)庫(kù)、演練結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)和其他數(shù)據(jù)庫(kù)。用戶資料數(shù)據(jù)庫(kù)可對(duì)用戶信息進(jìn)行更改、增添或刪除操作，內(nèi)容包括人員所在應(yīng)急部門、職位、聯(lián)絡(luò)方式等；應(yīng)急物資數(shù)據(jù)庫(kù)包括該區(qū)域內(nèi)的所有可動(dòng)用的應(yīng)急物資，如各類消防器材、個(gè)體防護(hù)用品等；演練結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)用于保存所有用戶演練評(píng)價(jià)的結(jié)果；其他數(shù)據(jù)庫(kù)包括該區(qū)域建立的危險(xiǎn)化學(xué)品檔案、事故隱患單位的相關(guān)資料等。

1.2.2演練方案模塊

演練方案模塊包括根據(jù)演練需要制定的事故情景庫(kù)和演練題庫(kù)，用于演練方案的管理和修訂。事故情景庫(kù)包括事故類型、情景概要、事件后果、背景信息、演化過(guò)程等要素；演練題庫(kù)包括不同事故情景下各部門的演練內(nèi)容和題目答案。演練方案數(shù)據(jù)采用xml格式腳本語(yǔ)言，通過(guò)讀取腳本信息錄入系統(tǒng)，從而進(jìn)行演練的實(shí)施。

1.2.3用戶登錄模塊

用戶登錄模塊用于驗(yàn)證用戶的登錄信息和匹配演練方案。在進(jìn)入演練操作界面前，用戶需先進(jìn)入用戶登錄模塊進(jìn)行身份驗(yàn)證，在輸入用戶名、部門、職位、密碼等內(nèi)容后，用戶登錄模塊會(huì)根據(jù)輸入帳號(hào)查詢用戶的登錄信息和權(quán)限，匹配正確后人員方可進(jìn)入演練操作界面開(kāi)始演練。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)用戶選擇的部門、職責(zé)，自動(dòng)匹配相對(duì)應(yīng)的演練考核方案。

1.2.4演練操作界面模塊

演練操作界面模塊是參演用戶進(jìn)行事故應(yīng)急演練最重要的環(huán)節(jié)，可進(jìn)行模擬演練測(cè)試。該演練操作界面在LabVIEW程序前面板上顯示，測(cè)試題目包括單選、多選和判斷等類型，以便于人員快速做出應(yīng)答，界面上顯示相關(guān)考核題目、事故場(chǎng)景、用戶姓名、職責(zé)、演練計(jì)時(shí)等信息。

1.2.5題目加載模塊

題目加載模塊在用戶進(jìn)入演練操作界面后啟動(dòng)，針對(duì)演練方案編寫相應(yīng)的演練腳本及邏輯，并通過(guò)LabVIEW程序在演練腳本中調(diào)用相關(guān)操作以實(shí)現(xiàn)對(duì)演練邏輯的控制，同時(shí)按照演練邏輯順序讀取并加載演練題庫(kù)中的題目，題目顯示在演練操作界面上，控制演練系統(tǒng)的進(jìn)程，直到讀取完最后一個(gè)題目時(shí)結(jié)束運(yùn)行。

1.2.6演練評(píng)估模塊

進(jìn)入演練操作界面后，演練評(píng)估模塊自動(dòng)記錄用戶選擇的答案，并與正確答案進(jìn)行比較；演練結(jié)束后系統(tǒng)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)參演人員的得分情況，并將演練結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中，可通過(guò)excel等多種文檔形式導(dǎo)出。

2　演練系統(tǒng)的模擬演示

本文以某市政府區(qū)域內(nèi)的一水廠加氯間液氯泄漏事故為例，進(jìn)行演練系統(tǒng)的模擬演示。參加此次演練的部門包括安監(jiān)局、消防局、公安局、交管局、環(huán)保局、氣象局、宣傳委和應(yīng)急委辦公室；應(yīng)急工作人員包括以上各應(yīng)急指揮部成員單位的局長(zhǎng)、事故接報(bào)人、一線應(yīng)急人員和其他職員。由一名主持人引導(dǎo)參演人員就坐，講述演練規(guī)則。演練集合時(shí)間為9∶00，所有參演人員于9∶10準(zhǔn)時(shí)進(jìn)入虛擬演練系統(tǒng)，并在登錄界面上輸入自己所在的部門、職位、姓名等信息，此外總指揮還需選擇事故情景。

2. 1　事故情景介紹

參演人員登錄成功后開(kāi)始進(jìn)行模擬演練。首先，安監(jiān)局、消防局事故接報(bào)人的系統(tǒng)于9∶15時(shí)刻自動(dòng)跳轉(zhuǎn)到演練操作界面，開(kāi)始播放事故情景視頻，其他人員則需配合等待通知。事故情景信息為：該市政府管轄區(qū)域內(nèi)的一水廠加氯間氯氣鋼瓶閥門銹蝕發(fā)生液氯泄漏，2名企業(yè)人員佩戴企業(yè)自備的正壓式空氣呼吸器進(jìn)入加氯間，啟動(dòng)中和塔并關(guān)閉門窗，由于氯氣鋼瓶閥門嚴(yán)重銹蝕，閥門不能關(guān)閉，但成功啟動(dòng)了中和塔，氯氣向外擴(kuò)散的速率得以降低。經(jīng)初步判斷，氯氣泄漏量小于200 L，企業(yè)已在加氯間外圍60 m位置設(shè)置了警戒線，且60 m范圍內(nèi)的所有人員都已安全疏散，暫無(wú)人員中毒或受傷現(xiàn)象，事故有繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì)。廠領(lǐng)導(dǎo)指示等待政府救援，并向119和安監(jiān)局詳細(xì)報(bào)告了事故進(jìn)展情況。

2. 2　模擬演練過(guò)程

進(jìn)入演練操作界面后，系統(tǒng)按照演練腳本中該起液氯泄漏事故的處置環(huán)節(jié)進(jìn)行模擬演練，每個(gè)應(yīng)急部門的人員根據(jù)各自的演練任務(wù)答題。表1為事故演練環(huán)節(jié)中各應(yīng)急部門對(duì)應(yīng)的演練任務(wù)。

表1　事故演練環(huán)節(jié)中各應(yīng)急部門對(duì)應(yīng)的演練任務(wù)Table 1　Tasks of each department in the course of accident rehearsal

注：表中“√”表示對(duì)事件環(huán)節(jié)有響應(yīng)；無(wú)“√”表示對(duì)事件環(huán)節(jié)無(wú)響應(yīng)。

2. 3　演練題庫(kù)展示

在上述的模擬演練過(guò)程中，演練題目依據(jù)每個(gè)參演成員演練環(huán)節(jié)的演練任務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，題目形式包括單選題、多選題、判斷題，采用xml格式文件保存演練題目。圖3為消防部門現(xiàn)場(chǎng)救援演練環(huán)節(jié)的部分考核題目。

圖3　消防部門現(xiàn)場(chǎng)救援演練環(huán)節(jié)的部分考核題目Fig.3　　　　Some examination questions of the fire department on the spot rescue drill link

2. 4　演練結(jié)果處理

演練結(jié)束后，演練評(píng)估模塊會(huì)對(duì)比用戶答案和正確答案對(duì)參演人員的演練情況進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)顯示在操作界面上。演練結(jié)果保存在數(shù)據(jù)庫(kù)模塊中，可通過(guò)excel文檔等形式導(dǎo)出，方便人員后期查看、學(xué)習(xí)和改進(jìn)。

3　結(jié)　論

要想控制安全生產(chǎn)事故，需要企業(yè)、政府和廣大員工的共同努力，其中政府的指導(dǎo)和監(jiān)管工作起著至關(guān)重要的作用[19]。應(yīng)急演練是政府部門完善應(yīng)急準(zhǔn)備、提升應(yīng)急救援能力的重要手段?；贚abVIEW和桌面演練開(kāi)發(fā)了政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的實(shí)地演練轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)平臺(tái)上模擬運(yùn)行，不同終端的用戶通過(guò)演練平臺(tái)協(xié)作完成事故模擬演練任務(wù)，使參演人員熟悉演練內(nèi)容及各自職責(zé)，熟知事故發(fā)生后的處理流程，從而提高應(yīng)急工作人員的應(yīng)急能力。

本文設(shè)計(jì)的政府部門應(yīng)急預(yù)案模擬演練系統(tǒng)具有開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、靈活、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)。該演練系統(tǒng)采用LabVIEW設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，無(wú)需復(fù)雜的文本程序代碼，給用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、快捷的程序設(shè)計(jì)環(huán)境，對(duì)于沒(méi)有編程經(jīng)驗(yàn)的人來(lái)說(shuō)，可極大地節(jié)省程序開(kāi)發(fā)的時(shí)間，擺脫對(duì)專業(yè)編程人員的依賴；同時(shí)，該演練系統(tǒng)不受時(shí)間、地域和天氣的限制，可靈活地選擇演練時(shí)間和不同事故場(chǎng)景，模擬各種突發(fā)應(yīng)急情況,且當(dāng)實(shí)際情況發(fā)生改變而需要變更演練內(nèi)容時(shí)，可在數(shù)據(jù)庫(kù)的腳本語(yǔ)言中進(jìn)行修改，靈活性好；此外，該演練系統(tǒng)可用于政府部門的不同演練計(jì)劃，既可以在組織演練時(shí)使用，也可在培訓(xùn)應(yīng)急工作人員時(shí)使用，適用范圍廣。

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