一種快速預測?；沸孤┦鹿屎蠊挠嬎丬浖?/h1>
2021-12-23 07:29:03朱紅亞李晶晶許曉元
今日消防 2021年7期 關(guān)鍵詞：消防
朱紅亞 李晶晶 許曉元
摘要：為我國石油化工行業(yè)提供高效可靠的應急救援疏散決策支持技術(shù)，文章介紹了一種可快速預測危化品泄漏事故后果的計算軟件。充分利用C/S架構(gòu)軟件強大的科學計算能力和WEBGIS直觀的表現(xiàn)形式的優(yōu)點，結(jié)合Embarcadero RAD Studio 2015（Delphi XE8）高級程序語言進行軟件平臺的開發(fā)設計，建立了常見?；防砘再|(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫、閾值判定數(shù)據(jù)庫，可選擇應用輕氣擴散模型（高斯模型和改進高斯模型）、重氣擴散模型（SLAB模型、TWODEE模型）模擬預測各類輕重質(zhì)氣體泄漏擴散事故后果的影響范圍和濃度峰值等。此軟件應用范圍廣，適用性強，模擬預測結(jié)果快速、準確，可實現(xiàn)在WEB GIS地圖上的可視化，從而為消防實戰(zhàn)服務。
關(guān)鍵詞：消防;?；沸孤?事故后果;快速預測
隨著石油化工大型化、集約化快速發(fā)展，及建設周期性階段性老化問題的暴露，近年來石油化工災害事故頻繁發(fā)生，由此導致人員傷亡、經(jīng)濟損失、生態(tài)和環(huán)境的破壞。為提升我國石油化工行業(yè)風險管理與防治技術(shù)水平，提高石油化工總體消防規(guī)劃科學水平和應急救援能力，應急管理部天津消防研究所圍繞?；沸孤┦鹿誓Ｊ?、擴散演變規(guī)律、事故后果、事故危險性分析與預測、事故應急救援輔助決策等技術(shù)展開了系列研究，開發(fā)了一種可快速預測?；沸孤┦鹿屎蠊挠嬎丬浖?/p>
該軟件建立了常見?；防砘再|(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫、閾值判定數(shù)據(jù)庫（既可調(diào)用也可自行輸入?yún)?shù)），開發(fā)設計了人性化的軟件用戶界面和架構(gòu)，可選擇應用輕氣擴散模型（高斯模型和改進高斯模型）、重氣擴散模型（SLAB模型、TWODEE模型）模擬預測各類輕重質(zhì)氣體泄漏擴散事故后果的影響范圍和濃度峰值等。與其他相似軟件相比，具有如下顯著優(yōu)勢：1.可模擬預測各類輕重質(zhì)氣體泄漏擴散的事故后果，應用范圍廣;2.模擬計算速度快，數(shù)十秒就可給出影響范圍的結(jié)果，實用性高;3.輸出結(jié)果既可通過軟件直接顯示，又可輸出相應參數(shù)的數(shù)據(jù)文件，同時實現(xiàn)在WEB GIS地圖上的可視化顯示，顯示直觀，可視化強;4.對易燃易爆有毒有害氣體泄漏事故后果的預測準確性高，可切實提高應對和處置公共突發(fā)事件的能力，預防和減少事故災害所造成的損失。
1? 平臺架構(gòu)功能設計及計算模型
1.1? 平臺架構(gòu)功能設計
軟件充分利用當前主流GIS開放平臺百度地圖，建立設計布置圖層，軟件可以以衛(wèi)星、2D和3D地圖多種模式展現(xiàn)，實現(xiàn)泄漏擴散事故后果的精確地理位置定位。實現(xiàn)了C/S架構(gòu)的軟件與WEBGIS的完美融合，充分利用C/S架構(gòu)軟件強大的科學計算能力和WEBGIS直觀的表現(xiàn)形式的優(yōu)點，再結(jié)合EmbarcaderoRADStudio2015（DelphiXE8）高級程序語言開發(fā)平臺，實現(xiàn)了泄漏模型信息化模擬，并將分析結(jié)果進行量化。安裝簡單快速，對計算機硬件軟件配置要求低，可通過網(wǎng)頁版對泄漏事故后果進行模擬計算，同時具有較好的安全保密機制，人員根據(jù)自己的權(quán)限使用軟件系統(tǒng)，其中正式版數(shù)據(jù)庫以SQLServer2008編譯，Demo版數(shù)據(jù)庫以ACCESS 2013編譯。平臺架構(gòu)如圖1所示。
1.2? 事故后果計算模型
本軟件針對輕質(zhì)、重質(zhì)氣體不同的泄漏擴散特性可分別選用高斯模型和改進高斯模型、SLAB模型和TWODEE模型。其中，高斯模型[1-2]分為高斯煙羽模型和高斯煙團模型，主要分別用來模擬輕質(zhì)氣體的持續(xù)泄漏擴散和瞬時泄漏擴散。改進高斯模型[3-4]是對高斯模型的修正，同樣也分為改進高斯煙羽模型和改進高斯煙團模型，模型的修正主要體現(xiàn)在羽流上升的修正和地形參數(shù)的修正。SLAB模型和TWODEE模型均是用于模擬重質(zhì)氣體的泄漏擴散，根據(jù)其計算量及復雜程度分別屬于箱及相似模型、淺層模型。SLAB模型[5]可以模擬計算地面蒸發(fā)池、高架的水平噴射、高架的垂直噴射和瞬時泄漏等四種泄漏源類型，且可以模擬液體的泄漏擴散。TWODEE模型[6]增加了地形參數(shù)的考慮，可模擬計算得到近地面氣體擴散或復雜地形條件下的濃度隨時空分布情況。
根據(jù)不同的模型輸入相應的泄漏條件，包括泄漏物質(zhì)、理化性質(zhì)、泄漏量、泄漏速率、尺寸、泄漏模式、泄漏高度等，輸入擴散條件包括風速風向、云量、大氣穩(wěn)定度、溫度濕度、地面粗糙度等，將氣體泄漏擴散風險評估等多種方法有機的結(jié)合起來，將量化分析結(jié)果與WEB GIS地圖有機結(jié)合，直觀地模擬計算出事故后果影響范圍，進行綜合診斷為應急疏散提供決策支持。模擬計算流程圖如圖2所示。
2? 模擬計算界面及示例
基于本軟件可開展泄漏事故后果的快速預測模擬計算，通常對于單個泄漏源可以在10s內(nèi)給出計算結(jié)果，而對于多個泄漏源的模擬計算耗時相對較長些。下面以氨氣泄漏為例開展了模擬計算。假設發(fā)生連續(xù)泄漏，輸入假定泄漏條件和氣象環(huán)境條件，選擇高斯煙羽擴散模型，開展模擬計算并將結(jié)
果與氨氣毒性閾值相結(jié)合，得到死亡、重傷、輕傷區(qū)域的等值線圖，最終在地圖上可視化顯示不同事故后果的影響區(qū)域范圍，同時在下面提示窗口進一步給出了不同事故后果的下風向、測風向最大值及區(qū)域面積，如圖3所示，從而可以更好地為應急救援和疏散決策制定提供有力的理論指導。
3? 結(jié)語
本文介紹了一種可快速預測危化品泄漏事故后果的計算軟件，簡述了該軟件的功能設計和泄漏擴散所用計算模型，包括輕氣擴散模型（高斯模型和改進高斯模型）和重氣擴散模型（SLAB模型、TWODEE模型），并應用該軟件以氯氣泄漏事故為例給出了模擬計算結(jié)果。
本軟件可模擬預測各類輕重質(zhì)氣體泄漏擴散的事故后果，應用范圍廣，適用性強;模擬預測結(jié)果快速、準確，數(shù)十秒即可給出事故后果影響范圍，實用性高;將量化分析結(jié)果與WEB GIS地圖有機結(jié)合，實現(xiàn)泄漏擴散事故后果的精確地理位置定位，從而為消防實戰(zhàn)應急救援疏散提供決策支持。
參考文獻：
[1]Bosanquet C.， Pearson J.The spread of smoke and gases from
chimneys[J].Transactions of the Faraday Society，1936，32：
1249-1263.
[2]Sutton O.The theoretical distribution of airborne pollution
from factory chimneys[J].Quarterly Journal of the Royal
Meteorological Society，1947，73（317-318）：426-36.
[3]朱紅亞.多源氣體泄漏擴散的實驗及數(shù)值模擬研究[D].合肥：中國科學技術(shù)大學，2013：82-95.
[4]朱紅亞，陳昊東，王青松，孫金華.多源重氣泄漏擴散模擬研究[J].中國科學技術(shù)大學學報，2014，44（08）：697-703.
[5]Ermak D. L.User's manual for SLAB： An atmospheric dispersion model for denser-than-air releases[M].San Francisco：Lawrence Livermore Laboratory，1990.
[6]Arnau Folch，Antonio Costa and Robin Hankin.TWODEE2 USER MANUAL-Computer Code and Related Documentation[M].INGV Naples-Osservatorio Vesuviano，2007.
Acalculationsoftwareonquicklypredictingthe consequences of? hazardous chemical leakage accidents
Zhu Hongya，Li Jingjing，Xu Xiaoyuan
Tianjin Fire Research Institute of MEM， Tianjin 300381， China
Abstract：To provide efficient and reliable emergency rescue and evacuation decision support technology for our country's petrochemical industry， this paper has developed a calculation software that can quickly predict the consequences of hazardous chemical leakage accidents. Our research makes full use of the powerful scientific computing capabilities of C/S architecture software and the advantages of the intuitive representation of WEB GIS， combines with Embarcadero RAD Studio 2015 （Delphi XE8） high-level programming language to develop and design the software platform， and establishes a database of physical and chemical properties of common hazardous chemicals， a threshold judgment database. We can choose to apply light gas diffusion model （Gaussian Model and Modified Gaussian Model）， heavy gas diffusion model （SLAB model， TWODEE model） to simulate and predict the impact range and concentration peak of the consequences of various light and heavy gas leakage and diffusion accidents. The software has a wide range of applications， strong applicability， fast and accurate simulation prediction results， and can be visualized on the WEB GIS map， so as to serve the actual fire prevention.
Keywords： Fire protection; Leakage of hazardous chemicals; Consequences of accidents; Rapid prediction
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關(guān)鍵詞：消防;?；沸孤?事故后果;快速預測
隨著石油化工大型化、集約化快速發(fā)展，及建設周期性階段性老化問題的暴露，近年來石油化工災害事故頻繁發(fā)生，由此導致人員傷亡、經(jīng)濟損失、生態(tài)和環(huán)境的破壞。為提升我國石油化工行業(yè)風險管理與防治技術(shù)水平，提高石油化工總體消防規(guī)劃科學水平和應急救援能力，應急管理部天津消防研究所圍繞?；沸孤┦鹿誓Ｊ?、擴散演變規(guī)律、事故后果、事故危險性分析與預測、事故應急救援輔助決策等技術(shù)展開了系列研究，開發(fā)了一種可快速預測?；沸孤┦鹿屎蠊挠嬎丬浖?/p>
該軟件建立了常見?；防砘再|(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)庫、閾值判定數(shù)據(jù)庫（既可調(diào)用也可自行輸入?yún)?shù)），開發(fā)設計了人性化的軟件用戶界面和架構(gòu)，可選擇應用輕氣擴散模型（高斯模型和改進高斯模型）、重氣擴散模型（SLAB模型、TWODEE模型）模擬預測各類輕重質(zhì)氣體泄漏擴散事故后果的影響范圍和濃度峰值等。與其他相似軟件相比，具有如下顯著優(yōu)勢：1.可模擬預測各類輕重質(zhì)氣體泄漏擴散的事故后果，應用范圍廣;2.模擬計算速度快，數(shù)十秒就可給出影響范圍的結(jié)果，實用性高;3.輸出結(jié)果既可通過軟件直接顯示，又可輸出相應參數(shù)的數(shù)據(jù)文件，同時實現(xiàn)在WEB GIS地圖上的可視化顯示，顯示直觀，可視化強;4.對易燃易爆有毒有害氣體泄漏事故后果的預測準確性高，可切實提高應對和處置公共突發(fā)事件的能力，預防和減少事故災害所造成的損失。
1? 平臺架構(gòu)功能設計及計算模型
1.1? 平臺架構(gòu)功能設計
軟件充分利用當前主流GIS開放平臺百度地圖，建立設計布置圖層，軟件可以以衛(wèi)星、2D和3D地圖多種模式展現(xiàn)，實現(xiàn)泄漏擴散事故后果的精確地理位置定位。實現(xiàn)了C/S架構(gòu)的軟件與WEBGIS的完美融合，充分利用C/S架構(gòu)軟件強大的科學計算能力和WEBGIS直觀的表現(xiàn)形式的優(yōu)點，再結(jié)合EmbarcaderoRADStudio2015（DelphiXE8）高級程序語言開發(fā)平臺，實現(xiàn)了泄漏模型信息化模擬，并將分析結(jié)果進行量化。安裝簡單快速，對計算機硬件軟件配置要求低，可通過網(wǎng)頁版對泄漏事故后果進行模擬計算，同時具有較好的安全保密機制，人員根據(jù)自己的權(quán)限使用軟件系統(tǒng)，其中正式版數(shù)據(jù)庫以SQLServer2008編譯，Demo版數(shù)據(jù)庫以ACCESS 2013編譯。平臺架構(gòu)如圖1所示。
1.2? 事故后果計算模型
本軟件針對輕質(zhì)、重質(zhì)氣體不同的泄漏擴散特性可分別選用高斯模型和改進高斯模型、SLAB模型和TWODEE模型。其中，高斯模型[1-2]分為高斯煙羽模型和高斯煙團模型，主要分別用來模擬輕質(zhì)氣體的持續(xù)泄漏擴散和瞬時泄漏擴散。改進高斯模型[3-4]是對高斯模型的修正，同樣也分為改進高斯煙羽模型和改進高斯煙團模型，模型的修正主要體現(xiàn)在羽流上升的修正和地形參數(shù)的修正。SLAB模型和TWODEE模型均是用于模擬重質(zhì)氣體的泄漏擴散，根據(jù)其計算量及復雜程度分別屬于箱及相似模型、淺層模型。SLAB模型[5]可以模擬計算地面蒸發(fā)池、高架的水平噴射、高架的垂直噴射和瞬時泄漏等四種泄漏源類型，且可以模擬液體的泄漏擴散。TWODEE模型[6]增加了地形參數(shù)的考慮，可模擬計算得到近地面氣體擴散或復雜地形條件下的濃度隨時空分布情況。
根據(jù)不同的模型輸入相應的泄漏條件，包括泄漏物質(zhì)、理化性質(zhì)、泄漏量、泄漏速率、尺寸、泄漏模式、泄漏高度等，輸入擴散條件包括風速風向、云量、大氣穩(wěn)定度、溫度濕度、地面粗糙度等，將氣體泄漏擴散風險評估等多種方法有機的結(jié)合起來，將量化分析結(jié)果與WEB GIS地圖有機結(jié)合，直觀地模擬計算出事故后果影響范圍，進行綜合診斷為應急疏散提供決策支持。模擬計算流程圖如圖2所示。
2? 模擬計算界面及示例
基于本軟件可開展泄漏事故后果的快速預測模擬計算，通常對于單個泄漏源可以在10s內(nèi)給出計算結(jié)果，而對于多個泄漏源的模擬計算耗時相對較長些。下面以氨氣泄漏為例開展了模擬計算。假設發(fā)生連續(xù)泄漏，輸入假定泄漏條件和氣象環(huán)境條件，選擇高斯煙羽擴散模型，開展模擬計算并將結(jié)
果與氨氣毒性閾值相結(jié)合，得到死亡、重傷、輕傷區(qū)域的等值線圖，最終在地圖上可視化顯示不同事故后果的影響區(qū)域范圍，同時在下面提示窗口進一步給出了不同事故后果的下風向、測風向最大值及區(qū)域面積，如圖3所示，從而可以更好地為應急救援和疏散決策制定提供有力的理論指導。
3? 結(jié)語
本文介紹了一種可快速預測危化品泄漏事故后果的計算軟件，簡述了該軟件的功能設計和泄漏擴散所用計算模型，包括輕氣擴散模型（高斯模型和改進高斯模型）和重氣擴散模型（SLAB模型、TWODEE模型），并應用該軟件以氯氣泄漏事故為例給出了模擬計算結(jié)果。
本軟件可模擬預測各類輕重質(zhì)氣體泄漏擴散的事故后果，應用范圍廣，適用性強;模擬預測結(jié)果快速、準確，數(shù)十秒即可給出事故后果影響范圍，實用性高;將量化分析結(jié)果與WEB GIS地圖有機結(jié)合，實現(xiàn)泄漏擴散事故后果的精確地理位置定位，從而為消防實戰(zhàn)應急救援疏散提供決策支持。
參考文獻：
[1]Bosanquet C.， Pearson J.The spread of smoke and gases from
chimneys[J].Transactions of the Faraday Society，1936，32：
1249-1263.
[2]Sutton O.The theoretical distribution of airborne pollution
from factory chimneys[J].Quarterly Journal of the Royal
Meteorological Society，1947，73（317-318）：426-36.
[3]朱紅亞.多源氣體泄漏擴散的實驗及數(shù)值模擬研究[D].合肥：中國科學技術(shù)大學，2013：82-95.
[4]朱紅亞，陳昊東，王青松，孫金華.多源重氣泄漏擴散模擬研究[J].中國科學技術(shù)大學學報，2014，44（08）：697-703.
[5]Ermak D. L.User's manual for SLAB： An atmospheric dispersion model for denser-than-air releases[M].San Francisco：Lawrence Livermore Laboratory，1990.
[6]Arnau Folch，Antonio Costa and Robin Hankin.TWODEE2 USER MANUAL-Computer Code and Related Documentation[M].INGV Naples-Osservatorio Vesuviano，2007.
Acalculationsoftwareonquicklypredictingthe consequences of? hazardous chemical leakage accidents
Zhu Hongya，Li Jingjing，Xu Xiaoyuan
Tianjin Fire Research Institute of MEM， Tianjin 300381， China
Abstract：To provide efficient and reliable emergency rescue and evacuation decision support technology for our country's petrochemical industry， this paper has developed a calculation software that can quickly predict the consequences of hazardous chemical leakage accidents. Our research makes full use of the powerful scientific computing capabilities of C/S architecture software and the advantages of the intuitive representation of WEB GIS， combines with Embarcadero RAD Studio 2015 （Delphi XE8） high-level programming language to develop and design the software platform， and establishes a database of physical and chemical properties of common hazardous chemicals， a threshold judgment database. We can choose to apply light gas diffusion model （Gaussian Model and Modified Gaussian Model）， heavy gas diffusion model （SLAB model， TWODEE model） to simulate and predict the impact range and concentration peak of the consequences of various light and heavy gas leakage and diffusion accidents. The software has a wide range of applications， strong applicability， fast and accurate simulation prediction results， and can be visualized on the WEB GIS map， so as to serve the actual fire prevention.
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