化工園區(qū)火情預(yù)警優(yōu)化方案研究

張愛東

（南京前鵬信息科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

火災(zāi)危害巨大，嚴(yán)重威脅公眾生命財產(chǎn)安全。在火災(zāi)防控領(lǐng)域，火災(zāi)時路徑規(guī)劃一直是火情預(yù)警關(guān)注的重點(diǎn)。在火災(zāi)事故發(fā)生時，如何實(shí)現(xiàn)安全高效的疏散和轉(zhuǎn)移是現(xiàn)代消防救援的關(guān)鍵問題，特別是在危險物、有毒物質(zhì)、易燃易爆物成片堆積的化工園區(qū)。

2020 年，國家市場監(jiān)督管理總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會聯(lián)合發(fā)布了《智慧化工園區(qū)建設(shè)指南》（GB/T 39218—2020），2021 年，應(yīng)急管理部印發(fā)了《“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)+?；钒踩a(chǎn)”試點(diǎn)建設(shè)方案》均提出化工園區(qū)需進(jìn)行封閉化管理和安全生產(chǎn)分析預(yù)警；然而封閉化管理給園區(qū)帶來穩(wěn)定運(yùn)營環(huán)境的情況下，也加大了如人員管理、車輛管理、消防應(yīng)急疏散、資源調(diào)配的困難。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

火情預(yù)警和最優(yōu)路徑規(guī)劃問題一直是國內(nèi)外消防疏散的重點(diǎn)問題，黨珊等[1]采用元胞自動機(jī)算法，通過仿真實(shí)驗(yàn)對醫(yī)院火災(zāi)疏散過程進(jìn)行逼真的模擬。賀雙雙[2]提出管廊雙側(cè)布置安全出口/禁止入內(nèi)指示燈，以保障火災(zāi)時管廊內(nèi)疏散指示系統(tǒng)起到很好的警示和疏散作用。趙梓皓等[3]提出運(yùn)用BIM 技術(shù)和設(shè)施管理思想進(jìn)行人員疏散模擬研究和消防設(shè)施運(yùn)維管理。

化工園區(qū)火情預(yù)警方面，葉繼紅等[4]在傳統(tǒng)蟻群算法規(guī)劃路徑的基礎(chǔ)上，考慮了毒性負(fù)荷因素，算法實(shí)現(xiàn)了特定環(huán)境下路徑計算良好的收斂速度和計算穩(wěn)定性，對火情路徑分析有一定借鑒意義。石軍花等[5]運(yùn)用儲罐池火災(zāi)燃燒過程中動態(tài)熱輻射演化三維仿真，尋找火災(zāi)救援中的最佳滅火位置。唐小榮[6]提出需要化工園區(qū)建構(gòu)智慧型消防救援系統(tǒng)，制定合理的滅火技術(shù)方案。

現(xiàn)階段，關(guān)于解決化工園區(qū)火情預(yù)警和最優(yōu)路徑規(guī)劃研究較少，特別是化工園區(qū)封閉化管理之后，對消防資源調(diào)度、人員疏散的要求更加嚴(yán)苛。為此，本文結(jié)合三維傾斜射影技術(shù)和火情預(yù)警綜合研判系統(tǒng)，綜合考慮化工園區(qū)封閉化管理以及園區(qū)各主管部門協(xié)調(diào)要求，以某化工園區(qū)為例，探索化工園區(qū)火情預(yù)警優(yōu)化方案。

2 化工園區(qū)消防預(yù)警影響因素分析

化工園區(qū)是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)為適應(yīng)資源或原料轉(zhuǎn)換，順應(yīng)大型化、集約化、最優(yōu)化、經(jīng)營國際化和效益最大化發(fā)展趨勢的產(chǎn)物。在化工園區(qū)內(nèi)，影響消防預(yù)警的主要因素如下。

2.1 危險品多且種類繁雜，易形成連鎖反應(yīng)

現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，設(shè)施結(jié)構(gòu)分布密集且易損耗，同時，生產(chǎn)原料和產(chǎn)品中不乏大量的有毒有害、易燃易爆物質(zhì)；生產(chǎn)、存儲和運(yùn)輸這些化工產(chǎn)品中包含了較多的不確定因素，傳統(tǒng)的火災(zāi)預(yù)警感知大多依賴單一技術(shù)，難以適應(yīng)化工園區(qū)的復(fù)雜環(huán)境，從而產(chǎn)生消防監(jiān)控盲區(qū)；發(fā)生火災(zāi)時，化工園區(qū)易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，造成更加嚴(yán)重危害，給消防管理帶來很大的壓力[7]。

2.2 封閉化管理，園區(qū)出入途徑較少

《智慧化工園區(qū)建設(shè)指南》中要求在化工園區(qū)出入口設(shè)置出入口控制系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)周界入侵警報，因此化工園區(qū)出入方式較單一，且園區(qū)內(nèi)有大量裝載危化品的車輛，加大了園區(qū)內(nèi)交通運(yùn)管負(fù)擔(dān)，難以實(shí)現(xiàn)高效的消防疏散。

2.3 化工園區(qū)消防基礎(chǔ)設(shè)施配置不一

由于化工園區(qū)為分階段建設(shè)，導(dǎo)致園區(qū)內(nèi)消防布局隨建設(shè)時期要求、消防設(shè)備的種類及壽命、消防管理要求等因素存在一定差異，且普遍存在消防安全管控智能化不足的情況。

3 基于三維傾斜射影火情預(yù)警優(yōu)化方案

針對以上問題，本文提出將信息技術(shù)引入至火災(zāi)逃生疏散和應(yīng)急救援路徑選擇的思路，即充分運(yùn)用多維度的物聯(lián)網(wǎng)終端，建立多角度園區(qū)火情監(jiān)控體系。運(yùn)用三維傾斜射影技術(shù)高精度、高效率、高真實(shí)感和低成本的特點(diǎn)，構(gòu)建園區(qū)三維感知模型，全面掌控園區(qū)資源分布情況。通過模型分析研判得出火情處置方案，結(jié)合綜合管理平臺進(jìn)行信息高效展示和傳遞，實(shí)現(xiàn)園區(qū)資源的精細(xì)化控制，實(shí)現(xiàn)園區(qū)消防安全管控智能化。

3.1 構(gòu)建多維度感知體系

火情信息感知是消防預(yù)警防范的關(guān)鍵[8]，而傳統(tǒng)的火情預(yù)警是基于傳感器檢測數(shù)據(jù)對現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控的火情判別，近些年，雖然大量學(xué)者利用計算機(jī)和視頻圖像處理技術(shù)對火情信息感知技術(shù)進(jìn)行打磨，實(shí)現(xiàn)精度和范圍的提升，但數(shù)據(jù)來源單一、可靠性差、投資成本高等問題一直難以解決。

因此，打造多維的感知智能預(yù)警體系是必然趨勢，以智能感知、信息共享、多角度印證、高效協(xié)同的預(yù)警方式，通過多種手段對全園區(qū)的火情整體情況和重點(diǎn)設(shè)施細(xì)節(jié)進(jìn)行不同維度的分析。不同于傳統(tǒng)火情信息感知體系，多維度火情感知體系更側(cè)重場景分析和信息印證，通過分類布建覆蓋園區(qū)全域及重點(diǎn)區(qū)域的多要素的火情感知設(shè)備，以不同視角對探測的火情信息進(jìn)行智能分類及印證。

3.2 建立基于三維傾斜射影的消防預(yù)警綜合研判系統(tǒng)

火情信息的應(yīng)用離不開高精度、高準(zhǔn)確度的消防預(yù)警綜合研判系統(tǒng)，而傳統(tǒng)的消防信息化系統(tǒng)普遍存在定位不準(zhǔn)確、信息不及時、可視化較差等問題，而引入三維傾斜射影這類新型信息化手段能很好的解決相關(guān)問題。

三維傾斜射影技術(shù)是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直和4 個傾斜角等5 個不同的角度采集影像[9]，再結(jié)合后端的三維建模軟件，快速高效建立區(qū)域的三維場景模型。三維場景模型可實(shí)現(xiàn)園區(qū)火情預(yù)警可視化和場景化的高效準(zhǔn)確的應(yīng)用，主要是通過對園區(qū)設(shè)施數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)全生命周期過程內(nèi)都能有效進(jìn)行信息更新、共享和傳遞，便于使用人員準(zhǔn)確掌握實(shí)時信息，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的協(xié)同管理；并利用參數(shù)化模型建模，園區(qū)內(nèi)各個設(shè)施設(shè)備都具有對應(yīng)的模型構(gòu)件，并賦予對應(yīng)特征，因此可以利用各類算法進(jìn)行模型分析和計算，搭建相關(guān)應(yīng)用場景分析。特別是通過不同的賦值分析有效反饋出園區(qū)內(nèi)的高危區(qū)域和輻射范圍，在火災(zāi)預(yù)警分析時，能很好的幫助實(shí)現(xiàn)人員逃生疏散指引，盡可能遠(yuǎn)離風(fēng)險源，使逃生疏散更加科學(xué)有效。

3.3 火情預(yù)警精細(xì)化管控系統(tǒng)

火情處置需要建立高效率的溝通機(jī)制，以滿足高時效性的火情管控需求；傳統(tǒng)的火情管控措施主要依靠人工完成，溝通的效率和信息的有效性、時效性難以保障，建立基于統(tǒng)一平臺的火情預(yù)警信息精細(xì)化管控系統(tǒng)，能有效梳理信息的流向和物資信息，確保各單位接受到最契合職能的消息，并結(jié)合周邊消防資源情況、后端消防分析研判結(jié)果采取最有效的應(yīng)急措施。

火情預(yù)警精細(xì)化管控系統(tǒng)基于園區(qū)的一體化平臺和園區(qū)三維場景模型信息，建立一個整體可控的消防預(yù)警信息精細(xì)化管理模式，把消防物資、生態(tài)環(huán)境、消防建設(shè)、化工企業(yè)、安監(jiān)部門等多行業(yè)、多部門進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，建成消防信息的共享機(jī)制，使園區(qū)內(nèi)的火情處置活動能在統(tǒng)一指揮和調(diào)配下推進(jìn)。系統(tǒng)能結(jié)合系統(tǒng)分析研判的消防方案，科學(xué)地分配消防資源和聯(lián)動機(jī)制，采取針對性措施進(jìn)行撲滅，實(shí)現(xiàn)園區(qū)內(nèi)整體性的消防人力資源調(diào)度機(jī)制。同時，對火災(zāi)信息進(jìn)行全過程記錄，便于后續(xù)工作總結(jié)和模型優(yōu)化。

4 案例分析

4.1 問題分析

為更好了解火情預(yù)警的關(guān)鍵點(diǎn)，現(xiàn)選擇某化工園區(qū)進(jìn)行火情預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)成效分析。園區(qū)在之前的火警預(yù)警方面主要存在以下4 個問題：①園區(qū)內(nèi)企業(yè)較多，種類復(fù)雜且位置分散，部分企業(yè)內(nèi)有包括可燃液體、氣體和毒性物質(zhì)等物質(zhì)的貯罐區(qū)；②園區(qū)內(nèi)建有管委會，內(nèi)有安監(jiān)、安環(huán)、應(yīng)急辦等多個部門協(xié)調(diào)解決園區(qū)內(nèi)部事務(wù)，園區(qū)有單獨(dú)消防隊，位于園區(qū)的西南角，消防報警主要通過電話溝通；③園區(qū)根據(jù)封閉管理要求，在園區(qū)周圍建成了物理圍欄，車輛和人員出入主要依靠規(guī)定的園區(qū)出入口，出入口設(shè)有道閘；④園區(qū)臨江而建，臨江的江堤線路因防汛要求處于半封閉狀態(tài)，導(dǎo)致園區(qū)內(nèi)逃生路徑資源較少。

4.2 建設(shè)內(nèi)容

考慮到園區(qū)的現(xiàn)實(shí)情況，結(jié)合優(yōu)化的火情預(yù)警系統(tǒng)方案要求，建設(shè)園區(qū)火情預(yù)警優(yōu)化系統(tǒng)，系統(tǒng)充分利用了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3S、三維傾斜射影，模型仿真等技術(shù)，系統(tǒng)屬于園區(qū)一體化平臺重要組成部分。

4.2.1 園區(qū)火情預(yù)警綜合管理平臺

火情預(yù)警綜合管理平臺是園區(qū)火情管理的樞紐，平臺依托可視化技術(shù)以及園區(qū)的三維場景模型，對所有相關(guān)的前端設(shè)備、模型分析結(jié)果、物資儲備狀態(tài)等信息進(jìn)行統(tǒng)一展現(xiàn)，并支持地圖展示。平臺的主要功能是為火情的應(yīng)急決策、領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙、分析研判、指揮調(diào)度提供及時、可靠的圖像信息。

4.2.2 園區(qū)火情預(yù)警信息采集系統(tǒng)

火情預(yù)警信息采集系統(tǒng)分為兩個部分，分別是前端感知設(shè)備和后端信息分析系統(tǒng)。前端感知設(shè)備主要是由不同類型的前端感知設(shè)備組成，園區(qū)內(nèi)設(shè)有覆蓋整個園區(qū)范圍內(nèi)的高空熱成像云臺相機(jī)，全面監(jiān)測園區(qū)內(nèi)異常溫度上升或煙霧情況。另外在園區(qū)主要道路和設(shè)施附近建有支持遠(yuǎn)程操作的監(jiān)控設(shè)備，結(jié)合后端智能分析平臺對圖像進(jìn)行分析。同時，依托企業(yè)數(shù)據(jù)互通，接入重點(diǎn)區(qū)域的溫感、煙感物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)局部區(qū)域的精準(zhǔn)定位分析。后端信息分析系統(tǒng)主要是對前端感知設(shè)備采集的信息進(jìn)行歸類和初步分析，對于異常情況可實(shí)現(xiàn)多角度分析和遠(yuǎn)程聯(lián)動，例如，某溫感傳感器識別到溫度異常時，系統(tǒng)可自動調(diào)取附近的監(jiān)控圖像和高點(diǎn)熱成像信息，自動整合發(fā)送至執(zhí)勤大廳內(nèi)進(jìn)行人工判斷。通過信息化的方法，解決園區(qū)覆蓋范圍大、組成復(fù)雜、多高危風(fēng)險源等問題。

4.2.3 園區(qū)火情預(yù)警綜合研判系統(tǒng)

火情預(yù)警綜合研判系統(tǒng)是整個火情預(yù)警系統(tǒng)的核心，主要由火情信息處理、火情模型分析、火情處置分析研判輔助、火情處置過程等模塊組成，通過大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，結(jié)合模型分析和預(yù)案執(zhí)行，快速響應(yīng)火情應(yīng)急管控，同時，對相關(guān)信息進(jìn)行梳理和精準(zhǔn)調(diào)配，加快各部門的反應(yīng)速度。

4.2.4 消防資源管控一體化系統(tǒng)

消防資源管控一體化系統(tǒng)主要承擔(dān)園區(qū)內(nèi)消防重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域狀態(tài)分析，和消防相關(guān)設(shè)備設(shè)施的臺賬管理和可視化顯示方面工作；系統(tǒng)基于園區(qū)三維場景模型，直觀反映園區(qū)內(nèi)建筑物的組成、分布和危險系數(shù)；同時，投影出附近各消防設(shè)備的空間位置信息、存量情況等，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，可為管理人員迅速判斷周邊形勢，便于后續(xù)的資源調(diào)度和路徑規(guī)劃。

4.2.5 園區(qū)火情指揮調(diào)度系統(tǒng)

園區(qū)火情指揮調(diào)度系統(tǒng)基于園區(qū)統(tǒng)一的管理平臺，根據(jù)各個部門的職能收發(fā)相關(guān)信息并記錄相關(guān)過程，能有效解決園區(qū)內(nèi)企業(yè)和部門較多、溝通方式單一、信息不對稱等問題。同時，系統(tǒng)具有應(yīng)急指揮的功能，通過與執(zhí)勤終端、園區(qū)大喇叭和園區(qū)出入口道閘管理系統(tǒng)進(jìn)行對接，可遠(yuǎn)程一鍵調(diào)控相關(guān)資源，實(shí)現(xiàn)包括調(diào)用江堤路徑等應(yīng)急資源，逃生路徑規(guī)劃和指引等功能，也符合在事故狀態(tài)下，園區(qū)整體資源都是應(yīng)急救援及疏散通道的要求[10]。

4.3 效果分析

目前園區(qū)內(nèi)火情預(yù)警系統(tǒng)已正常運(yùn)轉(zhuǎn)使用近一年，相關(guān)信息化的手段能有效提升園區(qū)監(jiān)控管理火情的能力，為園區(qū)提供高準(zhǔn)確度的火情預(yù)警信息，為園區(qū)節(jié)約相關(guān)人力、物力資源。項目實(shí)施提升了園區(qū)信息化水平，促進(jìn)了園區(qū)智慧建設(shè)和發(fā)展，為企業(yè)提供了更加安全可靠的運(yùn)營環(huán)境，為周邊群眾的生命安全增加了一道有力屏障，具有顯著的社會效益。

5 結(jié)語

本文通過對化工園區(qū)傳統(tǒng)的火情預(yù)警系統(tǒng)缺陷進(jìn)行優(yōu)化，提出了建設(shè)集前端多角度分析，后端強(qiáng)可視化、智能化的火情預(yù)警優(yōu)化方案。結(jié)合某園區(qū)的建設(shè)內(nèi)容——建設(shè)園區(qū)火情預(yù)警綜合管理平臺、園區(qū)火情預(yù)警信息采集系統(tǒng)、園區(qū)火情預(yù)警綜合研判系統(tǒng)、消防資源管控一體化系統(tǒng)和園區(qū)火情指揮調(diào)度系統(tǒng)的成效，說明方案能有效提升園區(qū)信息化管理水平，提高消防資源利用效率，減少園區(qū)內(nèi)各部門溝通成本，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)有效的消防信息分析研判和火災(zāi)時路徑規(guī)劃，極大地提升化工園區(qū)的安全水平。