車間火災應急響應模擬與逃生優化

李海濤

摘要：本文模擬制絲車間突發火災啟動應急響應流程，解決了車間火災應急響應及人員逃生過程中時間不確定、銜接時機不容易把握的難點。本文提出將Petri網建模和統計思想結合形成火災逃生的模型，對應急響應流程進行繪制與分析，模擬響應的全過程時間。

關鍵詞：制絲車間;Petri網;統計;火災;應急響應

在應急系統的管理過程中對此歧義特性的不當考慮將不可避免地影響應急系統的安全性和有效性。田峰等[2]討論了在Petri網序列，并行性，選擇和循環結構下的模糊時間推斷規則，并實現了協同設計的時間驗證。Ye等[3]采用模糊Petri網分析多列火車運行及其沖突時間。它們全部依靠模糊算法進行計劃分析，這可能導致在不同規則下產生不同的計算結果。本文的作者建議將Petri網建模理論與模糊仿真技術相結合，以建立緊急救援模型。CPN Tools平臺上的模型仿真計算使您能夠確定滅火過程的時間并完成可靠的分析。

1 著色模糊Petri網概念與定義

1.1 著色時間Petri網

著色時間Petri網是描述系統的動態系統行為（例如并發，同步，異步，資源爭用和協調、協作）的有效工具。 它不僅具有豐富的仿真功能和豐富的分析方法，而且易于使用和理解。同時，CPN工具是具有嚴格語義的數學建模工具，可進行系統的動態性能進行定性和定量分析[4]。

1.2 模糊時間

常見的模糊時間概念有“清晨、第一時間、大半年”等等，以這些模糊的時間為論域，記作U。論域U上的一個模糊子集，記為，為模糊子集的隸屬函數。對于任何的，都存在1個數作為第個工序的模糊時間的隸屬函數[6]：

2 基于Petri網的車間應急響應流程

針對傳統的模糊Petri網分析方法的缺陷，該方法導致計算過程復雜，結果不一致。 本文提出了協同過程建模與分析方法。該方法是通過有效整合Petri網和模糊仿真技術而創建的。 它補充了使用Petri網和執行模糊算法分析的現有建模方法導致建模和計算之間的脫節的現象。它可以充分利用Petri網的作用和優勢。

2.1 模型構建

如果制絲車間發生火災，消防部門首先建立了現場指揮部，并安排了以下任務和決定：火情勘測小組對火災現場和外圍設備進行了調查，資源保障小組準備了水資源和消防沙以滿足滅火小組和冷卻小組要求的現場相關資源要求;運輸小組將準備好的物資運輸到指定的區域;滅火小組在滅火點進行滅火操作，以防止直接火勢蔓延并減少熱輻射;冷卻小組對周圍的設備和管道以降低了道路的溫度，以使周圍的設備和材料接收到的熱輻射不會超過閾值并引起多米諾骨牌效應。

2.2 模型分析

車間火災應急流程實際運行一次共計使用465秒，實際中不可能進行多次滅火演練，會造成人力物力的極大浪費。因此，我們將每個步驟對應的變遷賦予隨機的樂觀時間，最有可能時間，悲觀時間，用CPN軟件模擬50000次。

我們將整個火災應急流程所有耗時標準為500秒，少于500秒情況下，應急流程合格。發現整個流程下來有278次超過500秒，在500秒內概率為99.444%，查看西格瑪水平競爭力表.

通過對照可知火災應急流程完成度已經達到4個西格瑪水平，意味著較好管理和運營能力來滿足客戶。

3 人員統計分析及其優化

對逃生人員逃生所用的時間進行統計分析，觀察統計人員逃生是否會存在發生擁堵的時間，和是否存在逃生滯后的問題。

3.1 逃生人員統計分析

在T4啟動應急預案變遷中，制絲車間內部員工也進行逃生，車間有三個逃生出口，分別為：

（1）車間北門逃生通道，對應車間北緊急集合點;（2）車間西門料房出口，對應車間西緊急集合點;（3）車間東門逃生通道，對應車間東緊急集合點。

車間東門出口疏散通道人員所用時間中分布疏散較好，均在6-12秒之間完成，不會疏散通道出現擁堵的情況。

北門疏散通道人員所用時間中從18-20秒中，出現頻次較高，應該改進。

（1）首先逃生時間滯后的應該進行提前;（2）在6-8秒時頻次較高，避免疏散通道出現擁堵的情況。

通過記錄的人員分析發現，這是由于這組中存在兩人較慢，分別為：

（1）劉某某，男，53歲，系梗絲混絲操作工，距離北門疏散通道較遠，并年齡偏大;

（2）高某某，男，29歲，系葉片增溫增濕工，距離北門疏散通道較遠。

西側料房疏散通道人員所用時間可以看出，料房人員由于距離疏散通道較近，均在5秒內完成，6-9秒人員較為稀松，車間出口疏散通道人員所用時間中分布疏散較好，不會疏散通道出現擁堵的情況。

3.2 逃生人員統計分析

由于從北門疏散通道逃生有兩人時間滯后，重新進行了分組，將2人從北門疏散通道改為西側料房疏散通道，重新進行了疏散演習，進行三次，記錄下時間。

優化后的西側料房與北門疏散通道人員逃生耗時顯示：逃生過程不存在擁擠隱患，并且沒有人員時間滯后的情況。因此本次任務完成。

4 結論

（1）火災情景下，應急響應各步驟、各自人員間相互配合，是存在一定的銜接和邏輯關系。同時，各個行為動作具有模糊性，結合Petri網理論、CPN建模語言、模糊模擬技術構建預測模型。

（2）應急響應Petri網動態模型很好地描述了車間火災救火過程的模糊表達和各步驟的銜接關系，通過仿真模擬計算各步驟可能執行的時間，從中找出改進的空間和存在的隱患。

（3）所建立的進度預測模型能夠有助于調整和組織安排各工序的實施以及對資源進行優化配置，更好地對應急及逃生進度進行規劃、控制和管理。

參考文獻：

[1] YE Yang-dong，WANG Juan，JIA Li-min.Analysis of temporaluncertainty of trains converging based on fuzzy time Petri nets[J].Fuzzy Systems and Knowledge Discovery，2005，26（5）：89-99.

[2] 李海濤，楊波，尹曉玲，等.基于設計結構矩陣和著色Petri網的產品設計過程建模與仿真[J].中國機械工程，2014，25（1）：108-116.

[3] 祖旭.基于Petri網理論的產品開發過程建模方法研究[D].大連：大連理工大學，2005.

[4] 彭晨.消防響應時間統計規律及其與城市火災規模相關性研究[D].合肥：中國科學技術大學，2010.

[5] 楊綸標，高英儀.模糊數學原理及應用[M].廣州：華南理工大學出版社，2005：4-5.