基于CASRAM 的?；愤\輸事故模擬

潘成貴

（桂林港建高速公路有限公司，廣西 桂林 541200）

1 概述

化學工業是國民經濟的支柱產業，在國民經濟和人民生活中扮演著不可或缺的重要角色。我國地域遼闊，化學工業的分布格局決定了我國95%以上的危險化學品涉及異地運輸問題[1]。近年來，道路化學危險品不僅數量上有所上升，其品種和危害特性也越來越復雜[2]。而且由于裝載設備日趨大型化、運輸量日益提高，使危險化學品運輸事故概率和事故危害明顯增加。由于交通運輸的特殊性，其預防和救援難度超出固定場所，因而處置關鍵技術急需突破。

在國外，?；愤\輸事故處置決策支持系統的開發和應用廣泛。ALOHA（Arial Locations of Hazardous Atmospheres）是美國國家海洋大氣管理局（NOAA）和美國環境保護署（EPA）聯合開發的?；沸孤U散模擬軟件[3]，它包含了一個1000 多種常用化學品數據庫。在國內，廣東省職業病防治院研制了評估與查詢系統，該系統收錄了300 余種廣東省常見的化學品，包括化學戰劑和毒素戰劑[4]。羅敏等[5]針對公路危化品公路運輸的事故問題開發了應急救援信息系統，在掌握足夠的事故現場信息的情況下，通過該系統中包含的危險化學品泄漏擴散計算系統，能夠預測事故所造成的后果和影響區域的范圍。劉繼龍等[6]在采用高斯模型分析了毒氣的泄漏機理和擴散機理后，根據氣象條件對氣體泄漏擴散范圍進行模擬，結合GIS 毒氣泄漏應急處置危險區域分析系統，在地圖上給出了擴散區域和濃度分布，并且標記了致死區、重傷區和輕傷區。

多年來，事故處置部門既自主開發、也應用了其他單位的化學災害事故處置輔助決策系統或應急救援指揮系統，經歷了從單機版到網絡版以及移動終端的變遷，試圖建立化學災害事故危害評估數學模型、化學災害事故應急救援力量計算模型、危險化學品數據庫、常見化學災害事故處置方案數據庫等，但是從實戰的應用效果來看，依然存在?；沸孤U散過程各種復雜參數在實際過程中難以采集，系統模擬計算時間過長，各類輔助決策系統智能化程度不高等問題，不能滿足實戰輔助決策支持的需求。本文開展危化品運輸事故處置決策關鍵技術研究，主要對傳統危化品泄漏模型進行改進，運用模糊算法提高系統的智能化程度，并將基礎數據、動態數據分別保存在本地和云端，提高信息的共享水平，縮短運行時間，為參與應急救援的不同部門、不同決策層提供一致共享和可視化的決策信息，提高應急指揮決策的科學性。

2 CASRAM

在?；返缆愤\輸風險的研究中，國內外專家使用定量風險評估技術來確定?；沸孤U散的規律和影響范圍，評估這些運輸活動可能對公眾帶來的危害。危化品泄漏擴散模擬通常是確定事故情景后分析其擴散的危害區域和范圍，通常與（氣象信息、地理環境、泄漏物質的理化性質）有關。泄漏擴散模擬的一般流程為：給定事故情景→后果建模。

以救援部門推廣的“單機版”為代表的輔助決策系統大多都實現了對于給定事故情景下的后果建模。雖然“單機版”評估效果可信度較高，但是系統操作過于復雜，不利于指揮員現場使用。危害評估需要輸入人口密度、風速、溫度、相對濕度、大氣垂直穩定度、泄漏量等大量參數，其中有些參數在實戰中無法獲得或需要時間現場偵檢取得。同時錯誤的參數估值反而對警戒范圍劃定有誤導性。種種原因造成該系統在基層應用并不普及。針對上述系統存在問題，本文提出引入化學事故統計風險評估模型，在傳統風險評估模型的基礎上進行改進，讓指戰員使用輔助決策系統獲取相關信息時只需要輸入少數、關鍵參數。泄漏擴散模擬的改進流程：統計事故情景分析→給定事故情景→后果建?！蠊怕史植?。改進模型不是給出一個確定性風險，而是給出可能風險的分布情況，即在統計樣本范圍內發生某個具體后果的概率。

初始隔離區是以事故地點為中心，初始隔離距離為圓周半徑的圓形區域，一旦發生事故，該區域人員最先受到危害，只有少數個人防護等級較高的搶險救援人員才可進入。防護區是泄漏源下風方向的正方形區域，正方形的邊長即為下風向疏散距離。選擇正方形是因為它是一個簡單、常見的定義區域方式，更重要的是，可以忽略掉由于地形特征、風向等因素帶來的不確定影響。該區域人員在沒有防護的情況下，可能對人體產生嚴重的健康危害，因此應及時疏散未防護人員。

CASRAM 包括統計事故情景分析和后果建模兩部分。首先，統計事故情景分析將裝運資料信息、來自預處理氣象觀測資料和來自危險品事故數據的統計信息結合起來，對所用排放率和擴散模式的技術狀況和性質進行了全面的統計學分析。對于每種化學物質，通過蒙特卡羅抽樣隨機生成危險區分布事故場景參數（時間、地點、釋放量、氣象等）詳細假設釋放的結果建模。

然后，使用CASRAM 中的后果模型來分析每個事故情景，計算其化學濃度擴散軌跡，并將每個事件超過閾值化學濃度或健康標準的最遠下風距離定義為安全距離。最后，將所有事故模擬的安全距離值的統計樣本分為成白天和黑夜，小量泄漏和大量泄漏，建立模糊綜合評價，自動選取事故的最大安全距離作為最后的參考值。

3 系統設計

根據智能決策系統的功能目標確定系統的總體設計路線，通過對化學災害事故類型、應急救援流程等考慮因素的研究分析，建立危化品泄漏擴散數據庫、?；窇本仍幹梅桨笖祿斓炔⒆鳛橄到y服務的數據源；利用云環境對氣象、地理信息進行更新和處理；然后根據?；返缆愤\輸事故處置的業務需求，對系統進行模型分析；針對化學災害事故信息傳遞、風險評估、應急救援疏散和處置進行智能決策系統功能設計、數據庫設計，滿足系統功能一體化的目標。其中，利用云數據平臺提高海量應急救援信息數據的存儲和處理效率；利用移動GIS 技術提高應急救援的決策能力；利用移動互聯網技術滿足用戶實時數據的交互需求；最后實現危化品道路運輸事故智能決策的功能設計開發。

3.1 系統總體架構

系統結構設計是在應急救援過程中實際業務需求的邏輯模型基礎上構建的系統總體架構，是對輔助決策系統的整體設計、模塊化設計、數據庫設計的進一步邏輯設計。依照?；肥鹿侍幹昧鞒蹋⒖茖W、嚴謹、穩定、有效的智能決策平臺，從而加強應急救援的信息化決策支持能力。

3.2 系統功能流程設計

為了加強?；返缆愤\輸事故處置的信息化決策支持能力，輔助決策系統提供事故推送、危化品信息查詢和處置方案自動生成等功能，并以此為基礎優化用戶操作體驗。

用戶進入輔助決策系統后，如果首次使用，需先進行身份驗證，確定其所在大中隊，同時后臺從服務器加載該大中隊所在轄區的消防數據信息；如順利通過驗證，則進入系統主界面。用戶在主界面的菜單欄中可以點擊危化品信息查詢、處置方案查詢等功能，并且進入相應的模塊。

3.3 系統功能模塊設計

根據系統的總體架構和功能流程設計，將系統功能模塊分為身份驗證模塊、消防數據管理模塊、GIS 應用模塊以及事故推送模塊。

3.3.1 身份驗證模塊

用于驗證轄區消防大中隊身份信息，確保將本轄區的事故信息推送到該轄區消防大中隊指戰員。

3.3.2 消防數據管理模塊

該模塊可以查詢包括千余種?；返馁Y料庫，提供各種引發化學災害事故的典型化學品的危害信息及其處置方案，管理和維護本轄區的消防水源、重點單位等信息，為事故泄漏擴散模擬和應急救援處置方案生成提供數據支撐。

3.3.3 GIS 應用模塊

GIS 應用模塊除了包含地圖的基本查看、定位、搜索，還應實現數字地圖管理功能，將事故現場信息及泄漏擴散模擬計算的結果疊加在當前地圖上，為指戰員提供直觀的輔助決策信息。

3.3.4 事故推送模塊

該模塊能夠實時接收到接警中心推送的警情信息，可以包含文字、GPS 定位、照片等多種形式的信息。

服務器端主要包括消防數據管理模塊中的動態數據管理，通過高德云圖提供的位置數據存儲、檢索、展現服務，完成相關數據的應用開發。移動終端主要包括四大模塊。管理員對消防數據進行更新與維護。用戶通過身份驗證模塊校驗用戶信息。管理員向特定分組或特定用戶推送事故信息，只有通過身份驗證模塊的用戶才能接受到該推送信息，然后用戶通過事故推送模塊解析管理員推送的數據包，然后使用GIS 應用模塊為事故處置提供輔助決策。

4 系統開發與實現

本軟件定位為基于Android 平臺的移動應用程序，以移動網絡、地理信息系統、云服務等新技術為業務支撐平臺，是一款適用于?；返缆愤\輸事故處置的移動應用軟件。

以杭瑞高速常吉段“3·26”四氯化鈦槽罐車泄漏事故為例進行想定作業。以最先到達事故現場的消防中隊為視角，從出警途中到事故處置，借助?；返缆愤\輸事故智能決策系統指導行動。

2016 年3 月26 日凌晨1 時許，常德市桃源縣境內常吉高速一輛裝載29.4t 四氯化鈦槽罐車因交通追尾事故，造成四氯化鈦泄漏。根據接警信息可知事故發生地為常吉高速1083km 處，泄漏物質為四氯化鈦，同時系統自動通過氣象局開放接口查詢到事故發生所在地的天氣狀況為小雨轉多云、氣溫11～21℃、北風小于3級。應急處置方案界面，提供了所有的安全措施的建議，每條指南提供了自身和公眾安全的建議及應急措施的信息，包括安全方面的信息和著火、溢出或泄漏事故后急救的應急指南，如潛在危險、公共安全、應急行動和注意事項等。

由此信息可知，四氯化鈦，無色或微黃色液體，有刺激性酸味，溶于冷水、乙醇、稀鹽酸，一般為常壓儲存，熔點為-25℃，相對密度（水=1）為1.73，沸點為136.4℃。受熱或遇水分解放熱，放出有毒的腐蝕性煙氣，具有較強的腐蝕性，水解生成二氧化鈦固體和鹽酸液滴的混合物。

依照系統生成的處置方案，處置時需迅速疏散泄漏污染區內人員至安全地區，嚴格限制人員車輛出入。要求現場處置人員必須穿全身耐酸堿消防服或內置式重型防化服，從上風方向進入現場，盡可能對泄漏源實施堵漏。

進入輔助決策系統的泄漏參數設置界面，泄漏物質、泄漏位置、地圖類型等參數都已自動加載，點擊“風向”，調整風力方向，同時選取泄漏量為“大”，泄漏時間設置為“夜晚”。設置泄漏參數后，點擊“地圖”按鈕或返回鍵，進入地圖界面。根據事故推送的化學危險品材料搜索該材料對應的處置方案中的危險隔離區半徑及疏散保護區半徑，并自動將危險隔離區及疏散保護區在地圖上顯示出來。

5 結語

危險化學品運輸事故處置是應急救援部門的重點難點任務。本文結合應急救援過程的實際業務需求與移動智能終端的性能優勢進行了輔助決策系統的設計與開發，研究和集成了化學事故統計風險評估模型、物聯網、GIS 地理信息、移動智能終端等技術，實現了改進的CASRAM 模型的?；返缆愤\輸事故智能決策系統。實現隔離、疏散、警戒區域的動態劃分與顯示、協同聯動信息和針對處置方案的快速查詢，為參與救援的不同部門、不同決策層提供一致共享和可視化的決策信息，提高指揮決策的科學性。