石化企業突發事件應急預案形式化建模方法

查 俊，呂運容，朱建新，亢海洲，袁文彬

(合肥通用機械研究院國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031)

石化企業突發事件應急預案形式化建模方法

查 俊，呂運容，朱建新，亢海洲，袁文彬

(合肥通用機械研究院國家壓力容器與管道安全工程技術研究中心，安徽 合肥 230031)

應急預案是對突發事件進行應急處置的指導性文件，為提高企業的應急處置效率和信息化技術在應急管理領域的應用水平，對數字化應急預案技術進行了研究，提出了一種基于任務匹配的擴展Petri網模型。對應急處置流程進行建模，并對應急處置流程中的應急任務、應急組織機構以及應急資源進行了形式化定義和互相關聯；采用不同類型的實體和有向弧，以表征任務的不同執行狀態及任務之間的不同邏輯關系；構造了應急處置流程的可視化模型，以提高模型的可讀性和可操作性。采用上述方法，對某石化企業油氣管線泄漏事件的應急預案建立了形式化模型，該模型可直觀地反映各項應急任務的執行組織及應急資源需求信息、應急處置流程的邏輯結構以及流程當前所處的狀態。該可視化模型可有效輔助應急指揮人員進行應急決策，指導應急救援，進而對突發事件進行快速、準確的應急處置。

石化企業；應急救援； 應急預案； Petri網； 形式化模型； 可視化模型； 任務匹配

0 引言

在進行突發事件應急處置時，應急預案是輔助應急指揮人員進行決策、指導現場救援人員實施應急處置的重要文件[1-2]。然而，目前我國石化企業突發事件應急預案多為文本形式，其可讀性和可操作性不強。這將導致在實施應急處置時，應急指揮人員難以及時調取合適的預案并應用其中的應急處置知識，錯過應急救援的“黃金時間”。因此，要提高企業應急處置效率和準確性，首先需要對應急預案進行形式化描述，構建數字化應急預案模型[3-8]。

目前，數字化應急預案技術在石化行業已有初步的研究和應用[9-12]。文獻[9]基于中國石油應急信息系統建設，從總體框架、技術架構、內部接口三個方面，對中國石油數字化應急預案系統進行了框架設計，并提出了建設實施步驟。

本文提出一種基于任務匹配的擴展Petri網模型，對應急處置流程進行建模，給出了應急任務、應急組織機構以及應急資源的形式化定義；采用不同類型實體和有向弧來表征任務的不同執行狀態以及任務之間的不同邏輯關系，構建了應急處置流程的可視化模型；基于某石化企業油氣管線泄漏事件應急預案，建立了該應急處置流程的可視化模型。

1 基于擴展Petri網的應急處置流程模型

1.1 基于任務匹配的擴展Petri網模型

一個基礎Petri網由四元組組成：∑=(P,T,F,M0)。其中：P為庫所集;T為變遷集;F為有向弧;M0為初始標志。基礎Petri網模型示意圖如圖1所示。

圖1 基礎Petri網模型示意圖

對于一個應急處置流程，可以通過變遷集(T1,T2,T3,T4)來表示應急過程中的各項應急任務，它們之間的順序、并發等邏輯關系在模型中也能直觀地得到反映。如T1→T2→T4是順序執行的關系，而T2和T3則是并發關系。

在實際的應急處置過程中，各項任務的執行往往都關聯了相關執行組織、應急資源消耗和各組織部門之間傳遞的消息，但基礎Petri網模型并不能顯示這些信息。因此，本文在基礎Petri網模型中引入組織庫所集O和應急資源庫所集R，建立基于任務匹配的擴展Petri網模型∑=(P,T,F,O,R,M0)，如圖2所示。

圖2 基于任務匹配的擴展Petri網模型示意圖

①應急任務Task={name,content,orgID,resources,requirements,status,postTasks}。其中：name為任務名稱；content為任務的內容；orgID為任務的執行組織編號；resources為執行任務所需的應急資源；requirements為應急資源需求量；status={未執行/執行中/已完成}為任務的三種執行狀態；postTasks為當前任務的后續任務集。

②應急組織機構Organization={orgName,duty}。其中：orgName為應急組織機構名稱；duty為該組織職責。

③應急資源Resource={resName,type,owner,inventory}。其中：resName為應急資源名稱；type為該資源的類型；owner為該資源的所屬組織機構；inventory為該資源的庫存量。

首先，通過對應急預案文本進行知識提取，定義并初始化預案中各項應急任務、應急組織機構和應急資源等信息，并建立相應的集合。其次，依據應急任務的執行組織和應急資源使用信息，將后者集合中的成員與各項任務進行匹配。在圖3所示的各實體集對應關系示意圖中，任務Task1的執行組織為Organization1和Organization2，所需的應急資源為Resource1；任務Task2的執行組織為Organization3，所需的應急資源為Resource2和Resource3；任務Task3的執行組織為Organization3，執行任務不需要任何應急資源。

圖3 各實體集對應關系示意圖

1.2 模型可視化方法

為簡化預案模型圖、提高模型的可讀性和可操作性，本文采用不同類型實體來替代Petri網模型中表征事件狀態的庫所集，并采用不同類型的有向弧來表征任務之間不同的邏輯關系，如表1所示。

表1 不同事件狀態、任務邏輯關系表征方法

2 建模實例

本文采用上述方法對中石化某分公司油氣管線泄漏事件應急預案進行形式化描述，并構建可視化應急處置流程模型。該公司對泄漏事件的應急處置流程如下：切斷泄漏源→視情況處置泄漏物→向消防大隊和醫院報警，并向公司總調度室報告災情→啟動應急救援程序→人員搶救→人員疏散→警戒→工藝調整→消防掩護→現場接應→泄漏物封堵與回收→應急終止。

表2給出了模型中各項應急任務的詳細信息。需要說明的是，所有任務的初始狀態均為“未執行”。因此，在表2中不顯示任務的執行狀態，應急資源需求量則需要應急指揮人員依據實際情況來確定。該應急處置流程的Petri網模型如圖4所示。

表2 應急任務信息

圖4 應急處置流程Petri網模型示意圖

將該應急處置流程的Petri網模型轉化為可視化的模型圖，利用不同類型實體來表征應急任務，并用有向弧來表征任務之間不同的邏輯關系。假設針對一個油氣管線泄漏事故的應急處置流程已經進入現場救援階段，當前流程所處的狀態如圖5所示。對于任務T2和T3，它們之間屬于選擇關系，在現場處置時救援人員根據現場情況選擇執行排放介質任務，因此任務T2被選擇執行，T3未被選擇執行；對于任務T7～T13，它們之間屬于并行關系，因此可以同時被執行。

圖5 應急處置流程當前狀態示意圖

3 結束語

為提高石化企業突發事件應急預案的可讀性和可操作性、提升企業應急處置的效率、促進信息化技術在安全應急管理方面的應用，本文給出了一種應急預案形式化建模方法，建立了應急處置流程的擴展Petri網模型，并給出了可視化的應急處置流程模型構建方法。首先，提出了一種基于任務匹配的擴展Petri網模型，將任務的執行組織以及所調用的應急資源與任務相關聯，并給出了應急任務的形式化定義。其次，以不同類型實體和有向弧來表征應急任務的不同執行狀態和各項任務之間不同的邏輯關系，提高了應急處置流程模型的可讀性和可操作性。最后，采用上述方法對中石化某分公司油氣管線泄漏事件應急預案建立了形式化模型，并建立了該應急處置流程的Petri網模型和可視化流程圖，以有效輔助應急指揮人員進行應急決策、指導應急救援。

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[6] 曾慶田，魯法明，劉聰，等.基于Petri網的跨組織應急聯動處置系統建模與分析[J].計算機學報，2013，36(11)：2290-2302.

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Formal Modeling Method of Emergency Plan in Petrochemical Enterprises

ZHA Jun，Lü Yunrong，ZHU Jianxin，KANG Haizhou，YUAN Wenbin

(National Safety Engineering Technology Research Center for Pressure Vessels and Pipeline,Hefei General Machinery Research Institute,Hefei 230031，China)

Emergency plans are the guidance information for the emergency response;to improve the efficiency of the emergency response and the application level of information technology in emergency management of enterprises,the technology of digitized emergency plan is researched.An extended Petri net model based on allocation for tasks is presented to build the model of the emergency response process; and the formal definitions of emergency tasks,emergency organizations and emergency resources in emergency response process are proposed,and the correlation among them is built.Different execution statuses of tasks and different logic relations among tasks are characterized by the different entities and directed arcs,and the visualization model of the emergency response process is built to improve the readability and operability.Using these methods above,the formal model of the emergency plan for the oil and gas pipeline leakage in certain petrochemical enterprise is established.The results show that the model can directly reflect the information of emergency organizations and emergency resource demands for each emergency task,the logic structure of the emergency response process and the current state of the process.This visualization model can be used to assist emergency commanders to make emergency decisions and guide emergency rescue effectively; and then quick and accurate response to the emergency will be done.

Petrochemical enterprises; Emergency rescue; Emergency plan; Petri net; Formal model; Visualization model; Task matching

國家高技術研究發展計劃(863)基金資助項目(2014AA041806)

查俊(1986—)，男，博士，助理研究員，主要從事石化工業數字化應急預案技術的研究。E-mail：zhajuner@163.com。

TH-39;TP301

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201706003

修改稿收到日期:2017-01-09