核電廠火場應(yīng)急指揮平臺設(shè)計(jì)與應(yīng)用

陳軍勇 劉旭升 肖飛

摘要：文章介紹了核電廠火場響應(yīng)過程中面臨的問題，提出建立集火場指揮、輔助決策、數(shù)字化預(yù)案、三維VR演練于一體的火場應(yīng)急指揮平臺，為核電廠高效響應(yīng)火災(zāi)應(yīng)急救援提供技術(shù)支撐，同時(shí)落實(shí)國家對核電廠采用三代技術(shù)以后的火災(zāi)響應(yīng)指揮新要求。

關(guān)鍵詞：核電廠;火場響應(yīng);指揮平臺

核能的發(fā)展必須以安全為基礎(chǔ)。火災(zāi)的威脅貫穿了核電廠的整個(gè)運(yùn)行階段，火災(zāi)的頻率遠(yuǎn)高于重大的核事故。國外數(shù)據(jù)顯示，核電廠發(fā)生火災(zāi)的概率為0.28，火災(zāi)引起核安全相關(guān)系統(tǒng)事故的概率為0.44，火災(zāi)對核電廠安全運(yùn)行構(gòu)成直接威脅，火場響應(yīng)指揮的高效性是切實(shí)提高核電廠快速響應(yīng)火災(zāi)和處置核心所在。尤其隨著三代核技術(shù)的引進(jìn)，國家對核電廠火場響應(yīng)指揮提出了更高的要求，如提升滅火救援力量調(diào)度、指揮、部署、增援、跨部門協(xié)同作戰(zhàn)的效率與能力，切實(shí)落地火場響應(yīng)指揮的智能化建設(shè)等。

核電廠的消防管理涉及防火、探測、報(bào)警、滅火、非能動消防設(shè)施管理等各方面工作，需要大量的人力投入。基于核電消防管理的特殊性，核電廠的火災(zāi)應(yīng)急救援工作主要依靠電廠專職消防隊(duì)，消防指揮員由核電廠員工擔(dān)任，大部分未經(jīng)過消防指揮專業(yè)培訓(xùn)，火災(zāi)撲救經(jīng)驗(yàn)相對較少，消防指揮員的決策失誤很可能影響火災(zāi)撲救結(jié)果，造成更大損失。因此，提高火災(zāi)撲救過程中的正確決策，是影響火災(zāi)撲救的關(guān)鍵要素。同時(shí)，核電廠的火災(zāi)應(yīng)急救援手段基本依靠傳統(tǒng)方式，現(xiàn)階段良好的信息化指揮作戰(zhàn)方式?jīng)]有充分應(yīng)用，火災(zāi)撲救中人員、裝備、作戰(zhàn)指令等不能全方位管理，制約火災(zāi)撲救效果。

立足核電廠火場應(yīng)急指揮現(xiàn)狀，充分利用地理信息技術(shù)、圖形學(xué)技術(shù)、通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)等技術(shù)手段，搭建核電廠火場響應(yīng)指揮平臺，為核電廠火災(zāi)撲救提供全過程技術(shù)支持，使火災(zāi)應(yīng)急救援更加智能化、信息化和科學(xué)化。

1? 平臺設(shè)計(jì)

1.1? 設(shè)計(jì)原則

滅火救援工作要爭分奪秒，只有快速有效地?fù)錅缁馂?zāi)，才能將損失控制到最低。因此，要求火場響應(yīng)指揮平臺在使用過程中快速穩(wěn)定、安全可靠，設(shè)計(jì)原則如下。

安全可靠。采用新型成熟的軟硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和開發(fā)工具。系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、調(diào)試、安裝等環(huán)節(jié)均嚴(yán)格執(zhí)行國家、行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及公安部門有關(guān)安全技術(shù)防范要求，貫徹質(zhì)量條例，保證系統(tǒng)安全可靠。

人性化。充分考慮工作人員的習(xí)慣，遵循人性化功能體現(xiàn)，設(shè)計(jì)全菜單式處理和各種快捷按鈕操作，保證多數(shù)功能一鍵到達(dá)，使管理者和使用者能快速掌握設(shè)備動態(tài)，平臺操作簡單便捷。

集成可擴(kuò)展。保障各部分的有機(jī)集成，高效率完成業(yè)務(wù)，充分考慮整體智能系統(tǒng)所涉及的各子系統(tǒng)的信息共享，確保平臺總體結(jié)構(gòu)的先進(jìn)性、合理性、可擴(kuò)展性和兼容性。

模塊化。按照國家和地區(qū)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行平臺設(shè)計(jì)和設(shè)備配備，將各子系統(tǒng)模塊化、結(jié)構(gòu)化。

1.2? 技術(shù)路線

核電廠火場響應(yīng)指揮平臺是一個(gè)火災(zāi)應(yīng)急業(yè)務(wù)全面、應(yīng)用廣泛、涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域的復(fù)雜軟件系統(tǒng)，采用工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)遵從軟件技術(shù)規(guī)范，技術(shù)路線如圖1所示。

1.3? 設(shè)計(jì)方案

平臺基于JavaEE開放標(biāo)準(zhǔn)、面向服務(wù)架構(gòu)、全程建模、基于組件開發(fā)、基于平臺開發(fā)、基于XML信息交換標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)，主要分為七層，如圖2所示。

2? 平臺組成及功能

根據(jù)功能不同，平臺劃分為七個(gè)子系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如圖3所示。

2.1? 火場指揮系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)核電廠火災(zāi)現(xiàn)場應(yīng)急救援指揮調(diào)度、協(xié)同工作、快速有序完成救援、戰(zhàn)后總結(jié)和火情調(diào)查等。火場指揮流程設(shè)計(jì)如圖4所示。

一旦發(fā)生火災(zāi)，錄入接警信息后，平臺自動關(guān)聯(lián)起火部位預(yù)先編制的預(yù)案，指揮員可根據(jù)平臺提供的關(guān)鍵信息進(jìn)行戰(zhàn)斗力量部署，平臺為指揮員提供預(yù)先設(shè)定進(jìn)攻路線，內(nèi)外部可獲取消防設(shè)施、車輛停靠位置、滅火人員位置、起火部位火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)等信息。火災(zāi)處置過程中，可通過消防員單兵裝備將現(xiàn)場信息（人員狀態(tài)、空呼剩余氣量、現(xiàn)場有害氣體檢測、實(shí)時(shí)視頻圖像、實(shí)時(shí)通信等）以視頻和音頻方式傳輸至平臺，供指揮員根據(jù)反饋信息進(jìn)行力量部署和火場指揮決策。

作戰(zhàn)過程中，指揮員可根據(jù)火場情況在平臺調(diào)整滅火作戰(zhàn)計(jì)劃，然后通過平臺將計(jì)劃以語音和圖片方式傳輸至火場作戰(zhàn)人員，以便進(jìn)行快速的戰(zhàn)術(shù)調(diào)整。

2.2? 輔助決策

通過專家資源、大數(shù)據(jù)模型計(jì)算等技術(shù)手段，對火災(zāi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析、滅火戰(zhàn)術(shù)選擇、滅火應(yīng)用計(jì)算、戰(zhàn)斗力量部署以及進(jìn)攻/撤退路線規(guī)劃等。該系統(tǒng)主要功能如下：

火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)分析。設(shè)定起火房間，系統(tǒng)自動顯示該房間物料存放類型與數(shù)量、火災(zāi)荷載，選定起火物質(zhì)，系統(tǒng)自動顯示該物質(zhì)屬性、特點(diǎn)、火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、滅火處置方式和撲救注意事項(xiàng)。

可利用消防設(shè)施。設(shè)定起火部位，顯示該區(qū)域的建筑結(jié)構(gòu)布局（平面/三維），提示內(nèi)部可利用的消防設(shè)施，如壁式消火栓、移動滅火器、消防電話、固定滅火系統(tǒng)啟動閥門、排煙口、安全出口等。

戰(zhàn)斗力量部署。設(shè)定起火房間，自動顯示周邊消防水源、進(jìn)攻和撤退路線，自動計(jì)算需投入滅火力量、宜采用的滅火戰(zhàn)術(shù)、力量部署、風(fēng)險(xiǎn)提示以及個(gè)人防護(hù)配備建議等。

滅火應(yīng)用計(jì)算。根據(jù)設(shè)定起火部位的情況，系統(tǒng)自動進(jìn)行相關(guān)滅火應(yīng)用計(jì)算，包括：滅火劑用量、水帶系統(tǒng)水力、滅火劑噴射器具應(yīng)用、消防車應(yīng)用計(jì)算等。核電廠火災(zāi)主要是油類火災(zāi)和氣體火災(zāi)，火場作戰(zhàn)任務(wù)主要圍繞滅火和冷卻進(jìn)行，所用到的滅火救援器材包括水槍、水炮、泡沫槍、泡沫炮、干粉槍、干粉炮等滅火器具。

以核電廠1臺主變壓器發(fā)生火災(zāi)，需要投入的滅火作戰(zhàn)資源計(jì)算為例，平臺采用的部分算法原理如下：

主變壓器發(fā)生火災(zāi)通常造成變壓器油在防火堤內(nèi)流散并形成油池火災(zāi)。當(dāng)變壓器油的泄漏量或現(xiàn)場水和泡沫的用量、變壓器油泄漏量超過防火堤的容量或者防火堤損壞時(shí)，變壓器油會漫過防火堤，形成地面流淌火。滅火作戰(zhàn)的重點(diǎn)為：撲滅變壓器火災(zāi);撲滅防火堤內(nèi)的油池火災(zāi);撲滅防火堤外的地面流淌火;冷卻著火的變壓器、鄰近變壓器、變壓器油枕、上方的電纜橋架。滅火實(shí)戰(zhàn)中優(yōu)先采用干粉+泡沫聯(lián)用進(jìn)行滅火，即先用干粉撲滅明火，再輔助以泡沫進(jìn)行窒息和冷卻。

泡沫液、泡沫槍、泡沫消防車和消防員的數(shù)量，向上取整數(shù)。

2.3? 實(shí)時(shí)監(jiān)控

在核電廠火災(zāi)事故中，不同的初始事故具有不同的特點(diǎn)，其特征隨著事故發(fā)展的時(shí)間而變化。因此有必要對火場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以便及時(shí)調(diào)整處置措施。

對戰(zhàn)斗人員身體狀態(tài)、現(xiàn)場有毒氣體含量、火災(zāi)現(xiàn)場風(fēng)向、氣壓等環(huán)境信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，融合現(xiàn)場戰(zhàn)斗部署的視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)視頻的聯(lián)動監(jiān)管，可通過物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)接入現(xiàn)場固定滅火系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、通信裝置等，進(jìn)行綜合調(diào)度。

2.4? 數(shù)字化預(yù)案

采取基于地理信息系統(tǒng)的二維圖片、全景照片、三維立體建模等技術(shù)編制數(shù)字化預(yù)案。“一張圖”展現(xiàn)區(qū)域內(nèi)相關(guān)信息，包括起火房間火災(zāi)荷載、著火物質(zhì)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)、滅火劑選型與戰(zhàn)術(shù)運(yùn)用（具體到著火物質(zhì)）、進(jìn)攻/撤退路線、可利用消防設(shè)施、重點(diǎn)提示等。系統(tǒng)可以聯(lián)動預(yù)案，當(dāng)啟動預(yù)案后調(diào)用戰(zhàn)斗部署圖，根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)提供對應(yīng)信息輔助救援。

2.5? 實(shí)時(shí)通信/存儲

通過設(shè)備實(shí)現(xiàn)視頻語音通信，進(jìn)行實(shí)時(shí)交互，將視頻進(jìn)行分屏顯示，展示火場內(nèi)外部不同區(qū)的信息。滅火過程中的音頻、視頻信息存儲在后臺，通過指揮平臺操作的各項(xiàng)指令能夠記錄并打印，供戰(zhàn)評和事故調(diào)查使用。

2.6? 數(shù)據(jù)分析

挖掘戰(zhàn)斗過程的數(shù)據(jù)特征，在數(shù)據(jù)分析報(bào)表基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化戰(zhàn)斗方案。提供大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析看板，對核電廠區(qū)內(nèi)每個(gè)維度的消防數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，核電廠能根據(jù)分析報(bào)告掌握廠區(qū)消防情況及消防員的培訓(xùn)演練情況，在一定程度上可減少火災(zāi)的發(fā)生，提高消防安全水平。

2.7? 三維VR演練

根據(jù)預(yù)設(shè)場景，日常訓(xùn)練需要，采用三維VR技術(shù)，模擬火場的救援處置方式，提高救援實(shí)戰(zhàn)技能。通過VR將不同建筑內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行直觀展示，包括建筑物結(jié)構(gòu)、內(nèi)部環(huán)境、通道、樓梯、物品擺放位置、消防設(shè)備設(shè)施位置等信息，并可查看消防設(shè)備設(shè)施的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息。根據(jù)不同場景，設(shè)定符合實(shí)際的滅火流程和滅火方法，系統(tǒng)自動引導(dǎo)演練人員進(jìn)行現(xiàn)場滅火，如火場報(bào)警、滅火處理、進(jìn)攻及撤退路線等信息。同時(shí)支持多角色：消防隊(duì)長、班長、戰(zhàn)斗員、二級干預(yù)隊(duì)長、現(xiàn)操、輻射防護(hù)人員等，可體驗(yàn)不同角色在火場中的不同任務(wù)。演練結(jié)束后，系統(tǒng)根據(jù)演練人員的實(shí)際操作情況，自動進(jìn)行操作評價(jià)，并給出評價(jià)結(jié)果，便于演練人員快速學(xué)習(xí)和糾錯(cuò)。

3? 應(yīng)用效果

平臺開發(fā)完成后在國內(nèi)某核電廠進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。發(fā)生火災(zāi)后，指揮員根據(jù)災(zāi)情進(jìn)行戰(zhàn)斗力量部署，系統(tǒng)給出預(yù)先設(shè)定進(jìn)攻路線，內(nèi)外部可利用消防設(shè)施、車輛停靠位置、滅火人員位置等;事故處置過程中，戰(zhàn)斗員佩戴單兵作戰(zhàn)裝備，可將以下信息反饋至平臺：人員狀態(tài)、空呼剩余氣量、現(xiàn)場有害氣體檢測、實(shí)時(shí)視頻圖像、實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)指揮點(diǎn)與現(xiàn)場的遠(yuǎn)程可視化、交互式指揮，直至火情得到有效控制。

總的來說，該核電廠火場應(yīng)急指揮平臺取得了良好的應(yīng)用效果，有效提升了火災(zāi)撲救過程中指揮員與滅火人員的實(shí)時(shí)通信，指揮員能實(shí)時(shí)掌握火災(zāi)現(xiàn)場的動態(tài)和滅火人員的狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行戰(zhàn)斗力量調(diào)整，綜合調(diào)度火場應(yīng)急響應(yīng)資源，確保火災(zāi)撲救的圓滿成功。同時(shí)，該平臺可較好地用于日常模擬演練，有利于消防隊(duì)員熟悉現(xiàn)場，掌握滅火預(yù)案，不斷提高滅火作戰(zhàn)技能。

4? 結(jié)語

核電廠火場應(yīng)急指揮平臺是針對核電廠現(xiàn)有滅火救援力量，綜合利用RFID、傳感、人工智能等技術(shù)開發(fā)的滅火救援輔助決策系統(tǒng)，促進(jìn)核電廠滅火救援工作由傳統(tǒng)方式向信息化和智能化轉(zhuǎn)變。該平臺在核電廠的應(yīng)用，解決了核電廠火災(zāi)應(yīng)急過程中溝通不暢，指揮員不能隨時(shí)掌握火場動態(tài)，作戰(zhàn)部署時(shí)決策數(shù)據(jù)缺乏、火場作戰(zhàn)人員狀態(tài)不明等長期存在的疑難問題，能夠?yàn)橄乐笓]和決策提供指導(dǎo)，有效提升核電廠火災(zāi)應(yīng)急救援能力，還可以滿足消防救援人員的日常培訓(xùn)需求，提高其對核電站火災(zāi)事故的應(yīng)急能力，從而更好地保障核電廠的消防安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]王威.核電廠的消防管理[J].電力安全技術(shù)，2012，14（11）：27-29.

[2]朱姚瑤，王李娟，向嘯晗.核電廠火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理研究[C]//.中國核科學(xué)技術(shù)進(jìn)展報(bào)告（第五卷）——中國核學(xué)會2017年學(xué)術(shù)年會論文集第10冊（核測試與分析分卷、核安全分卷），2017：178-183.

[3]李增，王子碩，張麗敏.基于物聯(lián)網(wǎng)的消防滅火救援戰(zhàn)斗力量調(diào)度指揮研究[J].武警學(xué)院學(xué)報(bào)，2018，34（4）：30-33.

[4]齊月智.消防滅火救援輔助指揮決策系統(tǒng)研究[J].消防界，2020，6（16）：62-64.

[5]蘇亞輝，陳濤.消防滅火救援輔助指揮決策系統(tǒng)研究[J].消防界（電子），2021，7（4）：87-88.

[6]張波.基于云模型及案例庫的滅火救援輔助決策算法[J].消防科學(xué)與技術(shù)，2018，37（6）：810-812.

[7]唐斌.探析“一張圖”滅火救援指揮平臺的構(gòu)建與應(yīng)用[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（16）：95-96.

Design and application of emergency

command platform for nuclear power plant fire site

Chen Junyong， Liu Xusheng， Xiao Fei

（Daya Bay Nuclear Power Operation Management Co.，Ltd.，Guangdong Shenzhen? 518000）

Abstract：This paper introduces the problems faced in the fire site response process of nuclear power plants， and puts forward the establishment of a fire site emergency command platform integrating fire site command， auxiliary decision-making， digital plan and three-dimensional VR drill， so as to provide technical support for the efficient response of nuclear power plants to fire emergency rescue， and at the same time implement the new requirements for fire response command after the national adoption of three-generation technology for nuclear power plants.

Keywords：nuclear power plant; fire site response; command platform