基于火災模型的消防應急平臺架構和功能分析

■ 蔡巖軍 青海鐵安消防工程有限公司

火災作為人類生產活動中最常見、危害最大的災害之一，能否對其進行全面、高效的預防，直接決定著整個社會的穩定與和諧。尤其是隨著城市化進程不斷加快，人口大批量向城鎮集中的趨勢也在不斷顯現，在一定程度上增加了城區內的消防安全隱患，使得傳統消防安全工作中存在的盲目性、滯后性以及片面性等問題不斷凸顯，因此，如何開展好新形勢下的火災預防和控制工作，成為了廣大消防管理人員和人民群眾共同關注的問題。此外，隨著電動車、電磁爐、取暖桌等用電設備在功能上的不斷革新和在使用范圍上的不斷拓展，民眾的用電需求和用電頻率也在持續增加，使得與之相對應的超負荷用電、不文明用電等行為也在不斷攀升，大大增加了因用電線路發熱和短路引起的火災，因此，亟須建立一套完整的消防應急監管系統[1]。綜上所述，對本課題進行深入的分析與研究具有十分重要的意義。

一、火災的危害

火災是威脅公共安全和民眾生命財產安全的主要災害，據不完全統計，火災對我國造成的人員傷亡數量僅次于礦難災害，位居全國第二，從近幾年火災事故的資料分析，近5年內全國平均每年由火災造成的經濟損失高達15 億元，共發生火災約18 萬次，且呈現出逐年攀升的趨勢[2]。文章在參考前人研究結果的基礎上，將火災造成的危害和原因進行了總結。火災造成的危害主要體現在帶來慘重的財產損失、造成大量的人員傷亡以及導致火災周圍生態失衡等三個方面；而引起火災的原因主要有意外、人為縱火以及電力故障和設備過熱等三種情況。火災實際上是氧氣和某種燃料（如電視或沙發）之間化學反應的結果。但是，無論是何種原因造成的火災，其所帶來的危害都是不可逆轉的，我們只有不斷完善消防應急管理平臺，從救援方案、救援路線以及人員疏散等方面進行優化，盡量控制火勢蔓延速度和火災持續時間[3]。

二、消防應急平臺系統架構

（一）消防應急平臺的核心架構

文章所介紹的消防應急平臺主要由信息獲取系統UI、應急智能系統UI 以及決策指揮系統UI 三個部分組成，并將其與地理信息管理系統（GIS）進行連接，可對火災救援活動進行模擬分析、風險評估、制定應急預案和消防指揮決策等處理，有效彌補了傳統消防安全管理系統中存在的功能單一、自動化水平不高以及應急方案可行性不強等問題。其中，火災預測預警模型還在原有火災蔓延模擬模型的基礎上，增加了人員疏散和損失評估兩個新模型，為消防應急決策和處置方案可行性、效益性以及及時性的提升奠定了堅實的基礎。其中信息獲取系統的主要作用是負責收集、傳輸、存儲以及管理火災相關的數據信息，為系統作出應急反應和指揮決策提供依據，是整個消防應急管理平臺的基礎；而消防應急智能系統的主要作用則是分析和評估火災的風險等級，并以此為依據制定火災管理決策。其工作流程為：首先，根據火災現場的地理環境、氣候條件等信息預測火勢蔓延的速度，并確定火災的風險等級。其次，根據火災預測環節獲得的數據信息動態化調整應急方案，提升救援人員控制火勢蔓延的能力和效率；決策指揮系統是整個消防應急平臺的指揮中心，可迅速將指令、火災處置方案等信息傳遞至相關救援部門，最終實現快速、高效、合理地開展火災救援工作的目的。

（二）消防應急平臺的整體架構

建筑材料、火災所處環境以及風速風向等是決定火勢蔓延速度的核心因素，因此，文章所介紹的消防應急管理平臺充分考慮了室外大條件下的火災類型，將木質結構、混凝土結構等建筑物發生火災的特征、誘因等信息作為主要考慮對象，可有效應對當前城市內住宅小區、商場、學校、醫院等大型人群聚居地的火災。此外，該平臺還設置了火災損失評估模塊和人員疏散安全性判斷模塊，使應急智能系統完全具備了科學預測火災情況和自動化制定調度決策的功能。該平臺系統軟件嚴格遵循C/S 標準進行構建，從下往上依次可分為數據層、業務層以及信息交互層三個層級。

數據層共包含安全信息庫、空間信息庫、數據預案庫、模型庫以及決策庫五個部分，安全信息庫中包含防火重點單位、中隊實力、消火栓出水口管理以及醫療單位等信息；空間信息庫包含數字地圖、地名數據、行政區劃以及通道網絡等信息；數據預案庫包含救火力量配備、疏散組織以及消防設備配置等信息；模型庫則主要包括損失評估模型、人員疏散模型以及火災蔓延模型三個部分；決策庫由地點定位、環境分析以及路徑分析三個部分組成。

業務層主要集成了平臺服務的功能，包含綜合管理、GIS 服務、模型調用、預案調用以及決策工具五個部分。

最上層為平臺的信息交互層，由信息獲取UI、智能應急UI 以及決策指揮UI 三個部分組成。信息獲取UI又分為接警處、信息錄入、數據更新以及圖像顯示四個模塊；智能應急UI 包括查閱比較、參數輸入、模擬顯示以及結果輸出四個模塊；決策指揮UI 包括預案顯示、方案輸出、指揮記錄以及訓練模擬四個模塊。

本平臺所使用的地理信息系統（GIS）版本為ArcGIS 9.0，數據軟件使用的版本為Oracle 9i。系統環境使用的版本為微軟VS.NET 2003。

三、消防應急平臺的功能分析

（一）信息交互系統

信息交互系統可直接與城市中的電子眼監控系統、119 接警系統等進行連接，自動識別、獲取以及定位火災信息。與此同時，信息交互系統還使用網絡視頻監控技術將信息通過網絡渠道進行采集和傳輸，大大提升了系統采集數據、傳輸數據以及處理數據的能力和效率。119 接警信息則采用手工錄入與網絡傳輸相結合的信息采集模式，使接警員能夠進一步核對信息的真實性與準確性，待確認無誤后再手動錄入信息交互系統中，進一步增強了信息交互系統的可靠性。此外，系統中的數據均是采用XML 的格式進行保存，此格式文本具有極強的兼容性，能有效保證信息傳輸的質量和效率。

（二）應急智能系統

1.數據庫

數據庫中存儲的信息主要包含了空間數據和消防安全數據兩種，其中空間數據庫主要存放的是地理信息系統（GIS）中產生的相關數據，如城市地形地貌圖形、地名、行政區劃、建筑物以及交通狀況等都是存放于空間數據庫中；而消防安全數據庫則主要用于存儲該城市所具備的消防中隊信息、重點單位信息、醫療單位信息、消火栓取水口信息、電力線路信息、物資信息以及避難場所信息等與消防安全工作息息相關的數據信息，為救援方案的制定、救援線路的選擇等提供充足、全面、可靠的數據支持。

2.模型庫

文章介紹的消防應急平臺中的火災模型由火災蔓延模型、人群疏散評估模型以及火災損失預測與評估模型三個部分構成，第一，火災蔓延模型。對于建筑物相對集中的城區而言，火災蔓延的速度主要取決于建筑物的密集程度、建筑物的主體材料以及發生火災時該城市的天氣狀況等因素，所以，火勢蔓延模型全面地收集了大型建筑物的面積、建筑材料類型、建筑物通風口面積以及建筑物樓層高度、風速、風向、房屋地理位置、地理環境以及空地面積等信息，可準確地模擬出火災蔓延的趨勢和蔓延的速度。第二，人群疏散評估模型。主要模擬火災現場人員疏散方案的可行性，該模型主要涉及可用安全疏散時間和必須安全疏散時間兩個因素，當可用安全疏散時間大于必須安全疏散時間時，才能確定系統所制定的人員疏散方案有效，反之，則無法運用該方案開展火災現場人員疏散工作。此外，評估模型還能與地理信息系統（GIS）相結合，直接將人員疏散的范圍拓展至全市范圍內，有效增強了人員疏散方案的合理性。第三，火災損失預測與評估模型。火災所造成的財產損失可以根據火災蔓延模型進行計算，人員傷亡情況可根據疏散模型進行預測，增強火災損失預測和評估結果的準確性。

3.預案庫

傳統的消防預案多為紙質資料，其中涉及的內容多是依據消防工作人員和管理人員所積累的工作經驗而確定，普遍存在著檢索難度大、信息共享渠道不暢以及可操作性不強等問題[4]。而消防應急平臺則能將預案資料數字化、智能化，有效彌補傳統紙質資料中存在的不足，主要體現在以下兩個方面：一方面，消防數字應急救援預案是以消防應急平臺中的地理信息系統（GIS）和數據庫系統為基礎構建的，并運用計算機技術將紙質的應急救援預案數字化，隨后對預案中的關鍵環節進行結構化處理，形成針對性強、切實可行的數字預案。數字預案主要包括消防力量部署、人員配備、崗位任務、人員疏散、救援力量、醫療救護調配以及滅火措施及方案等信息，且所有的消防員都能通過系統自帶的檢索界面查詢，有效促進了相關資料和數據的共享。另一方面，數字預案模塊還收錄了大量的消防安全知識、消防技能以及消防設備，對城區內重點建筑物或建筑群制定對應的火災應急預案，確保該區域發生火災時，各部門能夠迅速趕赴火災現場，并開展相應的救援活動。同時也能通過數據庫及模擬對象周圍的環境，開展消防安全演練，在減少消防安全管理成本的同時，增強消防安全管理工作的質量和效率。

4.決策庫

決策庫的主要作用是從海量的數據信息中挑選符合火災現場救援需要的數據信息，并制定相應的救援決策。該系統將火災蔓延模型、火災損失預測與評估模型以及人員疏散模型等與接警系統、消防力量以及最佳路徑等信息有機地整合在一起，為火災事故的模擬、分析以及處理等工作的開展提供依據，將接警—制定救援預案—出警—滅火等環節緊密地銜接在一起，最終實現提升火災救援方案效益性、科學性以及合理性的管理目的。此外，決策庫還能準確預判火勢蔓延的范圍，為消防部門、醫療單位以及交通管理部門等提供統一的決策指揮信息，提高了各救援部門協調作戰的能力。決策庫所具備的功能有快速定位火災發生地點、明確救援隊伍職責、查詢火災現場緩沖區域的環境、驗證救援指揮方案可行性以及優化救援路線和疏散路線等。

5.決策指揮系統

決策指揮系統是消防應急平臺中使用頻率最高的模塊，有通信系統、顯示系統、電話接警系統以及計算機網絡系統等軟件系統，使應急指揮工作能夠根據火災現場的實際場景進行計算，并根據火災的發展情況動態化地調整火災應急預案，能準確應對因火災類型、火災等級、火災發生時間、火災發生地點以及火災氣候條件等因素發生改變而導致火災應急救援預案無法繼續執行的情況。

四、結語

總而言之，火災作為當前城市范圍內發生頻率最高、危害最大以及救援流程最為煩瑣的災害之一，嚴重威脅著民眾的生命財產安全和社會的穩定和諧，而文章所介紹的消防應急管理平臺具有可操作性強、信息化與智能化水平高等優勢，可有效應對當前城市范圍內發生的各類火災和各類消防安全隱患。身為消防管理工作人員的我們，只有在今后的工作中不斷總結和積累工作經驗，積極完善自身的專業知識和業務水平，才能科學合理地使用消防應急管理平臺，為我國消防安全工作不斷注入新鮮的血液。