化工園區火情預警優化方案研究

張愛東

（南京前鵬信息科技有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

火災危害巨大，嚴重威脅公眾生命財產安全。在火災防控領域，火災時路徑規劃一直是火情預警關注的重點。在火災事故發生時，如何實現安全高效的疏散和轉移是現代消防救援的關鍵問題，特別是在危險物、有毒物質、易燃易爆物成片堆積的化工園區。

2020 年，國家市場監督管理總局和國家標準化技術委員會聯合發布了《智慧化工園區建設指南》（GB/T 39218—2020），2021 年，應急管理部印發了《“工業互聯網+危化品安全生產”試點建設方案》均提出化工園區需進行封閉化管理和安全生產分析預警；然而封閉化管理給園區帶來穩定運營環境的情況下，也加大了如人員管理、車輛管理、消防應急疏散、資源調配的困難。

1 國內外研究現狀分析

火情預警和最優路徑規劃問題一直是國內外消防疏散的重點問題，黨珊等[1]采用元胞自動機算法，通過仿真實驗對醫院火災疏散過程進行逼真的模擬。賀雙雙[2]提出管廊雙側布置安全出口/禁止入內指示燈，以保障火災時管廊內疏散指示系統起到很好的警示和疏散作用。趙梓皓等[3]提出運用BIM 技術和設施管理思想進行人員疏散模擬研究和消防設施運維管理。

化工園區火情預警方面，葉繼紅等[4]在傳統蟻群算法規劃路徑的基礎上，考慮了毒性負荷因素，算法實現了特定環境下路徑計算良好的收斂速度和計算穩定性，對火情路徑分析有一定借鑒意義。石軍花等[5]運用儲罐池火災燃燒過程中動態熱輻射演化三維仿真，尋找火災救援中的最佳滅火位置。唐小榮[6]提出需要化工園區建構智慧型消防救援系統，制定合理的滅火技術方案。

現階段，關于解決化工園區火情預警和最優路徑規劃研究較少，特別是化工園區封閉化管理之后，對消防資源調度、人員疏散的要求更加嚴苛。為此，本文結合三維傾斜射影技術和火情預警綜合研判系統，綜合考慮化工園區封閉化管理以及園區各主管部門協調要求，以某化工園區為例，探索化工園區火情預警優化方案。

2 化工園區消防預警影響因素分析

化工園區是現代化學工業為適應資源或原料轉換，順應大型化、集約化、最優化、經營國際化和效益最大化發展趨勢的產物。在化工園區內，影響消防預警的主要因素如下。

2.1 危險品多且種類繁雜，易形成連鎖反應

現代化學工業生產工藝十分復雜，設施結構分布密集且易損耗，同時，生產原料和產品中不乏大量的有毒有害、易燃易爆物質；生產、存儲和運輸這些化工產品中包含了較多的不確定因素，傳統的火災預警感知大多依賴單一技術，難以適應化工園區的復雜環境，從而產生消防監控盲區；發生火災時，化工園區易產生連鎖反應，造成更加嚴重危害，給消防管理帶來很大的壓力[7]。

2.2 封閉化管理，園區出入途徑較少

《智慧化工園區建設指南》中要求在化工園區出入口設置出入口控制系統，并實現周界入侵警報，因此化工園區出入方式較單一，且園區內有大量裝載危化品的車輛，加大了園區內交通運管負擔，難以實現高效的消防疏散。

2.3 化工園區消防基礎設施配置不一

由于化工園區為分階段建設，導致園區內消防布局隨建設時期要求、消防設備的種類及壽命、消防管理要求等因素存在一定差異，且普遍存在消防安全管控智能化不足的情況。

3 基于三維傾斜射影火情預警優化方案

針對以上問題，本文提出將信息技術引入至火災逃生疏散和應急救援路徑選擇的思路，即充分運用多維度的物聯網終端，建立多角度園區火情監控體系。運用三維傾斜射影技術高精度、高效率、高真實感和低成本的特點，構建園區三維感知模型，全面掌控園區資源分布情況。通過模型分析研判得出火情處置方案，結合綜合管理平臺進行信息高效展示和傳遞，實現園區資源的精細化控制，實現園區消防安全管控智能化。

3.1 構建多維度感知體系

火情信息感知是消防預警防范的關鍵[8]，而傳統的火情預警是基于傳感器檢測數據對現場進行監控的火情判別，近些年，雖然大量學者利用計算機和視頻圖像處理技術對火情信息感知技術進行打磨，實現精度和范圍的提升，但數據來源單一、可靠性差、投資成本高等問題一直難以解決。

因此，打造多維的感知智能預警體系是必然趨勢，以智能感知、信息共享、多角度印證、高效協同的預警方式，通過多種手段對全園區的火情整體情況和重點設施細節進行不同維度的分析。不同于傳統火情信息感知體系，多維度火情感知體系更側重場景分析和信息印證，通過分類布建覆蓋園區全域及重點區域的多要素的火情感知設備，以不同視角對探測的火情信息進行智能分類及印證。

3.2 建立基于三維傾斜射影的消防預警綜合研判系統

火情信息的應用離不開高精度、高準確度的消防預警綜合研判系統，而傳統的消防信息化系統普遍存在定位不準確、信息不及時、可視化較差等問題，而引入三維傾斜射影這類新型信息化手段能很好的解決相關問題。

三維傾斜射影技術是通過在同一飛行平臺上搭載多臺傳感器，同時從垂直和4 個傾斜角等5 個不同的角度采集影像[9]，再結合后端的三維建模軟件，快速高效建立區域的三維場景模型。三維場景模型可實現園區火情預警可視化和場景化的高效準確的應用，主要是通過對園區設施數據化、信息化模型整合，實現應用系統全生命周期過程內都能有效進行信息更新、共享和傳遞，便于使用人員準確掌握實時信息，實現各業務系統的協同管理；并利用參數化模型建模，園區內各個設施設備都具有對應的模型構件，并賦予對應特征，因此可以利用各類算法進行模型分析和計算，搭建相關應用場景分析。特別是通過不同的賦值分析有效反饋出園區內的高危區域和輻射范圍，在火災預警分析時，能很好的幫助實現人員逃生疏散指引，盡可能遠離風險源，使逃生疏散更加科學有效。

3.3 火情預警精細化管控系統

火情處置需要建立高效率的溝通機制，以滿足高時效性的火情管控需求；傳統的火情管控措施主要依靠人工完成，溝通的效率和信息的有效性、時效性難以保障，建立基于統一平臺的火情預警信息精細化管控系統，能有效梳理信息的流向和物資信息，確保各單位接受到最契合職能的消息，并結合周邊消防資源情況、后端消防分析研判結果采取最有效的應急措施。

火情預警精細化管控系統基于園區的一體化平臺和園區三維場景模型信息，建立一個整體可控的消防預警信息精細化管理模式，把消防物資、生態環境、消防建設、化工企業、安監部門等多行業、多部門進行有機結合，建成消防信息的共享機制，使園區內的火情處置活動能在統一指揮和調配下推進。系統能結合系統分析研判的消防方案，科學地分配消防資源和聯動機制，采取針對性措施進行撲滅，實現園區內整體性的消防人力資源調度機制。同時，對火災信息進行全過程記錄，便于后續工作總結和模型優化。

4 案例分析

4.1 問題分析

為更好了解火情預警的關鍵點，現選擇某化工園區進行火情預警系統建設成效分析。園區在之前的火警預警方面主要存在以下4 個問題：①園區內企業較多，種類復雜且位置分散，部分企業內有包括可燃液體、氣體和毒性物質等物質的貯罐區；②園區內建有管委會，內有安監、安環、應急辦等多個部門協調解決園區內部事務，園區有單獨消防隊，位于園區的西南角，消防報警主要通過電話溝通；③園區根據封閉管理要求，在園區周圍建成了物理圍欄，車輛和人員出入主要依靠規定的園區出入口，出入口設有道閘；④園區臨江而建，臨江的江堤線路因防汛要求處于半封閉狀態，導致園區內逃生路徑資源較少。

4.2 建設內容

考慮到園區的現實情況，結合優化的火情預警系統方案要求，建設園區火情預警優化系統，系統充分利用了物聯網、大數據、3S、三維傾斜射影，模型仿真等技術，系統屬于園區一體化平臺重要組成部分。

4.2.1 園區火情預警綜合管理平臺

火情預警綜合管理平臺是園區火情管理的樞紐，平臺依托可視化技術以及園區的三維場景模型，對所有相關的前端設備、模型分析結果、物資儲備狀態等信息進行統一展現，并支持地圖展示。平臺的主要功能是為火情的應急決策、領導駕駛艙、分析研判、指揮調度提供及時、可靠的圖像信息。

4.2.2 園區火情預警信息采集系統

火情預警信息采集系統分為兩個部分，分別是前端感知設備和后端信息分析系統。前端感知設備主要是由不同類型的前端感知設備組成，園區內設有覆蓋整個園區范圍內的高空熱成像云臺相機，全面監測園區內異常溫度上升或煙霧情況。另外在園區主要道路和設施附近建有支持遠程操作的監控設備，結合后端智能分析平臺對圖像進行分析。同時，依托企業數據互通，接入重點區域的溫感、煙感物聯網設備，實現局部區域的精準定位分析。后端信息分析系統主要是對前端感知設備采集的信息進行歸類和初步分析，對于異常情況可實現多角度分析和遠程聯動，例如，某溫感傳感器識別到溫度異常時，系統可自動調取附近的監控圖像和高點熱成像信息，自動整合發送至執勤大廳內進行人工判斷。通過信息化的方法，解決園區覆蓋范圍大、組成復雜、多高危風險源等問題。

4.2.3 園區火情預警綜合研判系統

火情預警綜合研判系統是整個火情預警系統的核心，主要由火情信息處理、火情模型分析、火情處置分析研判輔助、火情處置過程等模塊組成，通過大數據分析技術，結合模型分析和預案執行，快速響應火情應急管控，同時，對相關信息進行梳理和精準調配，加快各部門的反應速度。

4.2.4 消防資源管控一體化系統

消防資源管控一體化系統主要承擔園區內消防重點監控區域狀態分析，和消防相關設備設施的臺賬管理和可視化顯示方面工作；系統基于園區三維場景模型，直觀反映園區內建筑物的組成、分布和危險系數；同時，投影出附近各消防設備的空間位置信息、存量情況等，當火災發生時，可為管理人員迅速判斷周邊形勢，便于后續的資源調度和路徑規劃。

4.2.5 園區火情指揮調度系統

園區火情指揮調度系統基于園區統一的管理平臺，根據各個部門的職能收發相關信息并記錄相關過程，能有效解決園區內企業和部門較多、溝通方式單一、信息不對稱等問題。同時，系統具有應急指揮的功能，通過與執勤終端、園區大喇叭和園區出入口道閘管理系統進行對接，可遠程一鍵調控相關資源，實現包括調用江堤路徑等應急資源，逃生路徑規劃和指引等功能，也符合在事故狀態下，園區整體資源都是應急救援及疏散通道的要求[10]。

4.3 效果分析

目前園區內火情預警系統已正常運轉使用近一年，相關信息化的手段能有效提升園區監控管理火情的能力，為園區提供高準確度的火情預警信息，為園區節約相關人力、物力資源。項目實施提升了園區信息化水平，促進了園區智慧建設和發展，為企業提供了更加安全可靠的運營環境，為周邊群眾的生命安全增加了一道有力屏障，具有顯著的社會效益。

5 結語

本文通過對化工園區傳統的火情預警系統缺陷進行優化，提出了建設集前端多角度分析，后端強可視化、智能化的火情預警優化方案。結合某園區的建設內容——建設園區火情預警綜合管理平臺、園區火情預警信息采集系統、園區火情預警綜合研判系統、消防資源管控一體化系統和園區火情指揮調度系統的成效，說明方案能有效提升園區信息化管理水平，提高消防資源利用效率，減少園區內各部門溝通成本，實現精準有效的消防信息分析研判和火災時路徑規劃，極大地提升化工園區的安全水平。