CN113139322B - 一种核电厂火灾响应及演练能力评价系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电厂火灾响应及演练能力评价系统及方法，评价系统包括模拟仿真模型、火灾响应需求分析模型、响应及演练模型、记录单元、评价单元和动态告警模型，模拟仿真模型用于获得火灾特征参数和人员疏散特征参数；火灾响应需求分析模型确定评价区域应对火灾响应的需求数据；响应及演练模型用于模拟并比对火灾演练过程中各救援行为的实施情况；记录单元用于记录火灾响应及演练过程中各种数据信息；评价单元用于评价火灾响应及演练能力并输出其评价结果；动态告警模型用于对评价结果的各项指标进行动态评定并进行实时预警。本发明提供的核电厂火灾响应及演练能力评价系统及方法有效评估出发生火灾时的应急处理能力，以便提前部署。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂火灾应急技术领域，尤其涉及一种核电厂火灾响应及演练能力评价系统及方法。
背景技术
核电作为一种有效缓解全球能源危机和气候变化的重要新兴能源，已在世界各国得到广泛的应用与推广，核电发展的基础是安全，安全是核电事业的生命线，核电站几十年来的运行，经验表明：火灾对核电站安全具有重大的潜在威胁，且火灾发生的可能性贯穿于核电站的整个生命，核电厂一般都设有应对火灾的响应措施，但是，目前缺少对核电厂火灾响应及演练能力进行客观评价的系统，从而无法得知火灾发生时能够真正有效进行处理，无法实现火灾应急响应处置的动态预警，以致容易发生严重的火灾事故及核事故。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种核电厂火灾响应及演练能力评价系统及方法，具体技术方案如下：
一方面，提供了一种核电厂火灾响应及演练能力评价系统，包括
模拟仿真模型，所述模拟仿真模型用于获得并输出评价区域发生火灾后的火灾特征参数和人员疏散特征参数；
火灾响应需求分析模型，所述火灾响应需求分析模型接收所述模拟仿真模型输出的参数，并用于确定所述评价区域应对火灾响应的需求数据；
响应及演练模型，所述响应及演练模型用于模拟并比对火灾演练过程中各救援行为的实施情况；
记录单元，所述记录单元用于记录火灾响应及演练过程中各种数据信息；
评价单元，所述评价单元接收所述记录单元输出的数据信息，所述评价单元用于评价火灾响应及演练能力并输出其评价结果；
动态告警模型，所述动态告警模型用于对所述评价结果的各项指标进行动态评定并进行实时预警。
进一步地，所述响应及演练模型中比对的救援行为包括灭火救援力量配备、应急预案、应急响应和灭火救援行动，所述灭火救援力量配备包括人员配备和灭火救援装备配备；所述应急预案包括消防行动卡以及灭火救援方案的选择与启动；所述应急响应包括接警处置、应急启动和应急保障；所述灭火救援行动包括火情侦察和判断、火灾处置流程、人员疏散及救护策略、火场警戒与防护。
进一步地，所述评价区域应对火灾响应的需求数据包括启动应急预案的等级、灭火剂种类、灭火剂量的供给、火灾应急响应的警戒范围、安全集合位置、疏散引导需求、医疗救护需求、救援最优行进路径、预期到达火场的时间、核辐射防护设备的需求。
进一步地，所述记录单元包括监测单元和计时单元，所述监测单元用于对演练过程中各救援行为进行监测，所述计时单元用于记录响应及演练过程中所述救援行为的响应和实施时间。
进一步地，所述监测单元包括超声波距离感应模块、红外温度感应模块以及视频监控模块。
进一步地，所述评价单元采用指标权重确定法和综合打分法进行评价。
另一方面，提供了一种核电厂火灾响应及演练能力评价方法，包括以下步骤：
S1、通过记录与分析评价区域可燃物分布情况、建筑特征、消防设施的配备参数，建立火灾仿真物理模型，以得到评价区域发生火灾后的火灾特征参数；
S2、通过记录与分析所述评价区域人员分布情况、建筑特征、安全疏散设施的参数，建立人员疏散仿真模型，以得到所述评价区域发生火灾后的人员疏散特征参数；
S3、依据所述火灾特征参数和人员疏散特征参数，利用火灾响应需求分析模型以确定所述评价区域应对火灾响应的需求数据；
S4、进行若干次火灾演练模拟，比对火灾演练过程中各救援行为的实施情况，利用指标权重确定法计算各救援行为的权重，并在火灾演练过程中，对各救援行为和火灾进行有效监测，从而将演练实际能力与火灾响应需求进行对比评分；
S5、利用综合打分法对各层次的演练过程进行综合评定，以得到所述评价区域发生火灾时应急处理能力对应的评价结果；
S6、对所述评价结果进行动态监测，若所述评价结果的一项或几项超出相应预设的安全阈值范围，则发送告警信息至应急指挥部。
进一步地，在S6步骤中，若所述评价结果的一项或几项不符合预设的安全阈值范围，从数据库中调取相应的处理方案发送至应急指挥部。
进一步地，在S1步骤中，从所述火灾仿真模型中获得火灾条件下的温度场、烟气蔓延及扩散数据、烟气组分及浓度数据、火灾蔓延区域和消防设施启动时间的数据。
进一步地，在S2步骤中，从所述人员疏散仿真模型中可获得人员受火灾烟气毒性的危害及高温危害影响参数、人员疏散的动态时间参数、安全出口人员分布情况的参数。
本发明具有下列优点：
a.有效评估出核电厂发生火灾时的应急处理能力，以便提前部署；
b.能够动态反馈火灾响应存在的不足之处，及时发出告警信息与动态的响应需求，提高救援效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的核电厂火灾响应及演练能力评价方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的核电厂火灾响应及演练能力评价方法的演练评价示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本发明的一个实施例中，提供了一种核电厂火灾响应及演练能力评价系统，包括模拟仿真模型、火灾响应需求分析模型、响应及演练模型、记录单元、评价单元和动态告警模型，所述模拟仿真模型用于获得并输出评价区域发生火灾后的火灾特征参数和人员疏散特征参数，其包括评价区域对应的火灾仿真模型和人员疏散仿真模型；所述火灾响应需求分析模型接收所述模拟仿真模型输出的参数，并根据所述参数确定所述评价区域应对火灾响应的需求数据；响应及演练模型为核电厂的响应及演练结构框架，所述响应及演练模型用于模拟并比对火灾演练过程中各救援行为的实施情况；所述记录单元用于记录火灾响应及演练过程中各种数据信息，所述记录单元包括监测单元和计时单元，所述监测单元对演练过程中各救援行为进行监测，所述监测单元包括超声波距离感应模块、红外温度感应模块以及视频监控模块，所述计时单元记录响应及演练过程中所述救援行为的响应和实施时间；所述评价单元接收所述记录单元输出的数据信息，所述评价单元用于评价火灾响应及演练能力并输出其评价结果，所述评价单元采用指标权重确定法和综合打分法进行评价；所述动态告警模型用于对所述评价结果的各项指标进行动态评定并进行实时预警。
其中，所述响应及演练模型中比对的救援行为包括灭火救援力量配备、应急预案、应急响应和灭火救援行动，所述灭火救援力量配备包括人员配备和灭火救援装备配备；所述应急预案包括消防行动卡以及灭火救援方案的选择与启动；所述应急响应包括接警处置、应急启动和应急保障；所述灭火救援行动包括火情侦察和判断、火灾处置流程、人员疏散及救护策略、火场警戒与防护。所述评价区域应对火灾响应的需求数据包括启动应急预案的等级、灭火剂种类、灭火剂量的供给、火灾应急响应的警戒范围、安全集合位置、疏散引导需求、医疗救护需求、救援最优行进路径、预期到达火场的时间、核辐射防护设备的需求。
在本发明的一个实施例中，提供了一种核电厂火灾响应及演练能力评价方法，包括以下步骤：
S1、通过记录与分析评价区域可燃物分布情况、建筑特征、消防设施的配备参数，建立火灾仿真物理模型，以得到评价区域发生火灾后的火灾特征参数；
S2、通过记录与分析所述评价区域人员分布情况、建筑特征、安全疏散设施的参数，建立人员疏散仿真模型，以得到所述评价区域发生火灾后的人员疏散特征参数；
S3、依据所述火灾特征参数和人员疏散特征参数，利用火灾响应需求分析模型以确定所述评价区域应对火灾响应的需求数据；
S4、进行若干次火灾演练模拟，比对火灾演练过程中各救援行为的实施情况，利用指标权重确定法计算各救援行为的权重，并在火灾演练过程中，对各救援行为和火灾进行有效监测，从而将演练实际能力与火灾响应需求进行对比评分；
S5、利用综合打分法对各层次的演练过程进行综合评定，以得到所述评价区域发生火灾时应急处理能力对应的评价结果；
S6、对所述评价结果进行动态监测，若所述评价结果的一项或几项超出相应预设的安全阈值范围，则发送告警信息至应急指挥部，并从数据库中调取相应的处理方案发送至应急指挥部。
具体地，应用所述核电厂火灾响应及演练能力评价方法的时候，参见图1，可进行下列操作：
(1)首先，通过记录与分析评价区域可燃物分布情况、建筑特征、消防设施的配备参数，建立火灾仿真物理模型；其次，通过分析评价区域的火灾危险性、致灾因素、历史火灾数据及消防设施的设置情况，确定可能发生的火灾类型、位置及火灾规模；最后，设定模拟仿真的边界条件，如环境温度、湿度、风速、网格尺寸等参数，并用质量守恒、动量守恒和能量守恒的偏微分方程来近似有限差分计算每个单元网格内气体密度、速度、温度、压力和组分浓度，进而分析火灾烟气流动和热传递过程，输出评价区域发生火灾后的火灾特征参数。
(2)通过记录与分析评价区域人员分布情况、建筑特征、安全疏散设施的参数，建立人员疏散仿真模型，通过定义每一个人员的各种参数，比如人员数量、行走速度以及距离出口的距离等，来实现模拟过程中的各自独特的逃生路径和时间，输出评价区域发生火灾后的人员疏散特征参数。
(3)利用火灾响应需求分析模型确定火灾响应需求数据，获得评价区域发生火灾后的火灾特征参数和人员疏散特征参数数据，确定所述评价区域应对火灾响应的需求数据。从火灾仿真模型中获得火灾条件下的温度场、烟气蔓延及扩散数据、烟气组分及浓度数据、火灾蔓延区域和消防设施启动时间的数据，基于上述参数，可分析出火灾的影响范围，对核设施的影响，参照国内相关法律法规及技术标准要求确定灭火所需的装备类型、灭火剂量，进而可以确定对评价区域发生火灾时的装备出动情况、灭火处置方案、核辐射防护要求、火场警戒范围、应急预案等级、应急物资保障等内容；通过分析从人员疏散仿真模型中获得人员受火灾烟气毒性的危害及高温危害影响参数、人员疏散的动态时间参数、安全出口人员分布情况的参数，可确定人员伤亡情况、疏散拥堵情况，从而确定安全集合位置、人员疏散引导策略和医疗救援需求等内容；根据火灾发生的地理位置及建筑部位，计算各应急响应力量至起火部位的最优行进路径和预期到达火场的时间；分析火灾对核设备的影响，确定核辐射防护设备的需求。
(4)建立响应及演练模型，响应及演练模型为核电厂的响应及演练结构框架，用于比对演练过程中各步骤的实施情况，通过分析前述所得火灾响应需求，确定评价单元；响应及演练模型的救援行为内容包括灭火救援力量配置、应急预案、应急响应和灭火救援行动，所述灭火救援力量配置主要是人员和灭火救援装备配备；所述应急预案包括消防行动卡和灭火救援方案的选择与启动；所述应急响应包括接警处置、应急启动和应急保障；所述灭火救援包括火情侦察和判断、火灾处置流程、人员疏散及救护策略、火场警戒与防护。
(5)建立记录单元，记录单元包括监测单元和计时单元，所述监测单元包括超声波距离感应、红外温度感应以及视频监控单元等，所述监测单元对演练过程中火灾控制情况、人群疏散路线、医疗救护情况等进行监测，所述计时单元用于响应及演练过程中各行为响应和实施时间。
(6)建立评价单元，参见图2，评价单元接收记录单元提供的演练数据，评价单元采用指标权重确定法和综合打分评价法，指标权重确定法用于对响应及演练模型中各组成指标通过层次分析法进行各层次权重确定，综合打分评价法根据各层次演练完成情况进行单独评价后对整个响应及演练过程进行综合评价。
其中，指标权重确定法包括如下步骤：
S401、构造判断矩阵
判断矩阵表示针对上一层次某因素而言，本层次与之有关的各因素之间的相对重要性，在层次分析中，为了形成判断矩阵，引入了1-9比率标度方法，这就使得决策者判断思维数学化：用数字表示，数字的含义及其重要程度，判断矩阵为A＝[aij]n×n，判断矩阵具有如下性质：
a.aij＞0(i、j＝1、2、3.....n)；
b.aji＝1/aji(i、j＝1、2、3.....n)；
c.aii＝1(i、j＝1、2、3.....n)；
其中，i、j标识响应及演练模型中各元素，
判断矩阵具有对称性，因此在填写时，通常先填写aii＝1部分，然后再仅需判断及填写上三角形或下三角形的n(n-1)/2个元素，特殊情况下，判断矩阵可以具有传递性，即满足等式：aij×ajk＝aik；
S402、进行层次单排序
层次单排序是指每一个判断矩阵各因素针对其准则的相对权重，本质上是计算权向量，通过和法计算权向量的原理是，对于一致性判断矩阵，每一列归一化后就是相应的权重，对于非一致性判断矩阵，每一列归一化后近似其相应的权重，在对这n个列向量求取算术平均值作为最后的权重，具体的相应步骤如下：
a.计算判断矩阵每一行元素的和，记作Vi，其计算公式如下，
b.将Vi归一化即可得各要素在单一准则下的相对权重，记作Wi，其计算公式如下，
S403、一致性检验
在特殊情况下，判断矩阵可以具有传递性和一致性，一致性检验的步骤如下：
a.计算一致性指标，记作CI
CI＝(λmax-n)/(n-1)
b.查相应的表确定相应的平均随机一致性指标，记作RI；
c.计算一致性比例，记作CR，CR＝CI/RI，并进行判断，当CR＜0.1时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的，CR＞0.1时，认为判断矩阵不符合一致性要求，需要对该判断矩阵进行重新修正；
S404、权重的确定
将上述计算结果结合专家评价，确定各指标的相关权重，形成评价因素集，为综合评价做准备。
例如，响应及演练模型(记作A)中救援行为内容包括灭火救援力量配备(记作B1)、应急预案(记作B2)、应急响应(记作B3)、灭火救援行动(记作B4)，分别作为其影响因素，根据转接对各因素指标权重的打分情况的比较，按照层次分析法构造因素重要性判断矩阵，并对计算结果的权重和一致性进行分析，如表1所示：
表1 A-B的判断矩阵及权重计算结果表
根据计算结果，其中一级指标的组合一致性比例为0.0587，其中CI为各专家相应CI加权平均计算结果，一级指标的一致性比例小于0.1，认为判断矩阵的一致性是可以接受的。
从上述结果可看出，权重最大的为第四部分的灭火救援行动，其权重占比为0.4左右，这是考虑到评价的主要目标是演练中对火灾处置能力，因此，火灾现场的灭火救援行动是否成功是核心影响因素。
其中，综合打分评价法具体可采用模糊综合评价方法，基本步骤如下：
a.建立因素集U
根据响应及演练模型中的各元素建立因素集U，例各元素为消防队备勤、应急预案、应急响应和灭火救援行动，分别记为U1、U2、U3和U4，其中，U1＝(U11,U12)＝(队伍组织机构，消防救援装备)，U2＝(U21,U22)＝(消防行动卡，灭火救援方案的选择与启动)，U3＝(U31,U32,U33)＝(火灾接警处置，火灾应急协调，火灾应急保障)，U4＝(U41,U42,U43,U44,U45,U46)＝(火情侦察，火情判断，灭火处置流程，火灾处置与危险源控制，人员疏散与救护策略，火场警戒与防护)；
b.确定权重集A
通过层次分析法结合专家评价，对其进行汇总处理，以加权平均值作为模糊综合评价各指标的权重集A；
c.评语集V构建
各元素指标评语集由四个等级组成，即优秀、良好、一般、差，具体评判标准如表2，
表2评判标准
d.确定模糊评判矩阵R
邀请相关核电及消防领域专家对各指标的安全状况进行评价，统计得到评价矩阵Ri，
e.确定模糊评价集B
将权重集A和模糊评判矩阵R按照加权平均型算子处理得到B，B＝A×R；
f.评价结果加权处理
按照加权平均法计算总得分Z，取每评语级别的中间值即差取值30，一般取值70，良好取值85，优秀取值95，分数与对应权重相乘之后得到最终的评分，以此来评价响应及演练能力水平。
(7)建立火灾响应及演练动态告警模型，根据评价单元生成的结果，可直接反馈出火灾应急响应过程是否完全满足灭火处置、人员疏散、辐射防护及安全警戒评价指标的相关要求，并针对评价结果较差的指标或不满足响应需求的相关内容发送到应急指挥部，研判火灾动态变化导致响应需求改变的信息发送给应急指挥部心，有助于火灾应急指挥部对动态调整应急处置决策，提升应急处置能力。
本发明提供的核电厂火灾响应及演练能力评价系统及方法通过模拟仿真分析核电厂发生火灾后的火灾发展及人员疏散动态参数，获得火灾响应需求，将核电厂的火灾响应及演练模型输入系统中，并计算各元素权重，在火灾演练过程中，对实际的火灾响应情况进行有效监测，从而将演练实际能力与火灾响应需求进行对比评分，根据各元素权重和实际评分综合评价，从而有效评估出核电厂发生火灾时的应急处理能力，动态反馈火灾响应存在的不足之处，及时发出告警信息与动态的响应需求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制其专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种核电厂火灾响应及演练能力评价系统，其特征在于，包括
模拟仿真模型，所述模拟仿真模型用于获得并输出评价区域发生火灾后的火灾特征参数和人员疏散特征参数；其中，所述模拟仿真模型包括火灾仿真物理模型和人员疏散仿真模型；所述火灾仿真物理模型通过记录与分析评价区域可燃物分布情况、建筑特征和消防设施的配备参数得以建立，其用于模拟得到评价区域发生火灾后的火灾特征参数；所述人员疏散仿真模型通过记录与分析所述评价区域人员分布情况、建筑特征和安全疏散设施的参数得以建立，其用于模拟得到所述评价区域发生火灾后的人员疏散特征参数；
火灾响应需求分析模型，所述火灾响应需求分析模型接收所述模拟仿真模型输出的参数，并用于确定所述评价区域应对火灾响应的需求数据；
响应及演练模型，所述响应及演练模型用于模拟并比对火灾演练过程中各救援行为的实施情况；
记录单元，所述记录单元用于记录火灾响应及演练过程中各种数据信息；
评价单元，所述评价单元接收所述记录单元输出的数据信息，所述评价单元用于评价火灾响应及演练能力并输出其评价结果；所述评价单元采用指标权重确定法和综合打分评价法进行评价，所述指标权重确定法用于对所述响应及演练模型中各组成指标通过层次分析法进行各层次权重确定，所述综合打分评价法用于根据各层次演练完成情况进行单独评价后对整个响应及演练过程进行综合评价；
动态告警模型，所述动态告警模型用于对所述评价结果的各项指标进行动态评定并进行实时预警。
2.根据权利要求1所述的核电厂火灾响应及演练能力评价系统，其特征在于，所述响应及演练模型中比对的救援行为包括灭火救援力量配备、应急预案、应急响应和灭火救援行动，所述灭火救援力量配备包括人员配备和灭火救援装备配备；所述应急预案包括消防行动卡以及灭火救援方案的选择与启动；所述应急响应包括接警处置、应急启动和应急保障；所述灭火救援行动包括火情侦察和判断、火灾处置流程、人员疏散及救护策略、火场警戒与防护。
3.根据权利要求1所述的核电厂火灾响应及演练能力评价系统，其特征在于，所述评价区域应对火灾响应的需求数据包括启动应急预案的等级、灭火剂种类、灭火剂量的供给、火灾应急响应的警戒范围、安全集合位置、疏散引导需求、医疗救护需求、救援最优行进路径、预期到达火场的时间、核辐射防护设备的需求。
4.根据权利要求1所述的核电厂火灾响应及演练能力评价系统，其特征在于，所述记录单元包括监测单元和计时单元，所述监测单元用于对演练过程中各救援行为进行监测，所述计时单元用于记录响应及演练过程中所述救援行为的响应和实施时间。
5.根据权利要求4所述的核电厂火灾响应及演练能力评价系统，其特征在于，所述监测单元包括超声波距离感应模块、红外温度感应模块以及视频监控模块。
6.一种核电厂火灾响应及演练能力评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、通过记录与分析评价区域可燃物分布情况、建筑特征、消防设施的配备参数，建立火灾仿真物理模型，以得到评价区域发生火灾后的火灾特征参数；
S2、通过记录与分析所述评价区域人员分布情况、建筑特征、安全疏散设施的参数，建立人员疏散仿真模型，以得到所述评价区域发生火灾后的人员疏散特征参数；
S3、依据所述火灾特征参数和人员疏散特征参数，利用火灾响应需求分析模型以确定所述评价区域应对火灾响应的需求数据；
S4、进行若干次火灾演练模拟，比对火灾演练过程中各救援行为的实施情况，利用指标权重确定法计算各救援行为的权重，并在火灾演练过程中，对各救援行为和火灾进行有效监测，从而将演练实际能力与火灾响应需求进行对比评分；
S5、利用综合打分法对各层次的演练过程进行综合评定，以得到所述评价区域发生火灾时应急处理能力对应的评价结果；
S6、对所述评价结果进行动态监测，若所述评价结果的一项或几项超出相应预设的安全阈值范围，则发送告警信息至应急指挥部。
7.根据权利要求6所述的核电厂火灾响应及演练能力评价方法，其特征在于，在S6步骤中，若所述评价结果的一项或几项不符合预设的安全阈值范围，从数据库中调取相应的处理方案发送至应急指挥部。
8.根据权利要求6所述的核电厂火灾响应及演练能力评价方法，其特征在于，在S1步骤中，从所述火灾仿真物理模型中获得火灾条件下的温度场、烟气蔓延及扩散数据、烟气组分及浓度数据、火灾蔓延区域和消防设施启动时间的数据。
9.根据权利要求6所述的核电厂火灾响应及演练能力评价方法，其特征在于，在S2步骤中，从所述人员疏散仿真模型中可获得人员受火灾烟气毒性的危害及高温危害影响参数、人员疏散的动态时间参数、安全出口人员分布情况的参数。
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