基于火災(zāi)模型的消防應(yīng)急平臺(tái)架構(gòu)和功能分析

摘要：文章在參考前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種由信息獲取系統(tǒng)UI、應(yīng)急智能系統(tǒng)UI以及決策指揮系統(tǒng)UI組成的消防應(yīng)急管理平臺(tái)，該管理平臺(tái)巧妙地運(yùn)用了地理信息系統(tǒng)（GIS）將監(jiān)測范圍內(nèi)的空間信息與消防安全信息整合為一體，具備了火災(zāi)模擬分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與消防應(yīng)急指揮、制定數(shù)據(jù)應(yīng)急救援預(yù)案等功能，有效增強(qiáng)了消防應(yīng)急管理平臺(tái)的智能化、信息化以及集成化水平。關(guān)鍵詞：火災(zāi)模型;地理信息系統(tǒng);消防指揮;救援預(yù)案火災(zāi)作為人類生產(chǎn)活動(dòng)中最常見、危害最大的災(zāi)害之一，能否對(duì)其進(jìn)行全面、高效的預(yù)防，直接決定著整個(gè)社會(huì)的穩(wěn)定與和諧。尤其是隨著城市化進(jìn)程不斷加快，人口大批量向城鎮(zhèn)集中的趨勢也在不斷顯現(xiàn)，在一定程度上增加了城區(qū)內(nèi)的消防安全隱患，使得傳統(tǒng)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(zāi)預(yù)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(guān)注的問題。此外，隨著電動(dòng)車、電磁爐、取暖桌等用電設(shè)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(xù)增加，使得與之相對(duì)應(yīng)的超負(fù)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(fā)熱和短路引起的火災(zāi)，因此，亟須建立一套完整的消防應(yīng)急監(jiān)管系統(tǒng)[1]。綜上所述，對(duì)本課題進(jìn)行深入的分析與研究具有十分重要的意義。一、火災(zāi)的危害火災(zāi)是威脅公共安全和民眾生命財(cái)產(chǎn)安全的主要災(zāi)害，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，火災(zāi)對(duì)我國造成的人員傷亡數(shù)量僅次于礦難災(zāi)害，位居全國第二，從近幾年火災(zāi)事故的資料分析，近5年內(nèi)全國平均每年由火災(zāi)造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)15億元，共發(fā)生火災(zāi)約18萬次，且呈現(xiàn)出逐年攀升的趨勢[2]。文章在參考前人研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，將火災(zāi)造成的危害和原因進(jìn)行了總結(jié)。火災(zāi)造成的危害主要體現(xiàn)在帶來慘重的財(cái)產(chǎn)損失、造成大量的人員傷亡以及導(dǎo)致火災(zāi)周圍生態(tài)失衡等三個(gè)方面;而引起火災(zāi)的原因主要有意外、人為縱火以及電力故障和設(shè)備過熱等三種情況?；馂?zāi)實(shí)際上是氧氣和某種燃料（如電視或沙發(fā)）之間化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。但是，無論是何種原因造成的火災(zāi)，其所帶來的危害都是不可逆轉(zhuǎn)的，我們只有不斷完善消防應(yīng)急管理平臺(tái)，從救援方案、救援路線以及人員疏散等方面進(jìn)行優(yōu)化，盡量控制火勢蔓延速度和火災(zāi)持續(xù)時(shí)間[3]。二、消防應(yīng)急平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)（一）消防應(yīng)急平臺(tái)的核心架構(gòu)文章所介紹的消防應(yīng)急平臺(tái)主要由信息獲取系統(tǒng)UI、應(yīng)急智能系統(tǒng)UI以及決策指揮系統(tǒng)UI三個(gè)部分組成，并將其與地理信息管理系統(tǒng)（GIS）進(jìn)行連接，可對(duì)火災(zāi)救援活動(dòng)進(jìn)行模擬分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、制定應(yīng)急預(yù)案和消防指揮決策等處理，有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)消防安全管理系統(tǒng)中存在的功能單一、自動(dòng)化水平不高以及應(yīng)急方案可行性不強(qiáng)等問題。其中，火災(zāi)預(yù)測預(yù)警模型還在原有火災(zāi)蔓延模擬模型的基礎(chǔ)上，增加了人員疏散和損失評(píng)估兩個(gè)新模型，為消防應(yīng)急決策和處置方案可行性、效益性以及及時(shí)性的提升奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。其中信息獲取系統(tǒng)的主要作用是負(fù)責(zé)收集、傳輸、存儲(chǔ)以及管理火災(zāi)相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，為系統(tǒng)作出應(yīng)急反應(yīng)和指揮決策提供依據(jù)，是整個(gè)消防應(yīng)急管理平臺(tái)的基礎(chǔ);而消防應(yīng)急智能系統(tǒng)的主要作用則是分析和評(píng)估火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并以此為依據(jù)制定火災(zāi)管理決策。其工作流程為：首先，根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的地理環(huán)境、氣候條件等信息預(yù)測火勢蔓延的速度，并確定火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其次，根據(jù)火災(zāi)預(yù)測環(huán)節(jié)獲得的數(shù)據(jù)信息動(dòng)態(tài)化調(diào)整應(yīng)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(tǒng)是整個(gè)消防應(yīng)急平臺(tái)的指揮中心，可迅速將指令、火災(zāi)處置方案等信息傳遞至相關(guān)救援部門，最終實(shí)現(xiàn)快速、高效、合理地開展火災(zāi)救援工作的目的。（二）消防應(yīng)急平臺(tái)的整體架構(gòu)建筑材料、火災(zāi)所處環(huán)境以及風(fēng)速風(fēng)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(yīng)急管理平臺(tái)充分考慮了室外大條件下的火災(zāi)類型，將木質(zhì)結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等建筑物發(fā)生火災(zāi)的特征、誘因等信息作為主要考慮對(duì)象，可有效應(yīng)對(duì)當(dāng)前城市內(nèi)住宅小區(qū)、商場、學(xué)校、醫(yī)院等大型人群聚居地的火災(zāi)。此外，該平臺(tái)還設(shè)置了火災(zāi)損失評(píng)估模塊和人員疏散安全性判斷模塊，使應(yīng)急智能系統(tǒng)完全具備了科學(xué)預(yù)測火災(zāi)情況和自動(dòng)化制定調(diào)度決策的功能。該平臺(tái)系統(tǒng)軟件嚴(yán)格遵循C/S標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行構(gòu)建，從下往上依次可分為數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層以及信息交互層三個(gè)層級(jí)。數(shù)據(jù)層共包含安全信息庫、空間信息庫、數(shù)據(jù)預(yù)案庫、模型庫以及決策庫五個(gè)部分，安全信息庫中包含防火重點(diǎn)單位、中隊(duì)實(shí)力、消火栓出水口管理以及醫(yī)療單位等信息;空間信息庫包含數(shù)字地圖、地名數(shù)據(jù)、行政區(qū)劃以及通道網(wǎng)絡(luò)等信息;數(shù)據(jù)預(yù)案庫包含救火力量配備、疏散組織以及消防設(shè)備配置等信息;模型庫則主要包括損失評(píng)估模型、人員疏散模型以及火災(zāi)蔓延模型三個(gè)部分;決策庫由地點(diǎn)定位、環(huán)境分析以及路徑分析三個(gè)部分組成。業(yè)務(wù)層主要集成了平臺(tái)服務(wù)的功能，包含綜合管理、GIS服務(wù)、模型調(diào)用、預(yù)案調(diào)用以及決策工具五個(gè)部分。最上層為平臺(tái)的信息交互層，由信息獲取UI、智能應(yīng)急UI以及決策指揮UI三個(gè)部分組成。信息獲取UI又分為接警處、信息錄入、數(shù)據(jù)更新以及圖像顯示四個(gè)模塊;智能應(yīng)急UI包括查閱比較、參數(shù)輸入、模擬顯示以及結(jié)果輸出四個(gè)模塊;決策指揮UI包括預(yù)案顯示、方案輸出、指揮記錄以及訓(xùn)練模擬四個(gè)模塊。本平臺(tái)所使用的地理信息系統(tǒng)（GIS）版本為ArcGIS9.0，數(shù)據(jù)軟件使用的版本為Oracle9i。系統(tǒng)環(huán)境使用的版本為微軟VS.NET2003。三、消防應(yīng)急平臺(tái)的功能分析（一）信息交互系統(tǒng)信息交互系統(tǒng)可直接與城市中的電子眼監(jiān)控系統(tǒng)、119接警系統(tǒng)等進(jìn)行連接，自動(dòng)識(shí)別、獲取以及定位火災(zāi)信息。與此同時(shí)，信息交互系統(tǒng)還使用網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)將信息通過網(wǎng)絡(luò)渠道進(jìn)行采集和傳輸，大大提升了系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、傳輸數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)的能力和效率。119接警信息則采用手工錄入與網(wǎng)絡(luò)傳輸相結(jié)合的信息采集模式，使接警員能夠進(jìn)一步核對(duì)信息的真實(shí)性與準(zhǔn)確性，待確認(rèn)無誤后再手動(dòng)錄入信息交互系統(tǒng)中，進(jìn)一步增強(qiáng)了信息交互系統(tǒng)的可靠性。此外，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)均是采用XML的格式進(jìn)行保存，此格式文本具有極強(qiáng)的兼容性，能有效保證信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和效率。（二）應(yīng)急智能系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的信息主要包含了空間數(shù)據(jù)和消防安全數(shù)據(jù)兩種，其中空間數(shù)據(jù)庫主要存放的是地理信息系統(tǒng)（GIS）中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)，如城市地形地貌圖形、地名、行政區(qū)劃、建筑物以及交通狀況等都是存放于空間數(shù)據(jù)庫中;而消防安全數(shù)據(jù)庫則主要用于存儲(chǔ)該城市所具備的消防中隊(duì)信息、重點(diǎn)單位信息、醫(yī)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(guān)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)支持。2.模型庫文章介紹的消防應(yīng)急平臺(tái)中的火災(zāi)模型由火災(zāi)蔓延模型、人群疏散評(píng)估模型以及火災(zāi)損失預(yù)測與評(píng)估模型三個(gè)部分構(gòu)成，第一，火災(zāi)蔓延模型。對(duì)于建筑物相對(duì)集中的城區(qū)而言，火災(zāi)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(fā)生火災(zāi)時(shí)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(fēng)口面積以及建筑物樓層高度、風(fēng)速、風(fēng)向、房屋地理位置、地理環(huán)境以及空地面積等信息，可準(zhǔn)確地模擬出火災(zāi)蔓延的趨勢和蔓延的速度。第二，人群疏散評(píng)估模型。主要模擬火災(zāi)現(xiàn)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(shí)間和必須安全疏散時(shí)間兩個(gè)因素，當(dāng)可用安全疏散時(shí)間大于必須安全疏散時(shí)間時(shí)，才能確定系統(tǒng)所制定的人員疏散方案有效，反之，則無法運(yùn)用該方案開展火災(zāi)現(xiàn)場人員疏散工作。此外，評(píng)估模型還能與地理信息系統(tǒng)（GIS）相結(jié)合，直接將人員疏散的范圍拓展至全市范圍內(nèi)，有效增強(qiáng)了人員疏散方案的合理性。第三，火災(zāi)損失預(yù)測與評(píng)估模型?；馂?zāi)所造成的財(cái)產(chǎn)損失可以根據(jù)火災(zāi)蔓延模型進(jìn)行計(jì)算，人員傷亡情況可根據(jù)疏散模型進(jìn)行預(yù)測，增強(qiáng)火災(zāi)損失預(yù)測和評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。3.預(yù)案庫傳統(tǒng)的消防預(yù)案多為紙質(zhì)資料，其中涉及的內(nèi)容多是依據(jù)消防工作人員和管理人員所積累的工作經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)等問題[4]。而消防應(yīng)急平臺(tái)則能將預(yù)案資料數(shù)字化、智能化，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)紙質(zhì)資料中存在的不足，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：一方面，消防數(shù)字應(yīng)急救援預(yù)案是以消防應(yīng)急平臺(tái)中的地理信息系統(tǒng)（GIS）和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)為基礎(chǔ)構(gòu)建的，并運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)將紙質(zhì)的應(yīng)急救援預(yù)案數(shù)字化，隨后對(duì)預(yù)案中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，形成針對(duì)性強(qiáng)、切實(shí)可行的數(shù)字預(yù)案。數(shù)字預(yù)案主要包括消防力量部署、人員配備、崗位任務(wù)、人員疏散、救援力量、醫(yī)療救護(hù)調(diào)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(tǒng)自帶的檢索界面查詢，有效促進(jìn)了相關(guān)資料和數(shù)據(jù)的共享。另一方面，數(shù)字預(yù)案模塊還收錄了大量的消防安全知識(shí)、消防技能以及消防設(shè)備，對(duì)城區(qū)內(nèi)重點(diǎn)建筑物或建筑群制定對(duì)應(yīng)的火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，確保該區(qū)域發(fā)生火災(zāi)時(shí)，各部門能夠迅速趕赴火災(zāi)現(xiàn)場，并開展相應(yīng)的救援活動(dòng)。同時(shí)也能通過數(shù)據(jù)庫及模擬對(duì)象周圍的環(huán)境，開展消防安全演練，在減少消防安全管理成本的同時(shí)，增強(qiáng)消防安全管理工作的質(zhì)量和效率。4.決策庫決策庫的主要作用是從海量的數(shù)據(jù)信息中挑選符合火災(zāi)現(xiàn)場救援需要的數(shù)據(jù)信息，并制定相應(yīng)的救援決策。該系統(tǒng)將火災(zāi)蔓延模型、火災(zāi)損失預(yù)測與評(píng)估模型以及人員疏散模型等與接警系統(tǒng)、消防力量以及最佳路徑等信息有機(jī)地整合在一起，為火災(zāi)事故的模擬、分析以及處理等工作的開展提供依據(jù)，將接警—制定救援預(yù)案—出警—滅火等環(huán)節(jié)緊密地銜接在一起，最終實(shí)現(xiàn)提升火災(zāi)救援方案效益性、科學(xué)性以及合理性的管理目的。此外，決策庫還能準(zhǔn)確預(yù)判火勢蔓延的范圍，為消防部門、醫(yī)療單位以及交通管理部門等提供統(tǒng)一的決策指揮信息，提高了各救援部門協(xié)調(diào)作戰(zhàn)的能力。決策庫所具備的功能有快速定位火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)、明確救援隊(duì)伍職責(zé)、查詢火災(zāi)現(xiàn)場緩沖區(qū)域的環(huán)境、驗(yàn)證救援指揮方案可行性以及優(yōu)化救援路線和疏散路線等。5.決策指揮系統(tǒng)決策指揮系統(tǒng)是消防應(yīng)急平臺(tái)中使用頻率最高的模塊，有通信系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)、電話接警系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等軟件系統(tǒng)，使應(yīng)急指揮工作能夠根據(jù)火災(zāi)現(xiàn)場的實(shí)際場景進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)火災(zāi)的發(fā)展情況動(dòng)態(tài)化地調(diào)整火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案，能準(zhǔn)確應(yīng)對(duì)因火災(zāi)類型、火災(zāi)等級(jí)、火災(zāi)發(fā)生時(shí)間、火災(zāi)發(fā)生地點(diǎn)以及火災(zāi)氣候條件等因素發(fā)生改變而導(dǎo)致火災(zāi)應(yīng)急救援預(yù)案無法繼續(xù)執(zhí)行的情況。四、結(jié)