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进入21世纪,世界范围内出现的一系列重大危机事件:美国“9·11事件”(2001)、“SARS危机”(2003)、美国和加拿大的大面积停电事故(2003)、“禽流感事件”(2003,荷兰)、印度洋地震海啸(2004)以及近期我国南方各省发生的雨雪冰冻灾害(2008)等等,使人们认识到加强应急管理的重要性,并在国内外掀起了对应急管理实践研究的高潮。
“SARS”之后,我国加快了对突发公共事件应急机制的建设。党的十六届三中、四中全会明确提出,要建立健全社会预警体系,提高保障公共安全和处置突发事件的能力。2005年以来,以制定和完善各类应急预案为切入点,我国的应急管理体系建设开始逐步健全完善,应急管理步入规范化、制度化、法制化的轨道。
电力工业作为国民经济的基础产业,其安全性关系到国计民生、社会稳定,其中,火力发电又是主要支柱,目前约占我国总发电量的70%左右。而电厂生产系统是电力工业的源头和核心环节,其安全与否直接影响到整个电力工业体系的安全,因此火力发电厂的安全管理就成为电力工业安全管理研究的重点。
火电厂生产系统,是一个复杂巨系统,行业特点鲜明,即电气设备多,关联性大;高温高压设备多,如锅炉、气轮机、压力容器和热力管道等;易燃、易爆和有毒物品多,如燃煤、燃油、强酸、强碱、氢气、氧气等;高速旋转机械多,如发电机、风机等;特种作业多,如带电作业、高空作业、起重及焊接作业等,因此工作中稍有疏忽,潜在的危险就会转化为事故。火电厂的这些特点决定了事故的防范是其安全管理工作的主要内容,在安全管理工作中必须加强事故的应急管理,提高预防和快速、有效应对火力发电厂事故的能力,最大限度地减少事故的影响和损失,保证电力生产安全稳定运行,维护国家、社会稳定和人民生命财产安全。
经过近几年的建设与发展,目前我国电力行业已经逐步建立并完善了应对电网大面积停电事故的应急处理机制,初步形成了有系统、分层次、上下一致、分工明确、相互协调、信息畅通的电网大面积停电事故应急体系。但同时电力安全生产及其应急管理中还存在一些问题,主要表现在以下几个方面:
1.目前的应急管理机制主要是针对电力行业建立的,而基层的电力生产企业还没有建立完善有效的事故应急管理机制,这直接导致基层电力企业在应对突发事件,特别是重特大事故的时候,缺乏有效的应对策略;
2.在已有的电力系统事故应急管理实施过程中,关联部门之间各自为政,缺乏一个系统完善的应对电力系统突发事件的应急指挥机构,造成应急救援工作开展不力、救援时间延误、应急资源浪费的现象经常发生;
3.应急预案的针对性、实用性和可操作性不强,应急预案还不能做到持续改进,各基层电力部门对应急预案的演练及联合演习工作重视不够,致使应急管理工作尚未实现常态化,应对突发事件的能力略显不足;
4.对电力生产中的突发事件,还不能够做到全过程的管理,在注重应急救援的同时,还缺乏对突发事件的早期预警、善后处理等内容的研究;
5.对于电力生产安全事故的研究手段还不够丰富,缺少能够实时交互反映事故发生过程的研究手段。
鉴于以上电力安全生产及其应急管理中存在的问题,为了进一步提高基层电力企业应对电力生产事故的能力,迫切的需要构建涵盖应急准备、应急启动、应急救援、应急恢复、应急结束等全过程的电力生产企业的安全应急管理体系,以实现部门之间的互通互联、信息共享与互为支撑,从而达到基层电力生产企业快速、高效的应对突发事故的目的。
本文研究目的在于,分析火电厂事故应急管理体系;研究火电厂火灾、爆炸、毒物泄漏等事故的演化过程及其多米诺效应;在此基础上,建立支持火电厂事故的“应急准备—应急启动—应急救援—应急结束”全周期的虚拟现实仿真系统平台,用于事故应急救援决策支持、火电厂应急培训及演练;从而,提高火电厂的事故应急能力,并丰富其事故的研究方法。
从而,本文的研究工作具有较大的理论意义和实用价值,主要表现在以下几方面:
1.推动基层电力企业事故应急管理工作的开展。通过对火电厂事故应急管理的研究,可促进基层电力企业的事故应急管理体系的建设,对于基层电力生产企业的突发事件应急预警、预案编制、应急救援等工作的开展起到推动作用。
2.提高基层电力企业的事故应急能力。通过建立火电厂应急管理的虚拟现实仿真平台,能够及时地获取其重大危险源等有关信息;通过事故模拟与事故演化分析,能够快速地预测事故发展趋势及后果;通过人工智能技术的运用,能够科学地制定事故救援方案,从而大大的提高基层电力企业的事故应急能力。
3.丰富火电厂事故的研究方法。本文运用虚拟现实技术和分布式交互仿真理论,对火电厂周边环境进行虚拟仿真,提供了较为真实的视觉场景,从而为分析事故的发生、演化及事故救援方案提供新的有效途径。
4.促进理论与生产实际的结合。本文的研究丰富了事故致因理论、事故应急管理、虚拟现实、分布式交互仿真等相关理论在电力生产实际中的应用,同时也可为其他领域类似问题的科学决策提供参考,具有重要的现实意义。
本论文共有七章,可分为六个部分:第一部分(第1章)主要阐明论文选题的背景,国内外研究现状,以及论文研究的意义、思路和方法;第二部分(第2章)介绍了论文研究的相关理论基础;第三部分(第3章)分析了华电集团下属火电厂的应急管理体系特点;第四个部分(第4章)介绍了火电厂火灾、爆炸、泄漏及中毒事故模型,探讨了事故的多米诺概率模型,同时根据论文的研究特点,对所有模型做了若干假设;第五部分(第5-6章)研究了火电厂应急管理的对象的3D建模方法,及火电厂应急管理仿真系统的全套开发方案,是论文研究的核心部分;第六部分(第7章)对论文取得的主要成果、存在的问题与研究展望进行了论述。论文具体结构安排如下:
第一章:首先,从宏观、中观和微观三个层面论述了我国国家、电力行业和基层电力企业的应急管理现状,分析了火电厂的安全生产是电力行业应急管理的重点,阐述了火电厂应急管理仿真系统构建的必要性和现实意义。其次,概述了该选题的国内外研究现状,指出国内外在该研究领域存在的问题,以及本选题的理论意义。最后,针对当前研究中存在的问题和未来研究的趋势,提出本文的定位,并概述了论文的研究内容和方法。
第二章:本选题是一个多学科、多理论交叉的研究课题。这些理论知识是本选题研究的理论基础,只有正确掌握与理解这些理论知识之间的研究结合点,才能更好的开展本课题的研究。本章分别概述了事故致因论、应急管理相关理论、虚拟现实理论以及分布式交互仿真理论的理论知识。
第三章:以华电集团下属火电厂为例,从应急管理体制与机制两方面,分析了火电厂的应急管理体系现状。首先,介绍了火电厂应急管理的机构设置及其职责,及火电厂各职能部门在突发事件发生时的应急职责。其次从火电厂预警机制、火电厂应急响应机制、火电厂后期应急处置机制、火电厂应急保障机制、火电厂应急预案管理机制等五个方面分析了火电厂的应急管理机制。
第四章:本章首先介绍了事故的多米诺效应,指出能够触发多米诺效应发生的事故类型有火灾、爆炸事故。随后,根据本文的研究侧重点,介绍了泄漏、火灾、爆炸、中毒等事故的模型,及多米诺概率模型。
第五章:本章研究了火电厂应急管理对象的3D建模方法。火电厂的应急管理对象包括人员、机械设备、建筑设施、交通工具等。多数对象都具有相应的属性和行为,如人的属性包括姓名、性别、身高、体重等基本信息,其行为可包括走、跑、跳、转身、弯腰、操作设备等。此外,还需考虑模型的相关媒体数据信息和仿真环境信息。媒体数据信息,包括人员脚步声、开门声、机器运转的声音等各种音频文件以及各种模型贴图;仿真环境信息,包括光照度、阴晴、雨雪、风速、风向、气温等。
第六章:根据火电厂应急管理体系的总体要求,本章首先从系统功能、技术路线、系统网络架构三个方面研究了火电厂应急管理仿真系统的总体设计方案。其次,介绍了系统开发工具,系统程序中主要对象类的设计方法,以及系统主要模块的开发思路。最后,展示了系统主要功能的运行界面。
第七章:在总结全文主要研究内容的基础上,指出了论文的创新点和研究存在的不足,并对论文中有待今后进一步研究的问题进行了简要的说明。
通过理论、方法研究,论文取得如下主要成果:
1.针对华电集团公司所属火电厂应急管理现状,本文较为深入地阐述了火电厂应急管理仿真系统的功能结构、技术方案及网络架构,研究了涵盖“应急准备—应急启动一应急救援—应急恢复—应急结束”全周期的火电厂应急管理仿真系统的全套开发方案。
2.运用事故的多米诺效应原理,分析了火电厂火灾、爆炸等典型多米诺事故的次生事故,运用多米诺概率模型计算次生事故的发生概率。同时,在火电厂应急管理仿真系统中预测、模拟事故演化过程,可有效的指导火电厂的应急管理工作。
3.针对目前事故后果分析中,关于人员、设备、建筑等伤害程度的概率单位分析法,无法用于实时仿真模拟的情况,运用多米诺概率模型构建了“生命值模型”,丰富了事故后果实时仿真的方法。
4.火电厂应急管理仿真系统,涉及大量的空间数据和属性数据,并且在系统功能开发过程中常伴随着半结构化、非结构化的最优化问题。本文借鉴Irrlicht(鬼火)3D引擎,以Virsual C++为主要开发工具,采用类库(MFC)开发方法,从技术层面设计了火电厂应急管理仿真系统(EMSS)平台,为其他电厂应急管理仿真系统的开发提供借鉴。