非常规突发情境下危险化学品灾害事故的情景构建与动态推演研究

Especially serious fire and explosion accident in hazardous chemicals (Tianjin Port ‘8.12’ )exposed the safety management situation of hazardous chemical is still grim, and it is very important to study emergency management of hazardous chemicals accidents under unconventional emergency context. This project will break through the traditional ‘Predict-response’ patter of emergency decision-making, from the point of ‘Scenario-response’ emergency approach, study scenario construction and dynamic deduction of hazardous chemicals accidents. Our study will analysis occurring and evolution mechanism of hazardous chemical accident from ‘Scenario-status-element’ perspective; and study the dynamic causality relationship among the elements of the scenario by scenario construction, then sequence each scenario into scenario chain; and deduce the dynamic temporal process of scenario evolution based on the relationship of the key scenario elements; and explore the pattern of ‘Evolution-feedback-decision-making’ emergency decision-making. The hard part in the study lies on how to gather and aggregate multi-source heterogeneous scenario information, and how to identify and extract the key scenario elements. We plan to conduct our research by scenario analysis, Petri net theory, optimal control and decision theory to solve this problem. Hope the study can form ‘Scenario-response’ emergency management mechanism of hazardous chemicals accidents, and provide decision support for the government and enterprises effectively responding to hazardous chemicals accidents.

危险化学品特别重大火灾爆炸事故（如：天津港“8.12”等）暴露出危险化学品安全管理形势依然严峻，对非常规突发情境下危险化学品灾害事故的应急管理研究具有重要的实际意义和理论价值。本课题突破传统的“预测-应对”应急决策模式，从“情景-应对”的应急方式角度，研究危险化学品灾害事故的情景构建与动态推演问题。研究将从“情景-状态-要素”视角分析危险化学品灾害事故的发生演化机理；通过情景构建分析情景要素间的动态因果关系，并构建出情景间序列转换的情景链；基于关键要素的相互联系推演出事故情景演变的动态时序变化过程；并探究“演变-反馈-决策”应急决策模式。研究难点在于多源异构情景信息的收集和融合，关键情景要素的识别和提取等。拟采用情景分析、Petri网理论、最优控制和决策理论等解决该课题。通过该研究，期待形成适用于危险化学品灾害事故“情景-应对”的应急管理机制，为政府和企业有效应对此类灾害事故提供决策支撑。

危险化学品灾害事故具有突发破坏性、演变复杂性、不可预测性等非常规特征，传统的“预测-应对”决策模式已不适应这类非常规突发灾害事故的应急管理。本项目创新地从“情景-应对”视角，基于事故案例情景分析、建模和模拟仿真研究等方法，在危化品灾害事故演化机理、情景构建、动态推演、应急决策等方面展开了研究。一是收集整理了2008年-2019年12年的危化品事故案例，建立了危化品事故案例数据库，并从生产、运输、储存、销售、使用、废弃等事故发生环节，深入分析了危化品事故的发生演化机理；二是基于案例分析和扎根理论识别和提取情景要素，通过开放式编码、主轴编码、选择性编码，共提取出3个核心范畴、10个主范畴、36个范畴。并从“情景状态(S)、关键要素(KI)、从属要素(DI)、环境要素(EI)、应急响应(R)”五个维度对情景进行结构化描述，分析了情景要素间的耦合作用关系，对危化品事故演化过程进行了情景构建；三是利用基于模糊集和随机Petri网的建模分析方法，根据随机Petri网与马尔科夫链的同构关系，构建了危化品灾害事故情景演化的随机Petri网模型和等价马尔科夫链模型。以青岛“11·22”输油管道泄漏爆炸事故为例，通过马尔科夫链及其相关数学方法进行了情景推演模拟，对不同演化状态进行了探讨，并分析了其中的演化变动规律；四是通过研究情景演变与应急决策的相互作用关系，构建了基于案例推理的危化品灾害事故“情景-应对”应急决策方法。采用最近相邻法检索算法，计算案例间对应要素属性的相似度，匹配相似度高的应急决策方案。同时，动态评估和分析了不同的应对策略下危化品灾害事故的情景演变结果，建立了危化品灾害事故“演变-反馈-决策”应急管理模式；五是基于上述研究理论和方法，自主研发出“危化品事故应急管理虚拟仿真实验系统V1.0”，为实现危化品事故应急管理可视化提供技术支撑。项目研究成果对深入理解危化品灾害事故的情景演变规律提供了重要理论参考，为有效应对危化品灾害事故提供关键技术支撑。