訾 潤(rùn)

（青島消防支隊(duì)平度大隊(duì)，山東 青島 266000）

地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，加之人為原因造成的火災(zāi)、泄露和污染等，給消防救援工作造成了極大困難[1]。尤其是與化工類產(chǎn)品相關(guān)的險(xiǎn)情救援，不僅難度大，而且救援風(fēng)險(xiǎn)高?；ゎ惍a(chǎn)品的原料、中間品和最終品是各種形式的化學(xué)物質(zhì)，其在常規(guī)狀態(tài)下是穩(wěn)定、安全且無(wú)害的，一旦處于高溫高壓、特殊催化劑和特殊反應(yīng)過(guò)程中，則會(huì)出現(xiàn)物質(zhì)的重新生成或物態(tài)的轉(zhuǎn)變，從而變?yōu)橛卸?、有害的物質(zhì)[2]。以火災(zāi)發(fā)生后的險(xiǎn)情為例，如果是化工廠發(fā)生火災(zāi)，在高溫灼燒的情況下，大量的化工產(chǎn)品會(huì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或氣態(tài)。液態(tài)在高溫下會(huì)發(fā)生沸騰噴濺現(xiàn)象，氣態(tài)則容易揮發(fā)和擴(kuò)散[3]。這些經(jīng)過(guò)高溫反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，大都是有毒、有害的液體或氣體，還具有較強(qiáng)的腐蝕性，會(huì)給救援人員和周邊設(shè)備帶來(lái)較大危害，需要充分考慮險(xiǎn)情救援的方法，尤其是合理的安全范圍設(shè)定和救援路徑設(shè)計(jì)，這與救援效率和救援效果密切相關(guān)。

1 險(xiǎn)情救援的安全范圍分析

為了有效解決險(xiǎn)情救援問(wèn)題，該文仍然以化學(xué)品發(fā)生火災(zāi)的特殊案例進(jìn)行分析。原因是化學(xué)品發(fā)生火災(zāi)的搶險(xiǎn)救援難度大、安全保證系數(shù)低。如果能妥善應(yīng)對(duì)化學(xué)品火災(zāi)的險(xiǎn)情救援，其他的常規(guī)險(xiǎn)情救援就更可以有效應(yīng)對(duì)了。

化學(xué)品發(fā)生火災(zāi)后，其救援的最大難點(diǎn)在于化學(xué)品的毒性和高腐蝕性，同時(shí)化學(xué)品還會(huì)在高溫灼燒的過(guò)程中發(fā)生物態(tài)轉(zhuǎn)換，從而形成沸騰、可噴濺的液態(tài)物質(zhì)或者具有毒性的可揮發(fā)氣態(tài)物質(zhì)。

救援人員一方面要撲滅火情，另一方面要特別注意躲避液態(tài)化學(xué)品的噴濺腐蝕并避免吸入氣態(tài)化學(xué)品而中毒。從救援人員的個(gè)人防護(hù)措施來(lái)看，穿戴防護(hù)服，尤其是佩戴防毒面具，可以有效地保護(hù)自身安全，避免化學(xué)品液態(tài)腐蝕和化學(xué)品氣態(tài)毒害。但是，僅從救援人員個(gè)體的微觀防護(hù)角度加以防護(hù)還是不夠的，需要從宏觀空間維度進(jìn)行安全范圍分析并采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

在燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐和尚未發(fā)生燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐之間設(shè)置有效的隔離屏障，避免液態(tài)化學(xué)品沸騰噴濺和火勢(shì)蔓延是一種最常用的手段，具體執(zhí)行如圖1 所示。

圖1 燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐和尚未發(fā)生燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐的隔離防護(hù)措施

從圖1 可以看出，3 個(gè)圓柱體代表了化學(xué)品儲(chǔ)罐。其中，最左側(cè)的化學(xué)品儲(chǔ)罐已經(jīng)發(fā)生了災(zāi)情，處于燃燒狀態(tài)。而右上化學(xué)品儲(chǔ)罐和下方化學(xué)品儲(chǔ)罐都處于安全狀態(tài)，尚未發(fā)生燃燒。在該情況下，救援搶險(xiǎn)的第一步工作不是急于撲滅已經(jīng)燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐，而是先保護(hù)尚未發(fā)生燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐，避免災(zāi)情進(jìn)一步蔓延。如圖1 所示，在燃燒化學(xué)品儲(chǔ)罐和尚未燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐之間架設(shè)隔離屏障，對(duì)火情和可能噴濺傳播的化學(xué)品進(jìn)行物理隔離，是非常有效的救援措施。該隔離措施在防范有毒物的固體煙塵顆粒擴(kuò)散、沸騰液體噴濺方面是特別有針對(duì)性的。通過(guò)該隔離處理方法，可以避免化學(xué)品儲(chǔ)罐各種物態(tài)物質(zhì)發(fā)生擴(kuò)散，有利于避免災(zāi)情蔓延和險(xiǎn)情進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)有利于保護(hù)險(xiǎn)情區(qū)域內(nèi)的工作人員和救援人員，以更高的安全度去完成救援。

采取首要的隔離措施后，進(jìn)一步對(duì)救援人員采取安全保護(hù)措施，這就需要設(shè)定安全距離。安全距離是指通過(guò)增大救援人員距險(xiǎn)情點(diǎn)的距離和范圍，來(lái)避免火焰灼燒和有毒物侵害。除了要考慮救援人員的安全性外，還要考慮救援設(shè)備操作過(guò)程中的技術(shù)參數(shù)，即救援設(shè)備的合理操作范圍。在救援過(guò)程中，利用滅火器、高壓水槍等工具進(jìn)行滅火處理時(shí)也要充分考慮安全距離。安全范圍設(shè)置如圖2 所示。

圖2 燃燒的化學(xué)品儲(chǔ)罐救援的安全距離

在圖2 中，左側(cè)的化學(xué)品儲(chǔ)罐發(fā)生燃燒，救援人員和救援車輛需要保持一定的安全距離后再實(shí)施救援。否則，燃燒化學(xué)品儲(chǔ)罐內(nèi)的液態(tài)物質(zhì)可能會(huì)噴濺進(jìn)而灼傷救援人員或損壞救援車輛。當(dāng)然，救援的安全距離不一定是一個(gè)固定的數(shù)值，其更可能是一個(gè)合理的救援范圍，該范圍應(yīng)該既能保證救援人員和救援車輛的安全，又能避免燃燒化學(xué)品儲(chǔ)罐因罐內(nèi)液體噴濺而傷及救援人員和救援車輛。

2 基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的險(xiǎn)情救援方案

上述研究工作探討了實(shí)施救援工作時(shí)，應(yīng)如何對(duì)具有毒性和腐蝕性的險(xiǎn)情點(diǎn)實(shí)施隔離保護(hù)和規(guī)劃安全救援距離。接下來(lái)將考慮如何從救援出發(fā)點(diǎn)到險(xiǎn)情點(diǎn)對(duì)救援路徑方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對(duì)大多數(shù)險(xiǎn)情而言，其空間位置與救援力量的常住地之間都會(huì)存在較遠(yuǎn)的距離，當(dāng)救援力量到達(dá)險(xiǎn)情點(diǎn)時(shí)有多種可以選擇的方案。顯然，讓救援力量在最短時(shí)間內(nèi)到達(dá)險(xiǎn)情點(diǎn)是救援路徑方案的核心目標(biāo)。但需要注意的是，最短時(shí)間到達(dá)并不等同于選擇最短救援路徑。原因是救援車輛行駛時(shí)還要充分考慮各條路線上的擁堵情況，因此需要采用決策模型來(lái)完成救援路徑方案設(shè)計(jì)。

考慮當(dāng)前GPS 地圖已經(jīng)非常完善，可以實(shí)時(shí)采集到地圖上任意節(jié)點(diǎn)的信息，因此可以將救援路徑方案的決策問(wèn)題設(shè)定為全局規(guī)劃問(wèn)題。可用于全局規(guī)劃的方法較多，如柵格法、禁忌搜索法、模擬退火法、圖割法、網(wǎng)流法以及動(dòng)態(tài)規(guī)劃法等。該文采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法，對(duì)險(xiǎn)情救援的路徑方案選擇進(jìn)行相應(yīng)決策。

所謂動(dòng)態(tài)規(guī)劃，就是在綜合考慮全局已知信息的情況下，將決策任務(wù)拆解成若干個(gè)階段，充分結(jié)合每個(gè)階段全局信息的動(dòng)態(tài)變化來(lái)生成決策。可見，動(dòng)態(tài)規(guī)劃既考慮了全局任務(wù)的空間特征，又考慮了各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上動(dòng)態(tài)變化的時(shí)間特征。在時(shí)間軸線上，將總體決策任務(wù)分解為若干個(gè)不同的環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)用標(biāo)號(hào)k來(lái)表示。由此，每個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息可以采用xk來(lái)表示。系統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)發(fā)展變化到另一種狀態(tài)，并如何完成這種發(fā)展變化即是決策。該文用uk來(lái)表示第k個(gè)環(huán)節(jié)狀態(tài)得以實(shí)現(xiàn)的決策，并且可以確定每個(gè)環(huán)節(jié)決策所要使用的準(zhǔn)則為Vk，n。

可見，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法完成任務(wù)的決策具有清晰的思路和流程。但需要指出的是，動(dòng)態(tài)規(guī)劃中某一個(gè)階段決策完成后，是不可以向前逆推的，如果前一個(gè)環(huán)節(jié)的決策出現(xiàn)問(wèn)題，甚至是嚴(yán)重錯(cuò)誤，后續(xù)環(huán)節(jié)也無(wú)法對(duì)前面的結(jié)果進(jìn)行更改。這就要求動(dòng)態(tài)規(guī)劃的決策過(guò)程必須確保每個(gè)環(huán)節(jié)的正確性，即使不是最佳結(jié)果，也不能是最差結(jié)果。

在每個(gè)環(huán)節(jié)運(yùn)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃的方法完成決策的過(guò)程中，其準(zhǔn)則執(zhí)行的數(shù)學(xué)形態(tài)如公式（1）所示。

式中：Vk，n表示確定每個(gè)環(huán)節(jié)決策所要使用的準(zhǔn)則；vk（xk，uk）表示準(zhǔn)則函數(shù)在第k個(gè)環(huán)節(jié)所具有的狀態(tài)；xk表示一個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息；uk表示第k個(gè)環(huán)節(jié)狀態(tài)得以實(shí)現(xiàn)的決策。

從上述模型可以明顯看出，每個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)則函數(shù)會(huì)受前一個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)則函數(shù)的影響，只有確保各個(gè)環(huán)節(jié)之間的演變準(zhǔn)則都是最佳或者是較好的，才能得到最終的令人滿意的決策方案。

在該文中，將動(dòng)態(tài)規(guī)劃應(yīng)用于險(xiǎn)情救援的路徑方案選擇決策時(shí)，除了要考慮最短距離外，還要考慮可能存在的擁堵所造成的延時(shí)情況。需要在一般距離準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，再增加一個(gè)擁堵情況的考量模塊，從而可以得到第k個(gè)環(huán)節(jié)的準(zhǔn)則函數(shù)新設(shè)定形態(tài)，如公式（2）所示。

式中：vdata（xk，uk）表示只考慮距離數(shù)據(jù)的準(zhǔn)則函數(shù)；vsmooth（xk，uk）表示考慮擁堵情況的準(zhǔn)則函數(shù)部分；xk表示一個(gè)環(huán)節(jié)的狀態(tài)信息；uk表示第k個(gè)環(huán)節(jié)狀態(tài)得以實(shí)現(xiàn)的決策。

在動(dòng)態(tài)規(guī)劃決策中，可以用正確（M）、向左正確（L）、向右正確（R）3 種情況來(lái)表示路徑在當(dāng)前點(diǎn)是否處于最理想位置。據(jù)此，路徑從當(dāng)前位置向下一個(gè)位置延伸時(shí)存在7 種可能的情況，如圖3 所示。

圖3 動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑節(jié)點(diǎn)延伸的7 種可能情況

3 險(xiǎn)情救援的仿真試驗(yàn)驗(yàn)證

圖4 中，橫坐標(biāo)代表險(xiǎn)情點(diǎn)，考慮火災(zāi)發(fā)生時(shí)一般多為多點(diǎn)火情，因此該文設(shè)置了5 個(gè)險(xiǎn)情點(diǎn)。縱坐標(biāo)代表救援路徑的節(jié)省程度，單位為%。白色矩形代表常規(guī)方法節(jié)省的距離長(zhǎng)度。帶剖面線矩形代表執(zhí)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法節(jié)省的距離長(zhǎng)度。該文所說(shuō)的常規(guī)方法是以距離為唯一判斷依據(jù)來(lái)選擇救援路徑的。從圖4 的對(duì)比情況可以看出，執(zhí)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃來(lái)優(yōu)化險(xiǎn)情救援路徑，在5 個(gè)險(xiǎn)情點(diǎn)上的救援距離更短。

圖4 采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃險(xiǎn)情救援方案和常規(guī)方法的險(xiǎn)情救援方案的救援路徑對(duì)比

進(jìn)一步對(duì)比采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃險(xiǎn)情救援方案和常規(guī)方法的險(xiǎn)情救援方案在救援時(shí)間長(zhǎng)、短上的差異，結(jié)果如圖5 所示。

圖5 采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃險(xiǎn)情救援方案和常規(guī)方法的險(xiǎn)情救援方案的救援時(shí)間對(duì)比

圖5 中，橫坐標(biāo)代表險(xiǎn)情點(diǎn)，考慮火災(zāi)發(fā)生時(shí)一般多為多點(diǎn)火情，因此該文設(shè)置了5 個(gè)險(xiǎn)情點(diǎn)?？v坐標(biāo)代表救援時(shí)間的節(jié)省程度，單位為%。白色矩形代表常規(guī)方法節(jié)省的時(shí)間長(zhǎng)度。帶剖面線矩形代表執(zhí)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃方法節(jié)省的時(shí)間長(zhǎng)度。該文所說(shuō)的常規(guī)方法是以距離為唯一判斷依據(jù)來(lái)選擇救援路徑的。從圖5 的對(duì)比情況可以看出，執(zhí)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃來(lái)優(yōu)化險(xiǎn)情救援路徑，在5 個(gè)險(xiǎn)情點(diǎn)上的救援時(shí)間更短。比較圖4 和圖5 可知，執(zhí)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃路徑優(yōu)化，救援時(shí)間縮短的幅度更明顯。

4 結(jié)論

險(xiǎn)情救援關(guān)系人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，也關(guān)系社會(huì)的穩(wěn)定和團(tuán)結(jié)。該文以化學(xué)品發(fā)生燃燒后造成的險(xiǎn)情為例，探討了實(shí)施救援工作時(shí)，應(yīng)如何對(duì)具有性和腐蝕性的險(xiǎn)情點(diǎn)實(shí)施隔離保護(hù)和規(guī)劃安全救援距離。在該基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出了基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的險(xiǎn)情救援路徑優(yōu)化決策方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，執(zhí)行動(dòng)態(tài)規(guī)劃的救援方案可以使縮短救援距離，并在更短的時(shí)間內(nèi)完成救援。

上述研究工作探討了實(shí)施救援工作時(shí)，應(yīng)如何對(duì)具有毒性和腐蝕性的險(xiǎn)情點(diǎn)實(shí)施隔離保護(hù)和規(guī)劃安全救援距離。在該基礎(chǔ)上，該文進(jìn)一步提出了基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃的險(xiǎn)情救援路徑優(yōu)化決策方法。為了驗(yàn)證前2 步工作的有效性，該文進(jìn)行了試驗(yàn)，具體如下。

對(duì)比并分析采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃險(xiǎn)情救援方案和常規(guī)方法的險(xiǎn)情救援方案在救援路徑長(zhǎng)、短上的差異，結(jié)果如圖4 所示。