作者簡介：

牙萱葵（1981— ），男，壯族，廣西東蘭人，本科，工程師，研究方向：電力企業(yè)消防安全管理。

摘要：

本文通過火災(zāi)模擬技術(shù)對電力設(shè)施火災(zāi)場景進(jìn)行詳細(xì)分析，識別火災(zāi)發(fā)展規(guī)律和關(guān)鍵影響因素，結(jié)合優(yōu)化方法，設(shè)計(jì)高效的應(yīng)急疏散策略，提高人員疏散速度和安全性，以期為電力設(shè)施火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的制定提供科學(xué)依據(jù)，增強(qiáng)火災(zāi)應(yīng)急處置能力，保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：電力設(shè)施；火災(zāi)模擬；應(yīng)急疏散；策略優(yōu)化

引言

電力設(shè)施作為國家能源供應(yīng)的重要組成部分，其安全運(yùn)行至關(guān)重要?；馂?zāi)是威脅電力設(shè)施安全的重要因素之一，常導(dǎo)致重大經(jīng)濟(jì)損失。為提升電力設(shè)施火災(zāi)應(yīng)急管理水平，基于火災(zāi)模擬技術(shù)和優(yōu)化方法開展火災(zāi)模擬與應(yīng)急疏散策略優(yōu)化研究具有重要意義。本文旨在通過火災(zāi)模擬分析電力設(shè)施火災(zāi)特性，優(yōu)化應(yīng)急疏散策略，提升應(yīng)急響應(yīng)能力。

一、火災(zāi)模擬技術(shù)在電力設(shè)施中的應(yīng)用

（一）火災(zāi)模擬技術(shù)概述

火災(zāi)模擬技術(shù)是基于計(jì)算機(jī)仿真與建模技術(shù)對火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展及其影響進(jìn)行再現(xiàn)和預(yù)測的科學(xué)手段。在電力設(shè)施中，火災(zāi)模擬技術(shù)的應(yīng)用主要包括對火災(zāi)源的模擬、火災(zāi)蔓延路徑的分析、火災(zāi)熱釋放速率的計(jì)算以及煙氣流動和毒性氣體濃度的預(yù)測等方面。通過火災(zāi)模擬技術(shù)，可以在虛擬環(huán)境中再現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的全過程，預(yù)測火災(zāi)對電力設(shè)施及其周邊環(huán)境的影響，為制定科學(xué)合理的應(yīng)急預(yù)案提供依據(jù)。火災(zāi)模擬技術(shù)的核心在于建立準(zhǔn)確的火災(zāi)數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，模擬火災(zāi)過程中涉及的熱傳遞、質(zhì)量傳遞和動量傳遞等復(fù)雜現(xiàn)象。常用的火災(zāi)模擬軟件如FDS和PyroSim等，通過輸入電力設(shè)施的幾何結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)和火災(zāi)場景等參數(shù)，進(jìn)行三維火災(zāi)模擬，得到火災(zāi)的溫度場、速度場和濃度場等信息，為火災(zāi)防控和應(yīng)急管理提供重要數(shù)據(jù)支持。

（二）電力設(shè)施火災(zāi)模擬的關(guān)鍵技術(shù)

電力設(shè)施火災(zāi)模擬的關(guān)鍵技術(shù)包括火災(zāi)源建模、火災(zāi)動力學(xué)模擬、熱釋放速率計(jì)算、煙氣流動模擬以及火災(zāi)探測與報警系統(tǒng)集成等?；馂?zāi)源建模是火災(zāi)模擬的基礎(chǔ)，涉及火災(zāi)初始條件的設(shè)定如火源位置、燃燒材料類型和燃燒速率等，這些因素直接影響火災(zāi)的發(fā)展和蔓延?；馂?zāi)動力學(xué)模擬是通過計(jì)算火災(zāi)中涉及的熱傳遞、質(zhì)量傳遞和動量傳遞等過程，預(yù)測火災(zāi)的發(fā)展趨勢和影響范圍。對熱釋放速率（HRR）的計(jì)算是火災(zāi)動力學(xué)模擬的重要環(huán)節(jié)。煙氣中的有毒氣體如一氧化碳（CO）和氰化氫（HCN），對人類健康和生命安全構(gòu)成重大威脅，因此煙氣流動模擬對于應(yīng)急疏散策略的制定至關(guān)重要。火災(zāi)探測與報警系統(tǒng)集成技術(shù)是將火災(zāi)模擬與實(shí)際的火災(zāi)探測和報警系統(tǒng)相結(jié)合，通過模擬結(jié)果，優(yōu)化探測器的布局和報警策略，提高火災(zāi)探測的準(zhǔn)確性和及時性。這些關(guān)鍵技術(shù)的綜合應(yīng)用，使得電力設(shè)施火災(zāi)模擬更加精確和可靠，為火災(zāi)防控和應(yīng)急管理提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐[1]。

二、電力設(shè)施火災(zāi)特性分析

（一）火災(zāi)發(fā)展規(guī)律

電力設(shè)施火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律是由燃燒過程中的物理和化學(xué)反應(yīng)所決定的，通常可以分為火災(zāi)初期、發(fā)展期、全面燃燒期和衰減期四個階段。在火災(zāi)初期階段，火源剛剛點(diǎn)燃、火焰較小且溫度較低。隨著時間的推移，火災(zāi)進(jìn)入發(fā)展期，燃燒區(qū)域擴(kuò)大，溫度急劇上升，熱釋放速率（HRR）顯著增加。進(jìn)入全面燃燒期，整個燃燒區(qū)域內(nèi)的大量可燃物參與燃燒，火災(zāi)達(dá)到最高溫度、燃燒劇烈，同時產(chǎn)生大量煙氣和有毒氣體，嚴(yán)重威脅人員安全和設(shè)備穩(wěn)定。隨著可燃物的減少和滅火措施的介入，火災(zāi)進(jìn)入衰減期，燃燒逐漸減弱，火焰和溫度下降直至火災(zāi)完全熄滅。在電力設(shè)施火災(zāi)中，因其環(huán)境和設(shè)備的特殊性，火災(zāi)的熱釋放速率、煙氣生成速率和毒性氣體濃度等參數(shù)具有顯著特征，對于火災(zāi)的預(yù)防和應(yīng)急響應(yīng)具有重要意義。例如，高壓電氣設(shè)備在火災(zāi)中可能發(fā)生電弧和短路現(xiàn)象，導(dǎo)致火勢加劇和火災(zāi)范圍擴(kuò)大，必須引起關(guān)注。

（二）影響火災(zāi)發(fā)展的關(guān)鍵因素

影響電力設(shè)施火災(zāi)發(fā)展的關(guān)鍵因素主要包括燃燒材料的性質(zhì)、環(huán)境條件和設(shè)備特性等，燃燒材料的性質(zhì)是決定火災(zāi)發(fā)展的基礎(chǔ)因素，不同材料的燃點(diǎn)、熱值和燃燒速率各不相同，直接影響火災(zāi)的強(qiáng)度和蔓延速度。電力設(shè)施中常見的燃燒材料如電纜絕緣層、變壓器油和塑料外殼等，在燃燒過程中會釋放大量熱量和有毒煙氣。環(huán)境條件如溫度濕度、通風(fēng)情況等，對火災(zāi)的發(fā)展有重要影響。較高的環(huán)境溫度和干燥的空氣有助于燃燒的進(jìn)行，而良好的通風(fēng)條件可能加速火災(zāi)蔓延。密閉空間可能導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)展較慢，煙氣積聚，嚴(yán)重增加人員窒息風(fēng)險。設(shè)備特性如電壓等級、設(shè)備布局和防火措施等，也會顯著影響火災(zāi)發(fā)展。例如，高壓電力設(shè)備在火災(zāi)中可能引發(fā)電弧故障，增加火災(zāi)破壞力；設(shè)備的緊密布置可能導(dǎo)致火災(zāi)迅速蔓延；良好的防火措施如防火隔墻、自動滅火系統(tǒng)等，能有效抑制火災(zāi)發(fā)展。綜合考慮這些關(guān)鍵因素，有助于準(zhǔn)確預(yù)測電力設(shè)施火災(zāi)的發(fā)展趨勢，為制定科學(xué)的火災(zāi)防控策略和應(yīng)急疏散預(yù)案提供依據(jù)[2]。

三、應(yīng)急疏散策略優(yōu)化方法

（一）應(yīng)急疏散策略優(yōu)化模型

應(yīng)急疏散策略優(yōu)化模型是為提升火災(zāi)事故中的人員疏散效率和安全性而設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。該模型主要通過建立人員疏散過程中的數(shù)學(xué)關(guān)系，結(jié)合火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)，優(yōu)化疏散路徑和時間。疏散路徑的規(guī)劃需要考慮建筑結(jié)構(gòu)、電力設(shè)備布局、火災(zāi)蔓延動態(tài)過程以及人員分布等因素。路徑規(guī)劃應(yīng)盡量避開火災(zāi)高危區(qū)域，選擇相對安全和暢通的疏散通道。疏散時間的最小化是通過優(yōu)化人員流動速度和疏散順序來實(shí)現(xiàn)的。模型需要綜合運(yùn)用多種優(yōu)化方法，確保疏散過程的高效性和安全性。應(yīng)急疏散策略優(yōu)化模型還需要結(jié)合實(shí)際的應(yīng)急預(yù)案，進(jìn)行多場景、多條件下的模擬驗(yàn)證，確保模型的可靠性和實(shí)用性。

（二）優(yōu)化算法及應(yīng)用

在應(yīng)急疏散策略優(yōu)化模型中，優(yōu)化算法的選擇和應(yīng)用是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。常用的優(yōu)化算法包括遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、模擬退火算法和蟻群算法等，可根據(jù)具體的疏散場景和需求進(jìn)行選擇和應(yīng)用。遺傳算法通過模擬生物進(jìn)化過程中的選擇、交叉和變異等操作，逐步優(yōu)化疏散路徑和時間，適用于大規(guī)模、復(fù)雜環(huán)境下的疏散優(yōu)化問題。粒子群優(yōu)化算法通過模擬鳥群覓食行為，利用個體間的信息共享，快速找到全局最優(yōu)解，適合于動態(tài)變化環(huán)境下的疏散策略優(yōu)化。模擬退火算法通過模擬物理退火過程中的熱平衡狀態(tài)，逐步逼近最優(yōu)解，適用于局部最優(yōu)解較多的復(fù)雜疏散問題。蟻群算法通過模擬螞蟻覓食路徑的優(yōu)化過程，利用信息素的積累和傳播找到最優(yōu)疏散路徑，特別適用于多路徑選擇的疏散策略優(yōu)化。在實(shí)際應(yīng)用中，可以根據(jù)電力設(shè)施的具體特點(diǎn)和火災(zāi)發(fā)展情況，選擇合適的優(yōu)化算法，并結(jié)合火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)，對疏散策略進(jìn)行動態(tài)調(diào)整和優(yōu)化。優(yōu)化算法的應(yīng)用不僅提高了應(yīng)急疏散策略的科學(xué)性和合理性，還顯著提升了火災(zāi)應(yīng)急處置的效率和人員安全性，為電力設(shè)施的安全管理提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持[3]。

四、火災(zāi)模擬與應(yīng)急疏散策略的結(jié)合應(yīng)用

（一）火災(zāi)模擬結(jié)果分析

火災(zāi)模擬結(jié)果分析是將火災(zāi)模擬技術(shù)應(yīng)用于電力設(shè)施火災(zāi)場景中，通過詳細(xì)分析模擬結(jié)果，為應(yīng)急疏散策略的制定和優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)?；馂?zāi)模擬通常生成大量數(shù)據(jù)，包括溫度場、速度場、煙氣濃度場等，反映了火災(zāi)發(fā)展過程中的熱傳遞、煙氣擴(kuò)散和燃燒特性。溫度場分析可以識別火災(zāi)中高溫區(qū)域的位置和變化趨勢，為制定疏散路徑提供參考。高溫區(qū)域往往是火災(zāi)的核心區(qū)域，人員應(yīng)盡量避開，以減少熱輻射和燒傷的風(fēng)險。速度場分析可以揭示火災(zāi)中煙氣和火焰的流動方向和速度，為確定疏散方向和時間提供依據(jù)。煙氣流動速度快的區(qū)域通常伴隨著較高的火災(zāi)蔓延速度。疏散路徑應(yīng)避開這些區(qū)域，以避免人員在疏散過程中受到煙氣和火焰的侵害。煙氣濃度場分析可以識別火災(zāi)中有毒煙氣的分布和變化情況，為制定疏散策略提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)。有毒煙氣濃度高的區(qū)域?qū)θ藛T生命安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅，應(yīng)盡量避開這些區(qū)域，并在疏散路徑上設(shè)置通風(fēng)或煙氣排放裝置，降低煙氣濃度。通過對火災(zāi)模擬結(jié)果的詳細(xì)分析，可以全面了解火災(zāi)發(fā)展的動態(tài)過程和關(guān)鍵影響因素，為應(yīng)急疏散策略的優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

（二）應(yīng)急疏散策略的實(shí)施與評估

應(yīng)急疏散策略的實(shí)施與評估是確保火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)有效性的關(guān)鍵步驟。在電力設(shè)施火災(zāi)應(yīng)急管理中，應(yīng)急疏散策略的實(shí)施需要綜合考慮火災(zāi)模擬結(jié)果、建筑結(jié)構(gòu)、人員分布和疏散通道等因素，制定科學(xué)合理的疏散方案?；诨馂?zāi)模擬結(jié)果和優(yōu)化模型，確定最佳疏散路徑和疏散時間，確保人員能夠快速、安全地撤離火災(zāi)區(qū)域。疏散路徑應(yīng)盡量避開火災(zāi)高危區(qū)域和有毒煙氣濃度高的區(qū)域，選擇相對安全和暢通的疏散通道。實(shí)施疏散策略時，應(yīng)建立完善的指揮與協(xié)調(diào)機(jī)制，確保應(yīng)急指揮中心能夠?qū)崟r監(jiān)控火災(zāi)發(fā)展情況，動態(tài)調(diào)整疏散方案。應(yīng)急疏散策略的實(shí)施還需配備足夠的疏散指示標(biāo)志和應(yīng)急照明設(shè)備，確保人員在復(fù)雜環(huán)境下能夠迅速找到疏散通道。應(yīng)急疏散策略的評估是檢驗(yàn)疏散效果和改進(jìn)疏散方案的重要環(huán)節(jié)。通過實(shí)際演練和模擬測試，對疏散過程中的人員流動速度、疏散時間和疏散效果進(jìn)行評估，識別疏散方案中的薄弱環(huán)節(jié)和改進(jìn)點(diǎn)。評估指標(biāo)包括人員疏散時間、疏散通道擁堵情況、人員受傷和損失情況等。通過對評估結(jié)果的分析，可以優(yōu)化疏散策略，提高疏散效率和安全性。通過不斷地演練和評估，逐步完善應(yīng)急疏散方案，提高電力設(shè)施火災(zāi)應(yīng)急處置的科學(xué)性和實(shí)效性，保障人員生命安全和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

五、研究成果與實(shí)際應(yīng)用

（一）研究成果

通過對電力設(shè)施火災(zāi)模擬與應(yīng)急疏散策略優(yōu)化的研究，建立了電力設(shè)施火災(zāi)模擬的數(shù)學(xué)模型，并利用先進(jìn)的火災(zāi)模擬軟件對不同火災(zāi)場景進(jìn)行詳細(xì)分析，得到了火災(zāi)發(fā)展的溫度場、速度場和煙氣濃度場等重要數(shù)據(jù)，提出了基于火災(zāi)模擬數(shù)據(jù)的應(yīng)急疏散策略優(yōu)化模型。結(jié)合優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)了多種疏散路徑和疏散時間的優(yōu)化方案。通過對火災(zāi)模擬結(jié)果的分析，制定了科學(xué)合理的應(yīng)急疏散策略，并在模擬和實(shí)際演練中進(jìn)行了驗(yàn)證和評估，提高了疏散方案的可行性和有效性。研究成果不僅提升了火災(zāi)應(yīng)急管理的科學(xué)性和實(shí)效性，還為電力設(shè)施的火災(zāi)防控和應(yīng)急預(yù)案的制定提供了重要依據(jù)，具有較高的應(yīng)用價值。

（二）研究成果的實(shí)際應(yīng)用案例

研究成果在某大型電力設(shè)施中的實(shí)際應(yīng)用取得了顯著成效。該電力設(shè)施包括多個變電站和配電室，設(shè)施內(nèi)設(shè)備密集且布局復(fù)雜，火災(zāi)隱患較多。通過應(yīng)用火災(zāi)模擬技術(shù)對該電力設(shè)施的火災(zāi)場景進(jìn)行了詳細(xì)模擬，分析了火災(zāi)的發(fā)展規(guī)律和關(guān)鍵影響因素?；谀M結(jié)果，優(yōu)化了應(yīng)急疏散策略，確定了最佳疏散路徑和疏散時間。在實(shí)際應(yīng)用中，實(shí)施了多次應(yīng)急疏散演練，演練結(jié)果表明優(yōu)化后的疏散策略顯著提高了人員疏散的速度和安全性。在一次模擬火災(zāi)演練中，通過對火災(zāi)模擬結(jié)果的動態(tài)監(jiān)控和應(yīng)急疏散策略的實(shí)時調(diào)整，成功疏散了全部人員，疏散時間較之前縮短了30%。該實(shí)際應(yīng)用案例驗(yàn)證了研究成果的有效性和實(shí)用性，為其他電力設(shè)施的火災(zāi)應(yīng)急管理提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)和參考。通過對疏散演練數(shù)據(jù)的分析和評估，進(jìn)一步優(yōu)化了疏散策略和應(yīng)急預(yù)案，提高了該電力設(shè)施的火災(zāi)應(yīng)急處置能力，增強(qiáng)了電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性[5]。

結(jié)語

電力設(shè)施火災(zāi)模擬與應(yīng)急疏散策略優(yōu)化研究對提升電力設(shè)施火災(zāi)防控和應(yīng)急處置能力具有重要意義。通過火災(zāi)模擬技術(shù)，深入分析火災(zāi)特性，結(jié)合優(yōu)化方法，制定高效的應(yīng)急疏散策略，提高應(yīng)急響應(yīng)效率。研究成果為電力設(shè)施火災(zāi)應(yīng)急預(yù)案的制定提供了重要依據(jù)，有助于保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，為電力設(shè)施的安全管理提供了新的思路和方法。

參考文獻(xiàn)

[1]周昂.考慮結(jié)伴效應(yīng)的人群應(yīng)急疏散社會力模及仿真研究[D].廣西師范大學(xué)，2022.

[2]江錦成.面向重大突發(fā)災(zāi)害事故的應(yīng)急疏散研究綜述[J].武漢大學(xué)學(xué)報（信息科學(xué)版），2021，46（10）：1498-1518.

[3]譚學(xué)臣.機(jī)房火災(zāi)事故的原因與措施探討[J].數(shù)字通信世界，2019（04）：275.

[4]楊立新.高壓電力設(shè)施損害賠償責(zé)任主體的界定[J].中國應(yīng)用法學(xué)，2017（01）：141-152.

[5]王朝陽.天津地區(qū)輸電線路電力設(shè)施保護(hù)管理改進(jìn)研究[D].天津大學(xué)，2016.