化工安全三维培训与模拟演练系统研究开发及应用

本文针对化工企业的自身特点,在分析危险化学品的典型生产、运输、装卸、储存等环节基础上,研究开发了一套化工安全三维培训与模拟演练系统,通过整合实景照片技术、地理信息技术、模型分析、三维建模技术、多方协同技术等,采用系统场景和现实相结合的方式,对突发事件应急处置的整个流程进行培训与模拟演练,达到对相关人员进行模拟演练和培训的目的,从而提高有关部门和人员应对突发事件的能力。     

应急救援3D模拟仿真演练

<正>如何利用科技手段,提高安全生产应急救援队伍的救援能力,确保"召之即来、来之能战、战之能胜",是应急管理工作的重要课题。2014年5月11日,北京市安监局组织北京市第一届矿山救援技术竞赛。竞赛中,专门增加了事故模拟仿真救援比赛项目。此项目依托于中安华邦(北京)安全生产技术研究院(以下简称"中安华邦")开发的矿山应急救援3D(三维)模拟仿真实战演练与评价系统,采用目前最先进的Unity3D——三维虚拟现实开发技术,以真实矿井的参数为基础,完整地构建了一个3D虚拟仿真矿井,包含矿井各类巷道、设备设施等,动态模拟瓦斯、火灾、     

基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件设计

为了研究大型储罐事故后果的严重性，针对大型储罐火灾爆炸试验难以实施的情况，以虚拟现实技术为研究手段，重现大型储罐火灾和爆炸事故过程；通过对储罐火灾和爆炸事故进行理论分析，优选出大型储罐火灾爆炸事故后果数学模型；基于某商业原油储备库布置，利用3Ds Max软件对库区进行建模，结合Qt界面编写技术和OSG粒子效果技术进行交互式设计，划分火灾和爆炸2大仿真模块，设计各模块下属基本功能，形成1套基于真实场景的大型储罐火灾爆炸事故后果三维仿真模拟软件。研究结果表明:基于VR技术的大型储罐火灾爆炸仿真软件具有较强的沉浸感和交互性等特点，能够实时仿真大型储罐火灾爆炸事故动态演变过程，降低大型储罐火灾爆炸试验成本，同时为制定事故应急预案和应急处置措施提供科学参考。     

3D可视化石化装置安全管理系统的开发

本文介绍了3D可视化石化装置安全管理系统构成、功能和实验途径，该系统将三维激光扫描和GIS技术运用于石化行业，通过数据处理建立石化装置测绘级精度、全尺寸、全真实体的三维数字模型，并通过添加GIS信息和设备属性信息，实现石化装置5D可视化管理、分层管理、设备检维修和施工改造模拟、事故影响范围及应急救援最佳路径模拟、工作人员仿真培训等安全管理模块，为石化企业设备管理提供了新的技术平台。     

活塞风对地铁隧道内烟气扩散特性影响的数值模拟

研究目的是探索地铁列车活塞运动所造成的隧道内三维非均匀初场对列车火灾烟气扩散特性的影响。采用计算流体力学(CFD)方法模拟列车从运动到停止于隧道中的过程,通过将瞬时计算域内三维速度场经过数据转换和传递作为进一步模拟火灾烟气扩散过程的初始条件,检验有效疏散时间内列车附近疏散空间的安全性,并将模拟结果与静止初始条件下的模拟结果进行对比。模拟所采用的三维非均匀初场更接近于真实的物理过程,使模拟结果更有助于揭示实际火灾过程的本质。模拟结果显示列车运动所造成的惯性气流对火灾早期烟气扩散有显著的影响,所采用的研究方法和结论能为制定更加可靠和安全的火灾应急预案提供理论依据。     

基于虚拟技术的三峡库区应急救援系统

三峡大坝蓄水后水质和生态环境安全的威胁加大。笔者基于对库区蓄水后水质状况的分析,将虚拟技术应用到三峡库区应急救援系统的设计中,提出了基于虚拟技术的应急响应流程,建立系统数据库和实时监控及预警体系,并以嘉陵江重庆段事故后污染物质的迁移扩散为例,应用数值模拟软件实现电子模拟演习,加强应急预案的建设和应急反应系统实战能力的提高。该系统通过建立应急救援数据库和实时监测及预警机制,提高库区应急响应效率,强化库区事故防范能力,并运用数值模拟方法为系统提供形象直观的电子模拟演习工具,为库区突发性水污染事故的处理提供强有力的决策支持。     

地铁车站应急预案VR模拟与情景设计

为解决地铁车站应急预案现实演练过程中,出现火灾、爆炸、水淹、突发大客流等紧急情况的危险性、组织实施难的问题,应用虚拟现实(VR)技术对各类预案进行场景设计,模拟相应的应急预案过程。首先,运用业务流程建模与标注(BPMN)语言对应急预案流程进行建模;然后,利用建筑信息模型(BIM)技术创建地铁站内基础设施三维模型,并研究模拟火灾爆炸、恐怖袭击、水淹、突发大客流等应急预案涉及的关键技术;最后,以地铁燕塘站为例设计应急预案情景。结果表明:基于VR技术的情景设计及过程模拟将地铁车站应急预案的各类场景要素、事件过程、乘客及岗位人员的活动状态集成到同一平台;直观、动态、多视图地展现应急预案实施效果,有助于提高地铁紧急情况预案应用水平。     

辐射模型在烟气运动数值模拟中的应用

本文用数值求解流体力学基本方程组的方法（场模拟）建立了烟气运动的三维数理模型，比较详细地研究了三维离散传播辐射模型在烟气运动传热过程中的应用，揭示了烟气运动的一些典型规律，所得模拟结果基本合理。     

基于无人机建模的尾矿库溃坝事故推演*

为诠释尾矿库溃坝后水砂演进过程,提升尾矿库事故灾害应急处置能力,采用无人机倾斜摄影技术获取尾矿库全息影像,建立尾矿库三维数字高程模型,导入三维流体计算软件对尾矿库进行溃坝事故推演。结果表明:尾矿库实景三维模型能高精度还原尾矿库实际情况,尾矿库溃坝将淹没库区临时厂房建筑及下游村落;其中,上游沟谷临时厂房建筑水位高程最大达8 m,尾砂淤积厚度最高达10.5 m,下游沟谷村落水位高程最大达10 m,尾砂淤积厚度最高达2.5 m;通过对库区下游布设监测点,得出各监测点处水位高程和尾砂淤积厚度变化规律,分析溃坝主要影响区域。研究结果可为尾矿库风险防控、应急响应工作提供借鉴。     

基于真三维GIS的危险化学气体泄漏扩散动态模拟仿真系统

针对传统危险化学气体泄漏扩散软件在模拟表现力方面的不足,提出将改进的随机游走大气泄漏扩散模型集成到真三维地理环境信息系统中,完成了基于真三维GIS环境下的危险化学品泄漏扩散模拟仿真系统的设计与开发.该系统能够在真三维场景中直观地展示危险化学气体的三维扩散过程,实时显示危险化学品泄漏扩散浓度分布图及事故不同程度的危害范围.同时通过与PHAST软件模拟结果对比,验证了该系统的可靠性.系统可以直观地、有效地帮助应急指挥人员组织应急救援和疏散,为企业、政府在危险化学品泄漏事故预防、预测和评估以及应急预案的制定提供参考.     

连体宿舍楼火灾模拟与安全疏散研究

为提高复杂连体宿舍楼的火灾应急疏散效率，以某高层连体复杂宿舍楼为例，运用PyroSim对该复杂连体宿舍楼发生火灾时的烟气蔓延特性以及不同楼体之间的相互影响进行模拟，运用Pathfinder对该宿舍楼的人员疏散进行仿真模拟。火灾模拟结果表明:连体宿舍楼中，连廊对整栋楼的安全至关重要，建议加强对连廊的消防管理。疏散模拟结果表明:中间连廊保持正常通行可以有效提高疏散效率；连体复杂宿舍楼不适合男女混住，应该根据建筑物结构合理安排居住人员；增加2～3层连廊，并设置可移动式外挂楼梯，同时确保发生紧急事故时应急疏散指导人员正确快速地引导人员进行疏散，可以有效提高疏散效率。研究方法和结果可为复杂连体宿舍楼的消防措施、建筑设计以及宿舍楼应急管理提供参考和借鉴。     

火电厂应急管理信息系统研究

分析火电厂事故应急管理的特点,即事故应急响应的快速性、高效性及可预测性;从技术框架设计、网络设计、数据库设计、系统安全性设计4方面分析火电厂应急管理信息系统的总体设计方案;分析火电厂应急管理系统的业务模块划分及主要功能;讨论火电厂应急管理信息系统的实现方式及主要工作界面.结果表明,在系统三维仿真环境中可以进行重大危险源辨识、风险评估以及有效组织模拟演练,从而提高火电厂的应急管理水平.研究表明,高质量的仿真环境与科学的逻辑分析可为临灾状态下的应急救援决策提供快速、有效的技术支持,具有重要现实意义.     

基于视线追踪的三维模拟灭火救援培训效果评估

本文结合灭火救援指挥三维计算机模拟训练平台以及桌面式视线追踪实验系统,开展基于视线追踪技术的学员应急培训效果评估。首先开展眼动分析实验系统搭建与实验设计,采用Eyeso Ec80遥测式眼动仪对操作者模拟灭火救援时的眼动信息进行数据采集与处理。然后,开展失误行为的眼动特征提取研究,针对不同类别的认知状态,分别统计其在不同兴趣区域的注视时间并建立一步转移概率矩阵,最终得到典型失误模式的失误特征。     

TM法与分块耦合技术生成复杂结构计算网格的研究

讨论运用网格生成微分法中的TM方法以及分块耦合技术,构造复杂结构在笛卡尔直角坐标系下的三维伪极坐标计算网格系统和三维直角坐标计算网格系统,为复杂结构形状的流体动力学计算和燃烧过程数值模拟打下坚实的基础。     

基于CFD的化学危害气体扩散数值模拟

针对科学、准确、动态研判气体泄漏演变情景难的问题,通过重构化工企业厂区的三维模型,采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模型数值模拟方法,预演、分析气体扩散的路径、范围、浓度分布变化情况,并进行可视化。以福建省某化工厂为例,利用倾斜摄影影像数据建立化工厂区域内的建筑物三维模型,使用计算流体动力学开源软件OpenFOAM,对三维空间进行剖分生成计算域网格,采用三维Navier-Stokes方程作为控制方程,选用标准k-雷诺时均模型用于求解湍流效应,采用压力的隐式分割算法（Pressure Implicit with Splitting of Operations,PISO）计算流场,假设氯气在三维空间中某处发生泄漏,模拟了不同风速条件扩散浓度分布情况,实验结果表明：氯气的扩散轨迹受风场和建筑物布局影响较大,风速增大会加速氯气的扩散,有利于氯气污染物的稀释;建筑物会阻碍氯气的扩散,同时受湍流效应影响,氯气易在建筑物之间的街道聚集,浓度稀释较为缓慢。模拟结果可为制定应急预案和预案演练提供参考。     

液化石油气槽车泄漏事故情景构建技术研究

运用情景构建技术手段,建立液化石油气槽车泄漏事故情景模型,依据PHAST定量分析软件,对“喷射火热辐射”“泄漏气体扩散范围”进行数值模拟,应用这些数据,对泄漏事故进行情景推演,并对应急救援过程中所必须的人员、物资、技术等需求进行差距分析,提出改进建议。研究成果对企业应急能力建设具有一定的指导意义。     

视频传输的数字化发展历程

视频监控技术在我国的上世纪80年代就逐渐兴起来，先后出现过多种视频传输方式。历经了模拟视频的同轴传输方式、模拟视频远距离模拟传输方式、模拟视频远距离数字传输方式，到目前普通应用的数字视频传输方式。随着安防技术向网络化方向发展，数字视频与IP网络传输方式想结合。数字化是网络化的前提和必要条件，视频技术从模拟向全数字过渡是必然的发展方向。[编者按]     

环己烷泄漏事故模拟与风险控制措施研究

环己烷具有闪点低、爆炸极限宽等特点,一旦发生泄漏,着火爆炸的危险性随时存在。利用计算流体动力学模拟的方法对工程项目中环己烷的泄漏事故进行模拟及风险分析,建立环己酮生产装置的全尺寸三维模型并进行仿真计算,模拟了不同泄漏场景所形成的环己烷可燃气体云团瞬态发展过程及影响范围,并对建构筑物的布局对可燃气体云团的扩散行为的影响进行研究。研究结果表明,通过优化建构筑物布局,可有效降低该装置环己烷的燃爆风险,为企业相关装置的总图布置及环己烷泄漏的安全监控和应急响应提供有价值的参考数据。     

基于虚拟现实技术的喷射火事故三维动态仿真及应用

基于Shell模型的原理和计算方法,把喷射火焰视为近似倒立圆台形,构建了不同风向影响下的喷射火三维模型,运用虚拟现实技术和三维可视化技术对喷射火事故进行模拟与仿真。以Delphi和OpenGL/GLScene为开发工具,实现了喷射火三维模型的程序化与三维场景绘制,同时引入粒子特效系统,实现了喷射火焰燃烧的实时动态仿真,完成了喷射火三维动态可视化软件系统的开发。最后,利用该系统进行实例分析。应用表明:虚拟现实技术与事故后果模拟相结合,使整个系统实现实时性和形象性的统一,虚拟现实技术在化工行业具有广泛应用前景,也为事故后果预测评估提供科学依据。     

突发事件应急决策模拟演练设计理论框架与技术要点

突发事件应急决策模拟演练是提升参演主体应急处置能力的重要途径，该类演练的设计开发需要系统性的理论与技术进行规范和引导。从实践归纳的角度，将该类演练的设计划分为演练内容设计和演练形式开发2部分，详尽地分析演练内容设计中的4个核心要素（主题与目标、演练情景、演练任务和目标能力）和演练形式开发中的3项关键技术（控制流程、任务导入与方案输出、信息技术平台）。此外，着重介绍了突发事件应急决策模拟演练设计开发过程中容易混淆的几组概念关系，即“情景构建与应急演练的关系”、“应急预案与应急演练的关系”、“演练内容与演练形式的关系”、“演练中‘演’与‘练’的关系”。