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1、 首都经济贸易大学首都经济贸易大学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 THESIS OF MASTER DEGREE 论文题目论文题目:城市燃气管道事故应急救援系统研究城市燃气管道事故应急救援系统研究 院 系：安全与环境工程学院 专 业：安全技术及工程 学 号：22009080383 作 者：牛伟伟 指导教师：柴建设 陈大伟 完成日期：2012 年 3 月 12 日 独独 创创 性性 声声 明明 本人郑重声明：今所呈交的 论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的科研成果。尽我所知，文中除了特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的内容及科研成果，也不包含为获得首都经
2、济贸易大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。作者签名作者签名：日期：日期：年年 月月 日日 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解首都经济贸易大学有关保留、使用学位论文的有关规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅、借阅或网络索引；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采取影印、缩印或其它复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）作者签名：作者签名：导师签名：导师签名：日期：日期：年年 月月 日日 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 I 页 摘要摘要 随着石油天然气工业的高速发展，城市燃气管道是城市不可缺少的基
3、础设施之一。燃气管道肩负着将天然气安全输送到各个用户的任务。在运行过程中，管道的安全性往往受到腐蚀老化、焊缝开裂、工程质量、恶意破坏、人为破坏以及地质灾害等风险因素的影响，因此燃气管道泄漏事故时有发生。燃气管道所输送的介质天然气具有污染性和危险性，一旦泄漏，天然气与空气混合形成天然气空气混气云，达到燃烧爆炸浓度极限，如遇火源，就有可能发生火灾或爆炸，导致严重的事故后果及重大财产损失。为有效遏制燃气管道事故造成重大灾害，就必须加强对应急救援系统的研究。在管道泄漏事故的应急救援过程中，应急救援工作往往涉及到多层次人员和各级部门，同时又需要管道周围的地理空间数据等海量数据资料。而地理信息系统(GIS
4、)平台具有空间数据管理、数据可视化、分析模拟、可与其他系统集成的优势，因此，本论文采用为 GIS 技术来研究城市燃气管道事故的应急救援系统，研究主线为管道发生泄漏时，可能发生的扩散、火灾、爆炸事故后果的模拟，研究建立能够预防事故发生、降低事故损失的城市燃气管道应急救援系统。本论文从国内外有关事故应急救援现状入手，对应急救援系统的概念、组成、响应机制和响应程序以及 GIS 的工作原理、技术特点、工作模式进行系统介绍，设计出基于 GIS 的城市燃气管道事故应急救援系统的基本框架。通过分析系统的需求，选取组件式地理信息系统软件 ArcGIS Engine，应用通用开发语言 C#，采用 Microso
5、ft SQL Server 2000 关系型数据库实现系统的集成，并详细研究了城市燃气事故易发生的泄漏模型，得出事故后果模拟模型。最后，着重对城市燃气管道事故应急救援系统的操作界面进行了设计。关键词：燃气管道 ArcGIS Engine 事故后果模拟 应急救援系统 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 II 页 ABSTRACT With the rapid development of petroleum gas industry,gas pipeline is becoming one of indispensable infrastructure facil
6、ities in the modern cities.The responsibility of gas pipeline is to transfer the nature gas safely to every user.During the transmission procedure,the safety of gas pipeline is influenced frequently by many risk factors,such as,corrosion and aging,weld cracking,the quality of the project,malicious d
7、amage,the human destruction and geological disasters.So the leaking accidents have happened occasionally.The nature gas is dangerous and contaminative.Once leaking,it is quite easy to form a mixture explosive gas when the nature gas meets with air.When its concentration of combustion and explosion r
8、each the limit,a fire will cause a combustion and explosion.The consequence is serious and the losses are significant.In order to avoid the great disaster,we have to do research regarding the emergency rescue system.On the procedure of emergency rescuing,the rescue operation normally involves multip
9、le people and departments at all levels,as well as a large amount of geographical data around the pipeline.The Geographic Information System(GIS)has many advantages that it can conduct spatial data management,data visualization,analysis,simulation,and integrating with other systems.Therefore,this pa
10、per is focus on the study of gas pipeline accident emergency rescue system via GIS technology.The main line of this study is to research the establishment of accident prevention to reduce damages that caused by an accident emergency rescue system of gas pipeline by simulating the gas diffusion,firin
11、g and exposing.Basing on the domestic and international related accident emergency rescue situation,this paper introduces emergency rescue system concept,composition,response mechanism and the response procedure.It also introduces the principle of GIS,technical characteristics,and work mode system.T
12、he purpose of this paper is to design the basic framework of gas pipeline accident emergency rescue system that is based on GIS.The people will realize the system integration by analyzing the system demands,selecting Arcgis Engine,a component geographic information system software,application C#,and
13、 using Microsoft SQL Server 2000 relational database system.Through the detailed study of leakage,diffusion,fire and explosion accident model about city gas,the people will obtain the accident consequence simulation 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 III 页 model.At last,the paper introduces the opera
14、tion interface design of the city gas pipeline accident emergency rescue system.Key words:Gas Pipeline ArcGIS Engine Accident Consequence Simulation Emergency Rescue System 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 IV 页 目录目录 摘要.I ABSTRACT.II 目录.IV 第 1 章 绪论.1 1.1 课题研究背景和意义.1 1.1.1 课题研究背景.1 1.1.2 课题研究意义.2 1.2
15、 国内外研究现状.6 1.2.1 国外研究情况.6 1.2.2 国内研究情况.6 1.3 研究内容与研究方法.7 1.3.1 研究内容.7 1.3.2 研究方法.8 1.4 技术路线及创新点.8 1.4.1 技术路线.8 1.4.2 创新点.10 第 2 章 燃气管道事故应急救援系统.11 2.1 事故应急救援的概述.11 2.1.1 事故应急救援的定义.11 2.1.2 事故应急救援组织结构.11 2.1.3 构建事故应急救援系统的基本原则.12 2.2 燃气管道泄漏事故应急救援程序.13 2.3 事故应急处置现场控制的原则.14 2.4 燃气管道事故应急救援预案.15 2.4.1 应急救援
16、预案概述.15 2.4.2 城市燃气管道事故应急救援预案内容.16 2.4.3 应急演练.16 2.5 燃气管道泄漏事故应急救援的注意事项.17 第 3 章 GIS 开发平台及相关技术.19 3.1 地理信息系统概述.19 3.1.1 地理信息系统的概念.19 3.1.2 地理信息系统的组成.19 3.1.3 地理信息系统的发展动态.20 3.2 ArcGIS 简介.21 3.2.1 ArcGIS 的结构体系.21 3.2.2 ArcGIS 9 的特点.23 3.2.3 ArcGIS Engine 的功能.24 3.3 系统设计方案.25 3.3.1 开发工具.25 3.3.2 开发语言.28
17、 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 V 页 3.3.3 数据库设计.28 3.4 系统开发环境配置.32 第 4 章 事故后果分析模型.33 4.1 燃气管道泄漏的影响因素分析.33 4.2 泄漏事故模型.34 4.2.1 计算模型分析.35 4.2.2 泄漏量的计算.36 4.3 扩散模型.39 4.3.1 扩散模型分析.39 4.3.2 高斯模型.40 4.3.3 扩散系数的选取.42 4.3.4 扩散危险区域的划分.44 4.4 火灾爆炸事故模型.47 4.4.1 火灾爆炸模型分析.47 4.4.2 火球点源模型计算.48 4.4.3 喷射火模型计算.4
18、9 4.4.4 蒸气云爆炸计算.49 4.4.5 火灾危险区域的划分.50 4.4.6 爆炸危险区域划分.51 第 5 章 系统设计及功能实现.53 5.1 燃气管道应急救援系统需求分析.53 5.1.1 系统的设计总目标.53 5.1.2 系统的功能划分.53 5.2 案例分析.55 5.3 系统的实现.56 5.3.1 用户界面.56 5.3.2 主页面.57 5.3.3 地图操作模块.58 5.3.4 事故管理模块.59 5.3.5 事故后果分析模块.61 5.3.6 应急资源管理模块.66 5.3.7 应急预案管理模块.66 第 6 章 结论和展望.69 6.1 结论.69 6.2 展
19、望.69 参考文献.71 致谢.75 在学期间发表的学术论文及研究成果.76 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 1 页，共 76 页 第第 1 章章 绪论绪论 1.1 课题研究背景和意义课题研究背景和意义 1.1.1 课题研究背景课题研究背景 我国城市燃气和发达国家相比，起步较晚，但发展速度很快。随着社会经济的快速发展，不合理的能源结构所造成的大气质量问题已引起广泛的关注，政府和社会各界人士都开始着力于研究如何改变能源结构、改善大气质量。天热气具有清洁、高效、便宜的特点，是一种新的绿色能源，并且越来越受到人们的青睐。天然气快速进入千家万户，极大地提升了城市居民
20、的生活水平，同时也使城市的大气环境得到了极大地改善。尽管我国的燃气行业起步较晚，但保持着较快的整体发展速度。以北京市为例，该城市的燃气事业始于 1958 年，1965 年开始供应瓶装的液化石油气。七十年代重油催化裂解气也开始使用。1985 年，建成了第一条进京输气管线，华北油田开始正式向北京市供应天然气，但是由于该管线的供气量较小，并没有成为北京市的主要气源。1997 年陕北长庆气田陕京第一条输气管线的投入运行是北京燃气事业的里程碑，真正标志着北京市燃气事业进入天然气时代1。从 90 年代末至 2005 年期间，北京市开始大规模规划天然气的使用，并且天然气开始成为新建建筑中的主要供暖能源。20
21、062010 年期间，北京市燃气事业得到快速发展，天然气的使用量大幅度增长，占北京市能源消费的比 13以上，20002005期间多了一倍2。目前，全国天然气占一次性能源消费比重为 4.2%，西方国家占到 25%，我国政府计划“十二五”末将此比重提高到 8%10%。近年来通过计算机进行模拟仿真的技术越来越受到专家学者的青睐，同时也为学术研究提供了更好的试验平台。在这种背景下，GIS 技术得到广泛的应用。GIS 是地理信息系统的简称，是一种将空间位置信息与属性数据结合在一起的系统，是一门多技术交叉的信息空间科学。它起源于 20 世纪 60 年代，最开始用于地图量算、分析和制作。近几年来，地理信息系
22、统处于飞速发展的阶段，无论是在理论上还是应用上都取得了很大的成就3。目前很多领域都开始以 GIS 技术为基础建立各自适用的系统，在事故应急救援领域的应用也日益成熟。GIS 是一种以空间数据管理、查询、分析，并以可视化为中心的信息系统4，可以有效地用于各种突发场景，计算最优的应急疏散路径，以及进行疏散仿真中人群分布的动态呈现，支持更具真实感的疏散仿真技术5。GIS 技术能够集成首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 2 页，共 76 页 与燃气管道有关的各种数据，用于模拟管道泄漏、扩散、火灾爆炸模型，具有强大的综合分析、模拟和预测的能力，很适合作为燃气管道泄漏事故应急
23、救援系统辅助决策工具。GIS 还具有准确的定位技术，能够方便、快捷、形象地展示泄漏事故发生后伤害影响区域，对应急救援行动提供理论指导。1.1.2 课题研究意义课题研究意义 经过了几十年城市燃气事业的快速发展，我国 70以上的大中城市都敷设有大量的城市燃气供应管道。根据“十二五”的目标和要求，建有城市燃气管道的城市还会迅速的上升，因此管道运输已经与公路运输、铁路运输、航空运输、水路运输并列为我国的五大运输行业，成为现代工业和国民经济的命脉之一。与其他运输行业所不同的是，管道所运输的载体是易燃易爆的危险气体，一旦发生泄漏事故，将会造成由于介质损失、管道修理费用、停止输气造成的直接损失，对管道周围的
24、环境破坏以及其他间接经济损失，甚至引发火灾、爆炸造成管道周围人员伤亡和财产损失，产生巨大的经济损失和政治影响6。而我国许多在役的输气管道都已进入老龄阶段，由于技术和建设等诸多历史原因及管道埋地时间的增长，加之腐蚀和城市发展建设施工活动等外力作用对管道的侵扰，使管道状况逐渐变差，发生泄漏、爆管等危险事故的风险与日俱增，不仅影响了供气的可靠性，而且还造成了较大的资源浪费、严重的人员伤亡、巨大的经济损失和不良的社会影响。以北京市为例，2004 年以来北京市发生了数十起燃气管道泄漏事故，燃气管道典型事故如表 1.1 所示。其中，2005 年 4 月 12 日下午 4 点 12 分，在亦庄开发区天华南街
25、东边，由于热力公司在进行热力维修的施工过程中，操作不当，在吊起热力沟水泥盖板的同时也吊起了天然气管道，导致天然气管道被挖断，高压天然气泄漏形成气柱，附近两个小区的 600 多户居民被紧急疏散。2005 年12 月 22 日晚上 9 点 45 分，通州区马驹桥镇马驹桥出口东两公里左右，南距京津塘高速路约 10 米发生大规模天然气泄漏事件，泄漏点为一直径四五米左右的不规则大坑，深三米左右，一根直径一米左右的管道上有脸盆大小的漏洞，漏气产生的刺耳声音如同“飞机呼啸”，持续近两个小时，当地村民一度疏散。2006 年 6 月 9 日 6 月 9 日凌晨 3 时，位于丰台区玉泉营立交桥东侧的奥德行丰田汽车
26、销售有限公司院内的 DN500 燃气管道被由柏利盛广告公司雇用的北京双莱亮星有限公司施工损坏，造成燃气泄漏，附近百余居民被紧急疏散，交管部门从凌晨 3 时 40 分至上午 8 时 10 分对南三环玉泉营桥至右安门南桥北侧主辅路进行临时交通管制，并采取了交通疏导措施。2011 年 3 月 25 日北京市丰台区大首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 3 页，共 76 页 红门高庄路 1 号楼北侧广场街道一施工工地内，地下天然气管线发生爆燃。事故因施工塌陷所致，破裂的自来水管道压垮了天然气管线后引发燃气爆燃。该事故对附近两栋居民楼用气产生影响，消防队到场救援，两小时后将
27、火扑灭。表 1.1 北京市燃气管道事故统计 序号序号 时间时间 地点地点 事故类型事故类型 事故损失事故损失 事故原因分析事故原因分析 1 2004.2.20 石景山区鲁谷大街 燃气泄漏 1 名工人严重烧伤 电缆线管道发生爆炸 2 2004.5.28 海淀区西三旗新康园小区 燃气泄漏 自来水管线施工时，挖掘机戳裂管道 3 2004.8.30 安贞西里小区 燃气泄漏 中压管道被腐蚀 4 2004.11.23 新街口王府大街 燃气泄漏 车辆长期施压使燃气管线破裂 5 2005.1.12 石景山区鲁谷路 燃气泄漏 燃气管线出现裂缝 6 2005.4.12 亦庄开发区 燃气泄漏 600 户居民被紧急疏
28、散 热力厂管线改造违规操作，使天然气管线被挖断 7 2005.5.21 延庆县城中心县医院 燃气泄漏 农用车剐断天然气管道接口 8 2005.12.22 马驹桥出口西南达州村村北 爆裂燃气泄漏 2000 多名群众被紧急疏散 地下管道焊接点开裂 9 2006.6.9 丰台区玉泉营 燃气管道泄漏 百余居民被紧急疏散，阻断交通数小时 违章操作 10 2007.3.28 丰台区岳各庄北桥东北角 燃气泄漏 运输土方的车辆压裂地下的燃气管网 11 2007.4.24 海淀区太平路东口 地下天然气管道发生泄漏 两名消防员中毒死亡，一名检修工人重度昏迷 原因不明 12 2010.7.19 北京东长安街延长线国
29、贸桥 自来水、燃气管道泄漏 造成东三环国贸桥下由北向南、向西辅路断路。施工单位进行机械施工时戳裂管道 13 2011.3.25 丰台区大红门 燃气泄漏引发火灾 对附近两栋居民楼用气产生影响 施工塌陷，破裂的自来水管道压垮了天然气管线 14 2011.4.11 朝阳区和平街12 区 3 号楼 燃气爆燃事故 该楼东侧 5 单元整体坍塌，6 单元大部分坍塌，造成 6 死 1 伤 爆炸前曾报修 泄漏处未查出 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 4 页，共 76 页 据北京市燃气集团有限责任公司统计，20002005 年期间，北京市对燃气管道共进行了 767 次应急抢修，
30、见表 1.2 所示7，其中燃气泄漏事故为 742 次，占事故总数的 96.7%，火灾事故为 2 次，其他事故为 23 次，由此可见，北京市燃气管道事故多由燃气泄漏引发。表 1.2 20002005 年北京市燃气管道事故统计数据 年度 燃气泄漏事故（次）火灾事故（次）其他事故（次）管道 泄漏 凝水缸 泄 漏 闸井 泄漏 调偿器 泄 漏 阀门/截门泄漏 调压器 漏 气 调压箱法兰漏气 2000 60 38 3 2 1 0 0 0 2 2001 51 32 1 3 3 4 0 0 3 2002 63 52 1 4 2 1 0 0 8 2003 70 45 2 1 1 0 0 1 3 2004 88
31、46 6 1 0 0 0 1 1 2005 112 41 2 1 1 0 3 0 6 020406080100120200020012002200320042005管道泄漏凝水缸泄漏闸井泄漏调偿器泄漏阀门/截门泄漏调压器漏气调压箱法兰漏气火灾事故（次）其他事故（次）图 1.1 20002005 年北京市燃气管道事故统计 对 20002005 年期间 742 次燃气泄漏事故原因进行分析，见表 1.3 所示，其中，由于腐蚀老化导致的泄漏事故为306次，占泄漏事故总数的41.2%；由于人为破坏导致的泄漏事故为307次，占泄漏事故总数的41.4%，由此可见，人为破坏和腐蚀老化是管道泄漏事故的主要影响因
32、素。由图 1.2 可以看出，随着管道使用年限的增长，腐蚀老化对管道的作用越来越重要。首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 5 页，共 76 页 表 1.3 20002005 年北京市燃气管网泄漏事故危险因素统计数据 年度 事故次数 腐蚀 老化 人为 破坏 焊缝 开裂 外力 重压 地层 沉降 工程 质量 恶意 破坏 其他 原因 2000 41 46 6 2 4 0 0 10 2001 38 47 2 4 1 1 0 18 2002 37 64 11 6 2 9 1 9 2003 41 53 13 10 1 2 2 14 2004 65 54 7 6 4 2 4 12
33、 2005 84 43 22 7 1 1 0 68 0102030405060708090200020012002200320042005腐蚀老化人为破坏焊缝开裂外力重压工程质量恶意破坏其他原因 图 1.3 20002005 年北京市燃气管网泄漏事故危险因素统计 由于城市燃气事故屡屡发生，给人民生命安全和社会财产带来的严重威胁，使得燃气泄漏问题已经不仅是管道运输的安全问题，而且间接成为社会的安全问题。而燃气管道泄漏事故是一个概率事件，不可能完全杜绝泄漏事故的发生8。当事故不可能完全避免的时候，为减少燃气事故所带来的影响，人们开始越来越重视对城市燃气应急救援系统的研究9。能够组织有效的应急救援行
34、动的关键是制定适用有效的应急预案，并且建立健全应急救援系统。当泄漏事故发生时，健全有效的燃气管道应急救援系统对抵御事故灾害蔓延起着至关重要的作用，甚至是降低事故对生命财产和环境的危害后果的唯一手段。首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 6 页，共 76 页 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 国外研究情况国外研究情况 在美国、日本、澳大利亚等工业发达的国家，作为国家危机处理的重要组成部分，应急救援工作受到很大的重视。进入 20 世纪 90 年代后，这些发达国家更是把应急救援作为重要的工作内容来做，已成为维持国家管理能够正常运行的重要支撑体系之一，以便
35、更好地维护社会的稳定、保障积极的发展、提高人民的生活质量10。通过不断完善法制、体制和机制建设，美国的应急救援能力不断加强。在法制上，美国 1976 年通过了全国紧急状态法；在体制上，美国实行联邦政府、州和地方的三级反应体制；在机制上，联邦应急管理局（Federal Emergency Management Agency，FEMA）联合商务部、国防部等 27 个部门及机构在 1992年签署了联邦紧急反应计划，综合了各联邦机构预防、应当突发紧急事件的措施，通过全国突发事件管理体系，为各州和地方政府应对恐怖袭击、灾难事故和其他突发事件提供指导。日本地理位置处于三大板块交接处，地壳活动较多，且环绕太
36、平洋环火山地带，因此，经常发生台风、暴雨、地震、海啸、火山喷发等各种自然灾害，是世界易遭自然灾害破坏的国家之一11。在严峻的自然条件下，日本长期与各种自然灾难相抗衡，极大地提高了日本人的应急救援意识，建立了较为完善的灾害应急救援体系。该体系由消防、警察、自卫队和医疗机构组成的，在灾害面前，各司其职，共同完成灾害信息的管理和传递、灾区治安的维护、灾区抢险工作的进行等一系列应急救援工作。上世纪 80 年代中后期，随着地理信息系统技术的不断发展，国外开始将GIS 技术的应用研究应用于管道的线路设计方面12。在 90 年代后，GIS 技术在管道方面的应用越来越广泛，例如开始使用 GIS 技术研究管道泄
37、漏时的影响区域，划分管道沿线需要保护的敏感区域13-16；还将 GIS 技术与其他技术相结合评估地震时管道的危害程度17；也利用 WebGIS 组建国家管道 GIS 数据库18；使用 GIS 技术评价管道的定量风险19；以及应用 GIS 技术研究管道的应急响应机制20等。目前在美国、加拿大、意大利等国家，GIS 技术已经普遍应用在管道方面。1.2.2 国内研究情况国内研究情况 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 7 页，共 76 页 我国对应急救援的理论研究和应急救援系统的建立,与国外相比起步较晚,还存在较大差距。我国在应急救援体系方面的研究进程可以分为两个阶段
38、：初始阶段和快速发展阶段21。我国的事故应急救援工作，是随着近几年来安全生产法的颁发实施和安全生产形势的日益严峻才逐步受到重视，现有的安全生产有关法律、法规、标准和政策也为重大事故应急救援体系的建设奠定了工作基础22。但目前我国的应急救援体系缺乏明确性、统一性和系统性，仍然不能满足我国因经济高速发展对安全生产的迫切要求。GIS 技术在我国的应用较晚于欧美日等发达国家，始于上世纪九十年代末。随着 GIS 技术应用越来越广泛，我国对 GIS 技术的发展也越来越重视，很多城市开始引进或自主研发各类 GIS 系统。但我国在 GIS 技术应用方面仍存在很多问题，很多功能应用尚不完善，技术相对比较落后。目
39、前，我国不少研究人员对 GIS 技术在应急救援领域的应用进行了研讨，在理论和方法上取得了实用成果。例如：刘建23结合 GIS 分析城市道路网络，结合利用最短路径算法，计算应急调度的最佳路径。王晓宇24-25 通过研究石化企业发生的泄漏、火灾、爆炸事故计算模型，结合 GIS 平台分析影响区域，建立了针对上海金山石化的预警与应急系统。苏志东26采用了 ArcGIS Engine 组件进行二次开发，使用 VC+进行编程，实现了泄漏扩散模型与三维 GIS 的集成，动态地模拟扩散范围和趋势的三维景观。张超27研究基于三维 GIS 的火电厂应急救援决策支持系统，对事故影响后果进行预测并制定出救援方案。张明
40、广28等人基于三维 GIS 技术、事故模拟技术开发了重大危险源应急救援系统。任春芳29 基于GIS 研究了当发生重大工业事故后，事故危害缓冲区及叠加区的分析、应急救援最佳路径的算法以及应急救援服务点的选址分析；徐昊30 采用组件式GIS 开发平台 SuperMap Objects，在 VC+的开发环境下，对城市公共安全火灾、爆炸、泄漏 3 类典型事故进行灾害分析模拟，构建了城市公共安全应急响应辅助决策系统。1.3 研究内容与研究方法研究内容与研究方法 1.3.1 研究内容研究内容 本论文首先对国内外有关事故应急救援和 GIS 的发展状况进行综述，接着介绍了燃气管道事故应急救援及 GIS 的相关
41、理论，提出了基于 GIS 的城市燃气管道泄漏事故应急救援技术支持系统构建的基本框架。研究燃气泄漏扩散规律及火灾、爆炸事故的伤害范围，对城市燃气管道泄漏后进行分析模拟，结合 GIS首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 8 页，共 76 页 开发事故分析模块，再利用地理信息系统的海量空间数据存储和强大的空间分析功能等，模拟燃气泄漏后的影响区域，划分火灾爆炸事故伤害区域，构建城市燃气管道事故的应急救援系统。1.3.2 研究方法研究方法 本论文采用理论分析与数值模拟研究相结合的方式，具体研究方法概括起来可归为以下几点：1文献分析方法 主要是借助图书馆和网络资源进行文献调研
42、，分析国内外事故应急救援技术的研究现状，掌握相关理论。从中开发思路，积累经验，完成相关数据资料的收集，为后面的研究工作打好基础。2现场调研方法 现场调研主要是为了掌握燃气管道系统运营的基本情况，获取燃气管道系统的一些具体数据，并对前期文献检索阶段产生的疑问进行解答。在调研的基础上，确定燃气管道的典型泄漏模型。3理论分析方法 在掌握具体数据和数学模型的基础上，通过理论学习，界定影响燃气泄漏、扩散和火灾爆炸的主要影响因素，确定典型的燃气管道泄漏、扩散和火灾爆炸的事故模型以及进行数值模拟所需的计算模型和求解方式。4模型构建方法 利用选定的计算模型和数值方法，对城市燃气管道泄漏、扩散和火灾爆炸进行模拟
43、，划分危险区域；基于 Arcgis Engine 平台采用 C#开发语言，设计城市燃气管道事故分析功能模块，嵌入应急救援决策系统中作为技术支持模块。5.实证分析法 选取北京市某段典型的燃气管道，进行泄漏扩散事故、火灾爆炸事故的后果分析模拟，并构建城市燃气管道事故的应急救援系统。1.4 技术路线及创新点技术路线及创新点 1.4.1 技术路线技术路线 本文以城市燃气输送管道为研究对象，通过对其发生泄漏后的事故后果进行分析，并将燃气泄漏模型、扩散模型、火灾及爆炸后果模型进行应用研究，基于首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 9 页，共 76 页 Arcgis Engin
44、e 平台采用 C#开发语言，设计城市天然气管道事故分析功能模块，借助 GIS 数据平台系统的可视化优势和数字管网地图信息数据库，实现事故后果空间分布范围和趋势的直观表现，预测灾害事故可能的扩展方向，划分事故的危险区域，技术路线如图 1.3 所示。其中城市燃气管道事故分析功能模块，是结合北京市中低压燃气输配管道的具体运行参数，对燃气泄漏事故后果建立数学模型和编程模拟，然后与 ARCGIS系统对接，开发嵌入事故分析功能模块，如图 1.4 所示。图 1.3 本论文的技术路线 城市燃气管道事故应急救援系统 事故后果分析模块 GIS 平台管应急救援对策分析模块 事 故后 果模型 ArcGIS Engin
45、e 可视化处理 空间信息管理 事故场景生成 危险区域划分 敏感区域的划分 系统功能模块 底层数据库 C#属性数据库 空间数据库 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 10 页，共 76 页 图 1.4 基于 GIS 的城市燃气管道事故后果分析模块 1.4.2 创新点创新点 1）采用 ArcGIS Engine 平台，借助 C#编程，分析燃气泄漏后扩散、火灾、爆炸事故计算模型，并基于 GIS 将事故模型与北京市燃气管网相结合，开发出北京城市燃气管道事故后果分析模块，更准确地模拟事故后果；2）制定燃气泄漏事故、火灾事故、爆炸事故的伤害准则，使用 GIS 空间分析功能，
46、模拟燃气泄漏后事故危害的影响区域，为应急救援决策提供支持。3）使用 ArcGIS Desktop 制作北京市的电子地图，利用 ArcSDE9.2、Microsoft SQL Server 2000 和 Visual Studio 2005 等软件首次设计北京市燃气管道事故的应急救援系统，使应急救援工作更有效地进行。输出 变量（管道参数、气象条件、人口密度等）输入 城市燃气管道事故后果分析模块 泄漏扩散事故分析 火灾事故分析 爆炸事故分析 危害区域、发展趋势 首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 11 页，共 76 页 第第 2 章章 燃气管道事故应急救援系统燃气管
47、道事故应急救援系统 2.1 事故应急救援的概述事故应急救援的概述 在任何工业活动中都有可能发生事故，尤其随着现代工业的发展，生产过程中涉及的有害物质和能量不断增大，重特大事故的频繁发生造成人员伤亡和重大经济损失，严重影响群众的安居乐业，破坏正常的经济和社会秩序。所有的事故控制过程都三个主要方面，即事故预防、应急救援和事故调查处理，而应急救援在事故控制过程中又起着承上启下的作用，把事故防范和事故调查处理紧密联系起来。因此，事故应急救援系统的运行状态直接关系着事故控制体系的完整性和有效性，是整个事故控制体系的不可或缺的组成部分。2.1.1 事故应急救援的定义事故应急救援的定义 事故应急救援是指当事
48、故不可避免地发生时，为尽可能降低事故所造成的后果及影响，减少事故所导致的损失，而采取的一系列迅速、准确和有效的行动31。当城市燃气管道事故发生时，迅速启动应急响应机制，调动所需的应急人员和设备、物质进行实施应急措施，根据管道发生的地点、事故规模的大小、及失效管道周围环境情况准确预测管道失效事故的发展趋势，采取有效的应急救援行动，尽可能减少事故的危害。2.1.2 事故应急救援事故应急救援组织结构组织结构 事故应急救援行动往往涉及多个部门，因此应预先明确在应急救援中承担相应任务的组织机构及其职责32。事故应急救援活动的组织结构组成如图 2.1 所示。现场指挥中心统领行动部、后勤部、资金部和信息中心
49、，全面指导事故应急救援活动的进行，是整个应急救援系统的中心。行动部负责所有主要的应急行动，其中，工程抢险队负责尽快地控制危险并消除事故，营救受害人员；医疗救护队负责救治受伤人员及监护应急救援人员的安全；公众疏散组织负责危险区域内人员的撤离和疏散安置工作；警戒治安组织负责对事故危害范围进行封锁戒严以及应急撤离时对交通秩序进行维护；侦查队负责鉴定危险源的性质及危害程度和测定事故的危害区域；洗消点负责对人员、设备、器材、事故周围环境的消毒。后勤部是事故应急救援行动的后勤保障部门，提供应急救援行动所需的各种物资。首都经济贸易大学硕士学位论文 城市燃气管道事故应急救援系统研究 第 12 页，共 76 页
50、 资金部为整个事故应急救援活动提供资金支持，保障救援活动的顺利进行。信息中心发布事故救援信息，指导公众选用有效的保护措施。图 2.1 事故应急救援系统组织机构 2.1.3 构建事故应急救援系统的基本原则构建事故应急救援系统的基本原则 由于各种事故灾难的种类繁多，情况复杂，突发性强，覆盖面广，应急救援活动又涉及到从高层管理到基层人员各个层次，从公安、医疗、消防到环保、交通等不同领域，从宣传、教育到培训和应急演练等各种行动，这都给构建事故应急救援系统带来了诸多困难，因此建设完整统一的事故应急救援系统应当遵循下列几项基本原则。1）预防性。预防是任何事故应急救援工作的前提。预防除了是指要避免或减少事故