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科学研究

徐可:重大化工事故动态应急避难路径规划模型与应用【Saf. Sci.,2021】
2021-11-03 阅读:962

与传统的地震和飓风等自然灾害不同,重大化工事故通常会造成一些极端现象,例如沉降物、有毒云、热辐射、超压或碎片等,严重威胁着受影响地区的居民健康,如“8·12”天津滨海新区爆炸事故。在重大化工事故发生后,快速进行科学合理的应急避难路径规划对减少人民生命财产损失至关重要,是应急决策的重要内容。考虑到事故伤害的时空变化特性,建立应急避难路径的动态多目标优化模型正在成为新的研究趋势。这类模型的求解方法及其在应急决策中的应用还有待于进一步研究。

针对上述科学问题,金沙最新登录入口-【金沙游艺场】工程技术学院硕士研究生徐可,在“求真学人”计划入选教师盖文妹副教授和英国肯特大学Said Salhi教授的共同指导下,以最初事件对受灾地区人口造成的健康后果和可能发生的次生灾害所造成的避难旅行时间压力为优化目标,建立了应急避难路径规划模型,并设计了一种改进的Dijkstra算法对模型进行求解。另外,对所提模型和方法在应急决策中的应用进行了探索,提出了一种同时考虑了健康后果和避难旅行时间风险的重大化工事故个人应急风险分类方法,并且综合考虑灾害情景、个体防护条件、预警时间和人口构成等实际因素,提出了可在实践中采用的重大事故公众保护方案。研究取得的主要认识如下:

1. 基于不同优化目标的最佳应急避难路径可能会有所不同。比如当个人未佩戴任何防护装置时,以避难旅行时间为优化目标的应急避难路径规划策略最终可能使人们面临更严重的健康后果。

2. 对受影响区域的人们而言,相比去往安全出口,前往更近的、符合防护要求的应急避难所不仅可以减少避难旅行时间,还可以减小事故带来的健康威胁。

3. 在应急区域风险评估中,决策者应将人口构成作为紧密关注的因素。随着应急响应区域内应急避难速度受到事故影响的人员比例增加,区域总体风险也会相应增加。

该研究提出了一种针对重大化工事故情景的动态多目标应急避难路径规划模型和改进的Dijkstra算法,解决了考虑重大化工事故灾情扩展的应急避难路径选择的双目标优化问题,帮助决策者进行更科学合理的决策。作为研究的副产品,该研究还提出了一种有趣的、信息丰富的重大化工事故个体应急风险分类方法,为决策者提供了更多的决策空间。本研究得到国家自然科学基金委面上项目(72074196)和青年基金项目(71603017)、国家重点研发计划项目(2017YFC0804706)的支持。硕士生徐可为第一作者,盖文妹副教授为通讯作者。

 

图1. 所研究的应急网络结构


图2. 不考虑次生事故的情况下,各个节点的健康风险和时间风险:(a)以健康后果为优化目标的健康风险;(b)以避难旅行时间为优化目标的时间风险


图3. 考虑次生事故情况下,各个节点的应急避难风险级别(多指标应急风险评估方法的应用)


图4. 以节点14为例,风险级别随速度受影响的人口比例的变化(多指标应急风险评估方法的应用)

该项研究成果发表在安全科学领域国际权威期刊《Safety Science》上:Ke Xu.(徐可), Wen-mei Gai*(盖文妹), Said Salhi. (2021). Dynamic emergency route planning for major chemical accidents: Models and application, Safety Science, 135, 105113.

全文链接:https://doi.org/10.1016/j.ssci.2020.105113


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