清研智談 | 淺談仿真技術在應急演練中的應用

2月6日,土耳其、敘利亞發生雙震型強地震,造成極強的破壞,人員傷亡慘重,引起全球的重視。2008年5·12地震時,四川安縣桑棗中學雖緊鄰震中,全校師生卻無一例傷亡。該校從2005年開始每學期都組織全校性緊急疏散演練,由于平時的多次演練,地震來時全校2200名學生、上百名老師僅用1分36秒的時間就全部疏散到操場上。
開展應急演練對于提高對應急事故的警惕性、應急處置能力,減輕災害后果有著重要的意義。隨著科技化、智能化的發展,世界各國——特別是美、日、德等發達國家——更加重視對于基于計算機仿真模擬技術的應急仿真演練的研究。
什么是應急仿真演練?
根據國務院應急管理辦公室頒布的《突發事件應急演練指南》,應急演練是指各級人民政府及其部門、企事業單位、社會團體等組織相關單位及人員,依據有關應急預案,模擬應對突發事件的活動。開展應急演練,可以達到檢驗應急預案、完善應急準備、鍛煉應急隊伍、磨合應急機制、科普宣傳教育的目的。
應急演練的形式可分為桌面演練和實戰演練。應急仿真演練是桌面演練的一種形式,是利用計算機模擬災害發生、災害演化等應急情景,并在計算機輔助下進行桌面練習和討論,實現對應急指揮和處置過程的演練。通過應急仿真演練,可快速發現應急管理過程中存在的問題,檢驗和評估應急預案的可操作性和實用性,加強各部門協調能力和應急能力,使應急演練科學化、智能化。

應急仿真演練有哪些特點?
對比實戰演練
實戰演練通常要在特定場所完成。情景設置困難、變化較少、涉及領域有限,且需要耗費大量人力、物力、資金和時間,通常難以經常或大范圍開展。而應急仿真演練能夠在室內隨時開展,根據演練主題和任務可設置改變情景,所需成本也會大大降低。
對比傳統形式桌面演練
傳統的桌面演練主要借助簡單的工具進行準備及實施,包括紙質文檔、電話、幻燈片等,往往出現單純角色扮演、缺乏科學的態勢推演、缺乏逼真的情景展示、無法收集詳盡的演練過程數據等局限性。而應急仿真演練可通過仿真系統展示逼真的應急場景、實現演練中的多角色互動,并且通過全程記錄演練信息,提供科學的決策依據。
國內外對于應急仿真演練的研究現狀及實踐
國外的研究現狀和實踐
對于突發事件應急演練的研究,國外的起步較早。尤其是美、日等發達國家,已投入大量經費和資源在應急演練工作中,對于以仿真技術為手段的應急仿真演練的理論研究和工作落實更加重視,技術應用已相對成熟。
美國借助計算機、大屏幕液晶板、三維模擬技術、電子地圖及演練程序包等,應急仿真演練已成為現實。目前,美國應急演練模擬中心已開發出能在虛擬環境下運用煙羽模型、疾病傳播模型等進行基于組織機構的多人參與的模擬演聯練。
美國應急演練模擬中心的煙羽模型演示
日本的學者針對火車站遭到化學品攻擊的事件,研究了室外、室內氣體擴散和人員流動的仿真模型,并在九州災害管理部門的桌面演練過程中為管理人員提供參考。
Yamashita等人基于網絡模型的人員流動模擬
國內的研究現狀及應用
近年來,我國應急演練的整體水平不斷提高,特別是應急仿真演練的研究與應用情況,雖較國際先進水平仍有一定差距,但已取得了一定的成果。
華中科技大學對面向高層指揮人員的分布式交互應急演練仿真服務平臺進行了架構設計。平臺包含演練基礎信息系統、演練方案開發系統、演練導調系統、應急指揮演練系統、應急態勢推演系統、演練評價系統六個系統。各系統分別面對技術人員、準備人員、導調人員、參演人員、評估人員,負責不同業務,共用統一的實體、數據訪問接口、業務邏輯等,在加入演練的時候通過登錄部門的角色自動跳轉到相應的系統。平臺的理論架構設計全面合理、普適性強,需要進一步加入具體演練事項和情景的相關數據和腳本,以達到實際應用效果。
祁超、王紅衛設計的分布式交互應急演練仿真服務平臺整體方案示意圖
北京交通大學研究了多智能仿真方法在地鐵應急演練中的應用,基于人-車-環境多智能體交互的仿真推演模型,對在城市地鐵中的突發事件和公共衛生等問題做辨識和預測分析。從個體建模到群體演化,通過構建城軌車站異質離散空間表達模型、乘客多主體交互行為模型和病毒傳染接觸模型,開發了一種大規模地鐵網絡疫情防控仿真系統,并應用到北京、濟南等城市的地鐵網絡管控中。
仿真技術應用在軌道交通應急管理中的一個示例
對于應急仿真演練的應用建議及暢想
當前國內對于應急仿真演練的研究和應用還處于初步發展階段,大多數研究停留在系統整體架構設計、個案場景的仿真開發及單一行業的仿真模擬,綜合性災害的應急仿真演練系統還沒有對外發布。為提高我國的應急演練水平,減輕災害及應急事故造成的影響,還需要重視應急仿真演練的發展。
統籌規劃,加強各級系統建設
各級政府需要做好應急仿真演練系統的統籌規劃,根據系統架構的總體設計,落實各級系統的建設,包括導調系統的導調流程、指揮人員的從屬關系、態勢推演的影響因素、參演人員的響應方式和響應時限等要求和標準的建立。并做好各部分模塊的責任分工,把握各業務間的邏輯關系。
細化場景,不斷完善基礎數據
各業務負責單位及技術開發人員需要共同做好自然災害、事故災害、公共衛生事件和社會安全事件等突發事件下各種場景的細化工作,包括腳本編寫、仿真模型建立、響應邏輯設立等。并且根據當地歷史記錄,將承災體、應急組織、處置行動等各類數據及時導入更新到系統中。
勇于嘗試,提高應急演練水平
基于現有的技術和應用場景,嘗試在小范圍內逐步開展應急仿真演練,在演練過程中發現問題及時解決,不斷改進應急仿真演練技術。
例如今年年初,寧波市寧海縣梅林街道進行了一場三維仿真應急事故演練。這場演練由梅林街道辦事處聯合寧海縣應急管理局和寧海縣應急管理研究中心舉行,包含動火作業綜合事故、有限空間作業事故三維模擬仿真應急演練等內容。采用三維仿真技術全流程、可視化、多角色等手段,通過互交式問答、桌面化解讀和培訓式演練等方式,形成沉浸式的應急演練體驗,取得了很好的演練成效。
未來,隨著仿真技術的不斷發展,應急仿真演練將發揮其低成本、高質量、高效率、多場景的優勢,更多地應用在實際工作中,大大提高我國的應急演練水平。
撰稿 | 李潤宇 清研集團城鄉建設&資源環境研究部研究員
編輯 | 李姝敏
圖片 | 網絡