石化企业突发事件应急预案形式化建模方法

查 俊，吕运容，朱建新，亢海洲，袁文彬

(合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽 合肥 230031)

石化企业突发事件应急预案形式化建模方法

查 俊，吕运容，朱建新，亢海洲，袁文彬

(合肥通用机械研究院国家压力容器与管道安全工程技术研究中心，安徽 合肥 230031)

应急预案是对突发事件进行应急处置的指导性文件，为提高企业的应急处置效率和信息化技术在应急管理领域的应用水平，对数字化应急预案技术进行了研究，提出了一种基于任务匹配的扩展Petri网模型。对应急处置流程进行建模，并对应急处置流程中的应急任务、应急组织机构以及应急资源进行了形式化定义和互相关联；采用不同类型的实体和有向弧，以表征任务的不同执行状态及任务之间的不同逻辑关系；构造了应急处置流程的可视化模型，以提高模型的可读性和可操作性。采用上述方法，对某石化企业油气管线泄漏事件的应急预案建立了形式化模型，该模型可直观地反映各项应急任务的执行组织及应急资源需求信息、应急处置流程的逻辑结构以及流程当前所处的状态。该可视化模型可有效辅助应急指挥人员进行应急决策，指导应急救援，进而对突发事件进行快速、准确的应急处置。

石化企业；应急救援； 应急预案； Petri网； 形式化模型； 可视化模型； 任务匹配

0 引言

在进行突发事件应急处置时，应急预案是辅助应急指挥人员进行决策、指导现场救援人员实施应急处置的重要文件[1-2]。然而，目前我国石化企业突发事件应急预案多为文本形式，其可读性和可操作性不强。这将导致在实施应急处置时，应急指挥人员难以及时调取合适的预案并应用其中的应急处置知识，错过应急救援的“黄金时间”。因此，要提高企业应急处置效率和准确性，首先需要对应急预案进行形式化描述，构建数字化应急预案模型[3-8]。

目前，数字化应急预案技术在石化行业已有初步的研究和应用[9-12]。文献[9]基于中国石油应急信息系统建设，从总体框架、技术架构、内部接口三个方面，对中国石油数字化应急预案系统进行了框架设计，并提出了建设实施步骤。

本文提出一种基于任务匹配的扩展Petri网模型，对应急处置流程进行建模，给出了应急任务、应急组织机构以及应急资源的形式化定义；采用不同类型实体和有向弧来表征任务的不同执行状态以及任务之间的不同逻辑关系，构建了应急处置流程的可视化模型；基于某石化企业油气管线泄漏事件应急预案，建立了该应急处置流程的可视化模型。

1 基于扩展Petri网的应急处置流程模型

1.1 基于任务匹配的扩展Petri网模型

一个基础Petri网由四元组组成：∑=(P,T,F,M0)。其中：P为库所集;T为变迁集;F为有向弧;M0为初始标志。基础Petri网模型示意图如图1所示。

图1 基础Petri网模型示意图

对于一个应急处置流程，可以通过变迁集(T1,T2,T3,T4)来表示应急过程中的各项应急任务，它们之间的顺序、并发等逻辑关系在模型中也能直观地得到反映。如T1→T2→T4是顺序执行的关系，而T2和T3则是并发关系。

在实际的应急处置过程中，各项任务的执行往往都关联了相关执行组织、应急资源消耗和各组织部门之间传递的消息，但基础Petri网模型并不能显示这些信息。因此，本文在基础Petri网模型中引入组织库所集O和应急资源库所集R，建立基于任务匹配的扩展Petri网模型∑=(P,T,F,O,R,M0)，如图2所示。

图2 基于任务匹配的扩展Petri网模型示意图

①应急任务Task={name,content,orgID,resources,requirements,status,postTasks}。其中：name为任务名称；content为任务的内容；orgID为任务的执行组织编号；resources为执行任务所需的应急资源；requirements为应急资源需求量；status={未执行/执行中/已完成}为任务的三种执行状态；postTasks为当前任务的后续任务集。

②应急组织机构Organization={orgName,duty}。其中：orgName为应急组织机构名称；duty为该组织职责。

③应急资源Resource={resName,type,owner,inventory}。其中：resName为应急资源名称；type为该资源的类型；owner为该资源的所属组织机构；inventory为该资源的库存量。

首先，通过对应急预案文本进行知识提取，定义并初始化预案中各项应急任务、应急组织机构和应急资源等信息，并建立相应的集合。其次，依据应急任务的执行组织和应急资源使用信息，将后者集合中的成员与各项任务进行匹配。在图3所示的各实体集对应关系示意图中，任务Task1的执行组织为Organization1和Organization2，所需的应急资源为Resource1；任务Task2的执行组织为Organization3，所需的应急资源为Resource2和Resource3；任务Task3的执行组织为Organization3，执行任务不需要任何应急资源。

图3 各实体集对应关系示意图

1.2 模型可视化方法

为简化预案模型图、提高模型的可读性和可操作性，本文采用不同类型实体来替代Petri网模型中表征事件状态的库所集，并采用不同类型的有向弧来表征任务之间不同的逻辑关系，如表1所示。

表1 不同事件状态、任务逻辑关系表征方法

2 建模实例

本文采用上述方法对中石化某分公司油气管线泄漏事件应急预案进行形式化描述，并构建可视化应急处置流程模型。该公司对泄漏事件的应急处置流程如下：切断泄漏源→视情况处置泄漏物→向消防大队和医院报警，并向公司总调度室报告灾情→启动应急救援程序→人员抢救→人员疏散→警戒→工艺调整→消防掩护→现场接应→泄漏物封堵与回收→应急终止。

表2给出了模型中各项应急任务的详细信息。需要说明的是，所有任务的初始状态均为“未执行”。因此，在表2中不显示任务的执行状态，应急资源需求量则需要应急指挥人员依据实际情况来确定。该应急处置流程的Petri网模型如图4所示。

表2 应急任务信息

图4 应急处置流程Petri网模型示意图

将该应急处置流程的Petri网模型转化为可视化的模型图，利用不同类型实体来表征应急任务，并用有向弧来表征任务之间不同的逻辑关系。假设针对一个油气管线泄漏事故的应急处置流程已经进入现场救援阶段，当前流程所处的状态如图5所示。对于任务T2和T3，它们之间属于选择关系，在现场处置时救援人员根据现场情况选择执行排放介质任务，因此任务T2被选择执行，T3未被选择执行；对于任务T7～T13，它们之间属于并行关系，因此可以同时被执行。

图5 应急处置流程当前状态示意图

3 结束语

为提高石化企业突发事件应急预案的可读性和可操作性、提升企业应急处置的效率、促进信息化技术在安全应急管理方面的应用，本文给出了一种应急预案形式化建模方法，建立了应急处置流程的扩展Petri网模型，并给出了可视化的应急处置流程模型构建方法。首先，提出了一种基于任务匹配的扩展Petri网模型，将任务的执行组织以及所调用的应急资源与任务相关联，并给出了应急任务的形式化定义。其次，以不同类型实体和有向弧来表征应急任务的不同执行状态和各项任务之间不同的逻辑关系，提高了应急处置流程模型的可读性和可操作性。最后，采用上述方法对中石化某分公司油气管线泄漏事件应急预案建立了形式化模型，并建立了该应急处置流程的Petri网模型和可视化流程图，以有效辅助应急指挥人员进行应急决策、指导应急救援。

[1] MENDONCA D,BEROGGI G E G,WALLACE W A.Evaluating supports for improvisation in simulated emergency scenarios[C]//Proceedings of the 36th Annual Hawaii International Conference on System Sciences,2003.

[2] 曾伟，周剑岚，王红卫.应急决策的理论与方法探讨[J].中国安全科学学报，2009，19(3)：172-176.

[3] 查俊，吕运容，朱建新，等.基于物联网的石化工业监控预警与安全应急系统[J].现代化工，2016，36(7)：178-180.

[4] 刘韦光，赵培，赵云胜.基于Petri网的消防应急救援指挥过程建模与性能优化[J].安全与环境工程，2012，19(3)：88-92.

[5] 孙钦莹，李向阳.基于随机Petri网的跨组织应急协同模型构建[J].中国安全生产科学技术，2015，11(9)：63-69.

[6] 曾庆田，鲁法明，刘聪，等.基于Petri网的跨组织应急联动处置系统建模与分析[J].计算机学报，2013，36(11)：2290-2302.

[7] 黄卫东，童喆，刘寅卯.基于着色Petri网的情景演化应急预案流程建模[J].信息与控制，2013，42(4)：492-498.

[8] 杜磊，阚媛，李华，等.应急预案流程的Petri网建模方法研究[J].微型机与应用，2014，33(20)：65-68.

[9] 罗宇恒，谷岩.数字化应急预案的存储模型与生成方法的研究[J].广州大学学报，2013，12(2)：71-77.

[10]梁大勇，李峰，张超.中国石油数字化应急预案系统总体设计[J].油气田环境保护，2013,23(6)：82-84.

[11]李爽，郭延海，陈守文，等.石化企业应急预案图标化构建方法[J].计算机与应用化学，2016，33(3)：260-264.

[12]李峰，张超，张正辉.中国石油数字化应急预案系统研究[J].中国安全生产科学技术，2013，9(9)：142-147.

Formal Modeling Method of Emergency Plan in Petrochemical Enterprises

ZHA Jun，LÜ Yunrong，ZHU Jianxin，KANG Haizhou，YUAN Wenbin

(National Safety Engineering Technology Research Center for Pressure Vessels and Pipeline,Hefei General Machinery Research Institute,Hefei 230031，China)

Emergency plans are the guidance information for the emergency response;to improve the efficiency of the emergency response and the application level of information technology in emergency management of enterprises,the technology of digitized emergency plan is researched.An extended Petri net model based on allocation for tasks is presented to build the model of the emergency response process; and the formal definitions of emergency tasks,emergency organizations and emergency resources in emergency response process are proposed,and the correlation among them is built.Different execution statuses of tasks and different logic relations among tasks are characterized by the different entities and directed arcs,and the visualization model of the emergency response process is built to improve the readability and operability.Using these methods above,the formal model of the emergency plan for the oil and gas pipeline leakage in certain petrochemical enterprise is established.The results show that the model can directly reflect the information of emergency organizations and emergency resource demands for each emergency task,the logic structure of the emergency response process and the current state of the process.This visualization model can be used to assist emergency commanders to make emergency decisions and guide emergency rescue effectively; and then quick and accurate response to the emergency will be done.

Petrochemical enterprises; Emergency rescue; Emergency plan; Petri net; Formal model; Visualization model; Task matching

国家高技术研究发展计划(863)基金资助项目(2014AA041806)

查俊(1986—)，男，博士，助理研究员，主要从事石化工业数字化应急预案技术的研究。E-mail：zhajuner@163.com。

TH-39;TP301

A

10.16086/j.cnki.issn1000-0380.201706003

修改稿收到日期:2017-01-09