查 俊，呂運(yùn)容，朱建新，亢海洲，袁文彬

(合肥通用機(jī)械研究院國(guó)家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031)

石化企業(yè)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案形式化建模方法

查 俊，呂運(yùn)容，朱建新，亢海洲，袁文彬

(合肥通用機(jī)械研究院國(guó)家壓力容器與管道安全工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230031)

應(yīng)急預(yù)案是對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行應(yīng)急處置的指導(dǎo)性文件，為提高企業(yè)的應(yīng)急處置效率和信息化技術(shù)在應(yīng)急管理領(lǐng)域的應(yīng)用水平，對(duì)數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了一種基于任務(wù)匹配的擴(kuò)展Petri網(wǎng)模型。對(duì)應(yīng)急處置流程進(jìn)行建模，并對(duì)應(yīng)急處置流程中的應(yīng)急任務(wù)、應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)以及應(yīng)急資源進(jìn)行了形式化定義和互相關(guān)聯(lián)；采用不同類型的實(shí)體和有向弧，以表征任務(wù)的不同執(zhí)行狀態(tài)及任務(wù)之間的不同邏輯關(guān)系；構(gòu)造了應(yīng)急處置流程的可視化模型，以提高模型的可讀性和可操作性。采用上述方法，對(duì)某石化企業(yè)油氣管線泄漏事件的應(yīng)急預(yù)案建立了形式化模型，該模型可直觀地反映各項(xiàng)應(yīng)急任務(wù)的執(zhí)行組織及應(yīng)急資源需求信息、應(yīng)急處置流程的邏輯結(jié)構(gòu)以及流程當(dāng)前所處的狀態(tài)。該可視化模型可有效輔助應(yīng)急指揮人員進(jìn)行應(yīng)急決策，指導(dǎo)應(yīng)急救援，進(jìn)而對(duì)突發(fā)事件進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的應(yīng)急處置。

石化企業(yè)；應(yīng)急救援； 應(yīng)急預(yù)案； Petri網(wǎng)； 形式化模型； 可視化模型； 任務(wù)匹配

0 引言

在進(jìn)行突發(fā)事件應(yīng)急處置時(shí)，應(yīng)急預(yù)案是輔助應(yīng)急指揮人員進(jìn)行決策、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)救援人員實(shí)施應(yīng)急處置的重要文件[1-2]。然而，目前我國(guó)石化企業(yè)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案多為文本形式，其可讀性和可操作性不強(qiáng)。這將導(dǎo)致在實(shí)施應(yīng)急處置時(shí)，應(yīng)急指揮人員難以及時(shí)調(diào)取合適的預(yù)案并應(yīng)用其中的應(yīng)急處置知識(shí)，錯(cuò)過(guò)應(yīng)急救援的“黃金時(shí)間”。因此，要提高企業(yè)應(yīng)急處置效率和準(zhǔn)確性，首先需要對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行形式化描述，構(gòu)建數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案模型[3-8]。

目前，數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案技術(shù)在石化行業(yè)已有初步的研究和應(yīng)用[9-12]。文獻(xiàn)[9]基于中國(guó)石油應(yīng)急信息系統(tǒng)建設(shè)，從總體框架、技術(shù)架構(gòu)、內(nèi)部接口三個(gè)方面，對(duì)中國(guó)石油數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案系統(tǒng)進(jìn)行了框架設(shè)計(jì)，并提出了建設(shè)實(shí)施步驟。

本文提出一種基于任務(wù)匹配的擴(kuò)展Petri網(wǎng)模型，對(duì)應(yīng)急處置流程進(jìn)行建模，給出了應(yīng)急任務(wù)、應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)以及應(yīng)急資源的形式化定義；采用不同類型實(shí)體和有向弧來(lái)表征任務(wù)的不同執(zhí)行狀態(tài)以及任務(wù)之間的不同邏輯關(guān)系，構(gòu)建了應(yīng)急處置流程的可視化模型；基于某石化企業(yè)油氣管線泄漏事件應(yīng)急預(yù)案，建立了該應(yīng)急處置流程的可視化模型。

1 基于擴(kuò)展Petri網(wǎng)的應(yīng)急處置流程模型

1.1 基于任務(wù)匹配的擴(kuò)展Petri網(wǎng)模型

一個(gè)基礎(chǔ)Petri網(wǎng)由四元組組成：∑=(P,T,F,M0)。其中：P為庫(kù)所集;T為變遷集;F為有向弧;M0為初始標(biāo)志。基礎(chǔ)Petri網(wǎng)模型示意圖如圖1所示。

圖1 基礎(chǔ)Petri網(wǎng)模型示意圖

對(duì)于一個(gè)應(yīng)急處置流程，可以通過(guò)變遷集(T1,T2,T3,T4)來(lái)表示應(yīng)急過(guò)程中的各項(xiàng)應(yīng)急任務(wù)，它們之間的順序、并發(fā)等邏輯關(guān)系在模型中也能直觀地得到反映。如T1→T2→T4是順序執(zhí)行的關(guān)系，而T2和T3則是并發(fā)關(guān)系。

在實(shí)際的應(yīng)急處置過(guò)程中，各項(xiàng)任務(wù)的執(zhí)行往往都關(guān)聯(lián)了相關(guān)執(zhí)行組織、應(yīng)急資源消耗和各組織部門之間傳遞的消息，但基礎(chǔ)Petri網(wǎng)模型并不能顯示這些信息。因此，本文在基礎(chǔ)Petri網(wǎng)模型中引入組織庫(kù)所集O和應(yīng)急資源庫(kù)所集R，建立基于任務(wù)匹配的擴(kuò)展Petri網(wǎng)模型∑=(P,T,F,O,R,M0)，如圖2所示。

圖2 基于任務(wù)匹配的擴(kuò)展Petri網(wǎng)模型示意圖

①應(yīng)急任務(wù)Task={name,content,orgID,resources,requirements,status,postTasks}。其中：name為任務(wù)名稱；content為任務(wù)的內(nèi)容；orgID為任務(wù)的執(zhí)行組織編號(hào)；resources為執(zhí)行任務(wù)所需的應(yīng)急資源；requirements為應(yīng)急資源需求量；status={未執(zhí)行/執(zhí)行中/已完成}為任務(wù)的三種執(zhí)行狀態(tài)；postTasks為當(dāng)前任務(wù)的后續(xù)任務(wù)集。

②應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)Organization={orgName,duty}。其中：orgName為應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)名稱；duty為該組織職責(zé)。

③應(yīng)急資源Resource={resName,type,owner,inventory}。其中：resName為應(yīng)急資源名稱；type為該資源的類型；owner為該資源的所屬組織機(jī)構(gòu)；inventory為該資源的庫(kù)存量。

首先，通過(guò)對(duì)應(yīng)急預(yù)案文本進(jìn)行知識(shí)提取，定義并初始化預(yù)案中各項(xiàng)應(yīng)急任務(wù)、應(yīng)急組織機(jī)構(gòu)和應(yīng)急資源等信息，并建立相應(yīng)的集合。其次，依據(jù)應(yīng)急任務(wù)的執(zhí)行組織和應(yīng)急資源使用信息，將后者集合中的成員與各項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行匹配。在圖3所示的各實(shí)體集對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖中，任務(wù)Task1的執(zhí)行組織為Organization1和Organization2，所需的應(yīng)急資源為Resource1；任務(wù)Task2的執(zhí)行組織為Organization3，所需的應(yīng)急資源為Resource2和Resource3；任務(wù)Task3的執(zhí)行組織為Organization3，執(zhí)行任務(wù)不需要任何應(yīng)急資源。

圖3 各實(shí)體集對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖

1.2 模型可視化方法

為簡(jiǎn)化預(yù)案模型圖、提高模型的可讀性和可操作性，本文采用不同類型實(shí)體來(lái)替代Petri網(wǎng)模型中表征事件狀態(tài)的庫(kù)所集，并采用不同類型的有向弧來(lái)表征任務(wù)之間不同的邏輯關(guān)系，如表1所示。

表1 不同事件狀態(tài)、任務(wù)邏輯關(guān)系表征方法

2 建模實(shí)例

本文采用上述方法對(duì)中石化某分公司油氣管線泄漏事件應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行形式化描述，并構(gòu)建可視化應(yīng)急處置流程模型。該公司對(duì)泄漏事件的應(yīng)急處置流程如下：切斷泄漏源→視情況處置泄漏物→向消防大隊(duì)和醫(yī)院報(bào)警，并向公司總調(diào)度室報(bào)告災(zāi)情→啟動(dòng)應(yīng)急救援程序→人員搶救→人員疏散→警戒→工藝調(diào)整→消防掩護(hù)→現(xiàn)場(chǎng)接應(yīng)→泄漏物封堵與回收→應(yīng)急終止。

表2給出了模型中各項(xiàng)應(yīng)急任務(wù)的詳細(xì)信息。需要說(shuō)明的是，所有任務(wù)的初始狀態(tài)均為“未執(zhí)行”。因此，在表2中不顯示任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)，應(yīng)急資源需求量則需要應(yīng)急指揮人員依據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定。該應(yīng)急處置流程的Petri網(wǎng)模型如圖4所示。

表2 應(yīng)急任務(wù)信息

圖4 應(yīng)急處置流程Petri網(wǎng)模型示意圖

將該應(yīng)急處置流程的Petri網(wǎng)模型轉(zhuǎn)化為可視化的模型圖，利用不同類型實(shí)體來(lái)表征應(yīng)急任務(wù)，并用有向弧來(lái)表征任務(wù)之間不同的邏輯關(guān)系。假設(shè)針對(duì)一個(gè)油氣管線泄漏事故的應(yīng)急處置流程已經(jīng)進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)救援階段，當(dāng)前流程所處的狀態(tài)如圖5所示。對(duì)于任務(wù)T2和T3，它們之間屬于選擇關(guān)系，在現(xiàn)場(chǎng)處置時(shí)救援人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況選擇執(zhí)行排放介質(zhì)任務(wù)，因此任務(wù)T2被選擇執(zhí)行，T3未被選擇執(zhí)行；對(duì)于任務(wù)T7～T13，它們之間屬于并行關(guān)系，因此可以同時(shí)被執(zhí)行。

圖5 應(yīng)急處置流程當(dāng)前狀態(tài)示意圖

3 結(jié)束語(yǔ)

為提高石化企業(yè)突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案的可讀性和可操作性、提升企業(yè)應(yīng)急處置的效率、促進(jìn)信息化技術(shù)在安全應(yīng)急管理方面的應(yīng)用，本文給出了一種應(yīng)急預(yù)案形式化建模方法，建立了應(yīng)急處置流程的擴(kuò)展Petri網(wǎng)模型，并給出了可視化的應(yīng)急處置流程模型構(gòu)建方法。首先，提出了一種基于任務(wù)匹配的擴(kuò)展Petri網(wǎng)模型，將任務(wù)的執(zhí)行組織以及所調(diào)用的應(yīng)急資源與任務(wù)相關(guān)聯(lián)，并給出了應(yīng)急任務(wù)的形式化定義。其次，以不同類型實(shí)體和有向弧來(lái)表征應(yīng)急任務(wù)的不同執(zhí)行狀態(tài)和各項(xiàng)任務(wù)之間不同的邏輯關(guān)系，提高了應(yīng)急處置流程模型的可讀性和可操作性。最后，采用上述方法對(duì)中石化某分公司油氣管線泄漏事件應(yīng)急預(yù)案建立了形式化模型，并建立了該應(yīng)急處置流程的Petri網(wǎng)模型和可視化流程圖，以有效輔助應(yīng)急指揮人員進(jìn)行應(yīng)急決策、指導(dǎo)應(yīng)急救援。

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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

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863)基金資助項(xiàng)目(2014AA041806)

查俊(1986—)，男，博士，助理研究員，主要從事石化工業(yè)數(shù)字化應(yīng)急預(yù)案技術(shù)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