故障树和模糊贝叶斯网络在管廊运维风险评估中的应用研究

地下综合管廊是城市的生命线,一旦出现问题就会对人们生命财产安全造成巨大损害。为了系统地分析管廊运维风险,建立了基于模糊贝叶斯网络的风险评估框架。首先,通过分析管廊运维风险源与风险形成的原因以确定风险事件和风险类别;其次,建立管廊运维风险故障树来梳理风险因素之间的逻辑关系,将故障树映射为贝叶斯网络;最后,结合专家模糊评价,构建地下综合管廊运维风险评估模型。案例分析结果显示:中间事件“火灾、爆炸”与“危害气体浓度过高”的发生概率较高。敏感性分析结果显示:“运维人员操作和维护不当”是导致管廊运维风险发生的根本事件,因此需要制定严格管理措施及规范,加强对运维人员的素质培训,以降低管廊运维过程中各种风险的发生概率。

人群疏散模拟仿真软件系统自主研发与应用——以Pedynamics为例

为更加精准地分析与评估公共场所突发事件下人员疏散的需求,自主研发了新一代人群疏散模拟仿真软件Pedynamics。以某地铁场景为例,比较分析Pedynamics与商业软件Pathfinder和AnyLgoic用于模拟地铁车站不同客流量下的疏散过程,并进行讨论,提出改进人群疏散效率的措施。研究结果表明:Pedynamics软件采用前后端分离的架构进行模块化开发,易于升级维护;后端采用的人群疏散计算模型结合了人群疏散动力学特别是人员有限理性路径选择行为方面的研究成果,能够真实体现行人的疏散行为特征;软件前端的场景预处理界面能够帮助用户简单、快速地基于图纸构建疏散场景,可视化及数据统计模块支持多视角查看模拟结果和疏散数据,提高工程应用的效率。研究结果可为人群疏散风险评估提供技术支持。

高海拔铁路隧道施工安全风险管理策略研究

为弥补组织安全风险管理漏洞、提高高海拔地区铁路隧道施工安全风险管理绩效,采用扎根理论构建管理层面的高海拔地区铁路隧道施工安全风险管理策略框架,然后通过fsQCA方法构建策略选择组态模型,探讨安全风险管理能力与策略对于安全风险管理绩效影响的组态效应。研究结果表明:通过扎根理论分析识别出17条安全风险管理策略,基于Reason模型将其分为“组织规范策略”、“安全监督策略”、“前提保障策略”以及“行为规范策略”4个类别;在决策能力较强时,管理者需要将精力和资源着重偏向“安全监督策略”、“前提保障策略”以及“行为规范策略”;在决策能力较弱时,则需要注重全部4个类别所对应的安全风险管理策略的实施落实情况。研究结果可为提高高海拔隧道安全管理者的决策效率、保障施工安全进行提供一定参考。

基于故障树和贝叶斯网络的管廊运维风险评估

城市地下综合管廊在运维过程中事故时有发生,为了量化管廊运维风险并分析关键风险因素,提出一种基于故障树和模糊贝叶斯网络的城市地下综合管廊运维风险评估方法。在综合考虑管廊风险因素的基础上构建故障树模型,将其映射为贝叶斯网络。基于ALARP准则划分风险因素状态等级,根据模糊数和模糊子集计算底事件的发生概率,利用最大似然估计法求解中间事件的条件概率,构建管廊运维风险贝叶斯网络模型,精准评估城市地下综合管廊运维风险。结果表明:所评估的管廊运维过程风险等级为High的概率为28%,接近30%的风险阈值,因此需要及时对管廊风险进行管控。该方法能够科学、合理地评价风险水平并确定关键因素,可为管廊运维安全保障和管理提供参考。

基于C-OWA和云模型的高校化工实验室安全韧性评价

为了探索高校化工实验室安全管理的新范式,将安全韧性理论引入高校化工实验室安全研究中,提出一种安全韧性评价方法。首先,界定高校化工实验室安全韧性的概念,构建以稳定性、冗余性、效率性和适应性4个安全韧性特征要素为核心的评价指标体系;其次,基于有序加权平均C-OWA算子计算指标权重,通过云模型理论得到各安全韧性特征要素和安全韧性的评价等级。最后,将该方法应用于武汉市某高校化学与化工学院实验楼安全评价,结果表明:该实验楼的实验室稳定性等级为“较好(Ⅳ级)”,冗余性等级为“中等(Ⅲ级)”,效率性等级为“较好(Ⅳ级)”,适应性等级为“中等(Ⅲ级)”,整体安全韧性等级为“较好(Ⅳ级)”,评价结果与实际情况相符,运用该方法进行安全评价对改善高校化工实验室的安全状态具有一定的参考意义。

基于模糊Petri网的引航员作业舒适度评价

为提高引航员的作业舒适度,提出一种基于模糊Petri网(FPN)的模糊推理算法(FRA)下的组合评价方法。首先,针对作业舒适度影响因子的不确定性信息,建立多因素耦合的FPN拓扑结构;然后,采用博弈论组合赋权法确定最优组合权重,提出融合层间相关性判断临界重要性、层次分析法和FRA,建立基于主客观权重的FRA,通过迭代求解库所可信度和状态矩阵;最后,结合上海港船舶引航的场景数据,基于FPN的FRA应用,评价引航员作业舒适度。结果表明:环境与引航设备是影响其作业舒适度的关键因素,冬季和夏季的引航作业舒适度评价等级对应“较不舒适”,其中,5月份为“较舒适”。所提方法充分体现系统舒适度影响因素的耦合特性。

基于STPA和FTPN的海上自主水面船舶航行实时风险评估

为实时监测海上自主水面船舶(MASS)航行过程风险,基于系统理论事故模型与过程(STAMP)建立MASS的安全控制结构,采用系统理论过程分析法(STPA)确定损失/事故和系统级危险,识别不安全控制行为并分析损失场景,构建系统状态转化过程模型;采用模糊时间Petri网(FTPN)建模,以设定的MASS航行场景得到相关模糊时间函数并推算FTPN的情态演进;引入新的风险水平表达式并通过系统实时损失/事故二维路径图来可视化系统的实时风险水平和系统不安全状态的转化路径。结果表明:设定的航行场景在当前时刻下,缺少安全水深输入、未更新避碰路径、航向航速不安全、搁浅是风险最高的系统不安全状态,并对应4条风险最高的转化路径;STPA驱动下的FTPN过程模型能全面评估MASS航行的实时风险水平,以系统实时损失/事故二维路径图作为可视化界面,用于监管MASS航行中不安全系统状态并描述其转化路径。

公路隧道地面效应对双火源火焰合并特性影响的试验研究

为研究自然通风隧道内发生双重火灾时地面效应对双火源火焰合并特性的影响,利用1:10小尺寸隧道模型开展了一系列试验。重点探究了双火源表面与隧道地面平齐时火源间距对火焰合并概率与火焰合并点高度的影响。结果表明:火灾烟气从隧道两端开口流出,由隧道两端补充进的新鲜空气产生的风速导致火源间距更大时火焰依然会发生互相倾斜,在间距足够大时,火焰倾斜角度约为10°。引入一个无量纲量表示火焰合并概率随着火源间距、热释放速率的改变而变化的规律。另外,将本文的试验数据与前人的工作做了比较,发现地面效应对隧道纵向布置的双火源火焰合并行为具有极大的促进作用。同时给出了火焰合并点高度与隧道高度的比值与改良后无量纲热释放速率的关系式。

基于改进FMEA的污水厂设备故障风险评估模型

为保障污水处理厂正常运行,预防厂内设备发生故障,提出一种改进的故障模式与影响分析(FMEA)的风险评估模型。首先采用FMEA法识别污水厂设备故障模式,并结合毕达哥拉斯模糊集(PFS)刻画不确定评估信息;其次利用逐步权重评估比率分析法(SWARA)和最大偏差法计算主客观权重,通过博弈论组合权重计算3个风险因子的综合权重;然后采用多目标优化比率分析法(MOORA)对设备故障模式进行风险排序。最后以长春市Z污水厂设备故障风险评估为例,并将所提模型与传统FMEA、毕达哥拉斯模糊(PF)-优劣解距离法(TOPSIS)和PF-妥协折衷排序法(PF-VIKOR)等方法对比,验证该模型的有效性。结果表明:污水厂设备故障模式前3位是除砂机抽取的砂浆所含有机物过多、膜片脱落或破裂和大块异物进入水泵。

流程生产风险防控的功能安全完整性

为提升流程生产安全管理水平,降低事故发生概率,提出了生产过程中风险防控的功能安全完整性分析方法,并结合钢铁连铸场景进行验证。首先评估流程生产中主要事故类型的危险程度和确定其可接受频率标准;运用保护层分析法计算作业现场高危险性事故发生的真实概率,通过与可接受频率比较,判断是否需要新增防护措施;运用蒙特卡洛-马尔可夫模型验证新增防护措施的功能安全完整性等级。以大冶特钢炼钢转炉厂连铸作业区为例,结果表明:研究区内存在熔融物爆炸、火灾和中毒窒息3类高危险性事故隐患,且熔融物爆炸事故的人员伤亡后果为不可接受,需新增功能安全完整性等级为2级的防护措施;设计了防爆炸保护系统,其失效概率为4.37×10-3,满足功能安全完整性等级要求。

暴雨洪涝灾害转移安置人数的组合预测模型研究

为了更加科学精准地预测暴雨洪涝灾害下需要转移安置的人数,收集2011—2018年全国范围内严重暴雨洪涝灾害案例,通过Pearson相关性分析检验转移安置人数与表征暴雨洪涝灾害严重程度影响因素之间的关系;分别使用基于主成分分析的回归模型和支持向量机(SVM)预测暴雨洪涝灾害下需要转移安置人数,并以2种方法的结果为基础,提出1种组合预测方法对暴雨洪涝灾害转移人数进行修正。研究结果表明:组合预测法的MSE、MAE均小于回归预测和SVM模型预测。使用组合预测方法对洪涝灾害转移安置人数进行预测,可以充分结合单一预测模型的优势,提高组合预测模型的预测精度和泛化能力。研究结果可为确定暴雨洪涝灾害的避难需求并制定避难疏散计划提供参考。

路轨协同下地铁配送网络抗毁性分析与关键节点识别

为研究路轨(道路-轨道)协同城市配送中地铁网络的抗毁性和关键节点,支撑路轨协同下城市配送的组网模式以及配送网络的可靠性提升,首先,以相对网络效率、相对负载熵为抗毁性测度指标,基于改进的耦合映像格子(CML)模型,研究不同攻击模式下的网络抗毁性变化;其次,选取反映网络运输效率的中心性指标和反映网络承载能力的现实性指标,构建网络关键节点综合识别模型;然后,通过分析不同指标权重下的网络抗毁性水平,得到最优权重取值下的关键节点集合;最后,以成都市地铁网络为例进行实证分析,验证该模型的有效性和实用性。研究结果表明:在同等扰动强度下,地铁网络面对随机攻击时抗毁能力更强;当面临外部扰动时,相对网络效率与相对负载熵损失在20%以上的节点占比分别为6.3%与6.8%,其中相对网络效率损失最大可达56.3%,相对负载熵损失最大可达50.2%;同时,考虑现实性指标与中心性指标,平均每个关键节点造成的相对网络效率损失与相对负载熵最大损失分别为8.99%与4.38%,需予以重点关注。

开敞空间氢气爆炸特性数值模拟研究

为研究开敞空间氢气爆炸危害,基于Fluent流体力学计算软件建立开敞氢气-空气爆炸的三维数值模型,在此基础上,模拟和分析了边长为0.5、1.0、2.0、3.0 m的立方体预混氢气-空气爆炸,并将数值模拟结果与TNO多能法和BST法的爆炸强度等级进行对比。结果表明,火焰传播距离约为初始氢气半径的2倍。爆炸最大压力出现位置的无量纲距离与气云初始半径近似成线性关系。TNO多能法和BST法爆炸强度等级的选择应根据气云初始尺寸的增大而增加。

考虑恐慌情绪和信息传递的行人疏散模拟

为分析应急疏散过程中恐慌情绪和信息传递对行人疏散效率的影响,提出基于热传递原理的情绪感染模型和元胞自动机场域模型相结合的疏散模拟方法。该方法通过量化的恐慌值影响行人决策偏好,并引入信息扩散模型,修正成功接收到出口信息的人群的疏散路径,模拟研究恐慌情绪作用下行人受到信息引导后疏散行为的变化。研究结果表明:恐慌情绪感染主要出现在人群聚集时期,伴随恐慌的蔓延,整体疏散效率降低,且对小规模行人疏散影响效果更显著;随着危险源向出口靠近,恐慌情绪使行人做出非理性决策的可能性更大,导致出口处人群出现分散再聚集现象;有效的信息传递可以降低恐慌情绪影响、提高疏散出口利用率,且信息传递影响效果随疏散人数的减少和危险源向出口的靠近而有所增强。研究结果可为提升应急疏散效率提供理论支持。

基于24Model的地铁内涝事故原因分析与评估

为降低地铁内涝事故灾害风险,基于事故致因“2-4”模型,分析了地铁内涝事故致灾因子,采用层次分析法构建了地铁内涝事故原因分析指标体系,确定了各风险因子的权重,并利用模糊综合评价法对地铁内涝事故进行了定量评估,识别出关键的影响因素。结果表明:地铁内涝事故一级指标中不安全动作与物态因素最重要,其中影响最大的指标包括擅自更改建筑设计、未按照要求检查水位情况、未及时排水、出入口不符合防汛标准等因素;习惯性不安全行为的权重位居第二,表明该指标因素较为重要,同时安全管理体系得分位居第二,表明该指标因素较易发生。对关键指标采取防范措施,可有效降低风险,从而减少地铁内涝事故的发生。

流程型生产安全数据流的多Agent节点协同分流优化方法

为实现流程型生产安全监测系统的及时、准确决策,结合数据流采集与隐患识别过程,分析非关键数据的冗余、关键数据的缺失和数据计算时延较大的问题,提出基于多Agent的流程型生产安全数据流网络分流调度规划方法和节点流量划分识别机制。研究结果表明:相较于分簇传输方法,数据流网络分流调度方法可以实现关键隐患数据更高的传输成功率;相较于常规的复杂事件处理方法,本文提出的流量划分识别机制在2种类型数据集上实现隐患事件识别均有更低的计算时延。研究结果可为流程行业安全生产数字化管控模式和数据高质量获取提供参考。

针对室内火灾应急响应的空间关键字查询方法研究

为提高室内火灾应急响应的效率,提出1种针对室内火灾应急响应的空间关键字查询方法。首先,引入1种新的索引结构,即室内火灾应急响应树(IFER-tree)来提高对室内空间关键字的检索速度;其次,提出基于IFER-tree的剪枝方法,对数据集进行有效地精炼,减少对查询时间和计算资源的消耗;最后,提出1种针对室内火灾应急响应的路径查询方法,以便迅速识别出考虑危险程度的最短逃生路径。研究结果表明:所提出的空间关键字查询方法能快速查询到最优路径,提高火灾应急响应效率。研究结果可为火灾紧急情况下的人员疏散提供重要参考,尤其在确定最优逃生路径和评估危险程度方面,能够有效减少人员伤亡。

我国电网智能安全技术的关键专利分析

新安全格局下,为促进电网安全管理由传统模式向安全生产全过程数字化、信息化、智能化模式的转变,基于2008—2023年我国电网智能安全专利数据,采用网络中心度分析和主路径分析等方法,描绘专利地图;提取关键专利技术子群,并系统分析电网智能安全的技术发展情况、技术发展重点;基于专利地图和专家意见,运用熵权-优劣解距离法(TOPSIS),就我国既有智能安全技术社群对电网安全智能化的支撑度进行评价。结果表明:我国电网智能安全技术已形成11类关键技术社群,其中,电网智能安全过程技术是最丰富的知识群组。11类电网智能安全技术社群中,对电网智能安全支撑度较高的技术是智能控制技术、智能调度技术和网络通信安全技术。智能安全技术对电网传统安全目标中的安全管控能力和安全稳定能力有较好的支撑度,并对电网的现代安全目标中的安全治理能力和主动安全能力有较好的支撑度,但对安全韧性能力的支撑度不高。

基于组合赋权-偏序集的应急供应链可靠性评价

为协调好应急供应链中物资的分配与使用,基于文献分析等方法提炼应急供应链可靠性评价指标,建立由组织保障可靠性、系统制度可靠性以及运作流程可靠性3个一级指标及其对应的17个二级指标组成的应急供应链可靠性评价指标体系;利用层次分析法(AHP)、熵权法(EWM)和三角模糊数计算指标权重,将蕴含权重信息的偏序关系引入评价研究中,构建组合赋权-偏序集模型评价应急供应链的可靠性,并应用该模型评价分析C市5个县级城市的应急供应链可靠性水平。结果表明:5个县级城市的应急供应链可靠性程度可分为4类,其中,地区03的可靠性水平高,地区04、02的可靠性水平较高,地区05的可靠性水平中等,而地区01的可靠性水平低;通过对比分析,获取各地区的优势环节和薄弱环节以及需改进的地方。该评价模型可有效评估应急供应链可靠性水平。

突发事件下的封闭空间情绪传播模型研究

为避免突发事件中复杂情绪在封闭空间内无序发酵引发衍生灾害,探索封闭空间的情绪传播规律,基于情绪自发传播模型SISa,考虑封闭空间个体情绪的差异性、群体极化现象、特殊情绪交互方式以及危急情景下的动态感染率,分别改进主体情绪状态、情绪转移路径、交互模式与感染率,提出1种适用于封闭空间的情绪传播模型SE 4Sa,并以武汉地铁2号线为例完成数值仿真与敏感性分析。研究结果表明:情绪自发转移过程对限制负面情绪累积起到关键作用,且情绪极化现象使系统危险性大幅增长;缩减个体情绪感知域使系统稳定时间缩短90.6%、高唤醒负面情绪占比下降27.4%;突发事件下的动态感染率更符合封闭空间情绪传播特性。研究结果可为突发事件下封闭空间的群体行为和群体情绪规律研究提供理论支持。