化工园区应急物资调度与人员疏散路径优化模型研究

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工程硕士学位论文化工园区应急物资调度与人员疏散路径优化模型研究作者姓名夏浩工程领域安全工程校内指导教师陈国华教授校外指导教师高子文高级安全工程师所在学院机械与汽车工程学院论文提交日期2018年4月 ResearchonOptimizationModelofEmergencyResourcesSchedulingandPersonnelEvacuationRouteinChemicalIndustrialParkADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiaHaoSupervisor：Prof.ChenGuohuaSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China 分类号：[X937]学校代号：10561学号：201521002898华南理工大学硕士学位论文化工园区应急物资调度与人员疏散路径*优化模型研究作者姓名：夏浩指导教师姓名、职称：陈国华教授高子文高级安全工程师申请学位级别：工程硕士工程领域名称：安全工程论文形式：□产品研发□工程设计□√应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：工业安全与风险评价技术及管理信息系统论文提交日期：2018年4月12日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：袁智委员：游革新、张永君、方江敏、黄思*论文研究工作获得广东省安全生产专项资金项目资助（2016-48）。 摘要近年来，大量资金投入到化工行业的发展建设中，而化工园区作为化工行业发展的一个必然结果，使得我国化工园区数量猛增。化工园区是涉及危险工艺、危险化学品等风险集聚区域，园区重特大事故时有发生，加强突发事故的应急救援能力，显得极为迫切。应急物资调度和人员应急疏散作为化工园区事故灾害处置流程中的两个重要环节，如何快速、高效、安全的实现应急物资车辆运输调度和事故影响区域范围内的受灾人员安全疏散，是摆在化工园区应急管理者和应急救援决策者面前的一道难题。对此，从以下5个方面开展研究：（1）应急服务设施点选址。通过整合几种常见应急服务设施点选址模型，突破传统建模思想，引入协同网络与协同矩阵等概念，构建多目标应急服务设施点位置优选模型及求解方法。（2）应急物资需求预测。根据化工园区突发事故特点，提出基于“基本物资需求量”、“应急物资损耗量”和“应急物资消耗量”3个影响因素下的应急物资需求优先级划分指标体系，设计求解各应急物资类型的优先级重要性排序和各物资需求量的预测方法，最大限度地发挥应急效用，为应急物资的组织和调度提供基础数据。（3）应急救援物资调度方案。结合化工园区应急物资车辆调度的弱经济性及突发事故灾害特征，将事故场景下的化工园区道路路网进行无量纲化；考虑应急物资运输过程中存在的运输成本、惩罚成本等关键因素，构建化工园区应急物资车辆运输调度路径优化模型，并利用遗传算法实现应急物资调度问题的快速求解。（4）应急避难场所选址。结合化工园区空间布局因素，构建化工园区应急避难场所选址评估指标体系，结合主观赋权法和客观赋权法，基于博弈论思想对指标权重实现最小化处理，推导各指标的贡献率，构建化工园区应急避难场所选址评估模型，为化工园区应急避难场所的选址提供科学、合理的依据和指导。（5）人员应急救援疏散。针对化工园区人员应急疏散的复杂性和特殊性，引入恐慌因子、速度因子和脆弱因子等概念对园区人员应急疏散路径进行修正；并基于此构建时间最短的人员应急疏散优化数学模型，并利用Floyd算法进行求解，为化工园区人员应急救援疏散提供相关的理论和技术支持。关键词：化工园区；应急服务设施点；应急物资调度；人员疏散；优化I ABSTRCTAlargeamountofmoneyintothedevelopmentandconstructioninchemicalindustryparksoverthelastfewyears.ChemicalIndustryParkisaninevitableresultforthedevelopmentofchemicallines,whichmakesthenumberofchemicalindustryparksinChinasoared.Asariskgatheringarea,chemicalindustryparksmostlyinvolveunsafefactorssuchasdangerousprocessandhazardouschemicals.Theoccurrenceofseriousaccidentsintheparkoccursfromtimetotime,anditisextremelyurgenttostrengthenemergencyrescuecapabilitiesforemergencies.Emergencyresourcesschedulingandpersonnelemergencyrescueevacuationaretwoimportantlinksinchemicalindustryparkemergencyhandlingprocess.Howtoquickly,efficiently,andsafelyachievetheemergencytransportationofresourcesvehiclesandtheaccidentevacuationofaffectedpeoplewithintheaffectedareasisadifficultproblemforemergencymanagersandemergencyrescuedecisionmakers.Theresearchworkiscarriedoutasthefollowingfiveaspects:(1)Thesiteselectionofemergencyservicefacilities.Byintegratingseveralcommonlocationmodelsofemergencyservicefacilitiesandbreakingthroughthetraditionalmodelingidea,amulti-objectiveemergencyservicefacilitylocationoptimizationmodelandsolutionmethodisconstructed.Itisbasedonconceptsofcooperativenetworkandcooperativematrix.(2)Theforecastofemergencyresourcesdemand.Accordingtothecharacteristicsofthesuddenaccidentinchemicalindustrialpark,anindexsystemofpriorityclassificationofemergencymaterialdemandisconstructedfromthreefactorsincludingbasicmaterialdemand,emergencymateriallossandemergencymaterialconsumption.Wedesignedandsolvedtheprioritypriorityrankinganddemandforecastingmethods.Maximizetheuseofemergencyservicestoprovidebasicdatafortheorganizationanddispatchofemergencysupplies.(3)Theschedulingschemesofemergencyresources.CombinedwiththecharacteristicsofemergencyresourcesvehicleschedulingoftheweakeconomyandemergencydisasterintheChemicalIndustryPark.Consideringthedimensionlessprocessundertheroadandthekeyfactorsincludingtransportationcostandpenaltycostintheprocessofemergencymaterialtransportation,arouteoptimizationmodelofemergencyvehicletransportationisconstructed.II Andthegeneticalgorithmisusedtosolvetheemergencyresourcesschedulingproblemquickly.(4)Thesiteselectionofemergencyrefuge.Throughtheinvestigationandanalysisontheenterprisesandspatiallayoutofpark,anevaluationindexsystemonthelocationofemergencysheltersisconstructed.Theindexweightsaredeterminedbyusingmethodofsubjectiveweightingandobjectiveweighting,thenthedifferenceminimumtreatmentoftheweightsisrealizedbasedonthegametheory,andthecontributionrateofeachindexiscalculated.ItprovidesscientificandreasonablebasisandguidanceforthelocationofemergencyrefugesitesinChemicalIndustrialPark.(5)Theemergencyevacuationofpersonnel.Inresponsetothecomplexityandparticularityfortheemergencyevacuationofpersonnelinthechemicalpark,theemergencyevacuationroutesoftheparkpersonneliscorrectedbasedonpanicfactor,speedfactorandvulnerabilityfactor.Ashortesttimeemergencyevacuationoptimizationmathematicalmodelisconstructed,andtheFloydalgorithmisusedtosolvethemathematicalmodel.Itprovidestheoreticalandtechnicalsupportforemergencyrescueandevacuationofchemicalindustryparkpersonnel.Keywords:ChemicalIndustryPark;emergencyresourcesscheduling;personnelevacuation;emergencyservicefacilities;optimizationIII 目录摘要...........................................................................................................................................IABSTRCT.................................................................................................................................II第一章绪论..............................................................................................................................11.1研究背景及意义.........................................................................................................11.2国内外研究现状.........................................................................................................41.2.1应急服务设施点研究现状..............................................................................41.2.2应急物资需求预测研究现状..........................................................................51.2.3应急物资调度研究现状..................................................................................81.2.4应急疏散研究现状..........................................................................................91.3主要研究内容和思路...............................................................................................111.3.1研究内容........................................................................................................111.3.2研究思路........................................................................................................12第二章化工园区应急服务设施点选址分析........................................................................142.1引言...........................................................................................................................142.2化工园区应急服务设施点选址关键内容...............................................................142.2.1应急服务设施点选址特点............................................................................142.2.2应急服务设施点选址关键内容分析............................................................152.3化工园区事故影响范围区域确定...........................................................................172.4多目标协同的化工园区应急服务设施点选址决策方案.......................................202.4.1协同网络........................................................................................................202.4.2协同矩阵........................................................................................................222.4.3多目标决策优化方案....................................................................................222.5多目标决策优化方案求解.......................................................................................242.6本章小结...................................................................................................................26第三章化工园区应急物资调度优化模型研究....................................................................273.1引言...........................................................................................................................27IV 3.2化工园区应急物资调度关键内容...........................................................................273.3化工园区应急物资需求预测分析...........................................................................283.3.1应急物资需求影响因素................................................................................283.3.2物资需求量预测............................................................................................293.4化工园区应急物资调度优化模型分析...................................................................333.4.1模型假设........................................................................................................333.4.2应急物资调度优化影响因素........................................................................333.4.3模型构建........................................................................................................363.4.4遗传算法求解................................................................................................373.5本章小结...................................................................................................................40第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究............................................................424.1引言...........................................................................................................................424.2化工园区应急疏散特点...........................................................................................424.3应急避难场所选址分析...........................................................................................434.3.1避难场所选址指标体系构建........................................................................434.3.2避难场所选址指标分级................................................................................444.3.3贡献率计算模型............................................................................................474.3.4实例应用........................................................................................................484.4化工园区人员应急疏散路径优化模型分析...........................................................504.4.1问题描述与假设............................................................................................504.4.2疏散路径优化影响因子................................................................................514.4.3人员疏散路径数学模型................................................................................544.5本章小结...................................................................................................................57第五章案例应用....................................................................................................................595.1引言...........................................................................................................................595.2应用对象简介...........................................................................................................595.2.1园区概况........................................................................................................595.2.2应用事故场景假设........................................................................................60V 5.3园区应急服务设施点选址应用...............................................................................605.3.1园区事故影响区域范围计算........................................................................605.3.2园区应急服务设施点位置规划....................................................................615.4园区应急物资调度应用...........................................................................................645.4.1园区应急物资需求量计算............................................................................645.4.2园区应急物资调度路径规划........................................................................665.5园区应急疏散应用...................................................................................................685.6本章小结...................................................................................................................71结论与展望..............................................................................................................................72参考文献..................................................................................................................................75附录........................................................................................................................................84附录1BP神经网络部分代码........................................................................................84附录2遗传算法部分代码.............................................................................................84附录3Floyd算法部分代码...........................................................................................87攻读硕士学位期间取得的研究成果......................................................................................88致谢........................................................................................................................................89VI 第一章绪论第一章绪论1.1研究背景及意义我国作为工业化进程不断快速发展的一个国家，随着石化产业和化工行业生产能力和加工规模的不断增加和扩大，全国各地兴起了建立化工园区而发展化学工业的浪潮，现已建成了一批以天津、南京、上海和惠州为代表的化工园区[1]。据统计，目前我国已经成为了具有独立化工板块的工业园区数量最多的国家[2]。当前，化工企业入园率达到45%，经济总产值超5万亿，占石油和化工行业总产值的44%，根据《中国开发区审核公告目录（2018年版）》，全国各区域化工园区和各省化工园区数量分别如图1-1、图1-2所示。化工园区的建设极大地促进了化工行业的竞争力和区域经济的发展，但同时新技术、新材料、新工艺的不断广泛使用，也给化工园区带来了较多潜在的安全问题和风险[3]：（1）园区内危险源较多。化工园区多数化学企业均涉及到生产、存储、使用、运输等环节。化工企业中存储的化学品本身易燃、易爆、有毒的特性，使化工企业存在众多的不安全因素，再加之化工园区人口众多且复杂、人的不安全行为和物的不安全因素，使化工园区危险源密集。（2）事故的潜在损失大。园区企业内化学危险源众多、企业布局紧密，居民区与企业间的间距缩小。园区内某一家企业一旦发生火灾、爆炸或中毒泄漏等事故，容易对周边企业造成影响，引发潜在的多米诺效应。化工园区事故具有波及范围广、持续时间长、不确定性大等特点，容易导致周边区域经济受损严重、环境污染和人员群死群伤等灾难性后果。目前，国内许多化工园区面对火灾、爆炸等突发灾害事故，无法进行统一应对、综合协调，只能凭借主观经验判断。化工园区大多位于人口稠密区域，具有技术、投资资本和设备密集等特点，园区企业大多储存有重大危险源和涉及危险化工工艺，一旦发生重大工业事故，将会对人员、财产、环境等造成非常严重的后果，且对企业自身、国际声誉、周边社会影响极其深远。1 华南理工大学工程硕士学位论文图1-1全国各区域化工园区数量图1-2全国各省化学工业园区数量据统计，仅2010-2014年，我国共发生326起危险化学品事故，造成2237人死亡[4]。2004年4月15日，重庆市天原化工厂发生氯气泄漏扩散事故，致使周围15万人进行了紧急安全疏散。2006年7月28日，江苏盐城临海镇化工园区发生特大化工安全事故，导致22人死亡，多人受伤。2011年7月27日，广东顺德莱雅化工有限公司气雾剂摩擦起火发生爆炸，使周边居民近5000人被紧急疏散撤离。2013年11月22日，山东省青岛市中国石油化工股份有限公司发生管道泄漏原油爆炸，导致62人死亡、136人不同程度受伤。表1-1中列举了2010-2017年我国部分化工园区企业安全事故。2 第一章绪论表1-12010-2017年部分化工工业园区事故统计表时间地点事故说明后果2010.04.04赤峰五家镇工业园区储罐爆炸疏散近700人2011.04.12榆林锦界工业园区氢气泄漏疏散近2000多人2011.11.24番禺东线工业区爆炸事故紧急疏散6000多人2012.05.28惠州大亚湾石化区储罐着火事故疏散工厂及附近人员2013.05.21如东化工园区槽罐车氯气泄漏连夜疏散近千人2013.06.01商洛某化工厂氟化氢泄露疏散500米内人员醋酸乙烯发生燃烧，引发2014.12.01温州化工厂疏散方圆1公里人员爆炸对二甲苯装置漏油引发着2015.04.06福建漳州古雷化工区转移14000多人火、爆炸2016.06.15云南通海某化工厂液化气泄漏疏散373人疏散厂区及周边人员至800米2017.02.14青海西宁甘河工业园区氯乙烯发生燃烧范围外针对化工园区事故危害性大、波及范围广等特点，科学、合理的应急救援实施方案能够有效减少人员伤亡和财产损失。针对化工园区突发事故建立一套完整的应急救援预案，保障救援工作合理有序的展开，显得尤为迫切。应急物资调度的目的在于将所需应急救援物资快速筹集、运输到事故灾害地点；而应急救援疏散则是将受灾人员从危险区域快速转移至安全地带，以保障化工园区突发事故后的应急救援工作快速、持续地进行[5]。应急物资和应急疏散路径规划是制定应急救援方案所必需的，国家为加强预防与合理处置各类生产安全突发事件、明确各类生产安全突发公共事件的分级与分类，特此出台了《国家突发公共事件总体应急预案》、《国家安全生产事故灾难应急预案》、《国务院关于进一步加强安全生产工作的决定》等相关规定。化工园区灾害发生后，需要对整个事故信息进行搜集，科学决策判断事故影响区域范围，对疏散救援路线进行合理优化，可以有效减少人员伤亡和财产损失。针对化工园区突发事故危害性大及应急处理难度大等特点，如何实现在短时间内对园区突发事故进行应急救援是安全领域研究的重要课题。总体来说，化工园区应急救援主要包括以下3个方面：（1）如何在事故发生后，科学合理确定影响区域范围，建立一个合理的应急救灾服3 华南理工大学工程硕士学位论文务设施点位置，高效实施应急物资调度和人员疏散，是化工园区应急救援的基本前提；（2）如何在事故发生后，科学合理确定事故灾害下所需应急物资种类和数量以及选择最优应急物资运输调度路径，是化工园区进行应急物资救援的必要保证；（3）如何在事故发生后，规划化工园区应急避难场所选址位置，合理确定、规划事故点受灾人员的逃生路径，是应急救援决策过程的重要环节。鉴于此，重点针对化工园区突发事故后的应急物资运输调度和人员疏散等相关问题进行探讨和研究，寻求解决物资调度和人员疏散等问题的理论方法与措施，为化工园区突发事件的应急救援提供帮助与支持。1.2国内外研究现状1.2.1应急服务设施点研究现状现代选址研究源于AlfredWeber在1909年时，为解决单个仓库选址使得仓库到多个顾客间的总距离最小问题，在欧氏空间里建立了一个p-中值问题模型，这即是著名的Weber问题[6]。另一个较早提出选址问题的是HHotelling[7]于1929年指出同一条直线上两个竞争供应商的选址。在20世纪60年代中期以前，仅在几个不相关领域对选址理论进行研究，且没有形成统一的理论。直到1964年，SLHakimi[8]提出了网络上的p-中值和p-中心问题。随后有关选址模型的设施和设计问题研究，取得了极大的进步与发展。虽然p-中值模型的应用领域范围较广，但其也存在着一些缺陷和不足，如不能完全适应紧急服务的设施选址（消防站、急救中心等）。在1971年，CToregas等[9]提出了用最少的费用实现覆盖所有的需求点，即覆盖模型（LocationSetCoveringProblem，LSCP），包括最大覆盖模型和位置集合覆盖模型。Church和ReVelle为满足需求最大化，考虑了特定距离和在给定设施数目的条件下，提出了最大覆盖模型（MaximalCoveringLocationProblem，MCLP）。M.JohnHodgson[10]通过几组距离矩阵、权重以及应急服务设施点数目两类具有不同误差率的数据输入p-中值模型进行求解，得出p-中值具有非常良好的鲁棒性且对于第二类数据错误的容忍度更加强。T.Matsutomi等[11]认为在未接到报警时，类似于火灾等事故的应急点位置具有不确定性，因此将模糊集理论知识引入到随机单设施选址模型中，假设可行区域为矩形，且已存在一个设施的基础上，形成最大与最小运算子两种方法，来解决应急服务设施选址问题。OdedBerman等[12]在没有被覆盖与完全覆盖之间提出了4 第一章绪论“部分覆盖”的概念，将覆盖水平考虑成随需求点i到离其最近设施的距离的递减分段函数，要求目标是使被覆盖节点的总权重达到最大且能够使每一个节点i都被覆盖。KarlF.Doerner等[13]考虑了风险、成本和覆盖范围3个因素，运用非支配遗传算法（NSGA-II）分析研究了海啸发生后沿岸地区公共设施多目标选址问题。近年来，国内学者开展关于应急服务设施的研究对象主要是医院急救中心、110报警中心、消防站、应急资源储备站等。如Chu等[14]提出了有关医院的选址和香港医院资源配置模型的框架，主要内容包括旧议员抵制的重新分布和资源的优化配置以及新议员抵制的选择优化决策，并利用香港医院管理局提供的数据对其研究成果进行了验证分析。汪定伟等[15]利用嵌入启发式遗传算法对基于事故灾害发生概率、救援函数和灾害扩散函数的救援中心选址优化数学模型进行求解。张敏等[16]认为应急服务站所能够提供的满意服务与需求点之间的需求是存在着概率约束，并且服务站与需求点之间的距离决定着应急服务设施的可靠性，在兼顾考虑利益公平性及服务效益最大化的基础上，构建了一类带双重机率约束的多目标模型。许建国等[17]将服务设施选址与应急资源需求周期性变化的资源配置相结合，提出了周期内需求点总需求量最大化的两目标非线性数学模型。朱宝进[18]结合p-中p-中值模型，考虑需求点与应急服务设施点距离越近权重越大和应急服务水平最大化，构建了双目标网络连续选址模型。陈志宗[19]提出了一个基于应急服务设施的公平性、多重覆盖和效率性的多目标选址决策模型，以此来实现不同战略部署下的重大突发事故应急救援。张铱莹[20]构建了一个应急服务设施点覆盖危险权重越大的应急需求点多目标模型，其主要考虑了突发事故下应急救援最快、应急物资需求点的权重以及服务设施点之间的资源调运等因素。上述传统的应急服务设施选址模型并没有包括复杂场景下的优化，本文将针对化工园区发生重大突发事故情况下，事故现场复杂、决策难度大等特点，基于几种传统的应急服务设施点选址模型基础上，引入协同网络和协同矩阵等概念，将几种常见的数学模型与化工园区应急救援决策者进行结合，构建一个化工园区应急服务设施点多目标优选决策模型。1.2.2应急物资需求预测研究现状化工园区应急救援信息的获取能力，对救援工作的开展具有极其重要的意义。由于救援物资具有时效性、不确定性等特点，园区事故发生后需要对所需应急物资类型和需5 华南理工大学工程硕士学位论文求数量进行及时的预判。该需求数据不能仅依靠主观臆断，也不能仅通过定性分析方法研究应急物资需求数量。近年来，国内外学者开展了大量的针对应急物资需求量预测的研究。如Jiuh-BiingSheu[21]采用多资源数据融合、模糊聚类与TOPSIS相结合的方法，对多个需求点应急物资进行动态需求预测。Taskin等[22]将灾区对于应急物资的预测分为四个阶段，采用贝叶斯决策模型来确定不同阶段动态更新应急物资需求量。郭瑞鹏[23]将模糊推理与基于案例推理（CBR）相结合，预测应急物资的需求量。亢丽君[24]通过粒子群算法（PSO）优化神经网络的权重，预测地震后应急物资的需求量。赵一兵等[25]提出了支持向量机回归算法和库存管理模型的“两步法”的应急物资预测方法。曾波等[26]通过建立以“核”为基础，数据序列中的最大灰度值对应的信息域为预测结果，预测地震期间帐篷数量。陈国华等[27]基于多米诺效应的危险化学品事故场景，构建了基于共性-个性的应急资源需求量估算模型。目前，国内外学者针对应急物资需求预测方法有许多，常见的应急物资需求预测方法主要有：专家判断法、统计预测方法、人工智能算法[28-30]，具体信息如表1-2所示。表1-2常见应急物资需求预测方法方法分类方法特点模糊综合评估方法可应用于任意复杂结构的预测问题，其结果依专家判断法层次分析法（AHP）赖专家的知识水平，结果在理论上难以得到解Delphi方法释指数平滑案例模糊推理灾害期间应急物资需求数据通常表现强烈的非统计预测方法自回归移动平均平稳性，在实际运用中效果不理想协整分析神经网络（ANN）依赖于计算机资源，受参数选择影响较大，一人工智能方法支持向量机（SVM）般需要较大量的样本数据相关向量机（RVM）事实上，不同的需求预测方法针对不同的事故种类，往往普适性较强的应急物资需求预测方法存在着一定的弊端，以案例推理、灰色关联度分析为例：（1）案例推理（CasebasedReasoning，CBR）是通过对过去部分状态的问题的经验或解决方案进行二次学习，基于此来对当前问题求解的一种方法或推理模式。作为一种增量式的学习方法，案例推理主要将待解决的问题作为目标事例搜索事故案例库，对相6 第一章绪论似事故案例解决方法进行进一步的调整和修正，使之适合于求解目标事例，从而得到新问题的求解方案和结果，最后通过实际应用检验目标事例及其解决方案，根据事故统计库的事例表示方法以及保存策略保存到事故案例库中，作为以后求解类似问题的源事例[31]。问题求解型和解释型是案例推理主要的两种类别，对过去策略的修改和匹配是问题求解型的主要侧重点，而通过旧案例对新案例做出评价与解释是解释型所强调的内容，案例推理的主要步骤，如图1-3所示。新问题相似案例或案目标案例例集保存重用案例库（原案例）修正的解解决方案修正建议解应用图1-3案例推理步骤流程图（2）灰色关联度分析是将事物之间的相似程度为依据，来判断两个因素之间的关联度，能够最大限度地利用已知的信息来寻找系统事物之间未知的内在联系，通过灰色数、灰色方程、灰色矩阵、灰色群对问题进行描述，揭示事物的本质[32]。计算灰色关联度次序可以确定应急物资的重要性排序[33]，具体技术框架如图1-4所示。依据指标对对象进行计算指标关系系数矩计算各指标权重Wi评价、标准化阵X利用关联系数矩阵X各物资关联度评价计算各物资关联进行聚类、结合排排序度序进行分级图1-4应急物资分级的灰色关联分析技术框架7 华南理工大学工程硕士学位论文1.2.3应急物资调度研究现状应急物资调度问题，可以归类成运输问题（TransportationProblem，简写为TP），如何选择科学合理的物资供应点以及确定各供应点所需派遣的物资数量和种类是求解运输问题的最终目标[34]。国内外学者针对应急物资运输调度，开展了大量的研究工作。根据建立数学优化模型的不同目标函数或不同研究目的，可分为以下3类：（1）应急救援时间最短条件下的费用最小刘春林等[35]依据连续物资应急消耗问题的特点，以多出救点和单种物资消耗速度不变的情况下作为研究前提条件，建立了以应急开始时间最早为第一优化目标、以出救点数目最少为第二优化目标的数学模型。高淑萍等[36]通过假设应急救灾物资消耗速率不发生变化的前提下，构建了一个以出救点数目最少为第一优化目标、以应急时间最短为第二优化目标的两层优化模型。田志强等[37]通过分析铁路突发事件种类及其应急救援资源需求的特点，提出一个以调度费用最少和应急救援结束时间最早为目标函数的优化模型，提出了基于静态的应急救援能力需求的设备调度问题，并设计出在应急救援结束时间优先的两阶段启发式算法。陈业华等[38]分析了多个具有相互依赖和制约的应急救援物资协同调度系统特征，构建了纵向配送调度时间最短函数和纵向与横向相结合成本最小函数，并利用遗传算法实现了对两种不同模式物资配送的求解。张志霞等[39]考虑突发事件对应急物资需求所造成的不确定性影响，构建了总成本最小物资调度数学优化函数，并基于扰动和控制参数实现模型的鲁棒优化。（2）应急物资调度时间最短Yi等[40]构建了一个以医疗服务延迟时间最小和哪种所需应急物资最紧急为目标函数的混合整数多商品网络流模型，以解决事故救灾活动中应急物资运输和伤员安全撤离问题。戴更新等[41]考虑了在满足应急点物资连续消耗的基本前提下，构建了以应急反应时间最短为目标函数的多资源组合应急物资调度优化数学模型。王绍仁等[42]针对地震灾害后的应急物流问题，实现了车辆装卸所耗费时间、建立应急设施所耗费时间、物资运输时间共同组成的总时间最短路径优化问题。郭子雪等[43]通过对应急物资调度问题特点分析和研究，构建了一个基于三角模糊数的应急物资调度时间最短为目标函数和等价情况下的模糊机会为约束函数的数学模型，以此来探究三角模糊数模型的确定化转化方法，并通过实际案例来验证与分析。8 第一章绪论（3）应急点对应急物资需求的满意度为优化目标AAfshar等[44]将整个应急响应划分为多个阶段，构建了一个目标函数为以加权的所有需求点、所有阶段、所有种类应急物资的未满足量为最小的数学模型，研究分析了大规模自然灾害发生后临时应急服务设施选址、应急物资调度和车辆路径问题。杨继军等[45]以受灾点总的效用最大为系统的优化函数，建立了基于多灾点非合作博弈的物资调度模型。陈雷雷等[46]针对多时段动态变化情况下的多物资、多类型运输车辆、多类型运输方式问题，建立了在大规模突发事故情况下，应急点物资需求数量大于供给点应急物资供应量的应急物资管理优化调度数学模型。1.2.4应急疏散研究现状近年来，国内外众多学者实现人员疏散研究主要采取计算机仿真和数学分析法[47]。计算机仿真是解决应急疏散安全问题，最方便、最容易推广的一种应用手段，而数学分析法可以借助计算机仿真实现。计算机仿真方法是将一些基于计算机模拟的模型应用于疏散管理方面，例如在人员疏散与火灾场景模拟的综合研究分析中，目前大多采用Simulex、EXOUDS、FDS、EXIT等一些比较成熟的模型[48]，这些模型能够直观的模拟火灾事故场景中火与人之间的相互影响[49]。REMS[50]通过给定交通路网状况，基于OREMS、DYNEV和ETIS软件对应急救援疏散进行仿真建模，评估分析交通流和疏散时间；并将利用不同软件所得到的仿真结果进行交叉比较，实现改进交通仿真建模的技术和实践。微观模型和宏观模型是研究应急疏散的两大数学模型。在微观模型中主要研究受灾人员在应急疏散过程中的行为特征、心理状况等因素。而宏观模型通过动态网络流的方法，研究分析事故灾害区域内人员的疏散路径优化。Tjandra[51]基于动态网络实现了疏散人员从单一源点向两个或多个出口的救援逃生路径优化问题。微观模型作为近年来研究重点，主要可以分为离散模型和连续模型，主要具体特征如表1-3所示。Song等[52]将社会力、格子气和元胞自动机模型三者相互结合起来，提出了基于人与人之间以及人与障碍物之间的一种相互之间作用力规则。Kirchner等[53]研究了元胞自动机模型中的离散效应对行人动力学的影响，分析了事故应急疏散过程中不同人员之间最大步行速度与疏散人群形状和密度之间的关系。9 华南理工大学工程硕士学位论文表1-3现有人员微观疏散模型人员疏分类模型描述优点缺点散模型将每一个应急疏散人员视为在磁场中的运动的一个小磁体，疏散现实仿真度磁力模状态、空间以及时过程中的目的地和疏散出口视为较低，不能型间和的离散化处连续磁场中的负极，将疏散过程中所描述人与理，计算量少，规则模型碰到的障碍物和行人视为正极人、人与环简单，资源消耗较人的作用力来自人与人之间的心境之间力的社会力小，运算速度较快理排斥力、人自己渴望达到的一作用模型个速度自驱动力元胞自将空间与时间看作一种可离散的对现实的仿真度动机模系统，基于规则实现系统状态的高，可以描述人与型变化与更新计算时间离散环境、人与人之间以人的运动偏向强度作为研究分长、复杂度模型物理和社会心理作格子气析目标，描述人在应急疏散过程高用，模拟拥挤堵塞模型中向每一个方向运动的可能通行等特殊现象概率大小国内在研究应急疏散方面起步相对国外较晚，且国内学者主要集中在建筑火灾事故场景下的人员应急疏散。如温丽敏[54]基于工厂周围区域和毒气浓度的情况影响下，建立了一个重大事故人员应急疏散模型；该模型定义了事故场景下的当量化疏散路径长度，并将最佳路径优化算法引入数学模型。王平等[55]依据网络模型思想将建筑物分为数个网络基本单元，提出了人员疏散的网格、网络模型；采用网格模型的思想以描述各个应急疏散网络单元，最后求解出各网络单元及总的疏散时间，但该模型对于疏散人员的具体行为状况与火灾事故场景中灾害本身不能够进行有效描述。李伏京[56]基于人员行为基本特性构建了一个能够再现人员自组织现象特点和具有人员速度可变的人员应急疏散数学模型。李海鹏[57]认为人群与蚁群具有相拟的转移性和趋众性的特点，构建了一个基于蚁群算法的人员疏散优化数学模型。王姝洁等[58]通过将元胞来代替疏散人员个体，建立了一个火灾场景下的基于元胞自动机的人员逃生疏散模型。熊立春等[59]利用排队理论来优化壅滞时间，提出了一个以防止人群排队壅滞时间作为安全判断依据的排队论与图论的人员疏散模型。10 第一章绪论总体而言，国外学者相较于国内学者，在应急疏散研究方面更为深入和全面，无论是定性还是定量研究都比较丰富。已有的这些成果，为我国学者根据我国国情深入开展中国情景下的应急疏散研究奠定了深厚的理论研究基础。当前，针对一般情况下的应急疏散研究分析较多，但有关化工园区毒气泄漏情况下的人员疏散文献较为缺乏。如何合理地确定在交通、环境等状况下的人员疏散路径，是需要进一步加强研究的方向，也是园区应急决策人员的难点和重点。1.3主要研究内容和思路1.3.1研究内容针对化工园区突发事故类型、大小和企业空间布局等特点，明确本论文的主要研究目的，构建一套完整的针对化工园区事故应急救援方案。结合化工园区事故区域影响范围，构建科学、合理的化工园区应急服务设施点；分析化工园区事故场景下的应急物资需求预测和最优应急物资调度路径优化方案；并为事故场景下的受灾人员提供最优应急疏散路径。主要从以下5个方面开展了研究：（1）化工园区应急服务设施点选址分析通过整合p-中值、p-中心、集合覆盖、最大覆盖、最大期望覆盖选址几种常见模型，提出基于数学模型下的协同网络和协同矩阵；基于多目标模型实现优选出化工园区应急服务设施点位置以及构建优选模型的求解，为化工园区应急救援提供科学和理论的指导和帮助，实现高效的救援工作效率和服务水平。（2）化工园区应急物资需求预测方法研究基于对化工园区中常见事故场景（火灾、爆炸、中毒泄漏），研究化工园区应急物资需求因素的影响。基于BP神经网络对园区应急物资需求数量进行科学预测，利用TOPSIS方法实现化工园区各类应急救援物资重要性排序。（3）化工园区应急物资调度优化模型研究结合突发事故背景下化工园区应急物资车辆运输调度的弱经济性，对园区道路路网进行无量纲化，考虑应急物资车辆调度过程中的路阻影响、道路等级、运输成本、惩罚成本等影响因素，构建化工园区应急物资车辆调度优化模型。（4）化工园区应急避难场所评估方法研究基于对化工园区空间布局、人口分布、工艺特点等因素分析，根据“适宜性”、“安11 华南理工大学工程硕士学位论文全性”、“可达性”3个影响因素，构建了化工园区应急避难场所选址评估指标体系，结合AHP和熵值法对指标权重进行组合赋权，基于博弈论思想实现权重之间的差异最小，计算出各指标贡献率。（5）化工园区应急疏散路径优化模型研究基于化工园区突发事故灾难下，研究化工园区内人员在疏散过程中因事故类型、距离和时间引起的人员恐慌程度关系，疏散过程中人群密度与疏散速度关系，事故类型与个体差异性所造成的人员脆弱性关系，建立化工园区人员应急疏散路径优化模型，实现对受灾人员的高效应急救援。1.3.2研究思路第一章绪论提出论文研究关键内容；第二章实现对化工园区应急服务设施点位置优选，第三章和第四章在第二章的基础上实现，第三章和第四章内容相对独立，分别解决突发事故下化工园区应急物资运输调度和化工园区突发事故下受灾人员的应急疏散问题。第五章以一个具体的化工园区事故场景为例，将前面第二、三、四章的研究成果进行应用分析和研究。本文研究技术路线，如图1-5所示。12 第一章绪论研究进展第一章研究必要性明确关键问题文献阅读绪论创新处化工园区第二章应事故影响区模型构建化工园区应急服务设施点急域模型求解选址分析物资调度理与物资影响因素论人BP神经网络研避难场所员第三章第四章究疏基础化工园区应急物资调度化工园区人员疏散散优化模型研究路径优化模型研究疏散模型路调度优化模型Floyd算法径遗传算法优化模型研选取典型园区究第五章参数调研结论验案例应用验证分析证阶段图1-5论文研究技术路线图13 华南理工大学工程硕士学位论文第二章化工园区应急服务设施点选址分析2.1引言一旦化工园区发生突发事故，需要建立应急服务设施点，该应急服务设施点由相关专家、部门领导、医疗小组等组成，实现对整个救援任务的统一指挥和伤亡人员的有效医治。该应急服务设施点可以起到一个桥梁作用，化工园区应急物资可以运输到避难场所和应急服务设施点，受灾人员可以逃生到应急避难场所和应急服务设施点，而受灾人员也可以从避难场所逃生到应急服务设施点。本章考虑化工园区应急服务设施点选址的特殊性和复杂性，对园区应急服务设施点位置选址的关键问题进行分析和阐述，构建具有化工园区特色的应急服务设施点多目标优选决策模型及优选模型求解，实现化工园区应急服务设施点位置选址的最优。2.2化工园区应急服务设施点选址关键内容2.2.1应急服务设施点选址特点化工园区一旦发生突发事故，就有可能对园区周边企业、经济、环境等造成重大影响。根据化工园区事故特性，化工园区应急救援服务设施点位置的选定与一般紧急服务设施位置的选址存在一定的差异性。化工园区应急服务设施点选址特点主要有：（1）分散设置应急救援服务设施点根据化工园区自身的特性，园区内企业一旦发生重大突发事故，则需要快速调动大量的救援人员、救援设施资源和医疗资源等来减轻和消除事故灾害所带来的影响，这要求尽可能分散地将应急服务设施点设置在交通便利的地方，以便在事故应急救援期间能够更快地、更多地动用应急救援资源和更方便地实现对受灾人员的应急救援疏散。根据不同事故等级和不同化工园区事故类型区域范围需求不同，需要在不同位置设定不同数量的应急救援服务设施点。例如园区企业发生大量有毒气体泄漏，需要在事故范围区域风险等级较高的地方，设置数量相对较多的应急救援服务设施点。针对不同的事故影响范围区域，依据备用覆盖或超额覆盖的特点，单个应急救援服务设施点应使多个事故需求区域范围被同时覆盖。应急救援服务设施点选址的主要目标之一就是考虑备用设施和超额覆盖，调动一系列应急救援服务手段来应对和处理重大突发事故。（2）考虑应急救援设施点不同的部署策略14 第二章化工园区应急服务设施点选址分析实时性（反应性）和预防性部署策略是发生重大突发事故下，部署应急救援服务设施的两种主要策略。在重大突发事故发生前，已配置完成应急救援服务设施即为预防性部署策略。这适用于事故波及范围广且需要进行大规模应急救援的生产安全事故，例如一般会造成人员伤亡和严重污染的有毒气体泄漏事故，在当地的应急救援服务设施中需要储备大量防腐蚀和防毒的应急医疗物资，以便能够以较快的速度将物资在事发时运输调度到物资需求点。反应性部署策略是指在重大突发事故发生后，对应急救援服务设施进行部署，其主要目的是尽快将应急物资调运到事故灾害需求区域。反应性部署策略适用于需要进行连续救援补给和具有滞后作用的紧急突发灾害事故。在实际工作中反应性和预防性策略一般同时采用。（3）明确应急救援服务设施点的选址目标应急救援服务设施选址的决策目标一般可以分为成本最小化、需求导向、利益最大化和环境因素4大类。在突发事故情况下，在决策、选择化工园区应急救援服务设施点位置时，由于应急服务设施点位置选址目标之间可能存在实际冲突，为体现应急救援服务设施的公平性和效率性，需要以多目标方法的形式实现。首先针对一个具体目标且要求所有需求区域被应急救援服务设施所覆盖时，一是从快速反应或公平性方面考虑，化工园区应急服务设施点位置与应急物资供应点位置之间的距离最小，实现最快速度地将应急物资运输到应急服务设施点；二是从超额覆盖和备用设施方面考虑，化工园区应急服务设施点对事故灾害覆盖区域范围的总权重最大，尽可能地为受灾人员和救援人员提供帮助；三是从应急救援服务设施点的易接近性和使用效率方面考虑，要求每一个应急救援服务设施点之间能够起到沟通桥梁作用，做到相互协同的目的。2.2.2应急服务设施点选址关键内容分析化工园区发生突发事故时，突发事故影响区域的受灾人员在应急救援决策指挥人员的指导下进行安全疏散，另外，救援车辆和应急资源运往受灾地点和应急服务区域，具体救援流程如图2-1所示。化工园区事故发生后尽快施救，缩短受灾人员的获救时间，是减少事故死亡率的关键；在最短时间内将应急物资运输到应急救援点，是保障受伤人员能够得到有效帮助和治疗的决定性因素。15 华南理工大学工程硕士学位论文事故发生接警突发事故的评估人员救援决策指挥疏散策略传递灾情信息各指挥部门园区疏散安置保障现场指挥应急物资保障疏散区域扩大应急实施疏散疏散路径否申请增援疏散控制？是救援结束图2-1化工园区应急救援流程示意图本文所考虑的应急救援服务设施点位置选址是基于区域应急救援过程中：应急资源运输调度和人员疏散，如图2-2所示的多源点多汇疏散网络。该疏散网络包括四个部分：受灾区域、化工园区交通网络、应急服务区域及园区物资供应点。本文所研究的应急服务设施点既是车辆应急救援物资调度的终点，即车辆将应急救援物资运输调度到应急服务设施点，又可以临时充当在应急疏散过程中的人员临时避难场所。应急服务设施选址、应急物资调度和人员疏散都处于应急管理体系的核心地位，只有将应急服务设施选址、车辆应急物资运输调度和人员疏散三者相互结合，才能实现整个化工园区应急救援工作的有效开展与实施。科学、合理的应急救援设施点位置，能够最大程度地实现化工园区突发事故的应急救援。16 第二章化工园区应急服务设施点选址分析服务区物资供应物资供应疏散转移交通网络受灾区物资供应区受灾居民点交通节点物资供应点服务点图2-2化工园区应急救援网络示意图2.3化工园区事故影响范围区域确定化工园区突发事故发生后，应首先针对事故发生的类型、大小等特点，合理划分出事故影响区域范围，针对事故影响区域范围及周边路网等情况，科学合理地确定出化工园区应急服务设施点位置，实现化工园区车辆应急物资调度和人员应急疏散的高效救援。化工园区所处的工艺条件、各企业危险化学品性质以及储存环境各不相同。化工园区企业常见的事故类型及原因分析如表2-1所示。表2-1化工园区企业常见事故后果类型及事故事故类型事故原因有毒液化气体发生泄漏后，经周边环境温度影响迅速蒸发形成蒸汽中毒事故云，随后受风力和地形地貌等影响，有毒气体向周围扩散。易燃液体发生泄漏，流淌并扩展到周围地面后，若被隔堤、防火堤阻池火灾挡，在限定区域内液体将会造成聚积，形成液池，遇到火源产生地面池火灾。易燃易爆气体发生泄漏与周边空气混合，由于存在一些特定因素和条蒸气云爆炸（VCE）件形成易燃易爆混合物，遇到火源产生蒸气云爆炸。沸腾液体扩展蒸气云受外部温度影响使容器发生破裂，造成容器内部压力失衡使液化气体爆炸（BELEVE）加剧挥发，遇到火源而引起爆炸。17 华南理工大学工程硕士学位论文化工园区事故发生后，不同危险品根据其不同的危险特性，事故影响距离也不同，不同的危险品事故影响范围距离见表2-2。表2-2不同危险品的事故影响区域范围[61]危险品种类可能伤亡范围爆炸危险品各向0.5km有毒危险品各向0.5km易燃危险品各向0.5km腐蚀性危险品各向1.5km放射性危险品各向0.5km可燃危险品各向0.5km氧化性危险品各向0.5km目前，事故影响范围确定方法主要有高斯模型、半球扩散理论模型以及美国工业卫生协会（ALHA）颁布的ERPG原则。表2-3为高斯模型和半球理论模型特性比较，图2-3为基于高斯模型下的事故影响范围示意图。表2-4为ERPG原则事故影响区域范围划分。表2-3高斯模型和半球理论模型特性比较表[64]模型名称数学模型适用范围泄漏类型Qm高斯烟羽模型Qx地,0,0连续泄漏2v风yz中性气体（非重*气）QQx,0,0m高斯烟团模型地3/2瞬时泄漏2v风xyz22.4Wc介tt0273t0VgMq273风速较小或为静半球理论模型/Vc/风gR=32.0944*表中：Q地为泄漏物质在地面的质量浓度，g/cm3；Qm为源的泄放速率，g/s；Qm为体积泄漏速率，m3/s；v风是平均风速，m/s；t是泄漏持续时间，s；x、y、z分别为水平方向、垂直方向和泄漏源上方的扩散参数；W代表储罐内化学品质量，kg；R表示有毒气体扩散半径，m；c介表示有毒介质在空气中危险浓度值，%。18 第二章化工园区应急服务设施点选址分析y(m)疏散边界Lc50等浓度线Ic50等浓度线重度区主导风向x(m)事故源点轻度区Pc50等浓度线中度区图2-3高斯模型确定事故影响范围示意图表2-4ERPG原则事故影响区域范围划分方法描述适用范围疏散区域ERPG-3：人员受有毒气体影响约1个小有毒气体浓度大于致死区时，不会对人体造成生命威胁的最大容许ERPG-3浓度有毒气体浓度大于ERPG-2：人员受有毒气体影响约1个小ERPG-2且小于等于重伤区ERPG时，对人身体状况不会造成难以恢复的最ERPG-3原则大容许浓度有毒气体浓度大于ERPG-1：人员受有毒气体影响约1个小ERPG-1且小于等于轻伤区时，只会对人产生极短时间的不良健康效ERPG-2应或会产生不当的气味之外，不会对人有有毒气体浓度小于等安全区其它任何不良影响的最大容许浓度于ERPG-1近年来，国内外开发出了许多用于专门模拟分析气体泄漏扩散的软件，这些软件能够根据不同的数学计算模型求解出气体扩散浓度和事故影响区域范围。在众多的模型软件中，比较著名的主要有GASTAR模型、AFTOX模型、ALROX模型、CHARM模型TRACE模型、HLY模型等。运用最广且最典型的是美国环保署开发ALOHA气体泄漏分析软件（ArealLocationsofHazardousAtmospheres）[62]。19 华南理工大学工程硕士学位论文ALOHA主要用来模拟火灾产生的热辐射、因爆炸造成的冲击波和有毒气体发生扩散引起的毒性影响等，采用的数学模型主要有高斯模型、蒸气云爆炸、DEGADIS重气扩散模型、闪火等。在该软件的数据库中含有将近一千多种常用化学品，能够模拟的主要有4种类型的泄漏源，其事故情景如表2-5所示。图2-4为ALOHA软件模拟有毒气体泄漏后的气体扩散过程流程图[63]。通过将所求出的结果迭代到电子地图上，对化工园区有毒气体泄漏事故进行分析，使结果更通俗易懂[64]。表2-5ALOHA的事故情景泄漏源中毒情景火灾情景爆炸情景直接直接泄漏毒气蒸气云燃烧区域（闪火）蒸气云爆炸蒸发燃烧区域（闪火）液池毒气蒸气云蒸气云爆炸燃烧（池火）池火燃烧区域（闪火）不燃烧喷射火或闪火罐燃烧毒气蒸气云蒸气云爆炸BLEVE（火球或池BLEVE火）不燃烧燃烧区域（闪火）气体管道燃烧（喷射毒气蒸气云蒸气云爆炸喷射火火）选定危化品输入气象条输入泄漏信选择合适的事故后果计算种类件息模型计算及显示风速和方向设备类型和大小大气稳定度储存温度和压力气温油罐容量湿度泄漏参数图2-4ALOHA模拟泄漏事故流程图[65]2.4多目标协同的化工园区应急服务设施点选址决策方案2.4.1协同网络化工园区应急服务设施点位置的确定，往往是由众多的决策者协同决定的，而在决20 第二章化工园区应急服务设施点选址分析策者之间一般都是独立的关系。考虑到决策者之间的独立性，用每一个顶点代表一位参与化工园区应急服务设施点位置选址的决策者，假设决策者j与决策者i的决策会相互受到影响，则用一条有向边从顶点i与j相连接，则称所形成的网络为协同网络。应急服务设施点位置选址的决策者i需要对另外一个决策者j的方案进行参与选择，两位决策者协同选择出一个较优的化工园区应急服务设施点选址位置方案，该方案能够满足双方决策者，否则，如果只单方面考虑j决策者而没有考虑i决策者，可能选择一个有利于j决策者的设施点位置，而不符合i决策者的设施点位置。假设AAij,是基于协同网络而构建的邻接矩阵，Aij,表示化工园区应急服务设施点选址决策者i和j经协同网络而形成的连接关系。如果顶点i与顶点j有且仅有一条边连接，那么Aij,=1，否则为0。在应急服务设施点选址过程中，常见的主要模型主要有：p-中值、p-中心、集合覆盖、最大覆盖、最大期望覆盖选址5种数学模型。在后来的选址问题上，国内外学者基本上都是在这5种模型的基础上开展研究。在5种数学模型中，因其考虑的目标不同，在不同的数学模型优化下，化工园区应急服务设施点选址位置会有着区别，如表2-6所示。因此，根据这5种常见的数学模型中，每一位决策者可以根据自己考虑的目标不同，选择一个或多个模型作为建立化工园区应急服务设施点选址位置的备选模型。表2-6现有应急服务设施点选址数学模型分类数学模型特点文献以各个服务需求点的最大距离为最小目P-中心[66]标，确定服务设施的位置选择合适的服务设施使各个服务设施之P-中值[67]间的总加权距离最小化常见选址模通过最少的服务设施数目和资源配置以集合覆盖[68]型覆盖所有需求点确定一定的设施数目使得覆盖尽可能多最大覆盖[69]的需求点或需求量通过假定系统内所有的服务设施具有相最大期望覆盖[70]等的繁忙概率，实现最大化覆盖21 华南理工大学工程硕士学位论文2.4.2协同矩阵化工园区应急服务设施点位置的选取由多个因素组成，每一位决策者方案的认可程度由他自己本身对方案的一个认可程度所决定，同样也取决于化工园区应急服务设施点位置选取的因素对决策者方案的一个认可程度，而利用协同矩阵可以将这两种看似不相关的认可程度有效结合。协同矩阵W可用来反映化工园区各个决策者对应急服务设施点选址的影响程度。矩阵的元素Wij,是i决策者对j决策者的协同系数，即i决策者对j决策者的影响程度。在协同网络中，若两位决策者没有以边的方式相互连接起来，那么0则为对应协同矩阵W中的协同系数[71]。在决策者对化工园区应急服务设施点选址所形成的协同矩阵W中，该矩阵并非一定为对称矩阵，因为决策者i与j的协同系数含义为化工园区应急服务设施点位置选取的各因素影响程度，这与决策者i与j的决策的影响程度不一样。Wii,为协同矩阵W对角线上的元素，即为各因素自己本身之间的协同系数，该含义为因素对自己本身方案的一个影响程度。2.4.3多目标决策优化方案为实现化工园区应急服务设施点选址的优化，基于多目标优化模型对化工园区应急服务设施点选址来进行协同决策，选出能够满足每一位决策者的方案。为了更好地解释该优化模型，表2-7为化工园区应急服务设施点选址多目标优化模型部分定义。表2-7多目标协同决策优化模型中部分含义变量含义N决策者人员数量p化工园区应急服务设施点布局影响因素数目i决策者的备选数学模型集合，其中ki表示iRixiikx1,,i决策者的备选数学模型数目Ux1a1,,xiai,,xNaN,aiki组合方案（备选数学模型的组合）i决策者对自己备选数学模型x在应急服务sxselfiaijiai设施点影响因素j下的满意程度othersxjitxaiatt决策者选择方案xtat对xiai在j下的满意程度ai化工园区应急服务设施点选址指标权重22 第二章化工园区应急服务设施点选址分析表2-7多目标协同决策优化模型中部分含义（续）变量含义各决策者对组合方案U在应急服务设施sUjjjijNsxsxsx1aai1aN,,,,点布局影响因素j下的综合满意程度协同网络中i到j相互连接则为1，不相Aij,互连接则为0各决策者在考虑化工园区应急服务设施sUsUsU1sU,,,,jp点p个影响因素下对组合方案U的综合满意程度化工园区应急服务设施点决策者i对化工Wij,园区应急服务设施点决策者j的协同系数各决策者对i决策者的方案xi在应急服sxaijiai务设施点影响因素j下的综合满意程度由表2-7中的定义，则各决策者对i决策者的方案xi在化工园区应急服务设施点布ai局影响因素j下的综合满意程度sx可以表示为：jiaiotherself（2-1）sxjijWtisikjiaiaiak=ai,,xxWiisxtAti:,1通过选择出来的组合方案U能够使各决策者的综合满意程度sUj，jp1,2,,最高。作为由p个化工园区应急服务设施点布局影响因素优化问题，sUj是一个N维度的向量，基于上述分析和表2-7化工园区应急服务设施点选址多目标优化模型部分定义，则有：max,,,,sU1sUsUjp（2-2）s.t.otherself,i1,2,,N,j1,2,,p,sjxiai=Wtis,jxiaixkakWiis,jxiaitAti:,1self01sxji,i1,2,,N,j1,2,,p,aiWij,0,iNjN1,2,,,1,2,,,other01sxjitxaiat,i1,2,,N,j1,2,,p，k1,2,,N,Ati,1其中sUj表示向量sUj的范数。23 华南理工大学工程硕士学位论文2.5多目标决策优化方案求解为实现对化工园区应急服务设施点选址的多目标优化，首先需要将其转化成单目标优化问题。在化工园区应急服务设施点位置选址中，经过多次专家的征询与反复修正，科学合理的化工园区应急服务设施点布局影响因素k主要有：覆盖程度（以壹、贰、叁、肆、伍，依次表示范围大小，其中“壹”表示覆盖范围最小，“伍”表示覆盖范围最大）、经济成本（以a、b、c、d、e，依次表示成本的高低，其中“a”表示成本最高，“e”表示成本最小）、稳定性（以1、2、3、4、5，依次表示稳定性，其中“1”表示稳定性最差，“5”表示稳定性最好）。根据ALARP（AsLowAsReasonablyPracticable最低合理可行）原则，将其分为5个范围等级，如图2-5所示。其目的在于更清楚地表示出化工园区应急服务设施点选址位置，在覆盖程度、经济成本和稳定性3个方面不同组合时所得到的一个优劣性变化[72]。其中，I级表示化工园区应急服务设施点选址各个因素（覆盖程度、经济成本、稳定性）在该种组合形式下，所得到的权重最优；反之V级为最差。经济成本abcde5覆盖程度432Ⅰ级1Ⅱ级伍肆叁贰壹Ⅲ级Ⅳ级稳定性Ⅴ级图2-5化工园区应急服务设施点选址影响因素分级整体首先决策者对各个因素（覆盖程度、经济成本、稳定性）的权重ai进行确定，也可以将化工园区应急服务设施点选址的各个因素，即覆盖程度、经济成本、稳定性进行打分的方式，分值为0-1之间，影响程度大的可以得1分，反之为0分[71]。然后求出覆盖程度、经济成本、稳定性3个因素的分值在总分中所占比例，并将该比例看作权重。此时得到的化工园区应急服务设施点选址单目标优化模型如下：24 第二章化工园区应急服务设施点选址分析pmaxajsUj（2-3）j1s.t.otherself,iNjp1,2,,,1,2,,,sxjijikjiWtisaiaiak=ai,,xxWiisxtAti:,1self01sxji,iNjp1,2,,,1,2,,,aiWij,0,iNjN1,2,,,1,2,,,other01sjxiaixtat,i1,2,,N,j1,2,,p，k1,2,,N,Ati,1虽然已经实现了将化工园区应急服务设施点选址的多目标转化为单目标决策数学问题，但在该决策数学问题中仍有较多变量还是一个未知数，如决策者对自己的方案以及对影响自己方案的一个认可程度函数，且在该单目标决策数学问题中目标函数仍是一个N维度的向量。因此，可以通过直接赋值打分的方式来实现方案之间的认可程度。通过每一位协同决策者在对所有自己子方案在p个影响因素下进行赋值一个0-1之间的分数，来实现对于一个方案的认可程度[71]。决策者F对自己的方案i在化工园区应急服务设施点影响因素k下进行赋值打分设为sFik,;。若受到别的决策者影响的决策者也需要对影响自己的每一个方案进行赋值打分。即当Aij,1时，让决策者i对决策者j的每一个方案在p个评价标准上进行赋值打分，分值大小为0-1之间。在方案选择过程中，为避免决策者方案之间的冲突，存在相互协同的决策者之间的方案需要彼此参与选择。因此，将决策者F对于决策者G方案G2在自己选择F1的情况下在化工园区应急服务设施点选址布局影响因素k上进行打分，分值可以设为sGGFFk,,,;21。组合方案U对于决策者i的子方案设为Ui，其在化工园区应急服务设施点选址影响因素k下的分值可定义为：sUiUk,;WiisiUik,,;WjisiUi,,,,jUik;（2-4）假设存在N个化工园区应急服务设施点选址的决策者，通过决策者之间的组合方案分值作为其所有子方案的分值组成向量，则化工园区应急服务设施点选址组合形成的方案U在影响因素标准k下的分值为：sUk;sU1,;Uk，，sUiUk,;，，sUNUk,;（2-5）25 华南理工大学工程硕士学位论文组合方案的分值定义为：psUaksUk=;（2-6）k1但在式（2-6）中，该组合方案sU仍然是N维度的分值向量。假设存在N个化工园区应急服务设施点选址协同决策人员，则将决策人员构成的协同方案所对应的N维度的向量进行累加再除以化工园区应急服务设施点选址协同决策总人数N，作为组合方案U最后分数：Nsii1sU=（2-7）N2.6本章小结（1）考虑化工园区应急服务设施点位置选址的复杂性，不同选址模型考虑的因素不同等特点，通过整合常见应急服务设施点选址模型，引入协同网络、协同矩阵等概念，将数学模型与协调网络与协同矩阵相结合。（2）基于化工园区应急服务设施点位置选址的多目标优化思想，构建了多目标协同决策模型及多目标优化模型求解方法。26 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究第三章化工园区应急物资调度优化模型研究3.1引言化工园区突发事故应急的本质是应急物资的充分利用、合理配置。明确化工园区应急物资事故的种类和数量，对于应急救援战略的选择具有至关重要的意义。应急物资调配行程的合理安排，是将应急物资快速地调运到突发事故点的前提和充要条件。本章针对化工园区发生突发事故后，分析并提出能够全面反映园区应急物资需求的关键影响因素，通过运用BP神经网络预测化工园区各应急物资数量。结合化工园区应急物资运输调度特征，构建适用于园区车辆应急物资运输调度优化模型，实现应急物资的准确、合理调度。3.2化工园区应急物资调度关键内容化工园区应急物资调度是应急救援管理的核心环节，当发生重大突发事故时，不仅仅会造成人员的伤亡和财产的损失，还会导致道路交通堵塞以及信息暂时性的中断等多种突发状况[73]。面对该种情况，物资调度部门或应急救援决策者需要在短时间内对物资的需求做出准确预测并将其运输配置到受灾地点。因此，其内容主要包括：应急物资需求预测、应急物资调度等，具体调度流程如图3-1所示。化工园区事故场景应急物资需求影响因素分析应急物资需求优应急物资需求先级划分量预测应急服务设施点应急物资运输调度图3-1化工园区应急物资调度流程27 华南理工大学工程硕士学位论文3.3化工园区应急物资需求预测分析3.3.1应急物资需求影响因素化工园区事故通常包括火灾、爆炸和中毒泄漏3大类[60]，应急物资需求影响因素较多，不同事故类型灾害所需应急物资的种类存在一定的差异性。物资本身特性、应急保障环境和任务特点等情况都会对物资数量产生影响。一些应急救援物资具有相对固定性，该类型应急物资需求不会因应急救援任务的不同而产生变化，基于人员、保障关系以及装备等静态组合对应急物资需求量做了一定的规定。如常见的饮食、装备器材等应急救援物资，有规定的保障基数。有些应急救援物资（如应急给养物资）需求可以根据食物和伙食定量标准，依据在日常生活中的供应标准对应急救援物资进行确定，该类型的应急物资需求量称为“基本物资需求量”[74]。在集结、运输、搬运应急物资等过程中，可能会因外部或内部（自然损失或人为破坏）的影响或破坏，对应急物资造成不必要的损失，将这些损失过程的应急物资数量称为“应急物资损耗量”[75]。与应急任务紧密相关，具有动态性和不确定性，需要结合执行任务、规模、强度、持续时间等因素综合考虑的应急物资称为“应急物资消耗量”[76]。依据《突发事件应对法》、《应急保障重点物资分类目录（2015年）》等法规和规范，综合考虑化工园区应急物资需求的具体情况及物资本身的特性，将“基本物资需求量”、“应急物资消耗量”、“应急物资损耗量”3个准则层进行细化分级处理，所建指标体系如图3-2所示。目标层准则层指标层应急物资需求量需求保障基数C11化C1工筹措难易程度C12园区应事故性质C21急物应急物资消耗量事故等级C22资C2需影响范围C23求分人员密度C24级指标自然损失率C31体应急物资损耗量系C3人为损失率C32图3-2化工园区应急物资需求优先级指标体系28 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究图3-2中，准则层从“基本物资需求量”、“应急物资消耗量”及“应急物资损耗量”三个方面考虑，尽可能地涵盖化工园区应急物资需求涉及地各个领域；指标层以准则层为导向，共有8个指标，按照化工园区事故性质分类主要有中毒泄漏、火灾和爆炸3类，针对“事故性质C21”将其以中毒泄漏（0），火灾（1）和爆炸（2）表示；将“事故等级C22”划分为1级（1）、2级（2）、3级（3）3个不同等级，数值越大，表示事故严重程度越大。化工园区应急物资需求种类繁多，不同种类的物资需求和物资库储备不同，使各应急物资筹措难易程度不同。在集结、运输、搬运应急物资等过程中，可能会因外部或内部（自然损失或人为破坏）的影响或破坏而造成的应急物资损失量[77]。因此，将“筹措难易程度C12”、“自然损失率C31”和“人为损失率C32”分为低（1），中（2），高（3）3个等级。“影响范围C223”单位为km，考虑到化工园区面积大小、企业位置分布、人员数量等因素，将“人员密度C224”单位取为人/10km，全方位对园区应急物资需求进行判断。3.3.2物资需求量预测3.3.2.1物资需求优先级划分化工园区应急物资的多样性和差异性，每种应急物资数量的表征方法不一致。不同类型应急物资之间的关系表述和转换，是实现不同应急物资统一的重点和难点。而逼近理想解排序法（TOPSIS方法）能够较好地解决两种或多种不同目标之间的差异性问题。逼近理想解排序法（TOPSIS方法）基本原理是借助多目标决策问题中的与评判对象中的最优值和评判对象中的最差值的距离，对评判对象排序。与最优解的距离最近但又与最劣解距离最远，则为最好；否则为最差[78]。TOPSIS方法的具体应用步骤如下：（1）构造化工园区应急物资备选方案的原始矩阵。假设在应急救援过程中，需要应急物资h种，z为各次历史事故中各类应急物资的数量。如化工园区第2次历史事故案例中，第2种应急物资所消耗的数量，可以用x22表示。则可以构造出一个h行z列的原始矩阵：xxx11121zxxxX21222z（3-1）xxxh12hhz29 华南理工大学工程硕士学位论文（2）规范化矩阵。化工园区各类应急物资需求数量之间存在一定的差异性，为使其规划化构造一个新的矩阵Y，具体做法如下：h2（3-2）yijxijxkj/k1通过归一化处理和指标同趋势化，可以得到一个规范化矩阵Yy。ijhz（3）求解化工园区各类应急物资加权矩阵。r11r12r1zyw111yw122yw1hzrrrywywywR21222z2112222hz（3-3）rrrywywywh1h2hzh11h22hzz（4）计算化工园区各类应急物资的正、负理想解R、R，令：LrjQ，jijmax11ih（3-4）LrjQ，jijmin11ih式中Q1为精确实数。则可以得到化工园区各类应急物资的正、负理想解为：RLL(,,)1,e1（3-5）RLL(,,)1,e1（5）计算化工园区各应急物资种类正、负偏差di、di。di、di可按式（3-6）计算：222ddXR(,)d()d(d)()iiiiiz12（3-6）222ddXR(,)d()d(d)()iiiiiz12其中dLijjijr，drijijLj；ih1,2,,，jz1,2,,。（6）计算化工园区各类应急物资的总偏差：didih,=1,2,,（3-7）iddii（7）化工园区各类应急物资重要性排序。通过考虑方案之间的正、负偏差，可以求解出备选方案的一个总偏差，如果方案与正理想解越接近并且与负理想解偏离的程度越大，则说明总偏差越小即该备选方案越优。以此类推，根据方案总偏差值的大小可得到30 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究方案之间的一个优劣排序。决策者根据di的值的大小进行排序，di的值越大，则当事故发生后，对该类应急物资越重要。3.3.2.3物资需求数量预测BP神经网络是一个大量处理单元（神经元）相互连接而形成的并行和分布式信息处理网络结构。作为一种数据处理模型，能够根据抽象、简化的方式和对生物神经系统的活动原理与组织结构进行模拟，实现对大规模数据的处理与分析[79]。BP神经网络作为一种典型的具有较强的非线性映射能力、高度自学习、能够实现对复杂的内部机制问题进行求解以及自修正能力的人工神经网络系统[80]。BP神经网络是利用数据信息在输入层的I个网络神经元、隐含层的J个网络神经元和输出层的H个网络神经元之间相互传递的三层前向人工神经网络，如图3-3所示。y1y2yH输出层O1O2OJ隐含层μjk输入层x1x2xI图3-3BP神经网络示意图BP神经网络基本思路是：数据信息的正向传播以及误差的反向传播，数据由输入层经隐含层传递到最后的输出层，赋予给每个网络层基本神经元一个初始权值，并加权计算出结果数据由输出层输出，并将计算出来的结果与期望值的大小进行对比分析[81]。若输出结果数据误差结果都在所选样本误差以内，则训练完成，即为数据信息的正向传播；反之，若误差大小不在所选样本误差以内，求出的结果误差则会逆向由从输出层经隐含层传到输入层，误差信号将调整每一层基本神经元的权值，BP神经网络算法流程31 华南理工大学工程硕士学位论文图如图3-4所示。开始初始化神经元权重与阈值提供输入信号与输出信号计算隐含层、输出层各单元的输入和输出计算输出层、隐含层各单元的反向误差调整隐含层与输出层之间的权重与阈值调整输入层与隐含层之间的权重与阈值是否全部样本训练完成？是否误差I结束图3-4BP神经网络算法流程图利用对神经元输出信号的计算公式，可以分别求解得到隐含层以及输出层各个处理单元（神经元）信号的计算公式为：IOfjijivxjjJ1,2,…,（3-8）i1IykfjkOjkk1,2,…,H（3-9）j1式中：j为隐含层处理单元j的阈值；k为输出层处理单元k的阈值；vij为输入层处理单元i和隐含层处理单元j之间相互连接的权重；J为隐含层处理单元的个数；H为32 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究输出层处理单元的个数；jk为隐含层处理单元j和输出层处理单元k相互连接的权重；f为处理单元的激活函数。3.4化工园区应急物资调度优化模型分析3.4.1模型假设为便于构建和加强化工园区应急物资调度优化模型的正确性与合理性，本论文基于如下基本假设进行研究[38,46,60]：（1）应急物资运输的工具不存在差异性，且不同的应急物资可使用同一运输工具运输，本论文研究的运输工具特指通过车辆的方式对应急物资进行运输调度，通过其他交通方式（如铁路、空运、水运等）对应急物资进行运输调度的，不在本论文研究的范围；（2）突发事故不会对化工园区路网造成破坏，不会影响应急物资运输车辆的通行能力，物资运输车辆的通行速度保持不变，车辆通行速度不会发生时快时慢情况。3.4.2应急物资调度优化影响因素3.4.2.1无量纲化最佳物资运输路线既不是时间最短路线，也不是长度最短路线，而是基于事故灾难下将时间最短路线、路径长度最短路线和最易通行路线三者相互结合所形成的应急物资运输调度路线。相同的道路长度，不同的路径宽度车辆行驶速度存在着较大的差异。道路的宽度、平坦程度、车辆数量、交叉口数量和风速等是影响车辆速度的主要原因。根据车辆在行程中遇到的阻碍作用，利用路阻函数对车辆交通阻抗进行描述，量化车辆的行驶路径长度。交叉口延误与交叉口负荷、路段行驶时间与路段交通负荷共同组成了路阻函数。交通时间的长短是衡量路径的标准，所以交通时间可以通过路阻的大小来量化，其变化关系如图3-5所示。33 华南理工大学工程硕士学位论文tat0交通时间900路阻qa图3-5路网路阻与流量关系图[82]国内外学者针对道路路段通行时间的研究中，目前应用最广泛且最典型的是美国公路局（BureauofPublicRoads）开发的BPR函数[83]，该函数形式为：Qijttijij01c（3-10）ij式中，、为待标定参数，其中=0.15、=4；tij表示化工园区应急物资运输调度车辆通过路段i与路段j的实际通行时间（min）；t0ij表示自由流速度下车辆通过路段i与路段j所需的通行时间（min）；Qij表示路段i与路段j的车辆流量大小（veh/h）；c表示路段i与路段j的实用通行能力（veh/h）。ij依据《城市道路交通规划设计规范》（GB50220-95）[84]以及参阅文献[85]，将化工园区道路等级划分成支路、次干路、主干路和快速路4个等级，且各道路BPR模型回归系数、取值如表3-1所示。表3-1道路等级及BPR模型、值道路级别描述一般在建筑物的进出口应加以控制，为城市中长距离、快速快速路0.8843.425交通服务主干路以交通功能为主，连接城市各主要分区的干路0.6792.479联系主要道路之间的辅助交通路线。以服务功能为辅，以区次干路域性交通功能为主。连接城市各区与集散主干路交通，与主0.7212.251干路组成路网支路连接次干路与街坊路，以服务功能为主，解决局部地区交通0.5131.23434 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究通过修正化工园区应急物资运输调度车辆通行路径长度，可以求解出车辆在事故救援现场下的通行路径长度。修正后的车辆通行路径当量长度为，车辆通行路径的难易程度系数值与实际长度相乘后所求出的长度。为了求取“当量长度”，定义化工园区应急物资运输车辆调度路线的通行难易程度系数为qij，其表达式如下：vt1ijq（3-11）ijvt20ij式中，qij为化工园区应急物资运输车辆经过路段i与路段j的通行难易程度系数；v为应急物资运输车辆在道路路网上的通行速度，v可以参考GB50220-95《城市道路11交通规划设计规范》[84]对各等级道路车辆规划行驶速度进行设定，如表3-2所示；v为2车辆在化工园区应急物资运输调度路段上的通行速度大小；tij表示车辆通过路段i与路段j的实际通行时间（min）；t0ij表示自由流速度下车辆通过路段i与路段j的通行时间（min）。表3-2大、中、小城市道路网机动车行驶速度规划指标[84]城市规模与人口（万人）快速路主干路次干路支路>20080604030大城市≤20060~8040~604030机动车速度中等城市—404030（km/h）>5—404020小城市1~5—404020<1—404020根据式（3-10）和式（3-11）可以整理得到：vQ1ijqijv1c（3-12）2ij于是，可以得到化工园区物资运输车辆行驶的路径当量长度为：lql（3-13）ijijij式中，lij为该路段的当量长度值，m；qij为该路段的通行难易程度系数；lij为路段i与路段j的实际长度，m。35 华南理工大学工程硕士学位论文3.4.2.2运输成本化工园区突发事故情景下的应急物资运输调度不是以营利为目的的应急物资运输，突发事故下物资车辆需要以最快的速度、最高的效率，将事故灾害地点所需应急物资通过规划好的路线将其运输到指定位置。但在实际的物资运输调度过程中，应急物资运输成本可能会受到物资供应点与事故灾害地点之间的距离、所需应急物资的运输数量大小以及物资类型的影响。因此，考虑到物资运输成本与供、需两地之间的距离和车辆装载的物资量成正比例关系，将其进行量化计算公式如下：nmrrrM1Cxylijijijij（3-14）i11jrrr式中，C表示将第r种应急物资通过路段i与路段j的运输成本；x表示第r种应ijijr急物资通过路段i与路段j的应急物资数量；yij表示0-1变量，应急物资通过路段i与路段j时取1，否则为0。lij表示路段i与路段j的实际长度。3.4.2.3惩罚成本由于物资车辆运输过程中因化工园区道路路况信息的复杂性和突发性等特点，应急物资能够在规定时间内到达是一个未知数。物资运输车辆在运输的过程中，可能受到多种情况（交通堵塞、交叉路口延迟、恶劣天气阻抗等）所影响，使物资运输车辆不能在规定的时间内到达。因此，考虑了应急物资调度过程中的时间延误情况，若应急物资到达指定位置的时间超过规定的阈值，则对其进行惩罚，即惩罚成本。该惩罚成本与时间延误情况成正比例关系。其计算公式如下：nmMt20tijij（3-15）ij11式中表示时间延迟惩罚因子；tij表示车辆通过路段i与路段j的实际行驶时间（min）；t0ij表示应急物资车辆通过路段i与路段j的时间阈值。3.4.3模型构建化工园区突发事故下应急物资车辆运输调度路径优化数学模型如下：36 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究nmfl1：minijrim1,2,,jn1,2,,r1,2,,（3-16）ijr111nmnmrrrfCxyl20：min+ttijijijijijij（3-17）ijr1ij1=111式（3-16）表示第一优化目标为应急物资运输车辆路径最短，式（3-17）表示第二优化目标为应急物资运输总成本最小。式（3-18）~（3-20）为该数学模型的约束函数。（1）应急物资数量约束r0x（且为整数）（3-18）ijrrrryxEy（3-19）ijijij式（3-18）表示各应急出救点的物资派遣量为非负整数；式（3-19）表示为充分小rr数，此式确保当应急出救点派遣的第r种应急物资量xij0时yij取1，否则取0。（2）调度车辆路线约束r10，yijyijr（3-20）00，yij式（3-20）中yij表示物资运输车辆应急物资通过路段i与路段j时取1，否则为0；r为应急物资种类。3.4.4遗传算法求解遗传算法（GeneticAlgorithms，GA）[86]是1975年Holland教授借鉴达尔文生物进化规律，基于遗传学提出的一种进化算法，遗传学和遗传算法的对应关系如表3-3所示。遗传算法具有不需要计算目标函数的导数、梯度以及不需要目标函数连续性的特点，因此被广泛应用在数值优化、组合优化、机器学习等众多领域[87]。该算法具有全局寻优能力以及内在的隐含并行性，具体算法流程如图3-6所示。37 华南理工大学工程硕士学位论文表3-3遗传学和遗传算法的对应关系生物遗传概念人工遗传算法染色体（Chromosome）解的编码（数据、数据、位串）基因（Gene）解中每一分量的特征（特性、个性、位）个体（Individual）解适应性（Fitness）适应度函数群体（Population）选定的一组解（其中解的个数为群体规模）复制（Reproduction）根据适应度函数选取的一组解交配（Crossover）通过交配原则产生一组解的过程变异（Mutation）编码的某一个变量发生变化的过程开始Generation=0产生初始种群个体优化筛选优良个体，种群1选择交叉变异个体优化筛选优良个体，种群2计算适应值Generation=Generation+1解码否满足终止是输出条件？结束图3-6遗传算法流程图[88]遗传算法利用交叉算子、变异算子和选择算子等3类遗传算子实现进化操作，主要步骤有：38 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究（1）编码方案。针对本论文化工园区应急物资调度数学模型需要求解的特点，将（x111，x112，…，x11n，x121，x122，…，x12n，…，xrml，…，xmn）设计为遗传算法符号编码的形式。其中，xrij为不小于0的一个整数，表示应急物资运输车辆驾驶通行过路段i与路段j所运输应急物资r的数量[89]。（2）构造遗传算法的初始种群。将路段i到路段j的化工园区应急物资r的数量记为tempx（初始tempx0）。rijrij（3）适应度函数。选取适应度函数Fxcfx，其中，c为一个大数，fx为目标函数，根据目标函数的定义，应急物资运输车辆驾驶通行路段m与路段n所运输应急物资，可令cmntmin，求解出化工园应急物资调度函数的全局最小值。ij（4）遗传操作。选择算子：采用联赛选择法，为避免在整个个体选择过程中，最优个体被意外剔除，因此直接将上一代的最优个体放入下一代。遗传算子：基于两点交叉原理，针对化工园区应急物资调度数学模型问题的特点，专门设计该遗传算法的交叉算子，以确保计算出的结果更具科学与合理性，具体运算步骤为：①在所有的种群中将两个个体进行随机挑选出，产生一个0-1大小的随机数Random，判断随机挑选出的两个个体是否需要进行交叉处理，若Random小于交叉概率，则直接进行下一步转②；否则将这两个个体一直保留到下一代，直到达到所规定的要求。②产生1-λ之间的随机数r，交换两个个体中化工园区应急物资r的分配信息，即两个个体：x111xx11,x,,,,,rrmnmn和x111xx11,x,,,,,rrmnmn。交叉后产生新个体为x111xx11,x,,,,,rrmnmn和x111xx11,x,,,,,rrmnmn。两点x111xr11xrmnxλmn交叉x111x'r11x'rmnxλmnx'111x'r11x'rmnx'λmnx'111xr11xrmnx'λmn图3-7两点交叉示意图变异算子：针对化工园区应急物资调度数学模型问题特点，专门设计如下遗传算法的变异算子，具体步骤如下：39 华南理工大学工程硕士学位论文1）将种群中每个单独个体进行随机选择，产生一个随机数Random，随机数Random的大小在0-1之间，对其判断是否需要进行变异处理，若产生的随机数Random比变异概率要小，转2），否则保留这两个个体，直至保留到下一代个体数达到所规定的要求；2）产生1-λ之间的随机数r，求解出该个体中化工园区应急物资r的分配信息，计算步骤如下：①i,jtempx,rij0，将化工园区所有应急物资需求点物资r当前分配数量设为0；ijtempB,,B，当前化工园区应急物资所有供应点物资r的数量置为最初储备量riri大小；jtempQ,rijQrij，假设当前每一个化工园区应急物资供应点物资r的需求量为最初值；转到下一步②；m②当前是否存在j使得tempxrijQrij成立，即对化工园区应急物资需求点其物资ri分配数量进行判断，是否还没有达到规定要求，如果有，则进行下一步，否则，到④；m③当前是否存在i使得tempBri0成立，即对供应点其物资r的当前存储量不小imn于0，如果存在，则从中随机选取供应点i，并产生0~min,tempBrijQrijtempxrij之ij11间的随机数rm，作为路段i到路段j配送应急物资数量r，tempxrijtempxrijrmtempBtempBrm，转②，如果不存在，则因构造失败而退出；riri④令xrij=tempxrij，若xrij0，变异成功，结束。3.5本章小结（1）从“基本物资需求量”、“应急物资消耗量”、“应急物资损耗量”3个方面，构建化工园区应急物资需求优先级指标体系；基于TOPSIS方法对各应急物资需求进行重要性分级排序，设计求解出应急物资需求量的BP神经网络预测模型。该方法的应用实现，见第五章5.4.1节。（2）引入BPR模型和道路等级等因素当量化路径长度，考虑化工园区实际情况：运输成本、惩罚成本，构建物资调度优化数学模型。该模型的最终应用与计算将在第五40 第三章化工园区应急物资调度优化模型研究章案例应用实现，见第五章5.4.2节。（3）利用遗传算法的求解应急物资调度模型，实现最优应急物资调度路径的快速求解。41 华南理工大学工程硕士学位论文第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究4.1引言化工园区内储存着大量的有毒有害危险物质，一旦发生突发紧急事故，将会造成严重的人员伤亡和财产损失。化工园区危险化学品发生火灾、爆炸、中毒泄漏等事故，园区应急救援决策人员需要针对具体事故状况，第一时间决策、安排好受灾人员紧急疏散逃离事发区域。本章将针对化工园区事故发生后的人员疏散特点，结合化工园区空间布局因素，通过基于博弈论思想对化工园区应急避难场所选址进行优化；考虑化工园区事故特点，引入人员恐慌因子、速度因子及脆弱因子，构建人员疏散路径优化模型，为发生突发事故后的化工园区应急救援提供决策支持。4.2化工园区应急疏散特点化工园区应急疏散是指园区发生突发事故后，快速地将人员从危险区域转移到安全区域范围。化工园区人员复杂、危险源众多，不同的灾害事故类型和路网的复杂度等都会对人员疏散效率造成影响，化工园区在人员疏散方面主要有以下特点：（1）大部分待疏散人员为园区内各企业的工作人员，对园区各企业环境、园区交通疏散路网都非常熟悉，且大部分园区工作人员都有一定的逃生教育培训经验，面对应急疏散逃生具有一定的主观能动性和高效性。（2）由于园区各企业危险化学品种类和数量多，涉及生产、储存、使用、运输等各个环节，每一个环节的错误都有可能造成不同性质的灾害事故或二次事故，不同的事故背景（火灾、爆炸、中毒泄漏等）要求的疏散策略也不一样。（3）化工园区应急疏散一般涉及范围较广、人员较多，可以将园区内的疏散作为一个交通网络流问题进行处理和分析。表4-1化工园区应急疏散信息收集表突发事故信息疏散区域属性信息疏散需求信息时间企业分布人口分布地点交通路网车辆信息事故类型应急避难场所位置危险等级42 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究针对以上化工园区应急疏散的特点，化工园区应急疏散决策者应对整个疏散过程，进行统一领导，协同行动。在实际的救援疏散过程中要视实际情况而定，需要根据事故预警等级、类型和气候等状况，优先撤离受伤严重的人员、优先安置老、弱、病、残等。疏散过程中，实现各种信息交互、所有环节相扣、人员和部门密切配合。因化工园区的复杂性，极易引发潜在的多米诺效应，需谨慎选择逃离路线。4.3应急避难场所选址分析4.3.1避难场所选址指标体系构建发生化工园区突发事故后，为避免和减少事故所带来的潜在多米诺效应和二次灾害，需要对事故灾害区域人员集中进行紧急疏散撤离和避难。化工园区应急避难场所位置的科学性与合理性，直接关系着人员的伤亡程度、环境污染、国际社会影响等情况。一个完善的化工园区应急避难场所大多具有医疗设施齐全、一定容量、交通便利等特点。基于应急避难场所在化工园区事故中的必要性，通过对园区和园区企业调研分析、文献阅读以及相关标准与设计规范研究（如GB50016-2014《建筑设计防火规范》[90]）、GB51143-2015《防灾避难场所设计规范》[91]），从适宜性、安全性和可达性进行考虑，构建化工园区应急避难场所选址评估指标体系[92]，具体信息如表4-2所示。表4-2化工园区应急避难场所选址评估指标体系[92]决策准则决策因素描述周边人口密度避难场所所处区域人口的分布密度11运输费用疏散所有人员到达避难场所所需费用12适宜性1与医院的距离避难场所距离最近医院的距离13人居避难面积疏散总人数除以避难场所可用面积得到14周围建筑物密度避难场所所处区域建筑物的分布密度21受事故影响可能性再次受到突发事故影响的可能性大小22物资供应生活保障用品的供应23安全性2地理条件地理位置、地质条件等情况24水源是否有充足的饮用水和生活用水25防护能力保护避难场所免遭恶性破坏的能力26平均通行时间在正常情况下，到达避难场所的平均时间31可达性交通情况32通往避难处路面情况、道路可选性、车流畅通情况3最大通行时间最坏情况下，到达避难场所的最大通行时间3343 华南理工大学工程硕士学位论文4.3.2避难场所选址指标分级从适宜性、安全性和可达性三个方面对化工园区应急避难场所选址指标体系进行构建，各指标等级划分及具体分值如表4-3所示。通过分析研究、整理对化工园区应急避难场所选址适宜性、安全性、可达性三个方面进行分级处理，其分级框架分别如表4-4、表4-5和表4-6所示。表4-3化工园区应急避难场所影响指标分级准则[96]分级理想较理想一般差分值区间>80~100>60~80>30~60>0~30表4-4化工园区应急避难场所“适宜性”分级框架目标层准则层变量层指标分级等级描述依据□理想居民和化工园区企业集聚区居民集聚区域，园区企业相对较分散DG/TJ08-2188-化周边人□较理想布局2015《应急避口密度工非居民集聚区域，化工园区企业大量难场所设计规园11□一般集聚区域范》区□较差非化工园区企业和非居民集聚区域应□理想低GB21734-2008急运输费□较理想适中《地震应急避避用12□一般较高难场址及配套难□较差高设施》适宜性场医院地点到达事故灾害地点所需时间所1□理想<10分钟影GB21734-2008医院地点到达事故灾害地点所需时间与医院响□较理想《地震应急避[10,15）分钟的距离因医院地点到达事故灾害地点所需时间难场址及配套13□一般素[15,20）分钟设施》医院地点到达事故灾害地点所需时间指□较差≥20分钟标□理想[2.0,3.5）m2DG/TJ08-2188-体人均避□较理想[1.5,2.0）m22015《应急避系难面积□一般[1.0,1.5）m2难场所设计规14□较差<1.0m2范》44 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究表4-5化工园区应急避难场所“安全性”分级框架目标层准则层变量层指标分级等级描述依据□理想非企业建筑区和非居民建筑区周围建□较理想企业集聚区和非居民建筑区GB51143-2015《防灾筑物密□一般企业较分散，居民建筑区避难场所设计规范》度21□较差企业集聚区和居民建筑区□理想无限接近于0受事故DG/TJ08-2188-2015□较理想小于0.1影响可《应急避难场所设计化□一般0.1~0.2能性22规范》工□较差>0.2园粮食储备大于900g/（人•日），区□理想医疗药品、器材大于2%受伤率应的需求量急救援器材和医疗物资储备量可GB21734-2008《地震避□较理想以满足2%的受伤率需求，粮食应急避难场址及配套难物资供储存为400～900g/（人•日）设施》；DGJ32/J122-场安全性应23救援器材和医疗物资储备量不2011《城市应急避难所2□一般能满足2%的受伤率需求，粮食场所建设技术标准》影储备量为400～900g/（人•日）响救援器材和医疗物资储备量不因□较差能满足2%的受伤率需求，粮食素储备量低于400g/（人·日）指远离危险物质和危险设施影响标□理想范围，地势空旷且地势略高、易体于排水DG/TJ08-2188-2015系远离危险物质和危险设施影响□较理想《应急避难场所设计地理条范围，地势复杂规范》；GB21734-件24靠近有毒气体储放地、易燃易2008《地震应急避难□一般爆等设施可能产生影响的范场址及配套设施》围，地势空旷且略高、易于排水地势复杂，避难场所位置靠近□较差危险物质和危险设施影响范围45 华南理工大学工程硕士学位论文表4-5化工园区应急避难场所“安全性”分级框架（续）目标层准则层变量层指标分级等级描述依据每100人至少设有一个水龙头，每250人□理想至少设有一处饮水处且饮用水3升/人·日化工每100人至少设有一个水龙头，饮用水3GB5749-园区□较理想升/人·日2006《生活应急水源25每250人至少设有一处饮水处且饮用水3饮用水卫生避难□一般安全性升/人·日标准》场所2每100人少于一个水龙头，每250人少于影响□较差一处饮水处因素□理想主要建筑构件全部为不燃烧性GB50016-指标防护能□较理想主要建筑构件除吊顶为难燃烧性2014《建筑体系力26□一般屋顶承重构件为可燃性设计防火规□较差防火墙为不燃烧性，其余难燃性和可燃性范》表4-6化工园区应急避难场所“可达性”分级框架目标层准则层变量层指标分级等级描述依据□理想10分钟内应可到达DGJ32/J122-平均通□较理想20分钟内应可到达2011《城市应行时间□一般1小时内应可到达急避难场所建31□较差到达时间超过1小时设技术标准》化工有四个或四个以上的2个方向上的疏GB21734-□理想园区散主通道和救灾主干道2008《地震应应急有两个或两个以上的2个方向上的疏急避难场址及□较理想避难交通情散次通道、救灾主干道和疏散主通道配套设施》；可达性场所况32有两个或两个以上的疏散次通道、救DG/TJ08-2188-3□一般影响灾主干道和疏散主通道2015《应急避因素难场所设计规□较差少于两个救灾主干道、疏散主通道指标范》体系□理想灾难预警后，在5~15分钟内可到达DGJ32/J122-最大通□较理想灾难预警后，在30分钟内可到达2011《城市应行时间灾难预警后，能够通过0.5~2小时的□一般急避难场所建33摩托化输送应可到达设技术标准》□较差灾难预警后，到达时间超过2小时46 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究4.3.3贡献率计算模型4.3.3.1组合赋权计算为提高化工园区应急避难场所选址评估指标赋值权重的科学性和合理性，本文基于客观赋权AHP方法[93]和主观赋权熵值法[94]，结合博弈论思想确定出各指标之间的综合权重。博弈论思想能够避免人的主观意愿，最小化方案之间的误差，提高化工园区应急避难场所选址评估结果的科学与合理性[95]。假设在计算化工园区应急避难场所各指标权重中使用了g种方法，则有权重向量组成的任意线性组合有：gTkkk,(0)（4-1）k1通过优化对策模型中的线性组合系数k，使与每个k的离差极小化，求取权重向*量。kgTminkkk,kg(1,2,,)（4-2）k=1由矩阵微分性质可知式（4-2）的最优化一阶导数条件为：TTTT1112111g1TTTT2122221g2（4-3）TTTTggggg121g通过式（4-3），可求得,,,，然后由式（4-4）对其进行归一化处理，即得12g*到综合权重向量：kg*kkk（4-4）k1g**Tkkk（4-5）k14.3.3.2贡献率计算模型贡献率是指化工园区应急避难场所适宜性、安全性、可达性3个方面对位置选址过程中的影响程度大小。规定[96]：在理想状态下，影响因素对园区避难场所选址贡献为100/100=1，准则层和变量层各指标分值为100最高分。变量层的赋值决定贡献率的数值47 华南理工大学工程硕士学位论文大小和对化工园区应急避难场所选址的位置程度，变量层分值可以通过式（4-6）计算确定。iknfdfkkiki（4-6）i1式中：fk为化工园区应急避难场所选址指标体系中变量层第k个因素的分值；fki为变量层第k个因素第i个专家的赋值；dki为变量层第k个因素对应赋分值的隶属度。则化工园区应急避难场所选址准则层各因素加权分值计算公式为：g**ffkkk（4-7）k1*式中：g为准则层中k对应的变量指标个数；k是指变量权重。则“适宜性”、“安全性”和“可达性”的贡献率为[97]：*fkZ（i=1,2,3）（4-8）i100式中：Z为贡献率；1表示适宜性；2表示安全性；3表示可达性。4.3.4实例应用以广东省某化工园区为例，该化工园区地势北高南低，总体规划面积为27.8km2。该园区气候适宜，属于亚热带季风性气候。园区企业主要集中在东、西两侧，主要由工业用地区、石化物流及港口发展区等部分组成。园区西部是石化深加工区域，东部区域企业多为精细深加工，形成了高端精细化工和化工新材料产业集群。北部主要以炼油和乙烯等工业用地区域，南部主要毗邻沿海区域、靠近港口，实现该化工园区的石化物流外部运输。园区整体分布图如图4-1所示。48 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究图4-1广东省某化工园区分布通过相关专家对各变量层进行赋分，由式（4-6）可以求出化工园区应急避难场所影响指标各个变量层的分值大小，具体数值如表4-7所示。以计算化工园区应急避难场所影响指标中“可达性”相关下层指标即变量层（平均通行时间、交通情况、最大通行时间）的权重为例，通过AHP可以得到可达性相关下层指标即变量层的权重向量为：1=（0.329,0.175,0.496），通过熵值法可以得到可达性相关下层指标即变量层权重向量为：=（0.381,0.304,0.315）；由基本权重集=,｛｝，并由式（4-1）～式（4-3）得到组212合赋权方程组，如式（4-9）所示。0.3850.33510.385（4-9）0.3350.33720.337经式（4-7）和式（4-8）计算，可得基于博弈论组合后的“可达性”相关下层指标（平均通行时间、交通情况、最大通行时间）权重为（0.3310.1810.488，，）；以可达性下层指标变量层中“平均通行时间”计算过程为例，通过咨询10位化工园区相关安全专家，则每一位专家的隶属度为0.1且10位专家赋分值分别为：85,80,68,77,76,83,81,75,75，则“平均通行时间”分值计算为：85×0.1+80×0.1+68×0.1+77×0.1+76×0.1+83×0.1+81×0.1+75×0.1+75×0.1=77。49 华南理工大学工程硕士学位论文表4-7某化工园区应急避难场所影响指标及分值目标层准则层贡献率变量层权重分值周边人口密度0.37385运输费用0.12765适宜性0.81034与医院的距离0.29188化工人均避难面积0.20974园区周围建筑物密度0.22374应急受事故影响可能性0.20589避难物资供应0.15374安全性0.78618场所地理条件0.17073影响水源0.11476指标防护能力0.13585平均通行时间0.33177可达性0.83383交通情况0.18188最大通行时间0.48886由表4-7中的结果分析可知，化工园区应急避难场所各指标之间贡献率大小排序为：“可达性3>适宜性1>安全性2”。因此，选择应急避难场所位置时，应首先考虑的是人员与避难场所之间的可达性，接着是适宜性，最后才是安全性。则该园区选择应急避难场所位置时，应：（1）以“比邻而居”为原则，在规划或者建设化工园区应急避难场所位置时，要设置在该化工园区东边区域且尽量靠近居民居住的区域、毗邻医院，以便居民的安全疏散和对在事故当中受伤人员的及时安置和治疗。（2）以多灾种均可使用为原则，在规划或者建设化工园区应急避难场所位置时，要设置在该化工园区东南方向的上风口处且避难场所要以多类灾种和多类突发公共事件为原则，避免事故中的有毒气体、烟尘等对避难场所中人员造成的二次灾害。（3）以可达性为原则，在规划或者建设化工园区应急避难场所位置时，尽可能地靠近交通发达的地方，方便对应急避难场所人员的二次转移与应急救援。4.4化工园区人员应急疏散路径优化模型分析4.4.1问题描述与假设在化工园区人员应急疏散过程中，不可控的因素较多，如面对灾难时人员的心理素50 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究质、疏散速度的不统一、每个人所承受事故伤害能力大小的不同等。如何对其进行描述和量化，是本节主要解决的关键问题，对此作以下假设[92,99,100]：（1）事故造成的心理恐慌程度大小随疏散人员离事故点距离增大而减弱，即疏散人员离事故点距离越远，应急疏散人员的心理恐慌越弱；反之，离事故点距离越近，人员心理恐慌程度越强；（2）所有待疏散人员在疏散过程中都能够严格按照疏散计划进行人员的安全疏散，都能够进行有序地撤离，不会产生无序疏散和人员之间的相互踩踏；（3）在整个化工园区应急救援过程中，车辆应急物资运输调度不会对人员应急疏散产生影响；（4）在整个人员疏散过程中，不考虑人员在路网节点之间往返运动。4.4.2疏散路径优化影响因子4.4.2.1恐慌因子化工园区突发事件发生后，化工园区受灾人员受事故灾害的影响，在人求生本能的驱使下，人们的心理会感到巨大的恐慌。其人员恐慌程度大小与事故发生的时间、事故不同场景、事故灾害点之间的距离等有着密切的关系，这些因素都会潜移默化的使事故影响程度和范围进一步扩大。目前国内外学者还没有专门针对恐慌因子给出一个明确的定义或解释，一般指人们面对灾害时心理的一个恐慌程度。化工园区不同事故场景的伤害程度与事故发生地点呈现一个负相关的关系，与事故灾害发生地点距离越大，恐慌程度越小；反之，与事故灾害发生地点距离越小，则恐慌程度呈几何倍数增大。根据不同类型事故而造成的不同伤害程度，分别对应3种不同的修正系数即火灾b、爆炸b、中ii毒泄漏b，而伤害程度可以进一步划分为致死区、重伤区、轻伤区、安全区4个不同等i级[98]。、、计算方式相同，以为例进行说明，若泄漏事故伤害程度对应的泄bibibibi漏危险品浓度值区间为,，具体计算如式（4-10）所示[99]。bbii-bbii=（i=1,2,3,4）（4-10）bi4bbiii1式中：b1表示致死区，b2表示重伤区，b3表示轻伤区，b4表示安全区。51 华南理工大学工程硕士学位论文根据式（4-10）计算得到化工园区火灾、爆炸、中毒泄漏情况下致死区、重伤区、轻伤区和安全区对应的修正系数，具体数值如表4-8所示。表4-8不同事故各伤害程度下的修正系数火灾修正爆炸修正中毒泄漏修伤害程度描述系数b系数b正系数biii该区域内的人员如缺少防护措施，则致死区会有严重伤害或50%的可能性造成人0.59260.68000.5764员死亡该区域人员如缺少防护措施，极少数重伤区人可能死亡或受轻伤，绝大部分人员0.20370.20000.2729会遭受严重伤害该区域人员如缺少防护措施，少部分轻伤区人员遭遇重伤或不会受到任何伤害，0.09260.08000.0585绝大多数人员将遭受轻微伤害安全区该区域人员不会受到任何伤害0.11110.04000.0922根据化工园区事故场景（火灾、爆炸、中毒泄漏）的不同组合，可以对化工园区的事故伤害程度进行修正，实现加权处理得到最后的恐慌系数大小。www（4-11）ibbb123iii式中：i为化工园区不同事故伤害程度下疏散人员对应的恐慌系数；w1为火灾的权重系数，w2为爆炸的权重系数，w3为中毒泄漏的权重系数，不同事故类型组合对应的恐慌修正系数和权重，如表4-9所示。表4-9不同事故类型组合对应恐慌系数和权重[99]恐慌因子事故类型组合及权重1234火灾（1、0、0）0.11110.09260.20370.5926爆炸（0、1、0）0.04000.08000.20000.6800中毒泄漏（0、0、1）0.09220.05850.27290.5764火灾、爆炸（0.25、0.75、0）0.05780.08320.20090.6582火灾、中毒泄漏（0.25、0、0.75）0.09550.06430.26160.5797爆炸、中毒泄漏（0、0.25、0.75）0.07910.06390.25470.6023火灾、爆炸、中毒泄漏（0.1304、0.2174、0.6522）0.08330.06760.24800.601052 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究因此，基于针对不同事故类型、疏散人员离事故点之间的距离、距离事故发生时间的不同，引入恐慌因子概念修正常规情况下的事故影响范围，避免意外情况的产生使人员疏散范围更加科学和准确[100]。若离事故点的距离为l，距离事故发生时的时间为t，则修正后的恐慌因子可按式（4-12）计算：1ww（4-12）ki34lt式中：k为事故影响范围内的人员恐慌因子；w3为距离权重，w4为时间权重；l为离事故点的距离（m）；为气体浓度峰值距离事故点的距离（m）；i为不同事故伤害程度下的恐慌因子。在化工园区突发事件发生后，化工园区人员疏散区域范围Ak可按式（4-13）计算：a远Akydkkx11（4-13）a近式中：x为化工园区事故发生时该气体对应于下风向的影响距离（m），y为化工园区事故发生时该气体对应于垂直风向方向上的影响距离（m）；a近、a远分别为化工园区事故发生时该气体对应于下风向的最近和最远影响距离（m）。4.4.2.2速度因子化工园区人员众多且复杂，存在着不同年龄阶段和阶层的人员。在事故发生后存在着大面积的人员，受人群数量和密度的影响，会导致人群在迁移过程中速度较正常迁移要慢。在宏观模型中根据RoytmanMY的研究[101]，人群密度是描述影响人群疏散的0内部关键因素和基本参数。疏散速度v与人群密度0的关系，可以按照公式（4-14）计0算。vv0=max1.320.82ln03.0-0.760（4-14）式中：v0为人员疏散速度（m/s）；vmax为人员最大疏散速度（m/s）；、v、o为回归系数，其中介于0.25~0.44，v介于0.014~0.088，o介于0.15~0.26。4.4.2.3脆弱因子化工园区事故后果主要由致灾因素危险性（热辐射、毒气、冲击波超压）和人的个体脆弱性共同决定[102]。受灾人员因远离事故影响区域的距离、危险物质的种类、暴露在53 华南理工大学工程硕士学位论文致灾因素的时间、人员个体的差异性等，而对人产生不同程度的影响。为便于研究分析灾害区域范围内的人员安全健康问题，利用个体因暴露于不同致灾因素下的脆弱性，构建人员个体脆弱性函数关系表达式，如表4-10所示。表4-10个体脆弱性模型[102]致灾因素脆弱性模型Y剂量D备注1.33热辐射YD37.232.56lnDtexa有毒气体YkkD12lnDCtexYD-18.962.44ln常压容器超压DPsYD-42.444.33ln压力容器3注：为火灾场景下的辐射强度，W/m；P为静态峰值压力，Pa；D为有毒气体暴露剂s量；C为毒物浓度大小，ppm；tex为人员暴露在有毒气体的时间，s；k1、k2取决于化工园区事故类型参数；a为有毒气体的毒负荷指数。根据火灾、中毒泄漏、爆炸事故后果模型计算出化工园区事故灾害场景下产生的热辐射通量、毒物浓度数值或冲击波超压值，基于人体脆弱性模型可以计算得到化工园区个体人员累积暴露剂量D，表4-11为有毒气体的个体脆弱性模型。以有毒气体为例，累积暴露剂量D，即：nmaDijctij=ij（4-15）ij11式中：D为路段i与路段j的累积暴露剂量；c为路段i与路段j的有毒气体浓度；ijijt为在路段i与路段j的暴露时间；a为有毒气体的毒负荷指数。ij表4-11几种常见有毒气体毒负荷指数[103]毒物名称HSE指数TNO指数毒物名称HSE指数TNO指数NH322H2S41.9CO11SO222.4Cl222.75HF11.54.4.3人员疏散路径数学模型4.4.3.1模型建立在4.4.2小节应急疏散路径优化影响因素的基础上，以最短时间内将化工园区事故点受灾人员疏散至安全区域为目标，建立如下数学模型：nmlnmlijijPp1：minij，PD2：minij（4-16）ij11v0ij11v054 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究式（4-16）为该数学模型路径优化目标函数，包括两个优化目标，其中P1表示在最短的时间内将受灾人员疏散完毕；lij为人员从第i个路段到第j个路段的实际长度；v0为人员疏散速度；pij为决策变量，当疏散人员经过路段i和路段j时取1，否则为0；P2表示疏散人群在疏散过程中人员所受到的累积暴露剂量最小；式（4-17）~（4-19）为该数学模型的约束函数。（1）疏散人员数量守恒：hhmnhEAkkkkEijkE=im,,jnkh（4-17）kki1jk1111式（4-17）表示化工园区疏散总人员数量不发生改变，其中Ek表示第k个人员疏散点需要被疏散人员数量（人）；Ak表示经恐慌因子修正后的有毒气体泄漏对整个化工园区的影响范围（km2）；E表示第k个疏散点需要待疏散人员数量（人）；h表示化工园kk区疏散点的数量；Eijk表示第k个疏散位置点经路段i与路段j疏散到化工园区应急服务设施点或化工园区应急避难场所的受灾人员数量（人）；为该事故影响范围内的平均人口密度（人/10km2）。（2）化工园区应急避难场所或应急服务设施点的容量约束：hSEk（4-18）k1式中：S为应急避难场所或应急服务设施点的容量（人）。（3）疏散人数的约束1,，人员通过路段ij时xij，x0（4-19）0,，人员不通过路段ij时式（4-19）中xij表示人员通过路段ij,情况；x表示疏散人员的数量不可为负数。55 华南理工大学工程硕士学位论文4.4.3.2Floyd算法为了解决简单的最短路径问题，提出了许多如模拟退火算法、Floyd算法、遗传算法、人工神经网络算法。然而传统的Dijkstra算法和Floyd算法对任意顶点间路径长度最短问题无法进行有效解决，且Floyd算法繁琐麻烦。为此，对Floyd算法进行了改进[104]。在Floyd算法中，带权有向图G（VE,）中G每条弧avv,上的权为waw。ijijijijs和t为带权有向图G的起点和终点，S为带权有向图G从起点s到终点t的一条路径，则将路径S的权定义为S中有弧权之和，WS。若S*是带权有向图G从起点s到终点t的值最小，即wwSvSSv*min为到的路，则有WS*为该路网中起点到终点st的最短路径距离。则在带权有向图G中，从起点s到终点t的最短路径和最短距离称为最短路径距离，如图4-2所示。gsth图4-2Floyd算法单源最短路径示意图Floyd算法基本思想[105]是：从L开始，从L到L进行计算，再从L计算到L，不00112断的将此过程重复计算下去，直到从Ln1求出Ln才停止计算，如图4-3所示。假设已知有：（1）且有m-1个顶点（1,2,,m1）从顶点i到m的最短路径为中间顶点。（2）只容许前m1个顶点（12，，,1m），从顶点m到j之间的最短路径作为中间顶点。（3）只容许前m-1个顶点（12，，,-m1）从i顶点到j的最短路径为中间顶点，因为不存在回路的路径长度小于0。56 第四章化工园区人员应急疏散路径优化模型研究（4）第（1）项和第（2）项两条路的并。（5）第（3）项的路。mmmm111LL因此，lijlliml=minjmij,。当m1，矩阵的各个元素，就可以计算出矩阵m的各个元素。kgimhn图4-3Floyd算法基本思路示意图针对Floyd算法的基本步骤有[106]：Step1：将图中各顶点编为1,2,,N。确定矩阵L0。如果存在最短弧，则ij,表示00顶点i到j最短弧的长度大小；如果没有，则令lij，对于i，则令lij0。Step2：对于mN1,2,,，依次由Lm1的元素确定Lm的元素，应用递归公式：mmmm111lijlliml=minjmij,（4-20）记下确定的每一个元素所要表示的路径。Floyd算法运行停止，矩阵Ln的元素ij,mLL,L，含义为顶点i与j之间的路径最短。对于所有的i和m，lij0，故12,n的对角线元素无需进行计算。当矩阵Lm计算中，第m行第m列同样不需要进行计算。在每一个矩阵Lm中，计算出不在第m行第m列也不在对角线上的NN12个元素。4.5本章小结（1）依据化工园区应急避难场所选址的“适宜性”、“安全性”、“可达性”三者相互独立的特点，基于AHP和熵值法的主、客观方法对指标权重进行组合赋权，结合博弈论思想实现各指标权重的离差极小化，计算出各指标的贡献率。57 华南理工大学工程硕士学位论文（2）针对化工园区人员疏散的复杂性，将恐慌因子、速度因子和脆弱因子与人员应急疏散相结合进行分析。（3）4.4.2节构建了多目标优化时间最短目标函数，基于Floyd算法提出了模型求解方法，该模型和算法的最终应用与计算将在第五章案例应用实现，见第五章5.5节。58 第五章案例应用第五章案例应用5.1引言将第二章、第三章、第四章的研究理论成果应用于某一个特定的化工园区，选取特定的事故灾害场景，通过MATLAB编程实现化工园区事故场景下的应急服务设施点位置选址、应急物资调度和人员应急疏散的最优路径，以此来检验本文的化工园区应急救援方案的适用性与可操作性。5.2应用对象简介5.2.1园区概况以某化工园区为例，该化工园区是全国重要的生产、储存、运输和使用于一体的危险化学品基地。该园区占地面积193.97公顷，该园区共分为A、B、C三个区域，该化工园区具体平面布局和交通路网信息如图5-1所示。企业Z图5-1某化工园区平面布局图目前该化工园区主要有甲苯二异氰酸酯（TDI）、二甲苯、苯、氯气等易燃气体和有毒有害危险物质。火灾、爆炸作为易燃气体的潜在危险性，所有处于可燃浓度范围内的可燃气体，遇火源都有可能造成火灾、爆炸。化工园区人员众多、气候多变、地势复杂，有毒有害气体一旦发生泄漏，飘散到空中并向周围区域扩散，极易引起园区工作人员中59 华南理工大学工程硕士学位论文毒而造成人员伤亡。厂房、储罐、仓库等地方作为化工园区主要危险源集聚点，一旦某个环节发生错误而引起生产安全隐患，如果没有得到及时的处理，都会使化工园区存在潜在的多米诺效应，从而引起群死群伤。5.2.2应用事故场景假设化工园区A区企业Z，主要从事剧毒危险化学品生产、储存、运输服务，具体位置如图5-1所示。该企业建有一液氯仓库，液氯仓库信息及氯气毒性级别及毒性剂量标准具体信息详见表5-1，一个储存有大量液氯的钢瓶（编号为hjcc-01）发生连续的中型泄漏。液氯泄漏后立即发生气化向周围区域扩散出去，因氯气密度比空气大，极易导致人员伤亡和大气环境污染等，需要对周边工作人员和居民实施紧急疏散。表5-1液氯仓库信息及毒性剂量标准液氯仓库信建筑面积储存量储存能力储存类型储存压力息480m21000kg/瓶240吨钢瓶700kPa剂量标准(g·min/m3)临界安全浓度(min/m3)毒性剂量标Pc50Ic50Lc5015min30min准0.483.206.400.0320.016Z企业地理位置处于亚热带季风气候区，根据国家气象局相关统计数据，该地区年平均温度和年平均降雨量分别为22℃、1787.9mm，风向多为东北风，表5-2为Z企业泄漏事故环境状况参数。表5-2Z企业泄漏事故环境状况参数模拟所需参数参数数值模拟所需参数参数数值泄漏源类型横卧风速2.5m/s钢瓶中液氯质量300kg测量高度距地面3m充装系数22%环境温度22℃泄漏时间9min相对湿度50%5.3园区应急服务设施点选址应用5.3.1园区事故影响区域范围计算通过ALOHA软件对上述泄漏事故情景影响区域范围进行计算，模拟结果如图5-2所示，根据模拟结果可知致死区的范围为469m，重伤区的范围为1.5km，轻伤区的范围为2.7km。60 第五章案例应用图5-2化工园区泄漏事故影响区域范围5.3.2园区应急服务设施点位置规划经过多次调研咨询化工园区安全管理方面专家以及对化工园区应急服务设施点相关文献的整理分析，园区应急服务设施点选址可以从覆盖程度、经济成本、稳定性三个方面考虑，化工园区应急服务设施点布局方案如表5-3所示。表5-3化工园区应急服务设施点布局方案决策者F决策者G决策者HF1：p-中心G1：最大覆盖H1：p-中值F2：集合覆盖G2：p-中值H2：最大期望覆盖针对化工园区应急服务设施点选址覆盖程度、经济成本、稳定性3个影响因素对各选址数学模型进行赋值[88]，赋值结果如表5-4所示。假设在此次事故灾害发生后，化工园区应急服务设施点位置选址决策者F会对决策者G与决策者H的方案产生影响，决策者G与决策者H又对彼此产生影响，则经过加权处理后的方案之间的赋分值，如表5-5为各方案之间赋值。表5-4化工园区应急服务设施点选址赋值表子方案覆盖程度经济成本稳定性子方案覆盖程度经济成本稳定性F10.80.50.8G20.80.60.6F20.70.70.7H10.60.60.8G10.50.50.7H20.80.70.761 华南理工大学工程硕士学位论文表5-5方案之间赋值自己方案F1F2G1G2H1H2G10.80.5//0.50.8G20.50.4//0.40.7H10.80.40.40.6//H20.60.50.60.6//针对化工园应急救援过程中的复杂性和特殊性，根据《突发事件应急管理系统应急机构标准》[107]、《应急中心建设指南》[108]、《应急医疗设施和系统使用指南》[109]，综合各个标准和指南要求，将化工园区应急服务设施点选址指标权重进行设定，如表5-6所示。表5-6化工园区应急服务设施点选址指标权重覆盖程度经济成本稳定性权重0.50.20.3组合方案的得分计算见表5-7。在考虑化工园区应急服务设施点选址决策人员的协同下取=0.5，决策人员不相互协同的情况下取=1，则最终组合方案分值如表5-8所示。表5-7组合方案的得分计算组合方得分向量的第一个分量分向量的第二个分量分向量的第三个分量案F1G1H10.80.7/210.740.410.560.510.66F1G1H20.80.8/210.740.610.560.810.75F1G2H10.50.8/210.740.610.700.410.66F1G2H20.50.6/210.740.610.700.710.75F2G1H10.50.4/210.700.410.560.510.66F2G1H20.50.5/210.700.610.560.810.75F2G2H10.40.4/210.700.610.700.410.66F2G2H20.40.5/210.700.610.700.710.7562 第五章案例应用由表5-8可知在化工园区应急服务设施点选址过程中，如果不考虑协同，则最优方案为F1G2H2，考虑协同则是F1G1H2。所以如果不考虑化工园区应急服务设施点选址各个决策者协同情况，则每一位参与应急物资服务设施点选址决策人员都会依据自己的方案对服务设施点进行选址，确定选址的具体位置。化工园区发生突发事故，应急服务设施点应首先对事故影响区域的覆盖范围尽可能的大。根据表5-4化工园区应急服务设施点选址赋值表可知，决策人员提出的子方案F1和F2覆盖程度范围相近，但子方案F1比子方案F2能够带来的实际效果要好且化工园区应急服务设施点选址决策人员对子方案F1的认可程度更高，更容易被所有参与应急服务设施点选址决策人员接受。因此在综合比较所有方案结果之后，化工园区应急服务设施点选址决策人员应当选择方案F1，实现对化工园区应急服务设施点选址位置的确定。成功实现对位置的规划，充分说明了协同决策能充分考虑到每一位参与化工园区应急服务设施点选址位置决策人员的诉求，尽可能给出一个相对满意的决策。表5-8最终组合方案得分数最终分数组合方案不考虑协同考虑协同F1G1H10.6530.602F1G1H20.6830.708F1G2H10.7000.625F1G2H20.7300.673F2G1H10.6400.545F2G1H20.6700.685F2G2H10.6870.600F2G2H20.7170.667因为通过对多目标方案的优选选择了方案F1，即p-中心选址模型，通过对化工园区事故、人口分布、园区企业路网等因素的分析，可以得到最后的应急服务设施点选址位置，如图5-3所示。63 华南理工大学工程硕士学位论文乙甲选址位置企业Z图5-3化工园区应急服务设施点选址位置5.4园区应急物资调度应用5.4.1园区应急物资需求量计算该化工园区Z企业发生毒气泄漏事故，该化工园区救援案例库内部分历史主要救援物资信息如表5-9所示。表5-9历史救援案例及部分主要救援物资明细物资需求影响因素应急物资案例C11C12C21C22C23C24C31C32abcdefg136121457.81282544221221202023703.021216524153521114102.1114609122104902038015.011142802108265903038014.5311528349833611521110015.42320144231267333122030.022412354421注：a为防护服，套；b为救生衣，件；c为帐篷，顶；d为配套支持工具，套；e为堵漏工具，件；f为控制工具，件；g为医疗用品，套。64 第五章案例应用以化工园区应急物资种类“帐篷（c）”计算过程为例，通过第三章中式（3-1）和式2222222（3-2）整理，可以计算得到y4/8254422120.135，以相同的31方法将其余进行归一化处理，则可以得到应急物资“帐篷（c）”的矩阵为[0.1350.2750.14600.0630.1110.116]，将整个矩阵进行归一化后，可以得到正理想解为R+=（0.5540.9730.2750.1940.2340.1870.813）和R-=（0.0650.3880.0000.0160.0320.0280.162），则有-化工园区应急物资“帐篷（c）”正偏差为dc0.881、负偏差为dc0.613，以此类推，结果如表5-10所示，其中dc=0.613/(0.881+0.613)=0.410。表5-10化工园区各应急物资偏差表及排序+d-应急物资种类diidi排序结果a0.5720.5770.5025b0.7210.6140.4506c0.8810.6130.4107d0.5391.0000.6501e0.5280.7570.5892f0.6670.9230.5813g0.6710.7170.5174由表5-10可知，在该些应急物资种类中的重要性排序为：配套支持工具（d）>堵漏工具（e）>控制工具（f）>医疗用品（g）>防护服（a）>救生衣（b）>帐篷（c）。所以在化工园区发生突发事件之后，应急救援决策人员需要优先向事故地点筹集和调运配套支持工具。通过采用BP神经网络对化工园区各应急物资的数量进行预测。利用MATLAB对BP神经网络编程实现，考虑到样本的复杂性，将样本的训练次数设置为1000，期望误差为0.001。选取case1-7作为训练样本，将case7作为检验样本，通过BP神经网络计算得到如图5-4、图5-5、图5-6所示的BP神经网络训练结果分析图，并可以求出训练后预测出的各应急物资数量，如图5-7所示的实际应急物资需求量与预测结果对比图。通过图5-7可知化工园区事故发生后，各类应急物资实际需求结果与预测结果之间的误差较小，其中，各类主要应急救援物资中医疗用品相对误差最大，为13.25%；堵漏工具相对误差最小，为0.19%。能够较为准确的反映出化工园区各应急物资需求量的数量。65 华南理工大学工程硕士学位论文图5-4BP神经网络训练性能图5-5BP神经网络训练状态图5-6BP神经网络回归状态图5-7实际需求和预测结果对比图5.4.2园区应急物资调度路径规划通过对该化工园区道路通行情况的实际调查，通过计算标定了各参数，各参数如表5-11所示，图5-8为该化工园区路网平面布局图，图中甲、乙为该园区应急物资供应点位置。应急物资供应点到应急服务设施点所需平均运输成本为单位里程1.5元，应急物资到达化工园区应急服务设施点所需时间超过规定的阈值，将其惩罚因子设为每单位500元[110]。群体规模设定为2000，遗传交叉率是0.7，变异率是0.08，最大迭代次数是100。66 第五章案例应用表5-11BPR函数模型参数Q道路等级ijv(km/h)v(km/h)c12ij快速路0.8843.4250.9757065主干路0.6792.4790.9874036次干路0.7212.2510.9394031支路0.5131.2340.9202017乙甲图5-8化工园区路网平面布局图该化工园区路网数据信息，如表5-12所示。其中化工园区路网的各个节点用i、j表示，lij为化工园区路网相邻节点路段的实际距离长度大小且有llijji=。表5-12化工园区部分路网数据信息i12375688j239822795等级快速路快速路快速路支路次干路次干路支路次干路lij/km1.051.451.811.201.582.052.222.01i324242321201618j2426252731101819等级快速路次干路次干路次干路支路支路主干路主干路lij/km4.071.001.291.411.131.101.771.3367 华南理工大学工程硕士学位论文表5-12化工园区部分路网数据信息（续）i2930302822212318j3031323323313319等级次干路次干路次干路次干路次干路支路主干路主干路lij/km1.570.961.271.281.351.131.131.33通过对模型和算法采用MATLAB编程，根据本文提出的考虑无量纲化、运输成本、惩罚成本下的化工园区车辆应急物资调度优化数学模型，可以知道从应急物资供应点甲到应急服务设施点的最佳路径为：甲→○12→○13→○14→○15→○16→○18→○19→终点（应急服务设施点）。应急物资供应点乙到应急服务设施点的最佳路径为：乙→○2→○3→○4→○5→○6→○20→○21→○31→终点（应急服务设施点），则如图5-9所示的行车路线为该化工园区在该事故场景下最优应急物资调度路线。乙甲选址位置企业Z图5-9最优应急物资调配行车路径5.5园区应急疏散应用通过5.3节的事故影响区域范围计算，可知Z企业发生的氯气泄漏事故会对周边的人口造成一定的影响，园区人口密度=20人/10km2，图5-8中各点表示人口所在区域。68 第五章案例应用1根据恐慌因子ww，参考文献[100]将距离因素权重w3和时间因素权重w4ki34lt分别设为0.3304、0.6696，根据文献[111]取=30m。根据第四章式（4-12），可以计算得到该园区突发事故下的人员恐慌因子k=1.246。由5.3节计算出的事故影响区域范围结果，可知在常规情况下因氯气泄漏导致人员应急疏散范围区域面积为2.7km2。根据第四章式（4-13）计算得到，考虑恐慌因子情况下的化工园区人员应急疏散范围面积为4.2km2。则人口密度与恐慌因子修正后的应急疏散范围面积的乘积，即可以求解出最后需要疏散的总人口数量。则在该事故场景下，需要疏散的受灾人员数量为200×1.246=249.2人，因考虑人口的完整性，所以在该园区事故情况下，需要紧急疏散250人。根据事故灾害中，化工园区受灾人员疏散速度v与人群密度0的关系：0vv0=1.320.82lnmax003.0-0.76，根据对该化工园区的人员数量和以往事故灾害中人群疏散等特征进行综合考量与分析，这里人群最大疏散速度v取max1.3m/s，在疏散过程中的人群密度0取1m/s；回归系数取0.345，回归系数v取0.05，回归系数o取0.205。根据第四章式（4-14），可以计算得到事故灾害下人群疏散速度v=1.054m/s。根据vmax与v之间的数据比较，可以知道在发生事故情况下的人群迁移00速度要比人群在正常迁移情况下的速度要慢。根据需要对受影响区域的人员进行紧急疏散到应急服务设施点位置区域，由表5-13的化工园区路网数据信息，通过对模型和算法采用MATLAB编程，在未考虑事故情况影响下的人员疏散如图5-10所示。通过依据本文数学模型，考虑Z企业事故影响情况下，人员的恐慌程度、事故影响下的速度的影响和个体脆弱性，在Floyd算法的优化下，利用MATLAB编程，可以知道人员应急疏散的最佳路径如图5-11所示。由图5-10和5-11可知，未优化后的应急疏散路径与优化后的应急疏散路径规划存在一定的差异性。优化后的人员应急疏散路径，能够有效避免事故灾害区域范围影响，实现时间最短、累积暴露剂量最小的逃生路径。69 华南理工大学工程硕士学位论文选址位置企业Z图5-10未优化的应急疏散路径示意图选址位置企业Z图5-11最优应急疏散路径规划70 第五章案例应用5.6本章小结本章以某石化工业园区为例，将第二章、第三章、第四章理论研究成果进行应用，合理确定出确定该园区事故发生点的应急服务设施建立位置，实现对园区应急物资调度及人员疏散路径的研究分析。以此，实现对化工园区应急救援的具体措施，体现论文研究工作的实际应用价值。71 华南理工大学工程硕士学位论文结论与展望结论化工园区作为化工行业的一种主流发展模式，应急救援能力水平提升对化工园区的安全管理具有至关重要的作用。物资调度和人员疏散作为突发事故处置过程中的两个重要环节，其效率的高低直接关乎着能否减轻化工园区人员伤亡和财产损失。基于此，本文将化工园区作为分析研究目标，针对车辆应急物资调度和人员疏散涉及到的若干问题开展了分析研究，并利用MATLAB软件实现了本文理论知识的应用。全文主要结论如下：（1）实现了应急服务设施点选址的多目标优选通过结合常见的几种应急服务设施点选址数学模型，通过引入协同网络、协同矩阵等理念，构建了基于多目标优选的的化工园区应急服务设施点选址模型及其求解方法。基于多目标优选出的化工园区应急服务设施点选址位置，能够实现多位决策者意见的有效统一，协同决策。（2）建立了化工园区应急物资需求决策方法以化工园区应急物资需求及特点出发，提出了基于TOPSIS方法的应急物资重要性排序和BP神经网络下的物资需求量的预测方法。通过BP神经网络求解出的应急物资期望值与历史应急物资实际值的误差比较中，最小误差为0.19%、最大误差为13.25%。其误差相对较小，能够较为准确反映出实际情况下的化工园区事故各应急物资需求量。（3）构建了化工园区应急物资调度优化数学模型提出应以车辆物资运输路径最短为第一优化目标，以应急物资疏散总成本最小为第二优化目标。结合化工园区突发事故特点下，对路径进行无量纲化，结合运输成本和惩罚成本构建了化工园区人员应急物资调度优化数学模型，并利用遗传算法实现了该模型的高效求解。根据模型的求解结果可知，该应急物资调度优化模型能够实现最优应急物资调配行车规划路径。（4）构建了化工园区应急避难场所选址评估方法基于对广东省某化工园区的调研工作基础上，根据园区本身特色、行业专家意72 结论与展望见，从“适宜性”、“安全性”、“可达性”3个方面，构建了应急避难场所选址评估指标模型。通过该评估模型可知，在规范或者建设化工园区应急避难场所位置时，应首先考虑的是园区企业人员与避难场所之间的可达性，接着是适宜性，最后才是安全性，基于此实现对化工园区应急避难场所位置的规划。（5）建立了化工园区人员应急疏散优化数学模型提出应以人员疏散总时间最少为第一优化目标，以疏散过程中人员所受到的累积暴露剂量最小为第二优化目标。结合化工园区突发事故特点下，受灾人员的疏散特征，构建了化工园区人员应急疏散优化数学模型，并利用Floyd算法实现了该模型的高效求解。根据模型求解结果可知，未优化后的应急疏散路径与优化后的应急疏散路径规划存在一定的差异性。优化后的人员应急疏散路径，能够有效避免事故灾害区域范围影响，实现时间最短、累积暴露剂量最小的逃生路径。展望化工园区应急救援问题涉及到了各部门之间的协同合作，化工园区人员应急救援研究涉及化工园区应急物资需求预测、车辆路径规划、疏散区域划分、人员疏散路径规划等方面，研究涉及的内容较多，属于典型的跨学科研究课题。当前，化工园区安全问题已是化工行业关注与研究的焦点，本文所做的的研究工作能够在一定程度上减少突发事件下的人员伤亡和财产损失，为化工园区应急救援决策人员提供一定的技术帮助与指导。但在研究过程中，由于时间和水平有限，本论文仍存在着些许问题有待进一步完善：（1）化工园区应急服务设施点多目标优化模型有待进一步深入研究。在本文构建的多目标化工园区应急服务设施点选址优化模型中，方案与方案之间的赋值、决策者之间的赋值是人为对其进行赋值，这具有很强的人为主观性，在以后的研究中可以对其深入研究，使其分值更具科学合理。（2）化工园区应急物资调度方案需要进一步改进。在本文建立的应急物资调度优化数学模型中，事故点受灾人员所物资消耗速率是恒定的且应急物资调度与人员疏散之间是相互独立的。但在实际过程中，物资消耗速率并非一成不变，而是随时间发生变化，同时应急物资调度与人员疏散之间是相互影响、相互作用的。由于确定应急物资消耗速率及车辆应急物资运输调度与人员疏散之间的相关函数关系存73 华南理工大学工程硕士学位论文在一定困难，本文没有对此深入探讨与研究，将来可以对化工园区应急物资消耗速率、车辆应急物资运输调度与人员疏散两者之间的关系进行深入研究，让化工园区应急物资调度方案与实际情况更相符。（3）化工园区应急避难场所选址评估指标体系的分级需要进一步精细。为实现对化工园区通用的应急避难场所选址进行有效评估，由于本人能力和精力有限，对应急避难场所某些指标层分级不够精细、全面，并未考虑实际避难场所容量和服务范围，后续会在此基础上进行进一步的补充和完善改进。74 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华南理工大学工程硕士学位论文附录附录1BP神经网络部分代码%-------------------------------------------------------------------------%pr(1:8,1)=0;%输入矢量的取值范围矩阵pr(1:8,2)=1;bpnet=newff(pr,[127],{'logsig','logsig'},'traingdx','learngdm');%建立BP神经网络，12个隐层神经元，7个输出神经元%tranferFcn属性'logsig'隐层采用Sigmoid传输函数%tranferFcn属性'logsig'输出层采用Sigmoid传输函数%trainFcn属性'traingdx'自适应调整学习速率附加动量因子梯度下降反向传播算法训练函数%learn属性'learngdm'附加动量因子的梯度下降学习函数net.trainParam.epochs=1000;%允许最大训练步数2000步net.trainParam.goal=0.001;%训练目标最小误差0.001net.trainParam.show=10;%每间隔100步显示一次训练结果net.trainParam.lr=0.05;%学习速率0.05bpnet=train(bpnet,P,T);%-------------------------------------------------------------------------附录2遗传算法部分代码%**************选择最优个体******************Bestindividual(k)=min(pathlong);[Orderfi,Indexfi]=sort(Fitness);%按照适应度大小排序Bestfi=Orderfi(Popsize);%Oderfi中最后一个即是最大的适应度BestS=path(Indexfi(Popsize),:);%记录每一代中最优个体的路线%******选择与复制操作******temppath=path;roulette=cumsum(Fitness);fori=1:Popsize84 附录tempP=rand(1);forj=1:length(roulette)iftempPD(i,k)+D(k,j);D(i,j)=D(i,k)+D(k,j);%求最短路径path(i,j)=path(i,k);%最短路径从起始结点开始的下一个结点endendendend87 华南理工大学工程硕士学位论文攻读硕士学位期间取得的研究成果一、已发表（包括已接受待发表）的论文，以及已投稿、或已成文打算投稿、或拟成文投稿的论文情况。（只填写与学位论文内容相关的部分）：相当于学作者（全发表的卷位论文的被索引序体作者，发表或投稿刊题目期、年哪一部分收录情号按顺序排物名称、级别月、页码（章、况列）节）陈国华《化工园区应急中国安全生产2017,13(8):1夏浩避难点选址评估科学技术4.361-66高子文模型应用研究》（中文核心）陈国华《化工园区应急工业安全与环夏浩2018,44(5):2物资需求决策模保3.3、5.4.1高子文103-106型研究》（中文核心）古文中陈国华《化工园区人员夏浩化工进展3应急疏散路径优已投稿4.4、5.5高子文（EI）化模型研究》古文中二、与学位内容相关的其它成果（包括专利、著作、获奖项目等）88 致谢致谢时光飞逝，硕士三年转瞬而过，回首三年时光，衷心感谢曾帮助过我、激励过我的家人、老师、朋友和同学。是你们无私的关怀、爱护、鼓舞让我能够顺利的完成硕士学业生活。首先衷心感谢导师陈国华教授，本论文是在陈老师的精心指导下撰写完成的。硕士三年期间，陈老师在科研、生活和工作等各个方面给予了本人无微不至的照顾和关怀。感谢实验室贾梅生博士、王良旺博士、陈培珠博士对我学位论文从选题到整个研究工作开展过程中的帮助与支持，感谢严大鹏师弟、黄孔星师弟给我的宝贵意见和帮助。感谢周志航师兄在我学术论文修改过程中的帮助，感谢王煜师兄、江湖一佳师姐等在我研一生活给予的帮助，让我快速地适应了研究生的学习、工作与生活。感谢同窗好友王永兴、邹梦婷、黄晓之在三年学习中的陪伴！同时也要感谢惠州大亚湾石化应急管理有限公司和《广东安全生产》杂志社在实习期间的关照与帮助！感谢实验室所有的师兄师姐、师弟师妹们以及华南理工大学所有任课老师给予本人的帮助！感谢所有参与本论文审阅、答辩的所有专家和老师，您的指导让论文更具有价值和意义！最后，再次向所有给予我提供过帮助的亲人、老师、朋友和同学致以深深的谢意，至此整整20年求学生涯划上完满的句号！2018年4月于华工29号楼89