本文提及的突发事件,一般是指造成损失的事件,包括自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件[1]。在系统认识和分析突发事件的过程中,尽管学者们进行了大量的研究以帮助了解突发事件的真相,但是在突发事件核心概念定义上,尚不存在统一的定义[2-3],这一认知得到大部分领域内研究者的认同。作为公共管理实践中兴起的一个概念,突发事件在理论上还没有明确的定义[4]。
不同领域学者采用了多种分析方法对突发事件信息进行挖掘、分析和展现[5-7]:在管理学领域,突发事件研究关注事件流程和文本本身指向的信息;在信息化领域,研究关注重点在于数据系统的搭建,容易忽略突发事件的内在逻辑,不能建立通识性的突发事件分析表达规范。在突发事件信息表达方面,框架表示法、语义网络法、产生式规则等[8]是常用的分析表达方法,这些方法能够辅助实现信息从非结构化到半结构化的转变。针对大多数突发事件结构化和信息化程度低的问题[9],通常采用引进决策支持系统(emergency decision support systems,EDSS)辅助来提供高效决策[10]。受限于突发事件分析方法的结构化和标准化程度,尽管各专业领域内出现了相当多的信息表达方法和决策支持系统,但其中大多数应用范围有限。
为解决突发事件分析领域缺乏信息分析模型、缺乏结构化表达方法的问题,本文提出一个针对突发事件分析的框架模型——要素-对象-结果(element-object-concequence,EOC)模型。EOC模型从概念和数学上对突发事件分析全过程进行界定,并以历史真实发生的火灾案例为例,基于EOC模型详细阐述了如何定性和定量地呈现具体的案例信息。
1 突发事件分析框架——EOC模型研究突发事件分析的概念模型首先需要提出范畴和概念的假设,而经验和知识是由范畴或一般概念的框架构成的[11]。围绕“突发事件”概念存在“对象”“结果”“承灾载体”等关联术语。本文首先定义突发事件包含的6个概念组成成分,然后在概念组成成分的基础上构建了一个突发事件分析的框架模型——EOC模型。
1.1 定义突发事件及其组成成分本文定义“突发事件”为由超临界或意外触发要素引起的具有高度破坏性的事件,对象已经或正在受到破坏。
要素作为突发事件发生的诱因,是客观存在的;承受突发事件作用的人、实体、系统等作为对象需要得到保护;要素作用于对象进而产生影响和结果;环境包含人口、经济、地理条件等背景信息,它直接或间接影响突发事件演化;高效的响应与管理是减灾最重要的手段之一。从事件链的角度看,对突发事件包含的要素、对象、后果、环境条件以及事件链、情景的发展进程进行管理,有助于防灾减灾。表 1阐述了EOC模型的概念组成成分。
1.2 构建EOC模型
定义EOC模型最基本的3个组成成分:要素(element)、对象(object)和结果(consequence)。三者构成三角形闭环框架,EOC模型框架如图 1所示。
EOC模型中参数的数学符号表示如下:
● 要素(element),e,要素集合用E表示。
● 对象(object),o,对象集合用O表示。
● 结果(consequence),c,结果集合用C表示。
● 环境(environment),i,环境条件集合用I表示。
● 响应与管理(response and management),r,响应与管理措施集合用R表示。
● 情景(scenario),s,情景集合用S表示。
EOC模型的结构特点如下:
1) 突发事件被触发包含的3个最基本条件为要素、对象和结果。3个条件作为触发突发事件的充要条件,缺一不可。要素是突发事件发生的诱因,决定着从风险到既遂的演化过程;对象是突发事件的载体,其具象为风险暴露和损伤的主体;结果表征突发事件的负面影响,用于判定突发事件构成与否以及损害程度。
2) EOC模型是面向对象的。面向对象建立三角形。在突发事件中,与要素和后果相比,大多数对象能被触摸或看到,即“所见即所得”,在此基础上构建分析模型使得构建工作更具操作性。
3) EOC模型是一种突发事件分析框架。与要素和对象不同,突发事件本身不是实体、能量或信息,而是要素、对象、后果、环境条件以及响应与管理措施在时间和空间上混合发展的变化过程。不同类型的突发事件对应截然不同的发展过程,其演变过程中存在一系列重要情景,它们通常是突发事件转折的重要标志。定性和定量地分析研究这些关键情景的特点,可以帮助充分地描述事件本身。
2 基于EOC模型的火灾案例分析本节使用的案例数据来自中国消防部队对火灾处置的案例记录。以2015年7月16日在山东省日照市石大科技石化有限公司发生的液化石油气储罐泄漏爆燃事故为例。描述事件发生经过的案例记录见表 2,拆分案例信息如表 3所示。
编号 | 案例描述 |
1 | 2015-07-16 T 07:38:35(厂区监控时间),6号罐内的水全部排完后,液化气通过消防水带泄漏并急剧气化扩散 |
2 | 2015-07-16 T 07:39:22,可能因液化气高速喷出时产生的静电,或是水带环扣与周围金属构件撞击产生火花,引发爆燃 |
3 | 事故发生后,石大科技专职消防队迅速出动,在罐区北侧利用高喷车、在罐区东南侧利用泡沫车车载炮分别对6号罐实施冷却,并占据消火栓形成固定供水线路。2015-07-16 T 07:38:35,日照消防支队指挥中心接到报警后,立即按照石油化工四级火警一次性调派全市9个消防中队、战勤保障大队和7个企业专职消防队赶赴现场处置,并向总队和市政府报告,启动日照市政府应急预案和联动机制。正在日照检查工作的总队长指示立即启动重特大火灾事故预案,并带领日照市应急办、公安局、消防支队领导赶赴现场指挥。总队政委在作战指挥中心坐镇指挥,将火警提升为五级(红色),调集周边7个支队共24个石油化工灭火编队、99辆消防车、65门移动炮、6套远程供水系统及2名化工专家增援,总队全勤指挥部及战勤保障力量遂行到场。公安部消防局紧急调派江苏连云港、淮安2个支队2套远程供水系统,以及2台消防机器人到场增援 |
4 | 2015-07-16 T 07:45:00至2015-07-16 T 08:15:00,岚山大队3个消防中队和3个企业专职消防队相继到达现场,辖区中队指挥员侦察现场 |
5 | 6号罐底部管线起火,超过10 m高的火焰呈喷射状燃烧,包裹着6号和8号罐 |
6 | 经询问单位人员,罐区消防泵和固定喷淋已开启,但物料储存情况不明确。到场力量立即在罐区南侧开启2门固定水炮并部署1门高喷炮、3门移动炮,在罐区北侧部署1门车载炮,对6号罐和邻近的4号、8号罐实施冷却,占据6个消火栓并采取运水供水的方式铺设了10条供水线路。2015-07-16 T 08:17:00至2015-07-16 T 08:52:00,日照市其他6个消防中队和4个企业专职消防队陆续到场,分别在6号罐西北侧部署1门车载炮、在6号罐南侧部署2门移动炮加强冷却 |
编号 | 时间 | 要素 | 对象 | 结果 | 响应与管理 | 情景 |
1 | 2015-7-16 T 07:38:35 |
气化 | 液化石油气,6号罐 | 泄漏 | ①面向对象:占据消火栓形成固定供水线路,利用高喷车、泡沫车车载炮对6号罐实施冷却 ②面向管理:启动应急预案,调派消防队员、设备、专家增援 ③面向环境:侦察现场 ④面向对象:部署消防设备,冷却4、6、8号罐 |
[能量要素:气化, 对象:液化石油气,6号罐|结果:泄漏|环境:无|响应与管理:无] |
气化 | 液化石油气,6号罐 | 静电 | [能量要素:气化, 对象:液化石油气,6号罐|结果:静电|环境:无|响应与管理:无] | |||
2 | 2015-7-16 T 07:39:22 |
静电 | 消防水带环扣,周围金属构件 | 火花 | [能量要素:静电,对象:消防水带环扣,周围金属构件|结果:火花|环境:无|响应与管理:无] | |
火花 | 气化石油气,液化石油气,6号罐 | 燃烧,爆炸 | [能量要素:火花,对象:气化石油气,液化石油气,6号罐|结果:6号罐燃烧爆炸|环境:无|响应与管理:无] | |||
火焰 | 气化石油气,液化石油气,6号罐 | 燃烧,爆炸 | [能量要素:火焰,对象:气化石油气,液化石油气,6号罐|结果:6号罐燃烧爆炸|环境:无|响应与管理:无] | |||
爆炸 | 6号罐 | 燃烧,爆炸 | [能量要素:爆炸,对象:6号罐|结果:6号罐爆炸|环境:无|响应与管理:无] | |||
3 | 2015-7-16 T 07:38:35 |
[能量要素:火焰,爆炸,对象:气化石油气,液化石油气,6号罐|结果:燃烧爆炸|环境:无|响应与管理:①,②] | ||||
4 | 2015-7-16 T 07:45:00至T 08:15:00 |
[能量要素:火焰,爆炸,对象:气化石油气,液化石油气,6号罐|结果:燃烧爆炸|环境:无|响应与管理:①,②,③] | ||||
5 | 2015-7-16 T 07:45:00至T 08:15:00 |
燃烧 | 6号罐底部管线 | 喷射燃烧 | [能量要素:燃烧,对象:6号罐底部管线|结果:喷射燃烧|环境:无|响应与管理:①,②,③] | |
火焰 | 6号罐体,8号罐体 | 火焰包裹罐体 | [能量要素:火焰,对象:6、8号罐体|结果:火焰包裹罐体|环境:无|响应与管理:①,②,③] | |||
6 | 2015-7-16 T 08:15:00— |
火焰,热辐射 | 4号罐体,6号罐体,8号罐体 | 罐体升温 | [能量要素:火焰,热辐射,对象:4、6、8号罐体,8号罐体|结果:火焰包裹罐体,罐体升温|环境:无|响应与管理:①,②,③,④] | |
注:该火灾案例文本描述不包含“环境”类元素,因此在该表中未体现“环境”相关信息。 |
表 3展示了依据EOC模型基础组成成分将火灾案例信息拆分为要素、对象、结果、环境、响应与管理、情景6大类的过程,拆分后形成的半结构化信息能够比较清晰地展现突发事件发生的时间、情景演化等过程。表 3—8展示了将半结构化案例信息转化为结构化EOC模型的细节。气体或蒸气的爆炸极限以可燃性物质在混合物中所占体积的百分比表示。
对象类型标签n | 对象类型On | 特征属性变量A(On) |
1 | 液化石油气罐 | {(形状, [球形,圆筒形]); (设计储量(m3), (0, …, 100, …)); (实际储量(m3), (0, …, 100, …)); …} |
2 | 管线 | {(直径(m), (0, …, 10, …, 20, …)); (长度(m), (0, …, 10, …, 20, …)); (材质, [金属, 非金属]); …} |
3 | 消防水带环扣 | {(直径(m), (0, …, 10, …, 20, …)); (材质, [金属, 非金属]); …} |
4 | 液化石油气 | {(燃点(℃), [470, …, 510]); (爆炸极限(%), [1.90, …, 9.50]); (实际储量(m3), (0, …, 100, …, )); …)} |
对象名称a(onm) | 特定单个对象的特征取值 |
a(o16), 6号罐 | a(o16) = {(实际储量(m3), (450, 500))} |
a(o14), 4号罐 | a(o14) = {(NULL)} |
a(o18), 8号罐 | a(o18) = {(NULL)} |
a(o26), 6号罐底部管线 | a(o26) = {(NULL)} |
a(o31),消防水带环扣 | a(o31) = {(材质, 金属)} |
a(o46), 6号罐液化石油气 | a(o46)={(实际储量(m3), (450, 500)); (燃点(℃), (470, 510)); (爆炸极限(%), [1.90, …, 9.50])} |
ei | 要素名称 | Pj(ei) |
e1 | 能量:气化 | {(能量:气化,气化速率P0(e1)=[0,低速,中速,高速])} |
e2 | 能量:静电 | {(能量:静电,数量P0(e2)=[无,有])} |
e3 | 能量:火花 | {(能量:火花,数量P0(e3)=[无,有])} |
e4 | 能量:燃烧 | {(能量:燃烧,燃烧速率P0(e4)=[0,低速,中速,高速])} |
e5 | 能量:火焰 | {(能量:火焰,体量P0(e5)=[0,小,中,大])} |
e6 | 能量:热辐射 | {(能量:热辐射,体量P0(e6)=[0,小,中,大]);(能量:热辐射,热辐射速率P1(e6)=[0,低速,中速,高速])} |
e7 | 能量:爆炸 | {(能量:爆炸,爆炸速率P0(e7)=[0,轻爆,爆炸,爆轰])} |
ei | Qj(ei) | g(ei)=2Qj(ei)-1 |
e1 | {(能量:气化,气化速率Q0(e1)=[0, 0.33, 0.66, 1])} | [0, 0.26, 0.58, 1] |
e2 | {(能量:静电,数量Q0(e2)=[0, 1])} | [0, 1] |
e3 | {(能量:火花,数量Q0(e3)=[0, 1])} | [0, 1] |
e4 | {(能量:燃烧,燃烧速率Q0(e4)=[0, 0.33, 0.66, 1])} | [0, 0.26, 0.58, 1] |
e5 | {(能量:火焰,体量Q0(e5)= [0, 0.33, 0.66, 1])} | [0, 0.26, 0.58, 1] |
e6 | {(能量:热辐射,体量Q0(e6)=[0, 0.33, 0.66, 1]); (能量:热辐射,热辐射速率Q1(e6)= [0, 0.33, 0.66, 1])} | [0, 0.26, 0.58, 1] |
e7 | {(能量:爆炸,爆炸速率Q0(e7)=[0, 0.33, 0.66, 1])} | [0, 0.26, 0.58, 1] |
编号 | d(ci) | H(ci) |
1 | [能量:气化,6号罐液化石油气|泄漏] | [a(o46)={(实际储量(m3), (450, 500)); (燃点(℃), (470, 510)); (爆炸极限(%), [1.90, …, 9.50])}, g0(e1)=1|[能量:气化,6号罐液化石油气|泄漏]] |
2 | [能量:气化,6号罐液化石油气|静电] | [a(o46)={(实际储量(m3), (450, 500)); (燃点(℃), (470, 510)); (爆炸极限(%), [1.90, …, 9.50])}, g0(e1)=1|[能量:气化,6号罐液化石油气|静电]] |
3 | [能量:静电,消防水带环扣,周围金属构件|火花] | [a(o31)={(材质, 金属)}, g0(e2)=1|[能量:静电,消防水带环扣,周围金属构件|火花]] |
4 | [能量:火花,气化石油气,液化石油气|燃烧爆炸] | [a(o31)={(材质, 金属)}, g0(e3)=1|[能量:火花,气化石油气,液化石油气|燃烧爆炸]] |
5 | [能量:火焰,气化石油气,液化石油气|燃烧爆炸] | [a(o31)={(材质, 金属)}, g0(e5)=1|[能量:火焰,气化石油气,液化石油气|燃烧爆炸]] |
6 | [能量:爆炸,6号罐|燃烧爆炸] | [a(o16)={(实际储量(m3), (450, 500))}, g0(e7)=1|[能量:爆炸,6号罐|燃烧爆炸]] |
7 | [能量:燃烧,6号罐底部管线|喷射燃烧] | [a(o26)={(NULL)}, g0(e4)=1|[能量:燃烧,6号罐底部管线|喷射燃烧]] |
8 | [能量:火焰,6、8号罐体|火焰包裹罐体] | [a(o16)={(实际储量(m3), (450, 500))},a(o18)={(NULL)}, g0(e5)=1|[能量:火焰,6、8号罐体|火焰包裹罐体]] |
9 | [能量:火焰,热辐射,4、6、8号罐体|罐体升温] | [a(o14)={(NULL) }, a(o18)={(NULL) }, a(o46)={(实际储量(m3), (450, 500)); (燃点(℃), (470, 510)); (爆炸极限(%), [1.90, …, 9.50])}, g0(e5)=1, g0(e6)=0.58, g1(e6)=0.58|[能量:火焰,热辐射,4、6、8号罐体|罐体升温]] |
表 4和5显示了对象的参数化过程。采用构建对象特征属性变量A(On) = {(属性名1, 属性值域1), (属性名2, 属性值域2), …}的形式,第1步构建对象类型,包括定义对象类型标签n和对象类型On;第2步将案例涉及的具体对象进行结构化表达,包括给定对象名称a(onm) 和对象特征属性值,onm为第n类对象的第m个具体实例。
与参数化对象类似,采用二元组将要素ei定性值Pj(ei) 参数化表达为Qj(ei),采用严重度函数g(ei) 计算要素在不同状态下的取值。构建要素向量和要素坐标轴,两者具有以下特点:1) 作为基本定量单位的要素向量是相互独立的;2) 要素坐标轴的正方向表示情况恶化;3) 考虑到要素严重度函数的独立性,要素之间的相互作用可以看作是严重程度的线性叠加。依据要素坐标轴互相独立的特质,选择简化严重度函数进行计算,将其定义域和和值域均设置为[0, 1]。对大多数灾害而言,随着形势的恶化,灾害损失呈指数增长趋势,本文选择指数函数进行严重度计算,将模糊定性要素值等距映射到定义域,如表 6和7所示。
依据EOC模型结构,对结果的量化表达方法见式(1)。表 8展示了案例信息涉及的结果表达细节。
$ \begin{array}{c} \boldsymbol{H}\left(c_{i}\right)=\left[a\left(o_{n i}\right), g_{j}\left(e_{i}\right) \mid d\left(c_{i}\right)\right], \\e_{i} \in E, o_{n i} \in O_{n}, c_{i} \in C . \end{array} $ | (1) |
其中:H (ci)为结果ci的数学表达,d(ci)为结果ci的定性描述。
表 3—8展示了案例信息从半结构化到结构化表达的参数化过程。结合EOC模型中的概念、关系和火灾案例,利用Protégé本体软件将表 4—8中的结构化信息进行存储,即可实现案例结构化信息的可视化、检索和简单推理功能。图 2—5显示结构化案例信息的库表结构和数据结构、可视化界面、检索和推理过程。
图 5中显示了通过开启推理功能,推理得出了a(o31)是对象“消防水带环扣”的一个具体的实例。
3 结论本文提出了一种面向对象的突发事件结构化分析方法,实现了突发事件信息的结构化和量化表达。通过构建EOC模型,将突发事件信息拆分为更小的维度加以呈现,提高了信息的表示效率,增强了模型对突发事件的表达能力;其次,利用EOC模型进行突发事件分析,实现信息从非结构化到结构化表达和存储的过程中信息损失少、事件还原程度高、失真度小;量化的突发事件分析模型克服了定性模糊属性值难以表示复杂结构化信息的局限性,模型为突发事件量化分析、复杂推理和辅助决策提供了实现路径。最后,利用EOC模型分析并表达呈现的一个历史发生的火灾案例,证明了该模型方法在突发事件分析、信息结构化表达、存储、可视化和推理方面具有优势。
为了更好地链接突发事件信息检索、使用、存储等分析、量化过程,需要深入研究EOC模型方法中的细节,例如如何选择更具代表性的模型基础数据构成、如何为组成成分设置合理的权重、如何提高分析效率,这些是今后研究中关注的重点问题。理解情景及情景演变、针对突发事件做出响应是危机事件管理中不可忽视的部分,考虑突发事件涉及的时间和空间特性,如何进一步将上述关键节点和过程融入EOC模型构建过程中,实现呈现突发事件从发生、发展、干预到应急结束全过程的目标,也是今后研究中需要突破的关键问题。
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