一種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模方法，包括：(1)建立多層次工廠拓撲模型；(2)建立多層次工廠拓撲模型相鄰層次之間的映射關(guān)系；(3)構(gòu)建各層次拓撲模型中的節(jié)點信息集合模型、危險源信息集合模型及事故風險信息集合模型；(4)建立各層次拓撲模型中的各信息集合模型之間的映射關(guān)系并進行風險評價，形成多層次的風險評價信息集合模型；(5)根據(jù)各層次拓撲模型中的節(jié)點地理位置信息，將各信息集合模型關(guān)聯(lián)至多層次工廠拓撲模型，形成多分辨率工廠安全模型。本發(fā)明可實現(xiàn)石化企業(yè)的安全信息與實體單元的自動關(guān)聯(lián)，保證工業(yè)現(xiàn)場各層次間的安全信息一致并提高安全管控的信息化水平。
【專利說明】
一種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及石化工業(yè)領(lǐng)域，尤其涉及一種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 針對石化企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)規(guī)模龐大、工藝操作復(fù)雜、危險性高、環(huán)境因素難以監(jiān) 測等特點，基于石化企業(yè)多層次管理架構(gòu)及現(xiàn)有的危險源辨識及風險等級評價技術(shù)，石化 企業(yè)多層級的危險源及風險信息建模及集成管理是目前智能制造在流程工業(yè)中示范應(yīng)用 的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 流程工業(yè)安全相關(guān)系統(tǒng)標準（Functional Safety-Safety Instrumented Systems for the Process Industry Sector)IEC61511 針對流程工業(yè)在安全問題方面的 突出特點制定了專門用于流程工業(yè)聯(lián)鎖系統(tǒng)定量安全評定的標準，其中包括多層次的安全 防護體系，包括安全聯(lián)鎖控制、預(yù)防、環(huán)節(jié)、廠區(qū)應(yīng)急及社區(qū)應(yīng)急這五個層次。在明確了危險 源具備的風險屬性及多層次特征后，結(jié)合Dante Orlande 11a和James T.Reason提出的瑞士 奶酪模型（Swiss Cheese model)，指明了危險源在各防護層次間具有傳遞性及關(guān)聯(lián)性，而 其中的傳遞過程與企業(yè)自身的故障樹緊密相聯(lián)。其中自下而上沿安全防護層次進行危險傳 遞，則意味著不同規(guī)模的防護體系被突破，企業(yè)需采取不同的安全管控措施；同時，危險源 所具有的事故風險類型及風險等級也將隨著工藝操作條件、生產(chǎn)環(huán)境的變化而改變。然而， 石化企業(yè)的安全管控仍面臨著信息監(jiān)測不完整、無統(tǒng)一的信息管理標準及體系等問題，而 且企業(yè)目前無法對危險源及風險評價信息的動態(tài)變化進行及時更新和管控。
[0004] 公開號為CN105094097A的中國專利文獻公開了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的工廠危險源實 時監(jiān)測控制系統(tǒng)及控制方法，該系統(tǒng)裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊、中心控制模塊、數(shù)據(jù)傳輸模 塊、應(yīng)急處理模塊和電源模塊，該裝置可監(jiān)測工廠環(huán)境信息并危險源信息分析、處理及控制 響應(yīng)。然而該裝置并未明確環(huán)境信息中具體的危險源監(jiān)測對象，同時未明確不同風險等級 下的危險源監(jiān)測控制方法。
[0005] 公開號為CN104700185A的中國專利文獻公開了一種指揮與培訓(xùn)演練系統(tǒng)的重大 危險源管理方法，該方法可通過三維場景對現(xiàn)場危險源分布進行觀察及標識，相應(yīng)的指揮 培訓(xùn)系統(tǒng)與視頻信息及危險源信息相綁定，危險源辨識結(jié)果可手動或自動保存于系統(tǒng)中。 雖然該方法基于GIS解決了危險源的信息可視化問題，但對于危險源所具有風險等級和風 險類型不同的特征，該方法對不同種類危險源信息的集成管理考慮尚不完善。
[0006] 因此，通過對工廠實體單元、危險源及風險信息進行建模，并進一步建立具有通用 性的多分辨率工廠安全模型，這對石化企業(yè)的安全信息集成管理具有重要意義。同時，針對 石化企業(yè)危險源及風險信息動態(tài)變化的特點，信息化手段與企業(yè)多層級的安全管控相結(jié)合 是當下石化企業(yè)亟待攻克的重要技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模方法，實現(xiàn)石化企業(yè)的 安全信息與實體單元的自動關(guān)聯(lián)，保證工業(yè)現(xiàn)場各層次間的安全信息一致并提高安全管控 的信息化水平。
[0008] -種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模方法，包括：
[0009] (1)根據(jù)指定的石化企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)流程、人員及設(shè)施信息分別建立工業(yè)現(xiàn) 場層、生產(chǎn)裝置層、裝置區(qū)域?qū)右约皬S區(qū)層的拓撲模型，形成多層次工廠拓撲模型；
[0010] (2)建立多層次工廠拓撲模型相鄰層次之間的映射關(guān)系；
[0011] (3)構(gòu)建各層次拓撲模型中的節(jié)點信息集合模型、危險源信息集合模型及事故風 險信息集合模型；
[0012] (4)建立各層次拓撲模型中的節(jié)點信息集合模型、危險源信息集合模型、事故風險 信息集合模型之間的映射關(guān)系并進行風險評價，形成多層次的風險評價信息集合模型；
[0013] (5)根據(jù)各層次拓撲模型中的節(jié)點地理位置信息，將各信息集合模型關(guān)聯(lián)至多層 次工廠拓撲模型，形成多分辨率工廠安全模型。
[0014] 多層次工廠拓撲模型包括節(jié)點、端口、連接以及各自的靜態(tài)屬性。上述節(jié)點指工業(yè) 現(xiàn)場層中的實體單元和生產(chǎn)裝置層、裝置區(qū)域?qū)右约皬S區(qū)層中的邏輯單元，包括固定節(jié)點 和活動節(jié)點。
[0015] 固定節(jié)點為生產(chǎn)流程中的生產(chǎn)設(shè)備及工業(yè)現(xiàn)場的固定服務(wù)設(shè)施，此處設(shè)備不僅指 工業(yè)現(xiàn)場實際存在的具有地理位置信息的生產(chǎn)設(shè)備單元，同樣包括其他層次中經(jīng)抽象得到 的邏輯設(shè)備單元，各邏輯設(shè)備單元均與下層的設(shè)備單元存在一對一或一對多的映射關(guān)系； 此處固定服務(wù)設(shè)施特指工業(yè)現(xiàn)場為保證生產(chǎn)流程穩(wěn)定、安全運行所設(shè)置的定點服務(wù)設(shè)施、 服務(wù)單元、服務(wù)組織或機構(gòu)。
[0016] 活動節(jié)點為工業(yè)現(xiàn)場人員及非固定服務(wù)設(shè)施，此處人員指生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的活動人 員，包括現(xiàn)場操作人員、安防人員以及外來人員等;此處非固定服務(wù)設(shè)施包括儲運車輛等服 務(wù)于生產(chǎn)活動的可移動設(shè)施。
[0017] 端口為固定節(jié)點中生產(chǎn)設(shè)備的輸入端和輸出端，即各個設(shè)備之間的連接端口，不 僅包括工業(yè)現(xiàn)場層中各實際設(shè)備單元的輸入出端口，也包括上層中邏輯設(shè)備單元的輸入出 端口，端口根據(jù)節(jié)點的合并和抽象映射關(guān)系建立相鄰層次間端口的映射關(guān)系。
[0018] 連接為各固定節(jié)點間的物理/邏輯連接關(guān)系及其與活動節(jié)點間的動態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0019] 靜態(tài)屬性包括上述元素的物理意義、內(nèi)部關(guān)聯(lián)關(guān)系、序號及地理位置等屬性。
[0020] 本發(fā)明基于石化企業(yè)多層次安全防護體系以及PCS/MES/ERP多層次結(jié)構(gòu)體系特 點，構(gòu)建多層次工廠拓撲模型，并將不同層次的節(jié)點信息、危險源信息及事故風險信息與之 相關(guān)聯(lián)，從而形成目標石化企業(yè)的多分辨率工廠安全模型。在保證各層次安全信息一致性 的基礎(chǔ)上，建立節(jié)點、危險源以及事故風險之間的映射關(guān)系，使得多分辨率工廠安全模型的 不同層次間實現(xiàn)安全信息同步，并通過空間尺度、時間尺度以及層次危險等級的多分辨率 視角呈現(xiàn)工廠危險源分布情況及風險等級，從而提升企業(yè)進行安全信息管理的效率并改善 安全管控操作的組織方式。
[0021] 多分辨率工廠安全模型是在多層次的工廠拓撲模型基礎(chǔ)上關(guān)聯(lián)節(jié)點信息集合模 型、危險源信息集合模型、事故風險信息集合模型及風險評價信息集合模型所構(gòu)建的，其中 多層次工廠拓撲模型根據(jù)空間尺度的不同，共包括4個層次，自下至上依次為:工業(yè)現(xiàn)場層、 生產(chǎn)裝置層、裝置區(qū)域?qū)?、廠區(qū)層。
[0022] 工業(yè)現(xiàn)場層拓撲模型按照石化企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場的全部設(shè)備單元、人員、消防及報警 等服務(wù)設(shè)施及其間的拓撲結(jié)構(gòu)建立，該層中全部的實體單元均具備唯一的地理位置信息， 與地理信息緊密貼合。
[0023] 生產(chǎn)裝置層拓撲模型按照石化企業(yè)車間、生產(chǎn)流水線、服務(wù)單元的劃分方式將部 分設(shè)備及裝置合并為邏輯節(jié)點，對部分活動節(jié)點進行抽象并合并為新的活動節(jié)點，而后按 照其間的物流拓撲結(jié)構(gòu)及服務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系建立拓撲模型。
[0024] 裝置區(qū)域?qū)油負淠Ｐ桶凑帐髽I(yè)裝置類型、裝置區(qū)域及相應(yīng)服務(wù)組織/機構(gòu)等 管理單元的劃分方式進行邏輯節(jié)點提煉，連接關(guān)系根據(jù)節(jié)點間的抽象物流關(guān)系及服務(wù)關(guān)聯(lián) 關(guān)系建立。
[0025] 廠區(qū)層拓撲模型按照企業(yè)制定計劃時所參照的工廠抽象物流拓撲結(jié)構(gòu)及服務(wù)設(shè) 施布局方案建立。
[0026] 各層次拓撲模型可通過以下形式表示：
[0027] Μπ =(F_UNIT，D_UNIT，PORT，LINK，{ATTR})
[0028] 其中MTl指第i層的工廠拓撲模型，1^?={1，2,3,4}，依次自下至上指工業(yè)現(xiàn)場層、 生產(chǎn)裝置層、裝置區(qū)域?qū)?、廠區(qū)層;F_UNIT指固定節(jié)點，D_UNIT指活動節(jié)點，PORT指端口， LINK指連接，{ATTR}指上述元素的靜態(tài)屬性。
[0029] 多層次工廠拓撲模型的相鄰層次間的拓撲結(jié)構(gòu)通過實際生產(chǎn)過程物流對應(yīng)關(guān)系 及服務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系進行映射，相鄰層次間的節(jié)點通過合并同類進行映射，映射關(guān)系的數(shù)學形 式如下：
[0030] Μπ · REL(MTi，MTj)-MTj
[0031] 其中MTj為第j層的拓撲模型，一般取」=1 + 1;1^(1^1」)表示第1層到第」層拓撲 模型的映射關(guān)系，其中包括Μπ中各元素的合并映射關(guān)系。
[0032] 多分辨率工廠安全模型是通過對多層次工廠拓撲模型中的全部節(jié)點進行節(jié)點信 息集合模型、危險源信息集合模型、事故風險信息集合模型及風險評價信息集合模型的關(guān) 聯(lián)而構(gòu)建。
[0033] 節(jié)點信息集合模型以集合的形式描述為：
[0034] UNIT=[UNIT_ID,Level,{U_UNIT},{L_UNIT}, Location ,UNIT_Name,UNIT_ Condition，Unit_SafetyState]
[0035] 其中 1^11'_10兒〇。3衍〇11，1^11'_似1116，1^11'_(：〇11(1丨衍〇11，1^11'_53€6七75七3七6分別表 示節(jié)點的序號、地理位置信息、名稱、工況以及安全狀態(tài)；Level表示節(jié)點所在層次；{U_ UNIT}，{L_UNIT}分別表示節(jié)點的上層映射節(jié)點及下層映射節(jié)點，若該節(jié)點位于工業(yè)現(xiàn)場 層，則{L_UNIT}為空;若該節(jié)點位于廠區(qū)層，則{U_UNIT}為空。
[0036] 危險源信息集合模型以集合形式描述為：
[0037] DANGER_SOURCE=[DS_ID，Level，{U_DS}，{L_DS}，DS_Type，DS_Content，DS_ Measurement]
[0038] 其中 DS_ID，DS_Type，DS_Content，DS_Measurement 分別表示危險源的序號、類型、 內(nèi)容以及監(jiān)測方式;Level表示危險源所在層次；{U_DS}，{L_DS}分別表示危險源的上層映 射危險源及下層映射危險源，若該危險源位于工業(yè)現(xiàn)場層，則{L_DS}為空;若該危險源位于 廠區(qū)層，則{U_DS}為空。
[0039] 事故風險信息集合模型以集合形式描述為：
[0040] RISK=[RISK_ID，Level，RISK_Type，RISK_SUB_Type]
[0041 ] 其中RISK_ID，RISK_Type，RISK_SUB_Type分別表示事故風險的序號、主事故風險 類型及子事故風險類型;Level表示該事故風險所在層次。
[0042] 石化企業(yè)事故風險類型包括5類主要事故風險類型:人員傷亡事故風險、職業(yè)危害 事故風險、設(shè)備安全事故風險、環(huán)境污染事故風險以及質(zhì)量安全事故風險。主事故風險類型 又分為若干子事故風險類型，其中，人員傷亡事故風險細分為物體打擊、車輛傷害、機械傷 害、起重傷害、觸電、淹溺、灼燙、火災(zāi)、高處墜落、中毒室息、爆炸;職業(yè)危害事故風險細分為 肺部危害、化學中毒、物理凍傷、室息、職業(yè)性腫瘤;設(shè)備安全事故風險細分為容器爆炸、泄 漏、抽癟、閃燃、閃爆、設(shè)備損壞;環(huán)境污染事故風險細分為大氣污染、水污染、噪聲污染、固 體廢棄物污染;質(zhì)量事故風險細分為原料質(zhì)量不合格、中間產(chǎn)品質(zhì)量不合格、生產(chǎn)工藝指標 不合格、最終產(chǎn)品質(zhì)量不合格。
[0043]風險評價信息為根據(jù)危險源辨識結(jié)果及風險等級評估結(jié)果對上述三種信息集合 模型的標識元素進行關(guān)聯(lián)，得到的風險評價信息集合模型以集合形式表示為：
[0044] RISK_EVA=[UNIT_ID，DS_ID，RISK_ID，Level，Possibility_EVA，Consequence_ EVA]
[0045] 其中集合中關(guān)聯(lián)的節(jié)點、危險源及事故風險需要位于同一層次，否則該集合為空； 其中Possibility_EVA表示該節(jié)點在具備某種危險源的情況下觸發(fā)特定安全事故的可能性 評估結(jié)果;Consequence_EVA表示該節(jié)點在具備某種危險源的情況下，若觸發(fā)特定類型安全 事故，將導(dǎo)致的事故后果嚴重性。
[0046] 上述信息集合模型可統(tǒng)一由如下數(shù)學形式表示：
[0047] Mn= ({UNIT}，{DANGER_S0URCE}，{RISK}，{RISK_EVA})
[0048] 其中Μη表示第i層的全部信息集合模型，其中每一個元素表示各信息集合模型組， 用于表征該層所有節(jié)點及關(guān)聯(lián)的危險源及事故風險信息。
[0049] 對于信息集合模型而言，可被關(guān)聯(lián)至各層次工廠拓撲模型，從而得到多分辨工廠 安全模型的各層次模型，數(shù)學形式為：
[0050] -M-； - Μγ. ? Α4.Μ
[0051] 其中表示多分辨率工廠安全模型的第i層;此處運算符Φ表征MTi與Μη相關(guān)聯(lián)， 其運算規(guī)則如下：
[0053] 其中F_UNIT指固定節(jié)點，D_UNIT指活動節(jié)點，PORT指端口，LINK指連接。
[0054] 該運算規(guī)則表示信息集合模型將危險源信息、事故風險信息與多層次工廠拓撲模 型中各節(jié)點的靜態(tài)屬性相結(jié)合，在保留原拓撲模型中元素間的內(nèi)在聯(lián)系的基礎(chǔ)上，以信息 集合模型的形式組織一切屬性信息，將工廠各層級節(jié)點單元及相應(yīng)危險源、風險信息規(guī)范 化管理。
[0055] 多分辨率是指工廠安全模型各層次間自下至上在空間尺度、時間尺度以及層次風 險等級上均呈現(xiàn)聚集狀態(tài)，工業(yè)現(xiàn)場層的信息呈現(xiàn)粒度最細，所包含的所有節(jié)點與地理信 息點對點對應(yīng)，該層所有的安全操作頻率最高，危險源覆蓋種類最多，相應(yīng)的層次風險等級 最低；隨著層次上移，生產(chǎn)裝置層中的節(jié)點對應(yīng)邏輯設(shè)備單元，空間尺度發(fā)生聚合，安全操 作頻率降低，相映射的危險源種類集中于區(qū)域類型的危險源，所具有的層次風險等級也隨 之升高;裝置區(qū)域?qū)又泄?jié)點對應(yīng)更加抽象的邏輯設(shè)備單元，最頂層的廠區(qū)層則對應(yīng)全廠的 空間尺度，安全操作頻率由全廠的安全巡檢及應(yīng)急演練周期決定，該層次的危險源則為全 廠級的危險源，因而具有最高的層次風險等級。
[0056] 空間尺度為工業(yè)現(xiàn)場物理空間尺度，具體指各層節(jié)點代表的設(shè)備單元粒度，自下 而上可視為現(xiàn)場粒度、設(shè)備/車間粒度、區(qū)域粒度及全廠粒度；同時空間尺度也代表各層次 危險源所覆蓋的物理空間范圍。
[0057] 時間尺度為安全操作周期，包括現(xiàn)場巡檢周期、安全應(yīng)急演練周期，各層次對應(yīng)的 安全操作周期根據(jù)工廠實際生產(chǎn)規(guī)模而定，生產(chǎn)規(guī)模越小，各層次對應(yīng)的巡檢周期及演練 周期則越短。
[0058] 層次風險等級為各層次危險源導(dǎo)致不同類型、不同規(guī)模安全事故的風險等級，包 括發(fā)生事故的可能性及事故后果的嚴重性。一般隨著層次的上升，發(fā)生事故的可能性逐漸 降低，但事故后果的嚴重性逐漸上升。
[0059] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0060] 本發(fā)明建立了節(jié)點、危險源、事故風險及風險評價信息集合模型，并建立了模型相 鄰層次間的映射關(guān)系，將信息模型與拓撲模型有機結(jié)合，保證了各層次內(nèi)安全信息與生產(chǎn) 信息的關(guān)聯(lián)同步，使得各層次間安全信息具有一致性和有效性。當石化企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場的人 員、車輛、消防等服務(wù)設(shè)施發(fā)生狀態(tài)改變時，安全信息可在多層次間動態(tài)調(diào)整、修改并可供 不同層級的管控人員進行分析和應(yīng)急處置，有助于提高石化企業(yè)的安全管控的信息化水平 和安全防護等級。
【附圖說明】
[0061 ]圖1為多分辨率工廠安全模型的建模方法流程圖；
[0062] 圖2為實施例的多層次工廠拓撲模型圖；
[0063] 圖3為實施的多分辨率工廠安全模型圖。
【具體實施方式】
[0064]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述，需要指出的是，以下所述實 施例旨在便于對本發(fā)明的理解，而對其不起任何限定作用。
[0065] 如圖1所示，本發(fā)明的一種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模方法，包括以下 幾個步驟：
[0066] (1)根據(jù)指定的石化企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)流程、人員及設(shè)施信息分別建立工業(yè)現(xiàn) 場層、生產(chǎn)裝置層、裝置區(qū)域?qū)右约皬S區(qū)層的拓撲模型，形成多層次工廠拓撲模型；
[0067] 各層次的拓撲模型均包括固定節(jié)點、活動節(jié)點、端口、連接以及這四者各自的屬性 信息數(shù)據(jù)。
[0068] 上述基本元素的屬性信息均來源于實際工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)計參數(shù)及其他數(shù)據(jù)信息。
[0069] 固定節(jié)點對應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)設(shè)備和固定服務(wù)設(shè)施，此處的生產(chǎn)設(shè)備既包括工業(yè) 現(xiàn)場實際存在的具有地理位置信息的生產(chǎn)設(shè)備單元，同樣包括其他層次中經(jīng)抽象得到的邏 輯設(shè)備單元，各邏輯設(shè)備單元均與下層的設(shè)備單元存在一對一或一對多的映射關(guān)系;此處 固定服務(wù)設(shè)施特指工業(yè)現(xiàn)場為保證生產(chǎn)流程穩(wěn)定、安全運行所設(shè)置的定點服務(wù)設(shè)施、服務(wù) 單元、服務(wù)組織或機構(gòu)。
[0070] 活動節(jié)點對應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場人員及非固定服務(wù)設(shè)施;此處人員指生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的活動人 員，包括現(xiàn)場操作人員、安防人員以及外來人員等;此處非固定服務(wù)設(shè)施包括儲運車輛等服 務(wù)于生產(chǎn)活動的可移動設(shè)施。
[0071] 例如工業(yè)現(xiàn)場有3個班組，各班組有3個外操人員，則生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的活動人員至少 為9人，其他進入生產(chǎn)區(qū)域的人員將動態(tài)補充進活動節(jié)點；同理，若工業(yè)現(xiàn)場有8輛儲運車 輛，則也需工業(yè)現(xiàn)場層考慮上述活動節(jié)點。對于上層拓撲模型而言，活動節(jié)點將根據(jù)操作對 象、服務(wù)對象進行分類合并，如在生產(chǎn)裝置層，工業(yè)現(xiàn)場人員則抽象為3個班組活動節(jié)點。 [0072]端口為固定節(jié)點中生產(chǎn)設(shè)備的輸入端和輸出端，即各個設(shè)備之間的連接端口，不 僅包括工業(yè)現(xiàn)場層中各實際設(shè)備單元的輸入出端口，也包括上層中邏輯設(shè)備單元的輸入出 端口，端口根據(jù)節(jié)點的合并和抽象映射關(guān)系建立相鄰層次間端口的映射關(guān)系。
[0073]例如工業(yè)現(xiàn)場4個原油儲罐與各自相鄰的油栗連接，則儲罐的輸出端及油栗的輸 入端則構(gòu)成4個端口；映射到上層，相應(yīng)的原料邏輯儲罐與邏輯栗相連接，邏輯罐的輸出端 與邏輯栗的輸入端構(gòu)成1個邏輯端口。
[0074]連接為各固定節(jié)點間的物理/邏輯連接關(guān)系及固定節(jié)點與活動節(jié)點間的動態(tài)關(guān)聯(lián) 關(guān)系，即通過端口建立的節(jié)點間的連接關(guān)系，其中活動節(jié)點與固定節(jié)點間的連接關(guān)系與物 流連接關(guān)系不同，其服務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系及操作關(guān)聯(lián)關(guān)系可靈活配置。
[0075] (2)建立多層次工廠拓撲模型相鄰層次之間的映射關(guān)系；
[0076]相鄰層次間生產(chǎn)流程的拓撲結(jié)構(gòu)通過實際生產(chǎn)過程物流對應(yīng)關(guān)系建立映射，相鄰 層次間的固定節(jié)點通過合并同類進行映射。
[0077] 根據(jù)石化企業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)工藝流程，優(yōu)先對固定節(jié)點中的生產(chǎn)設(shè)備及其相關(guān)物流關(guān) 系進行多層次拓撲模型構(gòu)建。
[0078] 如圖2所示，工業(yè)現(xiàn)場實際存在4個原油儲罐，在工業(yè)現(xiàn)場層仍表現(xiàn)為4個儲罐，且 各自儲罐具有相應(yīng)的油罐容量，而所述油罐映射到生產(chǎn)裝置層中的邏輯罐，則根據(jù)原料成 分的不同，映射為2個原油邏輯儲罐，每個儲罐的油罐容量等同于工業(yè)現(xiàn)場層相映射的2個 油罐容量之和，所述的邏輯罐進一步映射到廠區(qū)層中，則抽象為原料邏輯儲罐，油罐容量等 同于所有原油儲罐容量之和。
[0079] 對于服務(wù)設(shè)施而言，若A罐區(qū)有4處消防設(shè)施，4處消防設(shè)施的消防對象和工作原理 有所不同，在工業(yè)現(xiàn)場層，每處消防設(shè)施指定為特定罐或設(shè)備提供服務(wù);在生產(chǎn)裝置層，對 于一個罐區(qū)，4處消防設(shè)施則根據(jù)類別合并為2處消防設(shè)施組，為特定罐區(qū)提供服務(wù);類似 地，裝置區(qū)域?qū)拥南涝O(shè)施節(jié)點抽象服務(wù)對象為全部罐區(qū)；最終在廠區(qū)層，消防設(shè)施則抽象 為一個消防設(shè)施單元，服務(wù)對象為全廠設(shè)備單元。
[0080] (3)構(gòu)建各層次拓撲模型中的節(jié)點信息集合模型、危險源信息集合模型及事故風 險信息集合模型；
[0081] 根據(jù)工廠工程師辨識得到的危險源辨識結(jié)果、事故風險分類結(jié)果對各層次的節(jié) 點、危險源、事故風險分別建立信息集合模型，以將上述三者的信息以規(guī)范化格式錄入安全 信息數(shù)據(jù)庫中。
[0082]上述信息集合模型均需具備明確的層次屬性，數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)信息的存儲格式分別 按照如下格式：
[0083]節(jié)點信息集合模型以集合的形式描述為：
[0084] UNIT=[UNIT_ID,Level,{U_UNIT},{L_UNIT}, Location ,UNIT_Name,UNIT_ Condition，Unit_SafetyState]
[0085] 其中 1^11'_10兒〇。3衍〇11，1^11'_似1116，1^11'_(：〇11(1丨衍〇11，1^11'_53€6七75七3七6分別表 示節(jié)點的序號、地理位置信息、名稱、工況以及安全狀態(tài)；Level表示節(jié)點所在層次；{U_ UNIT}，{L_UNIT}分別表示節(jié)點的上層映射節(jié)點及下層映射節(jié)點，若該節(jié)點位于工業(yè)現(xiàn)場 層，則{L_UNIT}為空;若該節(jié)點位于廠區(qū)層，則{U_UNIT}為空。
[0086] 危險源信息集合模型以集合形式描述為：
[0087] DANGER_SOURCE=[DS_ID，Level，{U_DS}，{L_DS}，DS_Type，DS_Content，DS_ Measurement]
[0088] 其中 DS_ID，DS_Type，DS_Content，DS_Measurement 分別表示危險源的序號、類型、 內(nèi)容以及監(jiān)測方式;Level表示危險源所在層次；{U_DS}，{L_DS}分別表示危險源的上層映 射危險源及下層映射危險源，若該危險源位于工業(yè)現(xiàn)場層，則{L_DS}為空;若該危險源位于 廠區(qū)層，則{U_DS}為空。
[0089] 事故風險信息集合模型以集合形式描述為：
[0090] RISK=[RISK_ID，Level，RISK_Type，RISK_SUB_Type]
[0091] 其中RISK_ID，RISK_Type，RISK_SUB_Type分別表示事故風險的序號、主事故風險 類型及子事故風險類型;Level表示該事故風險所在層次。
[0092] 石化企業(yè)安全事故風險類型包括5類主要事故風險類型：人員傷亡事故風險、職業(yè) 危害事故風險、設(shè)備安全事故風險、環(huán)境污染事故風險以及質(zhì)量安全事故風險。人員傷亡事 故風險細分為物體打擊、車輛傷害、機械傷害、起重傷害、觸電、淹溺、灼燙、火災(zāi)、高處墜落、 中毒室息、爆炸;職業(yè)危害事故風險細分為肺部危害、化學中毒、物理凍傷、室息、職業(yè)性腫 瘤;設(shè)備安全事故風險細分為容器爆炸、泄漏、抽癟、閃燃、閃爆、設(shè)備損壞;環(huán)境污染事故風 險細分為大氣污染、水污染、噪聲污染、固體廢棄物污染;質(zhì)量事故風險細分為原料質(zhì)量不 合格、中間產(chǎn)品質(zhì)量不合格、生產(chǎn)工藝指標不合格、最終產(chǎn)品質(zhì)量不合格。
[0093] 上述各模型中{·}表示信息集合組，在數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的實現(xiàn)方式即為數(shù)據(jù)長度可 靈活調(diào)整的一維數(shù)據(jù)向量，該向量用于表征模型間節(jié)點間的映射關(guān)系，可支持根據(jù)拓撲結(jié) 構(gòu)及危險源辨識信息的動態(tài)調(diào)整，自動修改節(jié)點、危險源及事故風險的信息，從而保證工廠 各層級安全信息的一致性。
[0094] (4)建立各層次拓撲模型中的節(jié)點信息集合模型、危險源信息集合模型、事故風險 信息集合模型之間的映射關(guān)系并進行風險評價，形成多層次的風險評價信息集合模型；
[0095] 根據(jù)現(xiàn)場工程師辨識得到的危險源辨識、事故風險分類及風險評價信息，可對節(jié) 點、危險源、事故風險進行映射關(guān)聯(lián)，映射關(guān)系根據(jù)如下原則建立：
[0096] a)節(jié)點信息、危險源信息、事故風險信息所屬層次相同；
[0097] b)節(jié)點和危險源的關(guān)聯(lián)關(guān)系與辨識結(jié)果相一致，危險源和事故風險關(guān)聯(lián)關(guān)系與事 故演變機理一致；
[0098] c)節(jié)點和事故風險的間接關(guān)聯(lián)關(guān)系，需在危險源的環(huán)境條件滿足的前提下成立。
[0099] 由此建立三類信息集合模型的映射關(guān)系，而后對相應(yīng)的風險映射關(guān)系進行等級評 價，評價結(jié)果包括事故發(fā)生的可能性及事故后果的嚴重性。映射關(guān)系及評價結(jié)果即為風險 評價信息集合模型，其通過以下形式錄入到安全信息數(shù)據(jù)庫中：
[0100] RISK_EVA=[UNIT_ID，DS_ID，RISK_ID，Level，Possibility_EVA，Consequence_ EVA]
[0101] 其中Possibility_EVA表示該節(jié)點在具備某種危險源的情況下觸發(fā)特定安全事故 的可能性評估結(jié)果;Consequence_EVA表示該節(jié)點在具備某種危險源的情況下，若觸發(fā)特定 類型安全事故，將導(dǎo)致的事故后果嚴重性。
[0102] -般隨著層次的上升，發(fā)生事故的可能性逐漸降低，但事故后果的嚴重性逐漸上 升。
[0103] 例如在工業(yè)現(xiàn)場層，危險源覆蓋罐、栗、閥門等級別的設(shè)備單元，所關(guān)聯(lián)的安全事 故則為栗失效、閥門泄露等發(fā)生可能性較高但事故危害較低的事故;而對于裝置區(qū)域?qū)?，?區(qū)危險源則關(guān)聯(lián)的安全事故為罐區(qū)火災(zāi)、爆炸等重大安全事故，然而事故發(fā)生的可能性較 低；同理，對于廠區(qū)層，全廠級危險源導(dǎo)致的安全事故發(fā)生可能性最低，但事故危害也最大。
[0104] (5)根據(jù)各層次拓撲模型中的節(jié)點地理位置信息，將各信息集合模型關(guān)聯(lián)至多層 次工廠拓撲模型，形成多分辨率工廠安全模型。
[0105] 由于多層次工廠拓撲模型中各節(jié)點均與GIS地理信息層相映射，每個節(jié)點具備唯 一的地理位置信息，其中固定節(jié)點地理位置除工藝改造情況外均不變，活動節(jié)點的地理位 置信息可動態(tài)更新，同時活動節(jié)點與其他節(jié)點的關(guān)聯(lián)關(guān)系也可動態(tài)調(diào)整。在完成各節(jié)點信 息集合模型的構(gòu)建后，將安全信息規(guī)范化錄入數(shù)據(jù)庫中，而后可將關(guān)聯(lián)信息后的全部節(jié)點 重新補充至多層次工廠拓撲模型中，從而得到多分辨率工廠安全模型。
[0106] 多分辨率工廠安全模型沿層次自下至上依次對應(yīng)不同的空間尺度、時間尺度以及 層次風險等級，尤其在時間尺度上對巡檢及演練的周期進行了聚合過程的刻畫。
[0107] 所述空間尺度為工業(yè)現(xiàn)場物理空間尺度，具體指各層節(jié)點代表的設(shè)備單元粒度， 自下而上可視為現(xiàn)場粒度、設(shè)備/車間粒度、區(qū)域粒度及全廠粒度；同時空間尺度也代表各 層次危險源所覆蓋的物理空間范圍。
[0108] 例如對于工業(yè)現(xiàn)場的若干儲罐，隨著層次上移，將被依次抽象為罐組、罐區(qū)、全廠 罐;相應(yīng)的危險源的覆蓋范圍也將逐漸擴大，如罐切換栗或閥門故障、罐區(qū)儲料泄露、全廠 罐內(nèi)儲量超限等。
[0109] 所述時間尺度為安全操作周期，包括現(xiàn)場巡檢周期、安全應(yīng)急演練周期，各層次對 應(yīng)的安全操作周期根據(jù)工廠實際生產(chǎn)規(guī)模而定，生產(chǎn)規(guī)模越小，各層次對應(yīng)的巡檢周期及 演練周期則越短。
[0110] 例如對于儲量上限為10萬m3以內(nèi)的儲運流程，現(xiàn)場巡檢周期以2個小時為最短周 期，安全應(yīng)急演練周期以1周為最短周期，隨著儲運規(guī)模不斷提升，安全操作周期根據(jù)實際 情況適度進行調(diào)整;在生產(chǎn)裝置層現(xiàn)場巡檢及應(yīng)急演練的操作對象為車間粒度，則巡檢周 期可延長至4個小時，演練周期延長至2周;在裝置區(qū)域?qū)?，面向裝置區(qū)域的巡檢周期可延長 至12個小時，演練周期延長至1個月；在廠區(qū)層，對于全廠的巡檢和操作，巡檢周期可延長至 1天，演練周期延長至1季度。
[0111] 如圖3所示，除圖2中已經(jīng)繪制得到的生產(chǎn)設(shè)備固定節(jié)點及物流拓撲結(jié)構(gòu)外，補充 加入了其他節(jié)點，其中固定節(jié)點包括包含若干消防設(shè)施表征固定服務(wù)設(shè)施節(jié)點；活動節(jié)點 包括6個現(xiàn)場操作人員?；顒庸?jié)點及固定節(jié)點中的服務(wù)設(shè)施與其他節(jié)點的關(guān)聯(lián)關(guān)系因可動 態(tài)調(diào)整因此可非顯性繪制。對于服務(wù)單元及活動節(jié)點，可從圖中看出，其在相鄰層次間也具 備映射及合并關(guān)系，其物理意義在于:工業(yè)現(xiàn)場層的人員及服務(wù)單元均具備自身的操作及 服務(wù)對象，此時對應(yīng)的節(jié)點均為人員個體或服務(wù)設(shè)施個體，動作對象也均為現(xiàn)場工藝設(shè)備； 而對于生產(chǎn)裝置層和裝置區(qū)域?qū)?，人員依次合并抽象為班組、組織機構(gòu)，服務(wù)節(jié)點依次合并 抽象為服務(wù)單元及服務(wù)單元組。相應(yīng)的，各節(jié)點所關(guān)聯(lián)的信息集合模型，因不同層次的空 間、時間及層次風險等級粒度不同，使得頂層次的節(jié)點信息集合模型并非直接合并下層信 息，而是需要根據(jù)各層級安全管控需求進行分析、整合、更新，從而各層次安全信息得以有 機集成，在保證信息一致性、有效性的基礎(chǔ)上提高信息管理效率并改變各層級安全管控的 組織方式。
[0112] 本發(fā)明基于石化企業(yè)多層次工廠拓撲模型，建立關(guān)聯(lián)節(jié)點、危險源及風險信息的 多分辨率工廠安全模型，從而解決工廠多層次安全信息不一致，安全管控信息化水平低的 問題。
[0113] 通過建立節(jié)點、危險源、事故風險及風險評價信息集合模型，對安全信息數(shù)據(jù)庫進 行設(shè)計，其中包括建立了模型相鄰層次間的映射關(guān)系，并將信息模型與拓撲模型有機結(jié)合， 保證了各層次內(nèi)安全信息與生產(chǎn)信息的關(guān)聯(lián)同步，使得各層次間安全信息具有一致性和有 效性。當石化企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場的人員、車輛、消防等服務(wù)設(shè)施發(fā)生狀態(tài)改變時，安全信息可在 多層次間動態(tài)調(diào)整、修改并可供不同層級的管控人員進行分析和應(yīng)急處置，有助于提高石 化企業(yè)的安全管控的信息化水平和安全防護等級。
【主權(quán)項】
1. 一種石化企業(yè)多分辨率工廠安全模型的建模方法，其特征在于，包括： (1) 根據(jù)指定的石化企業(yè)工業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)流程、人員及設(shè)施信息分別建立工業(yè)現(xiàn)場層、 生產(chǎn)裝置層、裝置區(qū)域?qū)右约皬S區(qū)層的拓撲模型，形成多層次工廠拓撲模型； (2) 建立多層次工廠拓撲模型相鄰層次之間的映射關(guān)系； (3) 構(gòu)建各層次拓撲模型中的節(jié)點信息集合模型、危險源信息集合模型及事故風險信 息集合t吳型； (4) 建立各層次拓撲模型中的節(jié)點信息集合模型、危險源信息集合模型、事故風險信息 集合模型之間的映射關(guān)系并進行風險評價，形成多層次的風險評價信息集合模型； (5) 根據(jù)各層次拓撲模型中的節(jié)點地理位置信息，將各信息集合模型關(guān)聯(lián)至多層次工 廠拓撲模型，形成多分辨率工廠安全模型。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，多層次工廠拓撲模型包括固定節(jié)點、 活動節(jié)點、端口、連接以及各自的靜態(tài)屬性。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，步驟(2)中，多層次工廠拓撲模型的相 鄰層次間的拓撲結(jié)構(gòu)通過實際生產(chǎn)過程物流對應(yīng)關(guān)系及服務(wù)關(guān)聯(lián)關(guān)系進行映射，相鄰層次 間的節(jié)點通過合并同類進行映射。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，節(jié)點信息集合模型以集合的形式描述 為： UNIT=[UNIT_ID,Level,{U_UNIT},{L_UNIT},Location,UNIT_Name, UNIT_Condition,Unit_SafetyState] 其中1^11'_10兒〇。&1:;[〇11，1^11'_池1116，1^11'_〇〇11(1;[1:;[〇11，1^11'_3&€6七5^七&七6分別表不節(jié) 點的序號、地理位置信息、名稱、工況以及安全狀態(tài);Level表示節(jié)點所在層次；{U_UNIT}， {L_UNIT}分別表示節(jié)點的上層映射節(jié)點及下層映射節(jié)點，若該節(jié)點位于工業(yè)現(xiàn)場層，則{L_ UNIT}為空;若該節(jié)點位于廠區(qū)層，則{U_UNIT}為空。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，危險源信息集合模型以集合形式描述 為： DANGER_SOURCE=[DS_ID，Level，{U_DS}，{L_DS}，DS_Type，DS_Content， DS_Measurement] 其中DS_ID，DS_Type，DS_Content，DS_Measurement分別表示危險源的序號、類型、內(nèi)容 以及監(jiān)測方式;Level表示危險源所在層次；{U_DS}，{L_DS}分別表示危險源的上層映射危 險源及下層映射危險源，若該危險源位于工業(yè)現(xiàn)場層，則{L_DS}為空;若該危險源位于廠區(qū) 層，則{U_DS}為空。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，事故風險信息集合模型以集合形式描 述為： RISK =[RISK_ID，Leve1，RISK_Type，RISX_SUB_Type] 其中RISK_ID，RISK_Type，RISK_SUB_Type分別表示事故風險的序號、主事故風險類型 及子事故風險類型;Level表示該事故風險所在層次。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于，步驟(4)中，各層次拓撲模型中的節(jié)點 信息集合模型、危險源信息集合模型、事故風險信息集合模型之間映射關(guān)系的建立原則為： a)節(jié)點信息、危險源信息、事故風險信息所屬層次相同； b)節(jié)點和危險源的關(guān)聯(lián)關(guān)系與辨識結(jié)果相一致，危險源和事故風險關(guān)聯(lián)關(guān)系與事故演 變機理一致； C)節(jié)點和事故風險的間接關(guān)聯(lián)關(guān)系，需在危險源的環(huán)境條件滿足的前提下成立。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建模方法，其特征在于， 風險評價信息集合模型以集合形式表示為： RISK_EVA=[UNIT_ID，DS_ID，RISK_ID，Level，Possibility_EVA， Consequence_EVA] 其中，UNIT_ID表示節(jié)點的序號，DS_ID表示危險源的序號，RISK_ID表示事故風險的序 號，Level表示節(jié)點、危險源、事故風險所在的層次，Possibility_EVA表示該節(jié)點在具備某 種危險源的情況下觸發(fā)特定安全事故的可能性評估結(jié)果;Consequence_EVA表示該節(jié)點在 具備某種危險源的情況下，若觸發(fā)特定類型安全事故，將導(dǎo)致的事故后果嚴重性。
【文檔編號】G05B19/418GK106094747SQ201610409560
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】馮毅萍, 張益 , 榮岡
【申請人】浙江大學