范维澄:公共安全科技的思考
2011年09月21日

  我向大家汇报的题目是:关于公共安全科技的思考。

  我们国家公共安全的概念涉及到四个大的方面:一是自然灾害,我们见到听到的地震、台风、滑坡、泥石流、森林火灾。二是事故灾难,环境生态的灾难,安全生产在各个领域的事故。三是公共卫生事件,包括食品安全,群体不明原因的疾病,包括和人类密切相关的动物的一些疾病,像疯牛病、禽流感。四是社会安全事件,既包括了刑事案件,恐怖袭击,也包括了大规模的群体事件和经济安全事件。面对这么多的领域,如何构建公共安全的科技体系,这是公共安全科技界一直思考的问题。

  经过一段时间,公共安全科学界提出了公共安全体系的三角形模型,三个边分别是突发事件、承载载体和应急管理,里面分布着灾害要素。灾害要素的几个例子,比如危化品的泄漏,它的灾害要素的类型是物质,对于地震来讲,灾害要素的类型是能量,对于火灾,燃烧释放的热能属于能量的性质,火灾经过化学反应以后生成的有毒有害,是物质形式,有可能导致社会恐慌和群体事件的谣言,灾害要素的形式就是信息。除了研究灾害要素的表现形式之外,还要看灾害要素达到了一定的临界值或者有突发因素的时候,它可能变成突发事件。三角形的第一个边是突发事件,对于突发事件而言我们要研究突发事件所产生的灾害要素,或者是灾害性作用的类型、强度,这里的强度是广义的。作用的类型和强度随时间和空间的变化而变化。第二个边是承载的载体,一是在突发事件当中最脆弱也最重要的承载载体是我们人的本身。二是各种类型的物,包括人类的各种物,像工业设施等等,也包括生态系统,山川河流,生态草原。三是社会经济运行的系统,对于承载载体,他的破坏有可能导致这种承载载体内部所蕴含的灾害要素被意外的释放,这会出现我们所说的次生事件和事件链。第三个边是应急管理,对于由突发事件和承载载体构成了灾害体系,来自外界的人为的干预。既涉及突发事件,也涉及承载载体,也涉及应急能力本身。这里重点要研究应急管理的目标、方法和技术,实施应急管理的恰当的时机和力度。

  除了这样的三角形模式来阐述基本环节之外,在我们老百姓,或者是感受到我所在的地区是否安全的时候,通常时间指标也很重要。比如报了火警,希望消防队在5—10分钟之内到达现场,如果紧急救护,也有这样一种时间的期待。这样一种时间的期待和突发事件、应急管理所设计的时间进程是有密切相关的,比如说突发事件有发生、发展、突变、和衰退的过程,达到一定的临界区间就可能对于承载载体产生最大的破坏。

  我们在应急管理领域安排了对于突发事件的检测、预测和预警,分别也要占一定的时间。发出了预警,老百姓知道之后要进行疏散的准备和疏散的实施,这也需要一定的时间。我们报警之后救援部队的准备、到达和实施也需要一定的时间,所有的这些都是客观存在的进程。我们要把握时间进程相互的关系,采用一些先进的技术,有的时间进程希望缩短,有的希望保证足够的充分,从而使得在整体上减少人员伤亡。减少预警时间,要研究先进的监测预警的技术和装备,疏散准备时间减少是要加强演练,提高危机意识。把疏散实施的时间减少,要合理布局,在城市的规划、布局疏散的场所,使得在突发事件的临界点到达之前,人们可以疏散到安全地带,这样就可以做到零伤亡。在救援这块,要增强救援部队的能力和装备,使他们的救援时间和到达时间缩短,从而有比较充裕的实施救援的时间。

  在应急管理的四个环节,国家突发事件应对法提到的四个环节,在突发事件和承载载体里也有相应的环节,如果用一段文字来概括,公共安全的三角形模式可以这样表述。研究突发事件的孕育、发生、发展到突变的演化规律,及其产生的能量、物质和信息等风险作用的类型、强度及其随时间和空间的变化。对于承载载体,要研究承载体在突发事件作用下和自身演化过程中的状态进行量化,在这儿我加一个自身演化过程,各类型的承载载体也像我们人一样,有一个老化的过程,如果我们城市化发展到老龄的过程,有很多基础设施处于临界破坏的状态,即使没有突发事件的作用,承载载体在自身演化过程中也可能发生破坏,从而导致突发事件的发生。所以在这里要研究这样一些承载载体的状态和变化,研究可能产生的本体或者是功能的破坏,及其可能发生的次生和衍生事件。对于应急管理要研究在上述过程中如何施加人为的干预,从而预防或减少突发事件的发生,弱化其作用,增强承载载体的抵御能力,阻断次生事件的链生,减少损失。同时要避免应急不当可能造成的突发事件的再生及承载载体的破坏,及应急的代价。承灾载体的破坏导致其蕴含的灾害要素被意外释放,是造成次生事件和事件链的必要条件。

  目前而言,在国际上对于公共安全信息管理有一种趋势,提出了定量化的趋势,但这并不是全部,定量化和定性的判断要进行结合,就定量化而言有这样一些方法,我们叫4+1的方法学。其实四个方法基本上都是我们自然科学当中用到的方法,确定性、随机性、基于数据、复杂性科学的方法,公共安全问题的复杂使得我们有时候用其中的一种方法不足以来回答和解决公共安全的问题,几种方法并行或者是相互嵌入,这样用来回答公共安全的问题。

  下面我举几个例子,回顾一下国际和中国的学者所从事公共安全研究工作的状况。刚刚过去了“9•11”事件的10周年,当时发生事件之后,美国的国会支持美国的国家建一个火灾实验室,对建筑部为什么倒塌,为什么倒塌的过程为什么是那样,找出原因并解释。他们首先有一个判断,单靠一个波音767,50吨左右的航空油的燃烧,所释放的热量不足以使这个楼坍塌,一定是航空煤油引发了内部的可燃物的燃烧,从而释放了巨大的热量,究竟热量有多大,美国国家实验室按照基本的断层布局取了两个单元,进行了全尺寸的测验,测量热释放速率随时间的变化,测量出来这样一条曲线,一个卡座释放一个兆瓦的热量,卡座非常多,这样热量大大超过了航空煤油燃烧的热量,从而导致了建筑物的倒塌。建筑物坍塌的起始点并不是飞机的撞击点,于是进行了整个断面火灾过程的计算机的模拟,当我们在这里燃烧起来的时候,这里释放的热量,这时候外面的温度不够高,这里的可燃物烧完了会引发周围的可燃物,热量不断的释放,不断的积累,使得周围整个热量不断上升,传递到建筑物的结构力,超出结构能够容纳上面机械荷载的能力,所以首先发生了垮塌。他们做了一些动画的东西,分析撞击了以后怎么样解体,这都是在美国国家建筑与火灾实验室做的一些事情。做完了之后,历时五年时间,出了上千万字的研究报告,一共在八个大的方面提出了高层建筑火灾安全的30项改进建议,这个建议是美国方面用血的教训和巨大的代价换取的对全世界高层建筑火灾安全改进的宝贵建议。

  再看一下今年发生的日本“3•11”的9级大地震,日本大地震引发了海啸、危化品泄漏、管道爆炸、核泄漏等等。日本因为地质结构的影响,确实是地震多发的国家。这是日本遍布全国的地震观测点观测到一个结果,用一个动画的形式表现出来。大家可以注意一下这个动画,地震的发生点,到后来到造成灾害非常严重的点,这个时间是有差异的,仔细看这个图会发现,从地震发生,到达东京的时间几分钟,日本有一个特别形象的图,日本国会开会的时候,电视已经切换到地震已经发生了,这些国会议员没有感受到地震,过了一两分钟的时间,就在会场出现了晃动。目前日本对于地震的所谓预测、预警并不是在地震发生之前,而是在地震发生之后的第一时间,可以短至五六秒的时间,通过公众媒体向社会进行发布,离地震相对远一些的距离,可能使民众在地震波到达之前采取防护的措施。

  我们国家一直高度重视公共安全科技,对科技部来讲,科技攻关计划,现在的科技支撑计划,863、973都对公共安全科技进行了部署,在国家自然基金委员会,在它的管理科学部现在唯一的一个重大研究计划,就是“非常规突发事件的应急管理研究”。在教育部“安全科学与工程”,经过了安全教育界的努力,历时将近30年,终于由二级学科变成了一级学科,目前这个学科是作为支撑国家公共安全科技领域的骨干学科。在工信部今年颁布的《产业结构调整指导目录》中,新增了“公共安全与应急产品”的产业类别。

  目前在科技教育界和产业一起做得是政、产、学、研、用,这五个要素不但密切结合,而且是全过程密切结合,用户研究一开始就要介入这样的过程。我们国家的科技工作者在公共安全和处置突发事件科技领域也做了一些工作。举一些例子,“十一五”期间,在科技部科技支撑计划的支持下,研究了国家信息平台关键技术,其中一部分包含了对于不同类型突发事件发展的预测,关于森林火灾蔓延的态势分析,把可燃物的类型、气象要素、地形要素作为输入条件,经过计算机模拟,能够得到火蔓延的速度和火烧的强度,随时间和空间的变化。这样一些基本的数据,对于森警部队破火无疑可以起到辅助的作用。  

  关于应急污染物的传输,既可能是在气体里,像关于硫化氢泄漏的模拟,还有一些沿海的大化工区域,如果发生灾害事故会造成什么样的情景,也可以通过我前面讲的定量化的方法模拟出污染物的量和浓度,随时间和空间的变化,从而为企业和地方政府采取防护和疏散人员的措施提供科技上的辅助要素。这一点是污染物在江河里的传输,这件事情的提出是在2005年吉化双苯厂爆炸引发了松花江的污染事故,由原来的安全生产事故,变成了环境生态灾难的事故,进而引发了哈尔滨市民的恐慌,后来污染带在出海之前又引起了俄罗斯和日本的关注,这样的事故来讲,也需要引起公共安全科技界的关注。这样的模拟结果告诉我们,长江流域的某一个城市发生污染泄漏之后,污染带的量是多少、浓度多少,会在什么时间到达下游的哪个城市,这个污染带会在这个城市停留多长时间,这对于地方政府应对河流污染这样一件事也能够起到科技支撑的作用。

  奥运会期间所有场馆都做了人员疏散的模拟,如果在这里出现的突发事件,人员进行安全疏散大概需要多长时间,如果采取恰当的疏导措施,时间会缩短多少,在消防部队的演练当中作为正式科目进行。这是北京城区警情空间热点的分析,警情的热点分析是根据北京市公安局的实际数据,这个地方展现出来的是偷窃的情况,根据警情的分布和可能的发展,直接涉及到公安局对于警力的部署,他们也热衷于这样一些科技工作。

  作为政府来应对突发事件,刚才仅有的个别模型是不够的,还需要进行全系统、全流程和全体系的综合集成,在这样一个系统当中,我们希望功能能够做到借鉴历史,充分借鉴历史上如何处置类似突发试件的经验和教训,及时掌握当前态势,预测未来,预测到灾害发展的态势和可能带来的灾害性的后果,我们采取了应急措施之后会带来什么样的效果。这样一个体系在前几年建成之后,在我们国家应对特别重大突发事件发挥了它的作用。

  加强公共安全和应急管理紧系民生是国家紧迫和重大的战略需求,是政府部门企业与科教工作者共同的历史使命和社会责任。自然科学、工程技术、管理与社会人文科学的结合,是世界各国做好公共安全和应急管理的共同趋势。公共安全科技蕴含深刻而复杂的科学技术内涵,具有长期的生命力,科技创新与产业发展前景广阔。

  谢谢大家!