化工园区中存在大量有毒有害、易燃易爆的重大危险源(Major Hazard Installation,MHI),它们具有区域分布性和高危性,一旦发生事故,通常会对周边的人员、财产和环境造成灾难性的影响和破坏。鉴于基础理论和技术方法的局限性,传统的事故分析与模拟主要侧重于反映事故的二维特性。然而,对于易发MHI事故(泄漏扩散、火灾爆炸),无论是其发生、扩展演变还是影响后果,都呈现出多方位、立体化特征。本文以MHI事故致灾的动力学演变及其场景三维重建技术为题开展了相关的研究工作,取得的主要研究成果如下:(1)针对MHI介质的特性和储存条件,明确了可燃及毒性气体扩散是易于导致事故扩展的主要事故类型之一。基于随机模拟方法的基本思想,将泄漏的气体介质视为大量随机行走的粒子,并从三维层面对粒子的运动属性(位移和速度等)和非运动属性(颜色、尺寸、透明度和生命周期等)进行了分析与建模,建立了可燃及毒性气体扩散的动力学演变模型。基于该模型的仿真应用结果表明,建立的气体扩散动力学模型既能准确地描述事故的二维信息,又能实时描绘粒子云团在周边环境因素影响下的演变过程及其后果的三维动态特性。(2)热辐射是MHI火灾事故的主要破坏方式,论文从MHI火灾事故的发生机理出发,以火焰对周边环境的热力伤害程度为准则,系统建立了喷射火、池火灾和火球三种典型的火灾事故热辐射致损的动力学模型与后果评价方法。火灾事故的模拟仿真结果表明,建立的热辐射致损模型能很好地反映危险介质状态参数、火焰形状特征参数、周边环境因素与热辐射致损的三维动态相关性。(3)冲击载荷(冲击波和碎片)向周边环境释放的冲击能量是MHI爆炸致损及导致事故进一步扩展的主要形式,通过建立爆炸能量与爆炸波特征参数(峰值超压、正相持续时间和侧向冲量等)和碎片初速度之间的关系,构建了蒸气云爆炸(VCE)和沸腾液体扩展蒸气爆炸(BLEVE)的冲击致损模型与后果评价方法。爆炸事故仿真结果表明,建立的冲击载荷致损模型基本能从三维层面反映爆炸冲击波能量及碎片对周围环境的冲击破坏能力。(4)根据MHI事故的三维特性及建立的事故致灾动力学理论模型,建立了基于Multi-Agent技术的事故仿真系统组织结构模型以及基于虚拟现实(VR)技术的MHI事故场景三维快速重建技术。以此为基础,设计开发了旨在为事故应急救援提供快速、精准和高效决策依据的区域MHI事故应急辅助决策系统。事故仿真结果表明,该系统能高效地实现MHI的信息管理与维护、动态监管与风险预警及事故后果模拟等工作,并表现出了良好的协调性与智能性,为全方位、立体化地刻画MHI事故的三维信息提供了可靠的技术保障,可作为政府和企业对MHI的安全监管、事故预防以及应急救援等方面的信息化指挥平台。(5)论文以某企业危险化学品罐区为MHI的典型代表,运用设计开发的区域MHI事故应急辅助决策系统实施事故致灾的仿真实验,创建了符合事故现场实际情况的虚拟场景,对MHI进行了实时监测,结合实时监测数据进行了事故风险预警,分析了潜在的事故类型,并对潜在事故的发生、扩展演变及其后果进行了三维可视化仿真。最后,通过对本系统模拟结果与国内外工程上通行的实验算例和权威软件(FLUENT、SAFETI和MHAU程序)的模拟结果进行了对比分析,评估并验证了系统的有效性。上述研究工作在理论上建立和完善了MHI事故致灾动力学分析模型;在技术上,克服了传统二维方式的局限性,实现了事故场景的三维快速重建;在工程上,可为政府管理部门与企业实施全过程应对与处理突发MHI事故提供技术支持和可靠的辅助决策依据。