QUIC（Quick Urban and Industrial Complex）是一款针对城市区域里的化学、生物和放射性物质扩散而开发的空气扩散模型系统。QUIC模型可以放在个人小型电脑中运行，且完成一次详细的模型分析时间很短，只需几十秒到几分钟而已。QUIC与其他扩散模型相比最主要的优点是它能够充分考虑城市建筑物对重气体污染物扩散的复杂影响。QUIC所拥有的这两大特性再加上其可靠的分析结果使得QUIC在帮助政府机构或相关企业应对紧急危险品泄漏和扩散方面有着巨大的应用前景。

1 开发背景

在过去30年中，理论研究和实验科学的进步带动了大气扩散模型的快速发展，为模拟重气体的传输和扩散，发展了诸如SLAB、HEGADAS、DEGADIS、SCIPUFF、ALOHA等等模型。所有的重气体扩散模型基本上可以分为三类：第一类是描述扩散云膨胀特性的基本模型；第二类是基于考虑水深平均的浅水方程（SWE）的模型；第三类是计算流场动力学（CFD）模型。在实际应用中，根据实际情景的不同，各个模型有着各自的优缺点和适用范围。比如，CFD模型能很好地模拟大气扩散流场并考虑复杂地形和建筑物的影响，但是其运行需要的时间长度使得它无法应用于事故时的应急响应中。而像SLAB等模型虽然也考虑了复杂地形对大气扩散的影响，但是并没有充分考虑建筑物的复杂影响。

为了能充分考虑城市或工业区建筑物对大气扩散的影响，并且在短时间内完成对危险品意外泄漏（或恐怖分子利用生化武器对城市密集区的攻击）的模拟和危害评估，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(Los Alamos National Laboratory)和犹他大学(University of Utah)的研究人员开发了QUIC扩散模型系统。

2 QUIC系统组成

QUIC通过一系列模块的协同工作来产生城市区域精确的大气扩散模拟结果，在模拟过程中考虑了建筑物、风场、大气压及人口分布等诸因素。QUIC模拟运算的模块包括：

• QUIC-URB：QUIC-URB模块是用于快速计算围绕建筑物周边平均流场的模块，它采用了经验公式和质量守恒来快速计算复杂建筑物周边的3D流场。对于只有几个建筑物的小范围模拟，本模块的运行只需要在普通的个人笔记本电脑上几秒内完成；对于数个平方千米范围的大范围模拟，本模块可能会需要5到15分钟来完成运行。

• QUIC-PLUME：QUIC-PLUME是一个用于计算建筑物周边浓度场的拉格朗日随机扩散模型，它使用了QUIC-URB产生的3D风场，为了能够更好地考虑紊流场和平流场内3D梯度分布，QUIC-PLUME模块比其他的随机模式包含了更多的选项。此外，QUIC-PLUME还包含了建筑物和街道表面的反射选项。QUIC-PLUME能模拟点源、移动点源、面源和体源。QUIC-PLUME有一个重气体云模式来评估重气体的扩散影响，还有一个选项来评估重气体扩散时的两相间热力学影响。QUIC-PLUME能在数十秒内完成小范围的模拟计算，但是对于大范围的计算可能会耗用长达30分钟来完成计算。

• QUIC-CFD：QUIC-CFD使用CFD来生成一个比QUIC-URB产生的流场更精确的流场，但是其运算会耗用更多时间，因此只能在时间充沛的情况下使用。

• QUIC-PRESSURE：QUIC-PRESSURE模块通过压力泊松方程来对QUIC-URB或者QUIC-CFD产生的流场压力进行调整，从而产生一个更精确的流场结果。

• QUIC-INDOOR：QUIC-INDOOR可以估算得到化学品或药剂扩散到建筑物内部的剂量。

• QUIC-POP：QUIC-POP利用GIS系统中的人口分布信息来预测受扩散的化学品或放射性物质所影响的人口数量。

• QUIC-GUI：QUIC-GUI是QUIC程序的用户交互界面，允许用户通过GUI界面构建建筑物几何形状，输入气象条件，定义源参数和其他模拟参数，并执行以上的各子程序。QUIC-GUI具有2-D和3-D画图功能，包括流线、直线、等值线、等值面等等。在程序计算完成后，各种参数都可以在围绕建筑物的3D空间内展示，包括平均风速、紊流信息、空气中污染物浓度、空气中有毒浓度、空气中可吸入剂量、污染物沉积场等等。QUIC-GUI还有以下几个小工具：1. 用于估算进入呼吸系统的污染物剂量的吸入模块；2. 人口暴露剂量计算；3. 用于制作记录扩散过程的动画制作工具；4. 将数据输出成Excel文件或ESRI  ASCII的工具。

3 QUIC应用前景

QUIC主要是为评估预测城市区域内化学品泄漏、生物制剂释放或爆炸对空气和人的影响而设计，QUIC能充分考虑城市区域建筑物对大气中污染物扩散的影响，并具有运行时间短的特点。这一优点使得QUIC在城市环境事故应急响应领域和工业区化学品泄漏应急响应领域有着巨大的应用前景。地方政府中的安全监督部门或环境主管部门可以通过QUIC的快速模拟，在第一时间评估大气环境事故（泄漏、爆炸、火灾等）的危害范围、对周边环境和人群的危害程度，并根据其扩散浓度的分布区域划定不同应急等级，分别采取对应的响应措施，从而保护周边人群的生命安全和身体健康，同时也可以节省相关的经费。