推進城市公共安全關鍵技術與系統研究

趙原

清華大學合肥公共安全研究院，在城市生命線工程安全運行監測研究和應用上取得了積極進展，為城市公共安全保駕護航。

2017年3月30日，全國安全生產綜合監管工作會在安徽省合肥市召開，會議期間，與會代表們來到清華大學合肥公共安全研究院（以下簡稱“合肥院”）參觀考察，了解了該院利用信息化手段強化城市安全防控的科研情況。

合肥院執行院長、清華大學公共安全研究院副院長袁宏永向大家介紹了合肥院在城市生命線工程安全運行監測研究工作上取得的進展。

合肥院是安徽省政府與清華大學戰略合作協議精神的具體落實，由清華大學與合肥市政府于2013年12月30日正式簽約設立。其總體定位是面向國家公共安全重大需求，瞄準世界公共安全科技前沿，研究公共安全科學理論、方法學、防控和應急管理綜合集成等關鍵技術，并關注產業和技術落地，成果轉化和企業孵化。主要建設公共安全綜合實驗平臺和公共服務平臺。

合肥院的發展方向主要有兩個：聚焦國家應急體系，發展城市公共安全。

其中國家應急體系核心關鍵技術與裝備包括：國家應急平臺體系與公共安全大數據系統，應急救援與人員防護裝備，國家應急裝備檢驗檢測測試中心的建設，目標是建立中國安全救援裝備標準體系和檢測中心，發展安全裝備產業集群。

城市公共安全關鍵技術與系統包括：城市生命線工程安全運行檢測技術與系統——重點是橋梁、燃氣管網、供水管網、供熱、電網、通信網絡、綜合管廊、電梯；城市水安全污染溯源與大數據技術和工程系統；智慧人防、消防大數據系統。其目標是建立新型城市精細化管理模式，構建智慧安全城市產業新模態。

為了實現這些目標，合肥院建立了8個綜合實驗平臺，包括：多災種耦合作用多尺度實驗平臺、城市生命線監測預警與風險評估實驗平臺、災害環境人員安全防護實驗平臺、大型移動災害數據采集實驗平臺、下一代應急平臺體系技術原型平臺、公共安全裝備產品檢驗測試平臺、人員行為分析及疏散實驗平臺、智慧安全社區研究示范平臺。這些實驗平臺將研究公共安全事故、災害或事件成災機理和演化規律，形成公共安全領域大跨度、多學科交叉融合的研究基礎，構建系統的公共安全科學基礎理論體系和技術創新體系。

實驗平臺對城市風險監測的作用

多災種耦合作用多尺度實驗平臺，是合肥院的重要實驗平臺之一，主要滿足公共安全學科基礎實驗研究和應急裝備檢驗檢測的需求，可模擬各種常規和極端條件下（如強風、暴雨、暴雪、冰凍、濃霧、強日照等多種惡劣氣象災害環境）的多災種耦合作用實驗平臺系統?！袄缒撤N應急消防車，在哪些災害模式和哪種災害程度下，就失去了功能和效用，我們通過這個實驗平臺就可以檢測出來?！痹暧勒f。

災害環境人員安全防護實驗平臺，主要用于解決亞洲人種災害環境適應性和損傷模型，發展自主知識產權防護裝備。該平臺可以模擬災害環境中人體的各項參數，并采集數據；研究高溫、低溫冰凍、火災濃煙、?；肥鹿?、爆炸及其復合作用等災害環境下，人體損傷防護裝備的研制和評價。

橋梁安全監測與診斷實驗平臺，用于建立城市高架橋梁安全運行監測預警技術與標準，發展實時預警系統?？砷_展橋梁運行狀態監測、橋梁監測特征要素及風險模型研究、橋梁監測物聯網傳感系統研究，建立城市橋梁監測物聯大數據模型?！皹蛄嚎逅鷷斐沙鞘兄卮笕藛T傷亡，所以我們利用這個平臺建立一個橋梁從損傷到垮塌的模型，使得我們能夠實時監控，及時發現橋梁安全隱患。目前傳統的監測方式是靠人員一年檢查兩次，但是這期間如果發生損傷則難以知曉，我們期望的是以后給每一座橋梁裝上幾個傳感器，就能保證只要有損傷立即報警，避免坍塌事故發生。”袁宏永介紹說。

燃氣管網及相鄰空間監測與診斷實驗平臺，用于發展城市地下相鄰空間燃氣泄漏溯源與爆炸風險監測技術與裝備，建立城市重大燃氣爆炸監測預警技術和監測機制。可開展燃氣泄漏在線監測（包括微小泄漏）、地下密閉空間積聚規律研究、燃氣在管網擴散規律研究、大氣環境對濃度擴散影響研究、腐蝕環境對燃氣安全監測系統影響研究等。袁宏永說：“通過我們的研究發現，70%的燃氣管網爆炸事件都是從微小泄漏起源的，并且泄漏到地下相鄰空間，如排污管道、排水管道等進行積聚，最后釀成爆炸事故。微小泄漏很難及時發現，我們要研究通過非接觸式探測發現微小泄漏，以及發現泄漏規律，找到城市地下所有燃氣積聚區域，裝上傳感器，避免發生重大爆炸事件。”

供水管網監測與診斷實驗平臺，用于發展供水管網安全運行監測與漏水引發的路面塌陷監測技術與裝備，建立供水安全及次生災害監測技術與機制。袁宏永告訴我們：“城市地下供水管網泄漏經常會沖刷出地下空洞，引起地面的大面積塌陷，如果空洞處有燃氣管網，還會引起燃氣泄漏，進而引起爆炸。所以我們要研究城市里的地下管網有多少泄漏會引起地面塌陷，進一步引起橋梁、建筑物坍塌，以及供電、供氣等次生衍生災害，從而及時采取防范措施?！?/p>

關鍵技術突破與成果應用

城市生命線是城市發展的基礎，保障城市生命線的安全運行是保證城市快速發展和人民群眾生活穩定的前提。以合肥市為例，目前城市擁有重要橋梁224座，地下管線總長2.4萬余km。

為了保證城市生命線的安全運行，圍繞“大產業、大安全”推動實施安全科技發展戰略，根據合肥市市委書記、市長等市領導的指示，聯合合肥市城鄉建設委員會等多個部門，成立了合肥市城市生命線工程安全運行監測領導小組，開展合肥市城市生命線工程安全運行監測系統的建設和運維工作。項目整體依據統籌規劃、頂層設計、資源共享、集約建設的原則，打造合肥城市生命線公共基礎設施安全運行綜合支撐平臺，創新城市管理模式，做到3個“統一”：統一標準、統一監管、統一服務；4個“全面”：全面感知、全面接入、全面監控、全面預警；5個“落地”：風險可視化、監管規范化、運行透明化、管理精細化、保障主動化。

目前建設內容包括多個安全運行監測系統，即橋梁安全運行健康診斷系統、燃氣管網相鄰地下空間安全監測系統、供水管網安全監測系統、排水管網安全運行監測系統、熱力管網安全監測系統、綜合管廊安全運行監測系統等。未來依托合肥市城市生命線工程安全運行監測中心，將進一步開展水環境安全、電梯安全、重大危險源、預警信息和開挖管理等多類公共安全風險監測預警。

目前城市生命線工程安全運行監測，在合肥市5座最大的橋梁、西一環2.5 km的燃氣管網和24.889 km的供水管網開展了一期試點應用，取得了一系列技術突破。

首先，實現城市生命線綜合風險識別與耦合分析。完成了首張融合自然環境、生態環境、生產環境、經濟環境的合肥市城市安全綜合風險圖。袁宏永介紹：“一個大型城市中往往存在大量風險，不僅上述所說的地下風險，還有地上人群密集場所等風險，經過風險分析將這張全市風險圖描繪出來之后，我們就知道城市當中有哪些重大或較大風險需要重點防控?！?/p>

第二，解決了前端數據采集的難題。通過大系統多源異構大數據融合集成技術，攻克了每天30億條多源、異構大數據的上傳、融合處理難題?！氨O測到風險后，我們在中心將這些數據進行分析處理，發送到市安監局，以及橋梁、燃氣、供水集團等單位，可以提醒相關人員及時進行現場處置，將事故遏制在萌芽狀態。目前平均每兩天就會發出一條預警信息。”袁宏永說。

第三，構建了綜合性橋梁安全分析技術與預警、地下空間可燃氣體泄漏溯源與預警分析等模型?！袄鐦蛄悍矫?，不僅能夠監測每一個指標，還可以通過多個指標監測對橋梁總體的‘健康狀況進行綜合評估。燃氣方面，通過一個小孔發生泄漏后，可能影響到哪些管線、多大范圍，如果發生爆炸可能需要疏散多大區域面積內的人群等，從點、線、面到整體的溯源、預防和應急方案，我們均能夠進行科學計算和預測。”袁宏永說。

目前，城市生命線工程安全監測系統累計申請了12個專利，取得了4個軟件著作權，建成了2條產品生產線，培育了4支專業化技術團隊。

從系統驗收至2017年3月底，3個月的時間內，發現了多起城市生命線工程風險隱患，有效避免了事故的發生，保障了生命線工程的安全運行。

第四，探索城市生命線工程安全管理創新機制。成立了合肥市城市生命線工程安全運行監測中心，為市屬事業單位。主要職能是向政府和相關部門提供監測預警、安全運行分析、輔助決策支持等。解決安全監測信息權屬復雜、條塊分割、多頭管理等難題，構建系統性、現代化的城市安全保障體系。與相關部門已建立互聯互通對接機制，與合肥市城鄉建設委員會等有關部門形成了良性協同模式。

“我們解決了信息孤島、條塊分割的問題，以往城市各行業主管部門都是各司其職，信息互不相通，而我們作為一個第三方機構，將這些信息進行了互聯互通，做到了城市安全的大數據共享。”袁宏永說。

第五，集成創新電梯安全運行監測技術與模式。對電梯進行監測監管，解決維修不及時、帶病運行等問題，實現全面有效監管、綜合應急救援、實時監測與預警。

第六，物聯網人防、消防設施管理技術獲得重大進展。智慧人防綜合信息系統已經由國家人防辦發文向全國推廣。消防大數據綜合應用系統已成功應用于廣西省南寧市。

第七，應急技術與裝備已出口南美多國，在2個國家中心、7個區域中心、16個省中心進行了應用。現場應急裝備包括：移動應急平臺、低空旋翼復合飛行器、社區警務站、手持終端等。

編輯 趙 原