燃氣安全監測預警平臺設計與應用研究

崔其文，解 福，王書濤，黃廣超

（1.中國電子系統技術有限公司，北京 100039；2.山東師范大學 信息科學與工程學院，濟南 250014）

自2020 年以來，全國燃氣事故總量連續7 個季度持續上升，較大級別以上事故呈抬頭趨勢[1]。2021 年連續發生湖北十堰“6·13”、遼寧沈陽“10·21”等多起較大及以上級別安全事故，造成人民群眾生命財產重大損失[2]。針對日趨嚴峻的燃氣安全形勢，國務院安委會、應急部和住建部等接連發文[3-9]，要求貫徹落實習近平總書記重要指示精神，按照李克強總理等同志批示要求，部署在全國開展城鎮燃氣安全排查整治工作，推進城市安全風險監測預警平臺建設，系統整治燃氣安全問題，防范化解重大燃氣安全風險，遏制城鎮燃氣爆炸事故高發態勢。

1 燃氣安全監測預警平臺設計背景

統計數據[10]表明，我國燃氣泄露爆炸事故發生在室內的居多，占比在60%以上，且呈現增長態勢。室內燃氣事故中，居民用戶占比最高，飯店和酒店等工商用戶位居第二，其他場所內的事故發生率相對較低。另外，相較于室內燃氣（灶）泄露爆炸事故，由液化氣鋼瓶導致的泄露爆炸事故占比更高，約占所有室內事故的60%。對室外燃氣泄露爆炸事故而言，第三方施工破壞燃氣管線是導致事故的主要原因，占比高達84%；其次是由管道自身老化、腐蝕等所導致的泄露爆炸事故，占比約9%[11]。

因此，燃氣爆炸事故防范需要室內室外兩手抓：室內居民用戶重點防范因閥門松動、膠管老化脫落所導致的泄漏爆炸事故[12-13]；飯店、商戶重點防范液化氣鋼瓶泄露爆炸事故[14]，并且要從源頭上遏制報廢、超期鋼瓶流入市場及非法充裝等現象，嚴厲打擊“黑氣、黑瓶、黑車及黑點”，消除液化氣鋼瓶運輸流轉、充裝及使用環節安全隱患。室外則要重點防范由第三方施工破壞[15]和管道自身老化腐蝕所導致的燃氣泄漏爆炸事故[16-17]。除了關注燃氣管道自身是否有泄漏外，還要特別關注燃氣在相鄰地下空間（燃氣管道附近的燃氣井、雨水井、污水井、電力井、自來水管道井和通信井等）積聚的情況[18]，這是導致重特大燃氣事故的罪魁禍首。如圖1 所示。

圖1 燃氣安全監管思維導圖

2 燃氣安全監測預警平臺設計思路

圍繞燃氣儲配輸送安全、終端用戶用氣安全、液化氣鋼瓶全生命周期流轉安全和第三方施工破壞風險防范4 方面內容，借助物聯網、云計算、大數據與人工智能等先進技術，打通政府各相關委辦局以及政府同企業間的網絡、數據通道，構建燃氣安全監測預警平臺，實現燃氣安全物聯監測接入、政企業務數據共享和應用系統集成應用，對燃氣安全進行全時空、全方位安全運行監測和全行業鏈條、全生命周期安全生產監管，第一時間發現風險、排查風險和消除風險，針對突發狀況快速做出應急響應和聯動處置，全面提升城市燃氣安全運行保障、安全生產監管與突發事件應急處置水平。

3 燃氣安全監測預警平臺總體設計

燃氣安全監測預警平臺基于“13612”總體架構，打造燃氣安全“一張網絡、三大支撐、六項應用、一個駕駛艙、兩個配套體系”，如圖2 所示。

圖2 燃氣安全監測預警平臺架構圖

3.1 一張網絡

“一張網絡”，即燃氣安全運行監測物聯網。重點開展5 大場景的監測物聯網建設：①燃氣管網監測包括針對燃氣管道壓力、流量監測、燃氣井、儲氣站和調壓站等的燃氣濃度監測[19]；②燃氣管網相鄰空間監測，主要針對燃氣管網相鄰的雨、污、水、電和通信等地下管溝、窨井等附屬設施開展燃氣濃度、環境溫度、濕度及水位等的監測；③終端用戶監測，主要對居民用戶、工商用戶廚房內的燃氣濃度、一氧化碳濃度進行監測，并附帶監測泄漏預警聯動的電磁閥裝置，控制自動關閉燃氣閥門；④液化氣鋼瓶泄漏監測，通過在液化氣鋼瓶上安裝泄漏監測儀，實現泄漏預警后聯動關閥；⑤第三方施工智能監測，通過對“雪亮工程”“天網工程”和“智慧交通”等的視頻監控進行接入和智能分析，實現對挖掘機作業等的自動識別和異常監測。

3.2 三大支撐

“三大支撐”，指云網服務支撐、數據治理支撐和應用服務支撐。其中：①云網服務支撐，主要依托政務云、政務外網和互聯網專線等云網基礎設施，提供基礎計算資源、存儲資源和網絡傳輸資源等的支撐服務；②數據治理支撐，通常依托政務共享大數據平臺或數據中臺，對燃氣安全相關的基礎數據、業務數據、物聯監測數據等進行統一匯聚和數據治理，為上層應用提供數據調用、數據計算及數據分析挖掘服務；③應用服務支撐，主要為上層應用提供GIS 地圖、可視化展示、BIM建模、物聯信息采集、視頻融合、融合通信和模型工廠等的共性服務支撐。

3.3 六項應用

“六項應用”包括燃氣安全數字檔案系統、燃氣安全生產監督管理系統、燃氣應急協同聯動系統、液化氣鋼瓶全生命周期安全監管系統、第三方違法施工智能化監管系統和燃氣安全監測預警系統。其中：①燃氣安全數字檔案系統，主要負責燃氣管網、相鄰空間、燃氣用戶、危險源和防護目標數等的電子臺賬信息的管理維護和可視化展示；②燃氣安全生產監督管理系統，負責燃氣企業及安全許可、管線巡檢、入戶巡檢、風險分級管控和隱患排查治理等的監督管理；③燃氣應急協同聯動系統，主要用于支撐對燃氣事故的應急響應與協同聯動處置，功能包括預案數字化管理、事故信息接報、現場狀況監測監控、事故研判分析、人員物資調度、協同聯動處置和模擬演練，以及應急物資、裝備、救援隊伍和專家等的管理；④液化氣鋼瓶全生命周期安全監管系統，借助電子臺賬、電子標簽及充裝控制等手段，實現液化氣瓶從生產、銷售、運輸、充裝、使用、檢測和報廢全過程安全流轉控制，對“漏氣、黑氣、黑瓶、黑車、黑點和非法充裝”進行自動報警，確保液化氣鋼瓶底數清、狀態明、安全流轉與合規使用；⑤第三方違法施工智能化監管系統，燃氣公司與住建、城管與交通等部門對接第三方施工登記信息，借助視頻融合與智能分析手段，對“雪亮工程”“智慧交通”等視頻監控信息進行分析研判，智能識別挖掘機、打樁機及頂管機等施工作業事件，并對違法施工進行篩選與報警，提醒燃氣公司做好施工周邊管線巡檢盯防，防范因第三方施工破壞導致的管線泄漏爆炸事故；⑥燃氣安全監測預警系統，實現對燃氣管網燃氣泄漏監測、相鄰空間燃氣濃度、溫度水位監測、終端用戶燃氣泄漏監測、液化氣鋼瓶泄漏監測、黑氣、黑瓶、黑車、黑點預警及第三方施工監測等的預警模型管理、指標配置，以及預警聯動流程、信息發布流程設置、實時在線監測和預警可視化展示等功能。

3.4 一個駕駛艙

“一個駕駛艙”，即燃氣安全駕駛艙，包括燃氣安全運行綜合態勢、燃氣安全風險分布四色圖、燃氣安全監測預警一張圖和燃氣應急輔助決策一張圖4 個子系統。其中：①燃氣安全運行綜合態勢，以GIS 和圖表可視化相結合的方式，來綜合展示城市燃氣輸配供應、液化氣鋼瓶流通使用的運行狀況、覆蓋用戶及用氣量情況，以及日常巡檢維護、風險管控與隱患排查發現的突出風險、重大隱患和歷史事故等的統計分析情況、安全運行態勢與發展趨勢研判等狀況，以便城市主官快速全面掌控城市安全運行狀況，為城市燃氣安全風險防控和專項整治提供輔助決策支撐；②燃氣安全風險分布四色圖，基于燃氣儲配輸送、液化氣鋼瓶全生命周期流轉所涉及的危險源信息、日常燃氣管道、場站巡檢發現的問題、風險分級管控數據、隱患排查治理數據、燃氣管網及相鄰空間預警信息、液化氣鋼瓶監管異常信息和第三方施工破壞報警信息等進行綜合風險評估和研判分析，借助GIS 構建燃氣安全風險“紅、橙、黃、綠”四色分布圖，刻畫城市各片區風險分布及風險等級狀況；③燃氣安全監測預警一張圖，借助物聯信息采集系統實現燃氣管網及相鄰空間、終端用戶、液化氣鋼瓶和第三方施工破壞等監測預警信息的接入匯聚后，基于GIS 和圖表可視化工具實現對各類監測預警信息的一張圖分布展示、調取、分類分級統計分析和趨勢研判，支撐燃氣安全值守監測和快速預警響應工作開展，并為故障、事故應急處置提供在線監測監控信息支撐；④燃氣應急輔助決策一張圖，服務于燃氣事故應急指揮與救援處置，實現對燃氣泄漏爆炸事故的快速定位、泄漏溯源分析、泄漏爆炸影響分析、次生衍生事故耦合分析和周邊可調用人員物資裝備分布分析等功能，為做好事故影響范圍劃定、周邊人員遷移、燃氣管網搶修、應急資源快速調度及事故損失評估等提供輔助決策。

3.5 兩個配套體系

“兩個配套體系”，即標準規范體系和運行保障體系。其中：①標準規范體系旨在為平臺的建設、運行和維護提供統一標準規范，包括物聯信息采集、數據接入、應用集成、服務調用、應用管理及安全運維等的標準規范；②運行保障體系旨在為平臺提供安全可靠的運行保障能力，包括安全防護體系和運維管理體系2部分。安全防護體系包括物理安全、網絡安全、系統安全、數據安全、管理和使用安全制度等；運維管理體系涵蓋運維模式、運維服務團隊、運維管理系統及運維管理制度等。

4 燃氣安全監測預警平臺應用價值

一是能夠有效防控城市燃氣泄露所導致的重特大爆炸“黑天鵝”事故。通過對與燃氣管網相鄰的窨井進行燃氣泄漏監測，補齊燃氣管網相鄰空間“安全監管死角”短板，有效防控因燃氣微小泄露在相鄰空間積聚所導致的重特大燃氣爆炸事故；通過對接第三方施工登記信息并對挖掘機作業行為進行智能分析與識別，有效防控因第三方施工破壞管線所導致的重特大燃氣爆炸事故，整體提升地下管網和城市空間安全水平。

二是能夠有效降低終端用戶燃氣爆炸“高頻”事故發生概率。通過對燃氣終端用戶和液化氣鋼瓶進行安全監測、異常預警、違規報警和自動關閥干預控制，掐斷風險隱患苗頭，大幅消減室內燃氣爆炸事故，保障終端用戶用氣安全。

三是提升燃氣事故應急響應與救援處置水平。借助溯源分析、擴散分析、爆炸分析和影響分析等模型算法，對事故進行精準定位、智能研判與快速救援處置，解決事故處置無頭緒、無章法的問題，強化事故應急輔助決策支撐。

四是政企協同提升燃氣安全監管效能。通過網絡互聯互通、數據融合共享，打通政府與企業間的數字通道，實現燃氣安全監管在線聯動與協同治理，合力推動燃氣風險防控與隱患排查落實，保障城市燃氣輸配、儲存與使用全過程安全。

5 結束語

本文從影響燃氣安全的重大風險入手，基于“一張網絡、三大支撐、六項應用、一個駕駛艙、兩個配套體系”總體架構，提出燃氣安全監測預警平臺的建設思路、建設內容，對燃氣管網、相臨空間、終端用戶、第三方施工及液化氣鋼瓶等的安全運行狀況進行物聯監測、自動預警和全生命周期安全監管，借助物聯科技和智能化手段，全面提升城市燃氣安全風險防范水平，保障城市燃氣安全運行。