推进城市公共安全关键技术与系统研究

赵原

清华大学合肥公共安全研究院，在城市生命线工程安全运行监测研究和应用上取得了积极进展，为城市公共安全保驾护航。

2017年3月30日，全国安全生产综合监管工作会在安徽省合肥市召开，会议期间，与会代表们来到清华大学合肥公共安全研究院（以下简称“合肥院”）参观考察，了解了该院利用信息化手段强化城市安全防控的科研情况。

合肥院执行院长、清华大学公共安全研究院副院长袁宏永向大家介绍了合肥院在城市生命线工程安全运行监测研究工作上取得的进展。

合肥院是安徽省政府与清华大学战略合作协议精神的具体落实，由清华大学与合肥市政府于2013年12月30日正式签约设立。其总体定位是面向国家公共安全重大需求，瞄准世界公共安全科技前沿，研究公共安全科学理论、方法学、防控和应急管理综合集成等关键技术，并关注产业和技术落地，成果转化和企业孵化。主要建设公共安全综合实验平台和公共服务平台。

合肥院的发展方向主要有两个：聚焦国家应急体系，发展城市公共安全。

其中国家应急体系核心关键技术与装备包括：国家应急平台体系与公共安全大数据系统，应急救援与人员防护装备，国家应急装备检验检测测试中心的建设，目标是建立中国安全救援装备标准体系和检测中心，发展安全装备产业集群。

城市公共安全关键技术与系统包括：城市生命线工程安全运行检测技术与系统——重点是桥梁、燃气管网、供水管网、供热、电网、通信网络、综合管廊、电梯；城市水安全污染溯源与大数据技术和工程系统；智慧人防、消防大数据系统。其目标是建立新型城市精细化管理模式，构建智慧安全城市产业新模态。

为了实现这些目标，合肥院建立了8个综合实验平台，包括：多灾种耦合作用多尺度实验平台、城市生命线监测预警与风险评估实验平台、灾害环境人员安全防护实验平台、大型移动灾害数据采集实验平台、下一代应急平台体系技术原型平台、公共安全装备产品检验测试平台、人员行为分析及疏散实验平台、智慧安全社区研究示范平台。这些实验平台将研究公共安全事故、灾害或事件成灾机理和演化规律，形成公共安全领域大跨度、多学科交叉融合的研究基础，构建系统的公共安全科学基础理论体系和技术创新体系。

实验平台对城市风险监测的作用

多灾种耦合作用多尺度实验平台，是合肥院的重要实验平台之一，主要满足公共安全学科基础实验研究和应急装备检验检测的需求，可模拟各种常规和极端条件下（如强风、暴雨、暴雪、冰冻、浓雾、强日照等多种恶劣气象灾害环境）的多灾种耦合作用实验平台系统。“例如某种应急消防车，在哪些灾害模式和哪种灾害程度下，就失去了功能和效用，我们通过这个实验平台就可以检测出来。”袁宏永说。

灾害环境人员安全防护实验平台，主要用于解决亚洲人种灾害环境适应性和损伤模型，发展自主知识产权防护装备。该平台可以模拟灾害环境中人体的各项参数，并采集数据；研究高温、低温冰冻、火灾浓烟、危化品事故、爆炸及其复合作用等灾害环境下，人体损伤防护装备的研制和评价。

桥梁安全监测与诊断实验平台，用于建立城市高架桥梁安全运行监测预警技术与标准，发展实时预警系统。可开展桥梁运行状态监测、桥梁监测特征要素及风险模型研究、桥梁监测物联网传感系统研究，建立城市桥梁监测物联大数据模型。“桥梁垮塌会造成城市重大人员伤亡，所以我们利用这个平台建立一个桥梁从损伤到垮塌的模型，使得我们能够实时监控，及时发现桥梁安全隐患。目前传统的监测方式是靠人员一年检查两次，但是这期间如果发生损伤则难以知晓，我们期望的是以后给每一座桥梁装上几个传感器，就能保证只要有损伤立即报警，避免坍塌事故发生。”袁宏永介绍说。

燃气管网及相邻空间监测与诊断实验平台，用于发展城市地下相邻空间燃气泄漏溯源与爆炸风险监测技术与装备，建立城市重大燃气爆炸监测预警技术和监测机制。可开展燃气泄漏在线监测（包括微小泄漏）、地下密闭空间积聚规律研究、燃气在管网扩散规律研究、大气环境对浓度扩散影响研究、腐蚀环境对燃气安全监测系统影响研究等。袁宏永说：“通过我们的研究发现，70%的燃气管网爆炸事件都是从微小泄漏起源的，并且泄漏到地下相邻空间，如排污管道、排水管道等进行积聚，最后酿成爆炸事故。微小泄漏很难及时发现，我们要研究通过非接触式探测发现微小泄漏，以及发现泄漏规律，找到城市地下所有燃气积聚区域，装上传感器，避免发生重大爆炸事件。”

供水管网监测与诊断实验平台，用于发展供水管网安全运行监测与漏水引发的路面塌陷监测技术与装备，建立供水安全及次生灾害监测技术与机制。袁宏永告诉我们：“城市地下供水管网泄漏经常会冲刷出地下空洞，引起地面的大面积塌陷，如果空洞处有燃气管网，还会引起燃气泄漏，进而引起爆炸。所以我们要研究城市里的地下管网有多少泄漏会引起地面塌陷，进一步引起桥梁、建筑物坍塌，以及供电、供气等次生衍生灾害，从而及时采取防范措施。”

关键技术突破与成果应用

城市生命线是城市发展的基础，保障城市生命线的安全运行是保证城市快速发展和人民群众生活稳定的前提。以合肥市为例，目前城市拥有重要桥梁224座，地下管线总长2.4万余km。

为了保证城市生命线的安全运行，围绕“大产业、大安全”推动实施安全科技发展战略，根据合肥市市委书记、市长等市领导的指示，联合合肥市城乡建设委员会等多个部门，成立了合肥市城市生命线工程安全运行监测领导小组，开展合肥市城市生命线工程安全运行监测系统的建设和运维工作。项目整体依据统筹规划、顶层设计、资源共享、集约建设的原则，打造合肥城市生命线公共基础设施安全运行综合支撑平台，创新城市管理模式，做到3个“统一”：统一标准、统一监管、统一服务；4个“全面”：全面感知、全面接入、全面监控、全面预警；5个“落地”：风险可视化、监管规范化、运行透明化、管理精细化、保障主动化。

目前建设内容包括多个安全运行监测系统，即桥梁安全运行健康诊断系统、燃气管网相邻地下空间安全监测系统、供水管网安全监测系统、排水管网安全运行监测系统、热力管网安全监测系统、综合管廊安全运行监测系统等。未来依托合肥市城市生命线工程安全运行监测中心，将进一步开展水环境安全、电梯安全、重大危险源、预警信息和开挖管理等多類公共安全风险监测预警。

目前城市生命线工程安全运行监测，在合肥市5座最大的桥梁、西一环2.5 km的燃气管网和24.889 km的供水管网开展了一期试点应用，取得了一系列技术突破。

首先，实现城市生命线综合风险识别与耦合分析。完成了首张融合自然环境、生态环境、生产环境、经济环境的合肥市城市安全综合风险图。袁宏永介绍：“一个大型城市中往往存在大量风险，不仅上述所说的地下风险，还有地上人群密集场所等风险，经过风险分析将这张全市风险图描绘出来之后，我们就知道城市当中有哪些重大或较大风险需要重点防控。”

第二，解决了前端数据采集的难题。通过大系统多源异构大数据融合集成技术，攻克了每天30亿条多源、异构大数据的上传、融合处理难题。“监测到风险后，我们在中心将这些数据进行分析处理，发送到市安监局，以及桥梁、燃气、供水集团等单位，可以提醒相关人员及时进行现场处置，将事故遏制在萌芽状态。目前平均每两天就会发出一条预警信息。”袁宏永说。

第三，构建了综合性桥梁安全分析技术与预警、地下空间可燃气体泄漏溯源与预警分析等模型。“例如橋梁方面，不仅能够监测每一个指标，还可以通过多个指标监测对桥梁总体的‘健康状况进行综合评估。燃气方面，通过一个小孔发生泄漏后，可能影响到哪些管线、多大范围，如果发生爆炸可能需要疏散多大区域面积内的人群等，从点、线、面到整体的溯源、预防和应急方案，我们均能够进行科学计算和预测。”袁宏永说。

目前，城市生命线工程安全监测系统累计申请了12个专利，取得了4个软件著作权，建成了2条产品生产线，培育了4支专业化技术团队。

从系统验收至2017年3月底，3个月的时间内，发现了多起城市生命线工程风险隐患，有效避免了事故的发生，保障了生命线工程的安全运行。

第四，探索城市生命线工程安全管理创新机制。成立了合肥市城市生命线工程安全运行监测中心，为市属事业单位。主要职能是向政府和相关部门提供监测预警、安全运行分析、辅助决策支持等。解决安全监测信息权属复杂、条块分割、多头管理等难题，构建系统性、现代化的城市安全保障体系。与相关部门已建立互联互通对接机制，与合肥市城乡建设委员会等有关部门形成了良性协同模式。

“我们解决了信息孤岛、条块分割的问题，以往城市各行业主管部门都是各司其职，信息互不相通，而我们作为一个第三方机构，将这些信息进行了互联互通，做到了城市安全的大数据共享。”袁宏永说。

第五，集成创新电梯安全运行监测技术与模式。对电梯进行监测监管，解决维修不及时、带病运行等问题，实现全面有效监管、综合应急救援、实时监测与预警。

第六，物联网人防、消防设施管理技术获得重大进展。智慧人防综合信息系统已经由国家人防办发文向全国推广。消防大数据综合应用系统已成功应用于广西省南宁市。

第七，应急技术与装备已出口南美多国，在2个国家中心、7个区域中心、16个省中心进行了应用。现场应急装备包括：移动应急平台、低空旋翼复合飞行器、社区警务站、手持终端等。

编辑 赵 原