智慧城市社区智慧燃气系统的建设

上海燃气工程设计研究有限公司 肖诗凡

1 智慧城市社区

智慧城市社区是通过应用信息化、智能化、物联网、云计算等新一代信息技术，实现园区基础设施优化、运营管理精细化、功能服务信息化和产业发展智慧化[1]。目前智慧城市社区的建设目标，普遍从物理园区、静态模型、动态管理、自动感知和智慧应用五个层次形成基于信息化、智能化社会管理与服务的新管理形态的社区。

目前，智慧城市社区系统仅采集车辆出入社区、社区公共场所监控管理、高空抛物、电梯运营管理等相关数据，并未关注社区居民的能源使用及安全情况。

伴随着5G时代的到来，信息技术加快革新，特别是云计算、物联网、移动互联网的迅猛发展，信息化建设在天然气行业越加受到重视。近年来，社区居民使用天然气不当而引起的事故也时有发生，有些天然气事故甚至造成社区大范围停气，严重影响城市社区的高质量发展。因此，开发智慧城市社区智慧燃气系统意义重大。

2 智慧燃气系统现状

目前已开展智慧燃气的社区，多数已经使用了SCADA系统、GIS系统、应急调度系统等，但多个系统独立存在，没有相关的联动，且多系统操作繁琐。综合上述存在的问题，社区智慧燃气系统需要一个统一的智慧燃气平台，将社区内所需的各种子系统进行统一的集成，并对其之间的联动进行合理的布置，以实现功能的最大化，最终提高社区的智慧信息化水平，提高效率，精简人员。

3 智慧燃气系统建设

3.1 系统目标

社区智慧燃气系统的目标应聚焦打造“安全、可靠、智能的智慧燃气社区”。应坚持一体化原则，从社区的整体需求出发，推动智慧燃气发展，建立“全面感知、数据共享、高效协同、智能决策、精细管理”的智慧化新模式；建设智慧燃气大网络，大平台，围绕本质安全与高质量发展两大任务，满足政府精细化城市治理、企业安全化生产运行、用户用气优质化体验等多维度，多层次的需要。

3.2 系统架构设计

社区智慧燃气系统的架构，围绕社区的功能定位和需求特点，开展智慧燃气顶层设计，设计总体功能架构与平台框架，从数据治理、物联感知、平台搭建、应用场景等方面分解建设任务，进一步形成智慧燃气系统建设。同时，系统应满足以下几个特点，(1) 一个智慧燃气平台；(2) 全生命周期建设；(3) 全场景覆盖；(4) 监测与预警；(5) 运维与保障；(6) 应急与处置。系统框架见图1。

图1 智慧城市社区智慧燃气平台框架

3.3 系统功能

智慧城市社区智慧燃气系统(以下简称“智慧燃气系统”)应实现智能感知、负荷预测、数据共享、高效协同、智能决策、精细管理的能力。由大数据、算法、物联网技术等，将感知元件采集到的信息和数据通过网络传至智慧燃气系统，系统经过计算、处理后，将燃气泄露、报警、安全、维保等相关的数据传输到智慧城市社区系统。通过数字化的技术对相关数据进行处理，对关键性指标进行量化，形成可视化的指标。例如，燃气维保风险等级中，可以根据需求设置三种等级：一级表示正常，定期维保；二级表示异常，需排查处置；三级表示严重，需立即维护处理。这些量化的数据由燃气公司对社区可能存在的风险进行预判，并根据预判结果开展处理或相关处置工作。

3.4 系统组成

智慧城市社区智慧燃气系统(以下简称：智慧燃气系统)可以建设成为数字化建设与交付子模块、智慧运维服务子模块两大组成部分。其中，数字化建设与交付子模块主要包括设计模型数据、设计变更、设计过程中产生的各种资料、基础数据的集成、建设过程中的数据采集(如燃气管道焊接、拍片、跟测数据)，实现原始数据保存；智慧运维服务子模块主要包括智能燃气表数据、燃气报警、庭院管监测、智能调压器、智能管井、智能监测预警、加装智能感知元件、AR智能巡检等应用。

(1) 基础数据的集成。首先要编制合理的数据作业手册，根据一定的规则进行数据的集成。基础数据主要包括两部分：存量数据和新建数据。新建数据一般通过设计单位的设计资料和施工过程的管理资料获取。地下管线采用三维GIS技术，地上燃气管道采用BIM技术，实现对数据的交付。存量数据有可能会由于历史原因、环境因素，有些部分需要查阅图档资料，缺失部分需要采用探测技术确定管线，一般资料比较齐全的地下管道根据存档资料进行重建，地上部分采用三维扫描实现数据的重建。数据包含但不限于：智能燃气表、燃气泄漏报警装置、电磁阀、球阀、智能管井、阴极保护设备、智能调压器、燃气管道。

(2) 智能燃气表。智慧城市社区采用智能燃气表，实现智能计量。主要基于两个方面的考虑，一是切实改善用户体验，解决传统燃气表抄表难、缴费难、基于2G通讯技术下的传输数据不稳定耗能高等疑难问题；二是疫情期间，非接触式智能抄表需求成为主流。智能燃气表采用了NB-IOT网络通讯技术，作为智能数据终端，是实现智能化管理的基础和前提，也是实现大数据服务的关键。通过统计分析，形成面向生产组织全过程的决策服务信息，为业务优化升级提供数据支撑，实现智慧燃气业务数字化、管理智能化、服务质量以及终端用户体验改良化。同时可以实现用户通过移动端远程检查用气状态、用气情况。如果有需求，用户远程申请燃气公司通过移动端远程操控切断燃气阀门。

(3) 燃气泄漏报警装置。智慧城市社区采用燃气泄漏报警装置(简称报警器)，实现智能报警。报警探测装置一旦检测到天然气浓度超过标准安全值，通过传感器内部的中央控制系统会发出声光报警，用 NB-IOT网络技术关闭阀门[2]。异常报警器的位置第一时间在智慧燃气系统上高亮显示，同时将报警器的位置、型号、编号以及所属系统推送至燃气管理部门或社区管理中心，再由管理部门委派专职维保人员及时处理。

(4) 阴极保护设备。智慧城市社区燃气钢管选用智能阴极保护系统，监测牺牲阳极腐蚀情况，设备搭载于牺牲阳极处，通过工作流程的建立，设置常规监测任务以提高阴极保护管理的智能化、自动化、信息化水平，并且能通过对阴保数据异常的自动判断，起到及时发现问题、快速处理问题的作用。

(5) 智能阀门井。智慧城市社区在阀门井中加装燃气检测设备，智能阀门井盖通过内置的电池供电，结合5G技术作为信号传递通道，燃气检测设备将实时数据反馈至智慧燃气系统。燃气检测仪器可设置多级管理模式，日常上传数据进行常规管理；燃气浓度超标时仪器将会向智慧燃气系统实时发送警报，及时启动应急处置流程。一旦发现燃气泄露情况，可以远程一键控制切断气源，实现移动端管理、智能管理。

(6) 智能调压器。智慧城市社区采用智能调压器，可以将燃气进口压力、出口压力、温度、流量的监测管理功能集成，实现相关数据的自动采集，自动上传和自动报警等功能，能够有效保证调压器的安全性。智慧燃气系统可以实时查看智能调压器的运行状态，实现运营管理人员远程根据上下游用气情况进行远程调压限流的管理。在发现燃气泄露时，可以通过移动端控制智能调压器切断气源，实现智能管理。

(7) 智能管网运维。智慧城市社区，在现有管网布局资料较为完善的基础上，进一步推广智能感知设备的全面覆盖，通过整合气源、管网、客户端等供应链数据，完善燃气智能监测、管网预警、区域燃气供求实时分析等，实现燃气全网智能监测，通过完善以下方面工作内容：健全全过程动态数据采集制度，集成管网自动监测、事故报修抢修、自查维修、管网巡检、管道检测、设备维护、更新改造等全过程管理的动态数据；实现大数据分析应用，基于健全的管网动态数据基础，汇集管网运行信息、用户服务信息、智能计量信息等大数据信息，探索建立大数据分析模型，形成系列数据分析应用；建设智能调度生产指挥辅助系统，依托大数据分析应用，逐步实现中长期预测平衡、全网优化调配、应急高效辅助等智能化管理功能，为智慧城市社区燃气用户提供更安全和智能的供气服务。

(8) AR智能巡检。智慧城市社区采用AR智能巡检，通过AR增强现实技术实现现实与模型的叠加。采用AR智能巡检技术，解决了传统人工巡检中燃气管道看不清、找不到、理不顺问题。通过预设的二维码信息，由巡检人员手持AR智能巡检设备进行扫码定位，模型数据与现实数据叠加，如果发现异常(阀门异常、燃气表、油漆脱落、管道腐蚀、私改等问题)可以进行拍照上传，并进行问题描述，由智慧燃气系统进行问题的排查，专业维保人员进行处理，待处理后再由AR智能巡检设备上传已维保现状，实现了问题的闭环处理。

4 社区智慧燃气系统未来展望

随着信息技术的高速发展，社区智慧燃气系统的建设可以实现物联网通讯技术与气网、用户、现场管理人员及运维物资等紧密联系；通过大数据、云计算等技术构架燃气驾驶舱，实现更科学智能决策，全面提升智慧燃气系统的安全可控性；人工智能实现无限可能，数据分析挖掘等增值服务也不断涌现，这些都为燃气行业的发展带来新的机遇。社区智慧燃气也是燃气企业提高综合运营水平、扩展燃气企业经营范围、强化企业运营本质安全、提升客户满意度、增加企业经济效益的有效手段，代表了行业未来的发展趋势，也将带来城市能源系统的深刻变革。智慧城市社区智慧燃气系统的建设，符合城市数字化转型的目标，符合智慧城市社区对于增强综合管理能力、提高智能运营水平、提升智慧服务能力和实现投资效益最大化的需求。

5 总 结

目前燃气行业在社区智慧燃气系统建设上做了大量的工作，取得了一些阶段性成果，但要实现社区智慧燃气系统的建设还有很长的一段路要走。未来需要更多场景的融合，例如，居民场景建设，为社区居民提供一个安全、舒适、便利的燃气服务环境，落实居民用户漏气远程实时监控、燃气缴费线上办理、楼宇燃气能耗监控、社区综合能源智能控制。可以实现用气过程实现智能监测、压力监测、流量监测、设备管理，并做好智能收费业务管理，以安全、稳定、高效的为用户供气，保障管网安全，有效提升用户侧精细化管理水平，进一步加强应急事故发生时的加处置效能等，形成基于信息化、智能化的燃气管理与服务的一种新型管理的生态社区。因此，智慧城市社区智慧燃气系统的建设，需要我们继续丰富理念认识，促进创新思维，加大科技引领，增强行业内交流沟通，持续推进社区智慧燃气系统的建设，为经济、社会、环境可持续的高端发展做出积极贡献。