推進(jìn)城市公共安全關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)研究

趙原

清華大學(xué)合肥公共安全研究院，在城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)研究和應(yīng)用上取得了積極進(jìn)展，為城市公共安全保駕護(hù)航。

2017年3月30日，全國(guó)安全生產(chǎn)綜合監(jiān)管工作會(huì)在安徽省合肥市召開(kāi)，會(huì)議期間，與會(huì)代表們來(lái)到清華大學(xué)合肥公共安全研究院（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“合肥院”）參觀(guān)考察，了解了該院利用信息化手段強(qiáng)化城市安全防控的科研情況。

合肥院執(zhí)行院長(zhǎng)、清華大學(xué)公共安全研究院副院長(zhǎng)袁宏永向大家介紹了合肥院在城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)研究工作上取得的進(jìn)展。

合肥院是安徽省政府與清華大學(xué)戰(zhàn)略合作協(xié)議精神的具體落實(shí)，由清華大學(xué)與合肥市政府于2013年12月30日正式簽約設(shè)立。其總體定位是面向國(guó)家公共安全重大需求，瞄準(zhǔn)世界公共安全科技前沿，研究公共安全科學(xué)理論、方法學(xué)、防控和應(yīng)急管理綜合集成等關(guān)鍵技術(shù)，并關(guān)注產(chǎn)業(yè)和技術(shù)落地，成果轉(zhuǎn)化和企業(yè)孵化。主要建設(shè)公共安全綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和公共服務(wù)平臺(tái)。

合肥院的發(fā)展方向主要有兩個(gè)：聚焦國(guó)家應(yīng)急體系，發(fā)展城市公共安全。

其中國(guó)家應(yīng)急體系核心關(guān)鍵技術(shù)與裝備包括：國(guó)家應(yīng)急平臺(tái)體系與公共安全大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，應(yīng)急救援與人員防護(hù)裝備，國(guó)家應(yīng)急裝備檢驗(yàn)檢測(cè)測(cè)試中心的建設(shè)，目標(biāo)是建立中國(guó)安全救援裝備標(biāo)準(zhǔn)體系和檢測(cè)中心，發(fā)展安全裝備產(chǎn)業(yè)集群。

城市公共安全關(guān)鍵技術(shù)與系統(tǒng)包括：城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行檢測(cè)技術(shù)與系統(tǒng)——重點(diǎn)是橋梁、燃?xì)夤芫W(wǎng)、供水管網(wǎng)、供熱、電網(wǎng)、通信網(wǎng)絡(luò)、綜合管廊、電梯；城市水安全污染溯源與大數(shù)據(jù)技術(shù)和工程系統(tǒng)；智慧人防、消防大數(shù)據(jù)系統(tǒng)。其目標(biāo)是建立新型城市精細(xì)化管理模式，構(gòu)建智慧安全城市產(chǎn)業(yè)新模態(tài)。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，合肥院建立了8個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括：多災(zāi)種耦合作用多尺度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、城市生命線(xiàn)監(jiān)測(cè)預(yù)警與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、災(zāi)害環(huán)境人員安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、大型移動(dòng)災(zāi)害數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、下一代應(yīng)急平臺(tái)體系技術(shù)原型平臺(tái)、公共安全裝備產(chǎn)品檢驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)、人員行為分析及疏散實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、智慧安全社區(qū)研究示范平臺(tái)。這些實(shí)驗(yàn)平臺(tái)將研究公共安全事故、災(zāi)害或事件成災(zāi)機(jī)理和演化規(guī)律，形成公共安全領(lǐng)域大跨度、多學(xué)科交叉融合的研究基礎(chǔ)，構(gòu)建系統(tǒng)的公共安全科學(xué)基礎(chǔ)理論體系和技術(shù)創(chuàng)新體系。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)城市風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)的作用

多災(zāi)種耦合作用多尺度實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，是合肥院的重要實(shí)驗(yàn)平臺(tái)之一，主要滿(mǎn)足公共安全學(xué)科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究和應(yīng)急裝備檢驗(yàn)檢測(cè)的需求，可模擬各種常規(guī)和極端條件下（如強(qiáng)風(fēng)、暴雨、暴雪、冰凍、濃霧、強(qiáng)日照等多種惡劣氣象災(zāi)害環(huán)境）的多災(zāi)種耦合作用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)?！袄缒撤N應(yīng)急消防車(chē)，在哪些災(zāi)害模式和哪種災(zāi)害程度下，就失去了功能和效用，我們通過(guò)這個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)就可以檢測(cè)出來(lái)?！痹暧勒f(shuō)。

災(zāi)害環(huán)境人員安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，主要用于解決亞洲人種災(zāi)害環(huán)境適應(yīng)性和損傷模型，發(fā)展自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)防護(hù)裝備。該平臺(tái)可以模擬災(zāi)害環(huán)境中人體的各項(xiàng)參數(shù)，并采集數(shù)據(jù)；研究高溫、低溫冰凍、火災(zāi)濃煙、危化品事故、爆炸及其復(fù)合作用等災(zāi)害環(huán)境下，人體損傷防護(hù)裝備的研制和評(píng)價(jià)。

橋梁安全監(jiān)測(cè)與診斷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于建立城市高架橋梁安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)展實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)。可開(kāi)展橋梁運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、橋梁監(jiān)測(cè)特征要素及風(fēng)險(xiǎn)模型研究、橋梁監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)傳感系統(tǒng)研究，建立城市橋梁監(jiān)測(cè)物聯(lián)大數(shù)據(jù)模型?！皹蛄嚎逅鷷?huì)造成城市重大人員傷亡，所以我們利用這個(gè)平臺(tái)建立一個(gè)橋梁從損傷到垮塌的模型，使得我們能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁安全隱患。目前傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方式是靠人員一年檢查兩次，但是這期間如果發(fā)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(gè)傳感器，就能保證只要有損傷立即報(bào)警，避免坍塌事故發(fā)生?！痹暧澜榻B說(shuō)。

燃?xì)夤芫W(wǎng)及相鄰空間監(jiān)測(cè)與診斷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于發(fā)展城市地下相鄰空間燃?xì)庑孤┧菰磁c爆炸風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)技術(shù)與裝備，建立城市重大燃?xì)獗ūO(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)和監(jiān)測(cè)機(jī)制?？砷_(kāi)展燃?xì)庑孤┰诰€(xiàn)監(jiān)測(cè)（包括微小泄漏）、地下密閉空間積聚規(guī)律研究、燃?xì)庠诠芫W(wǎng)擴(kuò)散規(guī)律研究、大氣環(huán)境對(duì)濃度擴(kuò)散影響研究、腐蝕環(huán)境對(duì)燃?xì)獍踩O(jiān)測(cè)系統(tǒng)影響研究等。袁宏永說(shuō)：“通過(guò)我們的研究發(fā)現(xiàn)，70%的燃?xì)夤芫W(wǎng)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(jìn)行積聚，最后釀成爆炸事故。微小泄漏很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)，我們要研究通過(guò)非接觸式探測(cè)發(fā)現(xiàn)微小泄漏，以及發(fā)現(xiàn)泄漏規(guī)律，找到城市地下所有燃?xì)夥e聚區(qū)域，裝上傳感器，避免發(fā)生重大爆炸事件?！?/p>

供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)與診斷實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，用于發(fā)展供水管網(wǎng)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)與漏水引發(fā)的路面塌陷監(jiān)測(cè)技術(shù)與裝備，建立供水安全及次生災(zāi)害監(jiān)測(cè)技術(shù)與機(jī)制。袁宏永告訴我們：“城市地下供水管網(wǎng)泄漏經(jīng)常會(huì)沖刷出地下空洞，引起地面的大面積塌陷，如果空洞處有燃?xì)夤芫W(wǎng)，還會(huì)引起燃?xì)庑孤M(jìn)而引起爆炸。所以我們要研究城市里的地下管網(wǎng)有多少泄漏會(huì)引起地面塌陷，進(jìn)一步引起橋梁、建筑物坍塌，以及供電、供氣等次生衍生災(zāi)害，從而及時(shí)采取防范措施?！?/p>

關(guān)鍵技術(shù)突破與成果應(yīng)用

城市生命線(xiàn)是城市發(fā)展的基礎(chǔ)，保障城市生命線(xiàn)的安全運(yùn)行是保證城市快速發(fā)展和人民群眾生活穩(wěn)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(xiàn)總長(zhǎng)2.4萬(wàn)余km。

為了保證城市生命線(xiàn)的安全運(yùn)行，圍繞“大產(chǎn)業(yè)、大安全”推動(dòng)實(shí)施安全科技發(fā)展戰(zhàn)略，根據(jù)合肥市市委書(shū)記、市長(zhǎng)等市領(lǐng)導(dǎo)的指示，聯(lián)合合肥市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)等多個(gè)部門(mén)，成立了合肥市城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)領(lǐng)導(dǎo)小組，開(kāi)展合肥市城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)維工作。項(xiàng)目整體依據(jù)統(tǒng)籌規(guī)劃、頂層設(shè)計(jì)、資源共享、集約建設(shè)的原則，打造合肥城市生命線(xiàn)公共基礎(chǔ)設(shè)施安全運(yùn)行綜合支撐平臺(tái)，創(chuàng)新城市管理模式，做到3個(gè)“統(tǒng)一”：統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一監(jiān)管、統(tǒng)一服務(wù)；4個(gè)“全面”：全面感知、全面接入、全面監(jiān)控、全面預(yù)警；5個(gè)“落地”：風(fēng)險(xiǎn)可視化、監(jiān)管規(guī)范化、運(yùn)行透明化、管理精細(xì)化、保障主動(dòng)化。

目前建設(shè)內(nèi)容包括多個(gè)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即橋梁安全運(yùn)行健康診斷系統(tǒng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)相鄰地下空間安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、供水管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、排水管網(wǎng)安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、熱力管網(wǎng)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、綜合管廊安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。未來(lái)依托合肥市城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心，將進(jìn)一步開(kāi)展水環(huán)境安全、電梯安全、重大危險(xiǎn)源、預(yù)警信息和開(kāi)挖管理等多類(lèi)公共安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警。

目前城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)，在合肥市5座最大的橋梁、西一環(huán)2.5 km的燃?xì)夤芫W(wǎng)和24.889 km的供水管網(wǎng)開(kāi)展了一期試點(diǎn)應(yīng)用，取得了一系列技術(shù)突破。

首先，實(shí)現(xiàn)城市生命線(xiàn)綜合風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與耦合分析。完成了首張融合自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、生產(chǎn)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境的合肥市城市安全綜合風(fēng)險(xiǎn)圖。袁宏永介紹：“一個(gè)大型城市中往往存在大量風(fēng)險(xiǎn)，不僅上述所說(shuō)的地下風(fēng)險(xiǎn)，還有地上人群密集場(chǎng)所等風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析將這張全市風(fēng)險(xiǎn)圖描繪出來(lái)之后，我們就知道城市當(dāng)中有哪些重大或較大風(fēng)險(xiǎn)需要重點(diǎn)防控?！?/p>

第二，解決了前端數(shù)據(jù)采集的難題。通過(guò)大系統(tǒng)多源異構(gòu)大數(shù)據(jù)融合集成技術(shù)，攻克了每天30億條多源、異構(gòu)大數(shù)據(jù)的上傳、融合處理難題?！氨O(jiān)測(cè)到風(fēng)險(xiǎn)后，我們?cè)谥行膶⑦@些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，發(fā)送到市安監(jiān)局，以及橋梁、燃?xì)?、供水集團(tuán)等單位，可以提醒相關(guān)人員及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)處置，將事故遏制在萌芽狀態(tài)。目前平均每?jī)商炀蜁?huì)發(fā)出一條預(yù)警信息?！痹暧勒f(shuō)。

第三，構(gòu)建了綜合性橋梁安全分析技術(shù)與預(yù)警、地下空間可燃?xì)怏w泄漏溯源與預(yù)警分析等模型?！袄鐦蛄悍矫?，不僅能夠監(jiān)測(cè)每一個(gè)指標(biāo)，還可以通過(guò)多個(gè)指標(biāo)監(jiān)測(cè)對(duì)橋梁總體的‘健康狀況進(jìn)行綜合評(píng)估。燃?xì)夥矫妫ㄟ^(guò)一個(gè)小孔發(fā)生泄漏后，可能影響到哪些管線(xiàn)、多大范圍，如果發(fā)生爆炸可能需要疏散多大區(qū)域面積內(nèi)的人群等，從點(diǎn)、線(xiàn)、面到整體的溯源、預(yù)防和應(yīng)急方案，我們均能夠進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和預(yù)測(cè)?！痹暧勒f(shuō)。

目前，城市生命線(xiàn)工程安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)累計(jì)申請(qǐng)了12個(gè)專(zhuān)利，取得了4個(gè)軟件著作權(quán)，建成了2條產(chǎn)品生產(chǎn)線(xiàn)，培育了4支專(zhuān)業(yè)化技術(shù)團(tuán)隊(duì)。

從系統(tǒng)驗(yàn)收至2017年3月底，3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了多起城市生命線(xiàn)工程風(fēng)險(xiǎn)隱患，有效避免了事故的發(fā)生，保障了生命線(xiàn)工程的安全運(yùn)行。

第四，探索城市生命線(xiàn)工程安全管理創(chuàng)新機(jī)制。成立了合肥市城市生命線(xiàn)工程安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)中心，為市屬事業(yè)單位。主要職能是向政府和相關(guān)部門(mén)提供監(jiān)測(cè)預(yù)警、安全運(yùn)行分析、輔助決策支持等。解決安全監(jiān)測(cè)信息權(quán)屬?gòu)?fù)雜、條塊分割、多頭管理等難題，構(gòu)建系統(tǒng)性、現(xiàn)代化的城市安全保障體系。與相關(guān)部門(mén)已建立互聯(lián)互通對(duì)接機(jī)制，與合肥市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì)等有關(guān)部門(mén)形成了良性協(xié)同模式。

“我們解決了信息孤島、條塊分割的問(wèn)題，以往城市各行業(yè)主管部門(mén)都是各司其職，信息互不相通，而我們作為一個(gè)第三方機(jī)構(gòu)，將這些信息進(jìn)行了互聯(lián)互通，做到了城市安全的大數(shù)據(jù)共享?！痹暧勒f(shuō)。

第五，集成創(chuàng)新電梯安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)技術(shù)與模式。對(duì)電梯進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)管，解決維修不及時(shí)、帶病運(yùn)行等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)全面有效監(jiān)管、綜合應(yīng)急救援、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警。

第六，物聯(lián)網(wǎng)人防、消防設(shè)施管理技術(shù)獲得重大進(jìn)展。智慧人防綜合信息系統(tǒng)已經(jīng)由國(guó)家人防辦發(fā)文向全國(guó)推廣。消防大數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用系統(tǒng)已成功應(yīng)用于廣西省南寧市。

第七，應(yīng)急技術(shù)與裝備已出口南美多國(guó)，在2個(gè)國(guó)家中心、7個(gè)區(qū)域中心、16個(gè)省中心進(jìn)行了應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急裝備包括：移動(dòng)應(yīng)急平臺(tái)、低空旋翼復(fù)合飛行器、社區(qū)警務(wù)站、手持終端等。

編輯 趙 原