燃气安全监测预警平台设计与应用研究

崔其文，解 福，王书涛，黄广超

（1.中国电子系统技术有限公司，北京 100039；2.山东师范大学 信息科学与工程学院，济南 250014）

自2020 年以来，全国燃气事故总量连续7 个季度持续上升，较大级别以上事故呈抬头趋势[1]。2021 年连续发生湖北十堰“6·13”、辽宁沈阳“10·21”等多起较大及以上级别安全事故，造成人民群众生命财产重大损失[2]。针对日趋严峻的燃气安全形势，国务院安委会、应急部和住建部等接连发文[3-9]，要求贯彻落实习近平总书记重要指示精神，按照李克强总理等同志批示要求，部署在全国开展城镇燃气安全排查整治工作，推进城市安全风险监测预警平台建设，系统整治燃气安全问题，防范化解重大燃气安全风险，遏制城镇燃气爆炸事故高发态势。

1 燃气安全监测预警平台设计背景

统计数据[10]表明，我国燃气泄露爆炸事故发生在室内的居多，占比在60%以上，且呈现增长态势。室内燃气事故中，居民用户占比最高，饭店和酒店等工商用户位居第二，其他场所内的事故发生率相对较低。另外，相较于室内燃气（灶）泄露爆炸事故，由液化气钢瓶导致的泄露爆炸事故占比更高，约占所有室内事故的60%。对室外燃气泄露爆炸事故而言，第三方施工破坏燃气管线是导致事故的主要原因，占比高达84%；其次是由管道自身老化、腐蚀等所导致的泄露爆炸事故，占比约9%[11]。

因此，燃气爆炸事故防范需要室内室外两手抓：室内居民用户重点防范因阀门松动、胶管老化脱落所导致的泄漏爆炸事故[12-13]；饭店、商户重点防范液化气钢瓶泄露爆炸事故[14]，并且要从源头上遏制报废、超期钢瓶流入市场及非法充装等现象，严厉打击“黑气、黑瓶、黑车及黑点”，消除液化气钢瓶运输流转、充装及使用环节安全隐患。室外则要重点防范由第三方施工破坏[15]和管道自身老化腐蚀所导致的燃气泄漏爆炸事故[16-17]。除了关注燃气管道自身是否有泄漏外，还要特别关注燃气在相邻地下空间（燃气管道附近的燃气井、雨水井、污水井、电力井、自来水管道井和通信井等）积聚的情况[18]，这是导致重特大燃气事故的罪魁祸首。如图1 所示。

图1 燃气安全监管思维导图

2 燃气安全监测预警平台设计思路

围绕燃气储配输送安全、终端用户用气安全、液化气钢瓶全生命周期流转安全和第三方施工破坏风险防范4 方面内容，借助物联网、云计算、大数据与人工智能等先进技术，打通政府各相关委办局以及政府同企业间的网络、数据通道，构建燃气安全监测预警平台，实现燃气安全物联监测接入、政企业务数据共享和应用系统集成应用，对燃气安全进行全时空、全方位安全运行监测和全行业链条、全生命周期安全生产监管，第一时间发现风险、排查风险和消除风险，针对突发状况快速做出应急响应和联动处置，全面提升城市燃气安全运行保障、安全生产监管与突发事件应急处置水平。

3 燃气安全监测预警平台总体设计

燃气安全监测预警平台基于“13612”总体架构，打造燃气安全“一张网络、三大支撑、六项应用、一个驾驶舱、两个配套体系”，如图2 所示。

图2 燃气安全监测预警平台架构图

3.1 一张网络

“一张网络”，即燃气安全运行监测物联网。重点开展5 大场景的监测物联网建设：①燃气管网监测包括针对燃气管道压力、流量监测、燃气井、储气站和调压站等的燃气浓度监测[19]；②燃气管网相邻空间监测，主要针对燃气管网相邻的雨、污、水、电和通信等地下管沟、窨井等附属设施开展燃气浓度、环境温度、湿度及水位等的监测；③终端用户监测，主要对居民用户、工商用户厨房内的燃气浓度、一氧化碳浓度进行监测，并附带监测泄漏预警联动的电磁阀装置，控制自动关闭燃气阀门；④液化气钢瓶泄漏监测，通过在液化气钢瓶上安装泄漏监测仪，实现泄漏预警后联动关阀；⑤第三方施工智能监测，通过对“雪亮工程”“天网工程”和“智慧交通”等的视频监控进行接入和智能分析，实现对挖掘机作业等的自动识别和异常监测。

3.2 三大支撑

“三大支撑”，指云网服务支撑、数据治理支撑和应用服务支撑。其中：①云网服务支撑，主要依托政务云、政务外网和互联网专线等云网基础设施，提供基础计算资源、存储资源和网络传输资源等的支撑服务；②数据治理支撑，通常依托政务共享大数据平台或数据中台，对燃气安全相关的基础数据、业务数据、物联监测数据等进行统一汇聚和数据治理，为上层应用提供数据调用、数据计算及数据分析挖掘服务；③应用服务支撑，主要为上层应用提供GIS 地图、可视化展示、BIM建模、物联信息采集、视频融合、融合通信和模型工厂等的共性服务支撑。

3.3 六项应用

“六项应用”包括燃气安全数字档案系统、燃气安全生产监督管理系统、燃气应急协同联动系统、液化气钢瓶全生命周期安全监管系统、第三方违法施工智能化监管系统和燃气安全监测预警系统。其中：①燃气安全数字档案系统，主要负责燃气管网、相邻空间、燃气用户、危险源和防护目标数等的电子台账信息的管理维护和可视化展示；②燃气安全生产监督管理系统，负责燃气企业及安全许可、管线巡检、入户巡检、风险分级管控和隐患排查治理等的监督管理；③燃气应急协同联动系统，主要用于支撑对燃气事故的应急响应与协同联动处置，功能包括预案数字化管理、事故信息接报、现场状况监测监控、事故研判分析、人员物资调度、协同联动处置和模拟演练，以及应急物资、装备、救援队伍和专家等的管理；④液化气钢瓶全生命周期安全监管系统，借助电子台账、电子标签及充装控制等手段，实现液化气瓶从生产、销售、运输、充装、使用、检测和报废全过程安全流转控制，对“漏气、黑气、黑瓶、黑车、黑点和非法充装”进行自动报警，确保液化气钢瓶底数清、状态明、安全流转与合规使用；⑤第三方违法施工智能化监管系统，燃气公司与住建、城管与交通等部门对接第三方施工登记信息，借助视频融合与智能分析手段，对“雪亮工程”“智慧交通”等视频监控信息进行分析研判，智能识别挖掘机、打桩机及顶管机等施工作业事件，并对违法施工进行筛选与报警，提醒燃气公司做好施工周边管线巡检盯防，防范因第三方施工破坏导致的管线泄漏爆炸事故；⑥燃气安全监测预警系统，实现对燃气管网燃气泄漏监测、相邻空间燃气浓度、温度水位监测、终端用户燃气泄漏监测、液化气钢瓶泄漏监测、黑气、黑瓶、黑车、黑点预警及第三方施工监测等的预警模型管理、指标配置，以及预警联动流程、信息发布流程设置、实时在线监测和预警可视化展示等功能。

3.4 一个驾驶舱

“一个驾驶舱”，即燃气安全驾驶舱，包括燃气安全运行综合态势、燃气安全风险分布四色图、燃气安全监测预警一张图和燃气应急辅助决策一张图4 个子系统。其中：①燃气安全运行综合态势，以GIS 和图表可视化相结合的方式，来综合展示城市燃气输配供应、液化气钢瓶流通使用的运行状况、覆盖用户及用气量情况，以及日常巡检维护、风险管控与隐患排查发现的突出风险、重大隐患和历史事故等的统计分析情况、安全运行态势与发展趋势研判等状况，以便城市主官快速全面掌控城市安全运行状况，为城市燃气安全风险防控和专项整治提供辅助决策支撑；②燃气安全风险分布四色图，基于燃气储配输送、液化气钢瓶全生命周期流转所涉及的危险源信息、日常燃气管道、场站巡检发现的问题、风险分级管控数据、隐患排查治理数据、燃气管网及相邻空间预警信息、液化气钢瓶监管异常信息和第三方施工破坏报警信息等进行综合风险评估和研判分析，借助GIS 构建燃气安全风险“红、橙、黄、绿”四色分布图，刻画城市各片区风险分布及风险等级状况；③燃气安全监测预警一张图，借助物联信息采集系统实现燃气管网及相邻空间、终端用户、液化气钢瓶和第三方施工破坏等监测预警信息的接入汇聚后，基于GIS 和图表可视化工具实现对各类监测预警信息的一张图分布展示、调取、分类分级统计分析和趋势研判，支撑燃气安全值守监测和快速预警响应工作开展，并为故障、事故应急处置提供在线监测监控信息支撑；④燃气应急辅助决策一张图，服务于燃气事故应急指挥与救援处置，实现对燃气泄漏爆炸事故的快速定位、泄漏溯源分析、泄漏爆炸影响分析、次生衍生事故耦合分析和周边可调用人员物资装备分布分析等功能，为做好事故影响范围划定、周边人员迁移、燃气管网抢修、应急资源快速调度及事故损失评估等提供辅助决策。

3.5 两个配套体系

“两个配套体系”，即标准规范体系和运行保障体系。其中：①标准规范体系旨在为平台的建设、运行和维护提供统一标准规范，包括物联信息采集、数据接入、应用集成、服务调用、应用管理及安全运维等的标准规范；②运行保障体系旨在为平台提供安全可靠的运行保障能力，包括安全防护体系和运维管理体系2部分。安全防护体系包括物理安全、网络安全、系统安全、数据安全、管理和使用安全制度等；运维管理体系涵盖运维模式、运维服务团队、运维管理系统及运维管理制度等。

4 燃气安全监测预警平台应用价值

一是能够有效防控城市燃气泄露所导致的重特大爆炸“黑天鹅”事故。通过对与燃气管网相邻的窨井进行燃气泄漏监测，补齐燃气管网相邻空间“安全监管死角”短板，有效防控因燃气微小泄露在相邻空间积聚所导致的重特大燃气爆炸事故；通过对接第三方施工登记信息并对挖掘机作业行为进行智能分析与识别，有效防控因第三方施工破坏管线所导致的重特大燃气爆炸事故，整体提升地下管网和城市空间安全水平。

二是能够有效降低终端用户燃气爆炸“高频”事故发生概率。通过对燃气终端用户和液化气钢瓶进行安全监测、异常预警、违规报警和自动关阀干预控制，掐断风险隐患苗头，大幅消减室内燃气爆炸事故，保障终端用户用气安全。

三是提升燃气事故应急响应与救援处置水平。借助溯源分析、扩散分析、爆炸分析和影响分析等模型算法，对事故进行精准定位、智能研判与快速救援处置，解决事故处置无头绪、无章法的问题，强化事故应急辅助决策支撑。

四是政企协同提升燃气安全监管效能。通过网络互联互通、数据融合共享，打通政府与企业间的数字通道，实现燃气安全监管在线联动与协同治理，合力推动燃气风险防控与隐患排查落实，保障城市燃气输配、储存与使用全过程安全。

5 结束语

本文从影响燃气安全的重大风险入手，基于“一张网络、三大支撑、六项应用、一个驾驶舱、两个配套体系”总体架构，提出燃气安全监测预警平台的建设思路、建设内容，对燃气管网、相临空间、终端用户、第三方施工及液化气钢瓶等的安全运行状况进行物联监测、自动预警和全生命周期安全监管，借助物联科技和智能化手段，全面提升城市燃气安全风险防范水平，保障城市燃气安全运行。