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共建智慧排水 保障安全生产

  • 发布时间:2020年08月19日
  • 作者:合肥泽众城市智能科技有限公司 范飞 汪振强
  • 来源:《现代职业安全》杂志
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        安全是社会、经济稳定发展的基本条件,是国家治理的重要组成部分。目前,仅仅依靠人进行安全生产管理具有很大的局限性,而“智慧安全”能大大降低失误率、提高效率、降低成本。将城市排水管网与“智慧安全”相结合,建设智能化排水系统,有利于推动城市安全发展。

城市生命线排水安全平台
       近年来,随着城镇化进程的加快,一方面,我国基础设施建设正在不断开展,各类管线建设长度逐年增加。截至2016年底,排水管网总长达到57.5万 km,并且每年以5%的速度增加;另一方面,排水安全问题频发。当前我国排水系统普遍存在3大安全问题:
        一是城市内涝。自2000年以来,全国平均每年发生200多起不同程度的城市内涝灾害,60%以上的城市发生过内涝,直接经济损失3 100亿元。
       二是水环境污染。2011—2015年我国主要省份水环境污染事件总计373起,每年因黑臭水体造成损失2 400亿元。
        三是地下空洞,全国每年因地面塌陷而产生的事故约600多起,经济损失达数百亿元,其中排水管网泄露引起的塌陷占了一半以上。
        针对目前城市排水系统面临的安全问题,清华大学合肥公共安全研究院按照“风险源头治理、水安全主动保障”的建设管理理念,打造了合肥城市生命线排水安全平台。
平台采用双屏模式。左侧部分是综合信息屏,展示全市排水管网运行信息;右侧部分是地理信息屏,是排水管网综合的可视化展示。
        建设管网资产全寿命周期管理能力,可实现排水管网三维可视化全生命周期管理,通过融合地上各类社会信息和地下各类管网静态信息,排水管网运行动态信息,对排水管网渗漏、淤积、大空间爆炸、溢流等风险进行评估,得到排水管网风险分布四色图,实现排水管网风险一图掌握。
        加强管网安全事故监测预警分析能力,建立排水管网动态实时监测系统,构建从“源-网-站-厂-河”过程化、精细化的监管体系,建立一套动态的感知和预警系统,通过持久运行的实时监测,有助于获得足够的数据来支持分析计算以及模型的搭建;另外,实时在线的报警能够帮助管理部门及时处理排水风险事件。
        提升应急事故及时处置与线上线下联动能力,建立标准化作业流程,形成完整高效的线上线下联动事故处置链。平台收到报警信息后及时进行可视化定位展示,线下通过工单派发,以手机、短信等方式及时通知现场人员对报警,进行现场确认和处理,并进行信息反馈;线上汇集在线监测数据、现场反馈信息等各类数据,并进行数据分析和模型模拟,实现事故全链条可视化智慧。
        系统可针对排水管网安全运行面临的3大典型问题,提供3大解决方案。
        一是内涝预警与应急系统。系统打通监测、气象及交通数据信息的壁垒,全面实现多元数据共享和信息快速传递,运用模型模拟及数据分析技术,构建集汛前预测储备、汛中高效调度、汛后总结评估于一体的全流程数字化、可视化、智能化的防汛指挥调度服务。
        汛前,系统基于内涝预警模型并接入气象预报数据,预测模拟降雨发生时的影响情况,通过模型预测发生积水的位置、时间,同时提供应急物资、人员及应急预案管理,为防汛应急提供智能化预测预警和防汛储备管理双重汛前应对技术体系。汛中,集防汛车辆定位、水雨情和积水点实时监测和应急资源分布等信息,形成数据分析与智能化调度于一体,在汛中为指挥和调度人员提供实时、动态的现场情况,详细、准确的应急资源信息,全面提升汛中抢险的响应速度和调度能力。汛后,系统通过GIS手段,回溯整个防汛过程,结合防汛情况进行总结评估,为改进防汛工作提供指导,同时也再次为防汛准备提供参考,由此形成汛前准备—汛中指挥—汛后总结—汛前准备的完整闭环。
        二是水污染溯源系统,建立“源-网-厂-站”四级监测体系,采集工业企业生产排放污水,采集水纹信息,多工序的企业可以采集多水纹。建立相应污染水质全特征数据库。获取排水排污实时数据,通过水质指纹比对,可以快速获知污染源类型,同时以先进的溯源技术为核心,辅以路径分析技术,在20~30 min内实现快速定位污染源头,溯源可实现对单一污水、多种复杂污水混合、污水多次稀释等情况下准确判断和溯源,真正做到源头预警、过程防治、末端溯源,实现污染来源查得出、传播路径管得住、断面责任说得清、治理效果看得见,精细化治理城市黑臭水体和流域水环境污染,全方位保护城市水环境安全。
        三是地下空洞模型模拟系统,该系统融合了在线监测及地下空洞模型模拟技术,运用可视化的方式,展示管道漏损发生后导致的地下空洞范围和面积,结合在线监测数据,同时能预演出下一阶段空洞扩展的趋势和速度。
        针对管道泄漏导致的地下空洞,系统结合管道的监测数据,运用数据分析技术,判断和确定管道的泄漏位置和泄漏量,然后根据管道周边的土壤土质情况,利用模型模拟算法技术,预测泄漏水流冲刷泥土的大小,从而模拟出空洞大小、范围和面积,模拟结果以三维可视化的方式在GIS地图上展示,并可依据当时的监测数据模拟预测下一时间段空洞的扩展范围、波及的区域,为地下空洞的风险评估和预警预测提供智能化、可视化的分析管理手段。
        合肥城市生命线排水安全平台,通过构建“源-网-站-厂-河”全过程排水监管体系,采集、汇聚排水管网时空大数据,运用排水管网水力学模型、暴雨内涝模型以及水纹识别等技术,实现了从风险评估到辅助决策全事故链、一站式安全监测服务,有效保障了排水设施安全运行,完善了污水管养和考核机制,强化了应急突发处置能力。
        排水安全专项不仅在安徽合肥起到重大作用,也在智慧安全广东佛山项目中成功应用。

全国首个真实尺度地下管网耦合实验平台

排水安全专项系统在“智慧安全城市”中的应用
        智慧安全佛山项目以先进的城市安全管理理念为指导,按照“风险管理、关口前移”的发展思想,充分利用物联网、大数据、云计算、人工智能等信息技术,站在城市综合安全的角度,构建全方位、立体化的城市安全网,形成统一的城市安全运行预警及大数据分析平台,建立协同高效的城市安全管理及风险防控新模式,打造“智慧安全佛山”。通过项目的建设,将实现佛山市城市安全管理模式从被动应对向主动保障、从事后处理向事前预防、从静态孤立监管向动态连续防控的转变,为佛山安全示范城市的建设奠定基础,最大限度提升佛山城市韧性,将佛山市建设成为全国安全发展示范城市的标杆。
        建设排水安全专项系统,可实现对佛山市排水管网运行状态的全面感知、实时监控,实现排水运行的智能分析、科学决策,保障安全排水,改善排水服务。通过敏锐洞悉排水量的变化,提前预测或识别出风险事件并做好应对和预案,同时做出更好的响应与改进服务,可实现城市排水系统安全稳定运行。通过信息化、智慧化建设实现各种需要的信息和数据共享,使各级工作人员更加高效、协同地采取行动,全面保障佛山市的排水安全。
        排水安全专项应用系统是基于前端监测物联网监测数据与佛山市气象局雨量监测预警数据、水文局易涝点监测数据、水务局视频监控数据和三防办三防风险源数据研发的一套管理应用系统。该系统主要包括排水基础数据管理子系统、排水风险评估子系统、排水实时监测与报警子系统、排水预测预警分析子系统、排水辅助决策子系统和供水信息展示子系统。
        基础数据管理子系统主要实现对排水系统各类基础数据的集成管理和显示。系统提供对排水系统各类基础数据的查询、编辑和统计功能,满足用户对排水管网各类基础数据进行管理的需求。系统通过可视化的列表、图表、报表等形式对排水系统各类基础数据进行显示的功能,方便用户全面地获取排水系统各类基础数据信息。同时,系统提供排水系统的三维可视化展示功能,方便用户直观地获取地下管线的空间分布情况。基础数据管理子系统主要功能包括:基础数据查询、基础数据更新维护和基础数据统计分析。
         风险评估子系统可实现对排水管网风险隐患造成影响和损失的可能性进行量化评估。该系统定期对排水管道安全运行状况进行风险评估,优化排水系统运行资源,进一步提高排水系统精细化管理水平,促进排水系统向预警式、诊断式的安全运行模式转化。风险评估子系统主要功能包括管网淤积风险评估分析、管网溢流风险评估分析、管网渗漏风险评估分析、排水管网综合风险评估和城市内涝风险评估分析。
        根据对排水管道失效因素的研究成果,构建排水管道半定量风险评估模型。
        该模型根据排水管网基本属性信息、历史漏损信息、安全运行监测信息、周边地质探测信息等对排水管网运行健康状况进行评估;具体评估采用层次分析法,综合管道材质、铺设年代、管线覆土厚度、管线地上负荷、监测液位、设计坡度等因素作为评估因子,结合管道充满度为中介因素,予各因子以权重得到管网淤积、管网渗漏、管网溢流的危险评估值,确定危险等级;根据态势评估公式和各自危险要素评估结果,由层次分析法得到综合态势评估数值,确定综合危险等级,基于监测液位和管道充满度为实时动态,因此综合态势评估数值会不断变化;根据综合危险等级判定危险类型,据此对排水管网可能发生的故障事故进行分析、评估、预测,发现排水管网薄弱环节,为进一步降低排水管网事故发生率、减少事故损失、减轻事故影响等提供科学依据。

排水管网综合风险评估模型


        根据排水管网综合风险评估模型的分析结果,可将管道的综合风险分为4个等级:危险、较差、一般、健康,以表格或者四色图的形式显示风险分级,方便系统用户全面、直观地掌握排水管网综合风险分布情况。

排水管网综合风险示意图


        排水安全专项的内部接口为佛山市城市安全运行综合管理与应急指挥调度系统,以及其他系统提供的排水管网运行监测信息、报警信息、管网安全运行及城市内涝预测预警信息、泵站调度信息等,是态势感知与运行监控系统、综合分析研判系统、可视化指挥调度运行的基础。

合肥城市生命线排水安全平台
 

小结
        合肥市和佛山市建立的排水安全专项系统不仅能提高防汛应急指挥调度能力,还能提高管网事故应急处置能力,为城市排水管网安全运行提供有力保障,让城市更智能,更安全!


 

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