蘇國鋒?魏娜

習近平總書記2020年3月在武漢考察時指出：城市是生命體、有機體，要敬畏城市、善待城市，樹立“全周期管理”意識，努力探索超大城市現(xiàn)代化治理新路子。城市燃氣作為能源和基礎設施的重要組成部分，安全運營關乎人民群眾生命財產(chǎn)安全與社會和諧穩(wěn)定。燃氣管線遭受外部破壞、影響其他市政基礎設施運行事故不斷增多，這些燃氣耦合風險屬于多領域交叉風險，往往產(chǎn)生十分復雜的級聯(lián)與延展，對燃氣事故應急處置造成困難，需要及時、有效地進行風險識別與治理決策。把握城市燃氣安全現(xiàn)狀與風險，提出全鏈條城市燃氣安全防控策略，是當前城市安全治理的重要課題。

一、城市燃氣發(fā)展現(xiàn)狀分析

（一）燃氣管網(wǎng)發(fā)展迅速，規(guī)模日益增長

我國城市燃氣起步于1865年英商在上海建立的煤氣廠，當時發(fā)展相對緩慢，到1949年為止，全國僅有9個城市有煤制氣廠。新中國成立后，我國燃氣事業(yè)有了較大發(fā)展，特別是改革開放后，城市燃氣事業(yè)得到了很大發(fā)展，城市燃氣已成為城市建設的重要基礎設施、現(xiàn)代城市的重要標志。

目前，隨著國內(nèi)煤改氣、油改氣進程的加快和城鎮(zhèn)化率的不斷提高，我國對天然氣的需求量不斷增大。國家層面對于城市天然氣的發(fā)展與使用做出了重要規(guī)劃，其中包括《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》。上述規(guī)劃綱要提出：“加快建設天然氣主干管道，完善油氣互聯(lián)互通網(wǎng)絡?！薄疤烊粴猱a(chǎn)量快速增長，力爭2025年達到2300億立方米以上”“加快天然氣長輸管道及區(qū)域天然氣管網(wǎng)建設，推進管網(wǎng)互聯(lián)互通，完善LNG 儲運體系。到 2025 年，全國油氣管網(wǎng)規(guī)模達到21萬公里左右。”為我國城市燃氣事業(yè)的發(fā)展提供了重要遵循。

根據(jù)國家住房和城鄉(xiāng)建設部《城市建設統(tǒng)計年鑒》顯示，截至2021年年底，我國城市天然氣管道長度已超過92.91萬公里，城市天然氣用氣人口已超過4.42億人，如圖1和圖2所示。我國天然氣消費量也在逐年增加，僅2021年天然氣用氣量就已達到1721.06億立方米。根據(jù)中國石油集團經(jīng)濟技術研究院編寫的《2020年國內(nèi)外油氣行業(yè)發(fā)展報告》預計，到2025年我國天然氣消費總量將達到4300億立方米，年均增量達210億立方米，年均增速為5.7%。

圖1 2012—2021年城市天然氣管道長度

圖2 2012—2021年城市天然氣用氣人數(shù)

（二）燃氣管網(wǎng)安全事故呈現(xiàn)高發(fā)態(tài)勢

隨著城市燃氣快速發(fā)展，燃氣管道長度和用氣量逐年增長，燃氣用戶數(shù)不斷增多，伴隨而來的燃氣安全形勢也愈發(fā)嚴峻。近年來，燃氣管網(wǎng)安全事故呈現(xiàn)高發(fā)趨勢，造成了較大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。2010年，溫州市一小區(qū)因路面塌陷破壞燃氣管線，引發(fā)燃氣爆炸事故，導致近30多家店鋪關閉，2輛轎車被燒；2014年，臺灣高雄市丙烷泄漏，遇火源發(fā)生連環(huán)爆炸，造成32人死亡、321人受傷，4.4公里的市區(qū)道路被摧毀，上萬用戶停電、停氣、停水、停話；2017年，松原市寧江區(qū)道路施工過程中發(fā)生燃氣泄漏，在搶修期間發(fā)生爆炸事故，造成7人死亡，99人受傷。2021年6月13日，十堰市張灣區(qū)一集貿(mào)市場發(fā)生重大燃氣爆炸事故，共造成26人死亡、138人受傷，造成直接經(jīng)濟損失約5395.41萬元。

目前，城市燃氣安全事故已成為我國繼交通事故、工傷事故之后的第三大殺手，近5年平均每年發(fā)生超過800起燃氣爆炸事故。根據(jù)《中國城市燃氣協(xié)會全國燃氣事故分析2021年年度報告》統(tǒng)計，2021年全年共收集到媒體報道的國內(nèi)（不含港澳臺地區(qū)）燃氣事故1140起，造成106人死亡、763人受傷。按事故氣源種類統(tǒng)計：2021年發(fā)生天然氣事故455起，死亡59人，受傷316人；液化石油氣事故639起，死亡47人，受傷388人；氣源待核實事故46起，受傷59人。按事故類型統(tǒng)計：2021年，居民用戶事故610起，死亡48人，受傷390人；工商用戶事故185起，死亡19人，受傷187人；管網(wǎng)事故339起，死亡37人，受傷186人；廠站事故6起，死亡2人。

在所有燃氣事故中，天然氣事故455起，死亡59人，受傷316人，事故數(shù)量占比為39.9%，死亡人員占比為55.7%，受傷人員占比為41.4%。其中，天然氣用戶事故118起，事故率為0.049起/10萬戶；天然氣管網(wǎng)事故339起，管網(wǎng)事故率為0.321起/1000公里。液化石油氣事故639起，死亡47人，受傷388人，事故數(shù)量占比為56.1%，死亡人員占比為44.3%，受傷人員占比為50.9%。其中，液化石油氣用戶事故634起，事故率為1.095起/10萬戶。氣源待核實事故46起，受傷59人，事故數(shù)量占比為4%，受傷人員占比為14.3%。

以上案例和數(shù)據(jù)充分表明了燃氣泄漏造成可燃氣體在密閉空間聚集發(fā)生爆炸事故的嚴重性。一旦發(fā)生爆炸極有可能導致建筑結構損毀、重大人員傷亡等直接損失，同時爆炸事故引起的社會影響等間接損失也是無法估量的。

二、城市燃氣安全風險原因與管理痛點分析

（一）城市燃氣安全風險原因分析

1.燃氣基礎設施建設存在隱患。一是管網(wǎng)老舊腐蝕嚴重，存在安全隱患。許多城市燃氣建設歷史較早，早期投入運營的低壓管網(wǎng)運行年限長，已接近或達到壽命終點，多數(shù)管網(wǎng)處于事故多發(fā)期，導致管網(wǎng)系統(tǒng)腐蝕穿孔事故呈上升趨勢。燃氣管網(wǎng)老化，已成為燃氣輸配的重要安全隱患。二是相鄰地下空間安全間距不足。隨著城市規(guī)模的不斷擴大和發(fā)展，由于城市管理條塊分割，對地下管線缺乏規(guī)范管理，如有線電視、移動通信、電力線等與燃氣管道平行或交叉，安全距離不夠，一旦燃氣泄漏至電力井、通信井、排水管道等地下空間，燃氣在密閉空間積聚達到爆炸極限如遇明火即發(fā)生爆炸，存在重大的安全隱患。

2.各類外力風險影響管網(wǎng)結構安全。一是第三方施工破壞導致泄漏事故頻發(fā)。隨著城市建設步伐的加快，城市道路、軌道交通及舊城改造市政施工頻繁，加之通信電纜、電力、自來水、電網(wǎng)等改造，給燃氣管線運行帶來了很大的安全隱患，第三方施工造成管道被損壞、挖斷，導致燃氣泄漏事故頻發(fā)。二是地鐵雜散電流加快管網(wǎng)腐蝕。部分城市存在地鐵與燃氣管線有較多交叉及并行的情況。地鐵運行產(chǎn)生的雜散電流，造成地鐵沿線鋼制燃氣管線發(fā)生電化學腐蝕，從而引起穿孔發(fā)生泄漏，影響燃氣管線運行安全，同時威脅著地鐵的運行安全。

3.違章占壓隱患大。由于歷史原因，城市中部分小區(qū)存在違章搭建情況，不規(guī)范的地下設施建設以及小區(qū)活動室、門衛(wèi)室、公廁等非規(guī)劃建筑物建設，使得燃氣管線被占壓、被包裹，造成占壓隱患。

4.地質災害造成管網(wǎng)損壞。地質災害會導致災區(qū)城鎮(zhèn)供氣設施，如燃氣系統(tǒng)中門站、CNG加氣站、中壓配氣管網(wǎng)及低壓配氣支管等遭受不同程度的損壞，一旦發(fā)生泄漏，很容易通過土壤擴散到周邊地下及地上密閉空間內(nèi)，發(fā)生聚積，遇點火源發(fā)生大規(guī)模爆炸事故。

（二）城市燃氣安全管理痛點分析

1.風險辨識“缺方法”。據(jù)統(tǒng)計，城市燃氣事故70%是由中低壓管網(wǎng)微小泄漏造成，但燃氣燃爆機理和風險尚不明確，缺乏科學的方法辨識燃爆高風險區(qū)域。

目前，針對城市燃氣安全中最為普遍的燃氣管線泄漏檢測問題，燃氣管線運營管理中常采用監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）和人工定期巡檢兩種方式。隨著信息化技術的發(fā)展，SCADA系統(tǒng)基本具備了對城市管網(wǎng)總圖重要參數(shù)的顯示、應急調峰分析、計算管網(wǎng)儲氣量、動態(tài)平衡天然氣供氣等主要功能，能夠實現(xiàn)在線實時監(jiān)測各節(jié)點壓力流量，因此對于全管斷裂等原因引起的大規(guī)模泄漏導致壓力驟然下降能做到有效監(jiān)測，但是，其缺點是無法發(fā)現(xiàn)燃氣管網(wǎng)中出現(xiàn)的微小泄漏。各城市的管線運營單位主要采用手持可燃氣體檢測終端、可燃氣體檢測車輛等人工巡檢方式來檢測燃氣管網(wǎng)中的微小泄漏問題。然而，人工巡檢的方式無法避免實時性差、巡檢周期長等缺陷?？傮w來說，現(xiàn)有技術尚不能很好地在泄漏初期發(fā)現(xiàn)燃氣管線的泄漏問題。

2.監(jiān)測預警“缺技術”。威脅城市燃氣安全運行的另外一個復雜難題是燃氣管網(wǎng)泄漏導致的受限空間內(nèi)氣體爆燃問題，尤其是地下管線相鄰空間的爆炸問題。由于地下管線相鄰空間存在空間復雜程度大、溫濕度以及氣體組成多元化等復合因素，造成燃氣管線相鄰地下空間的爆炸機理更加復雜。因此，在開展傳感器布點時，必須根據(jù)一定準則，從眾多地下空間中選取典型空間進行監(jiān)測，以確保監(jiān)測的可行性和充分性。目前可以借鑒的監(jiān)測點選址方法主要有兩種，一種是供水管網(wǎng)測點優(yōu)化中的壓力監(jiān)測點優(yōu)化選址方法，另一種是橋梁監(jiān)測中壓力傳感器的布置方法。但是這兩種方法在匹配燃氣管線安全監(jiān)測方面仍存在物理模型吻合性不好的缺點，會造成監(jiān)測結果的參考價值大打折扣。而當前針對燃氣管線安全監(jiān)測方面的測點優(yōu)化以及針對燃氣管線相鄰地下空間的安全監(jiān)測尚無相關研究，并且制約燃氣管線相鄰地下空間安全監(jiān)測應用的首要因素是測點數(shù)量過于龐大，因此對城市地下空間爆炸風險預測建立獨有的優(yōu)化算法和技術的必要性就顯得尤為突出。

另外，在監(jiān)測設備方面，由于地下空間內(nèi)澇和腐蝕嚴重，監(jiān)測設備要同時解決高精度、防水淹、抗腐蝕、長壽命和免校準的技術難題，國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品綜合性能尚不能全部滿足以上要求。在氣體傳感器研發(fā)和復雜地下環(huán)境可燃氣體監(jiān)測方面，國外以便攜式氣體監(jiān)測設備為主，該設備對我國國情適用性及實用性并不高；國內(nèi)針對可燃氣體的監(jiān)測及信息傳輸有一定的研究成果，但是沒有建立起完整的針對燃氣管線相鄰空間的可燃氣體監(jiān)測設施。在現(xiàn)有技術不能很好地在泄漏初期發(fā)現(xiàn)管線泄漏的情況下，如何及時發(fā)現(xiàn)泄漏和防止泄漏燃氣發(fā)生聚集就成了解決問題的關鍵。

3.綜合防控“缺系統(tǒng)”。城市燃氣高壓管線一般有監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但對于占比90%以上的中低壓管線，檢測方式目前仍主要依靠人工巡查。地下相鄰空間燃爆風險尤為復雜，非燃氣部門或供排水、通信、電力等單一部門能夠處置，需要建立城市級實時監(jiān)測預警系統(tǒng)。從目前的系統(tǒng)建設來看，雖然燃氣企業(yè)建立了各類信息化系統(tǒng)，并取得了一定的效果，但各個系統(tǒng)往往在不同時間由不同廠商分別構建，系統(tǒng)之間相對獨立，流程彼此割裂，不利于對異常、事故、作業(yè)等管理過程進行閉環(huán)的跟蹤和管理，而且數(shù)據(jù)無法相互拉通，缺乏數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯集、處理、展示、分析、預警等，缺乏數(shù)據(jù)挖掘及數(shù)據(jù)分析，不能有效利用積累的業(yè)務知識和業(yè)務數(shù)據(jù)，挖掘其中蘊含的安全規(guī)律。國外針對地下空間可燃氣體的監(jiān)測設備是以便攜式設備為主，并沒有建立起完善的燃氣管網(wǎng)安全監(jiān)測平臺，國內(nèi)雖對這一領域有所嘗試，但其監(jiān)測方法仍以人工監(jiān)測為主。針對我國燃氣管網(wǎng)鋪設規(guī)模巨大、燃氣管網(wǎng)相鄰空間復雜程度較高、部分管網(wǎng)處于更換交替易發(fā)生燃氣泄漏時期等現(xiàn)狀，需要建立起完善周密的燃氣管網(wǎng)安全監(jiān)測平臺。

三、構建全鏈條城市燃氣安全防控治理體系

燃氣安全為民生之鑰，針對城市燃氣安全風險與管理痛點，需要構建全鏈條燃氣安全治理體系?？梢宰裱韵滤悸罚阂皇嵌L險，研究城市燃氣燃爆風險規(guī)律，找出城市燃爆高風險區(qū)域；二是做監(jiān)測，研究燃氣泄漏監(jiān)測技術和裝備，建立監(jiān)測點位優(yōu)化布設方法和研發(fā)專用探測器；三是建系統(tǒng)，研制大型全尺度實驗平臺和監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)科學實時在線監(jiān)測預警，構建風險識別—監(jiān)測—預警—聯(lián)動的全鏈條防控體系；四是善治理，要強化各個城市主管部門對燃氣管道安全問題的重視程度，構建城市燃氣安全運行精細化治理模式，建立統(tǒng)一標準、統(tǒng)一監(jiān)管、統(tǒng)一服務的新機制。

（一）建立城市燃氣燃爆風險識別方法和評估模型

針對燃氣管網(wǎng)微小泄漏風險難題，基于多源異構數(shù)據(jù)的特征提取、耦合分析方法，通過信息匯聚和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)占壓隱患，燃氣管線與周邊排水、電力管線垂直交叉、水平間距不足隱患，燃氣管線人員密集場所周邊高泄漏可能性等耦合隱患自動分析、識別、分級，為燃氣企業(yè)隱患排查及針對性日常巡檢提供抓手。同時，基于“泄漏—擴散—聚集—點火—爆炸—后果—應急響應”的燃氣泄漏燃爆事件發(fā)生邏輯，結合公共安全三角形理論，構建燃氣管道泄漏影響排水、電力管線，第三方施工燃氣管道，地質災害破壞燃氣管道等多場景、多風險類型的燃氣管線耦合風險評估方法、指標體系，實現(xiàn)對不同類型燃氣安全事故的發(fā)生概率及后果的動態(tài)化風險分析與評估，為燃氣管道安全風險精準畫像。

（二）研發(fā)地下空間燃爆風險監(jiān)測技術和裝備

隨著傳感技術、通信技術及大規(guī)模網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展和日益成熟，近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術因其潛在的應用價值，已引起學術界和工業(yè)界的高度重視。通過在燃氣管線相鄰地下空間布設可燃氣體智能監(jiān)測傳感器，實時感知地下空間可燃氣體濃度，可有效預測預警地下空間爆炸事故，將危險源消除在萌芽狀態(tài)。當然，由于燃氣管線周邊存在大量地下空間，在開展此類傳感器布點時，必須根據(jù)一定準則，從眾多地下空間中選取典型空間進行監(jiān)測，以確保監(jiān)測的可行性和充分性?？梢曰谌細庠诘湫徒橘|中的擴散規(guī)律，結合爆炸后果計算模型與概率動態(tài)評估模型，構建適用于不同管網(wǎng)拓撲結構與連接規(guī)律的燃氣管網(wǎng)耦合風險預測模型；根據(jù)監(jiān)測有效性計算方法與燃氣濃度傳感器靈敏性特征，構建以燃氣管網(wǎng)有效監(jiān)測長度為目標的監(jiān)測點優(yōu)化布設模型；結合兩種模型的優(yōu)點，構建綜合考慮科學性（可承受風險）、工程性（有效監(jiān)測長度）、經(jīng)濟性（監(jiān)測點位數(shù)量）的連通管線和獨立地下空間測點優(yōu)化布設模型，使得城市級大規(guī)模燃氣管網(wǎng)相鄰地下空間精準監(jiān)測成為可能。

針對地下空間對監(jiān)測設備運行條件要求極高，包括無外接電源，高溫高濕，城市內(nèi)澇導致設備淹沒，地下空間網(wǎng)絡信號差、維護成本高等特點，可以對相關前端可燃氣體監(jiān)測儀進行研發(fā)，確保研發(fā)設備可對地下空間內(nèi)甲烷濃度、溫度、濕度進行實時、高效、精確、高續(xù)航采集，并實現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時上傳。

（三）建設城市燃氣安全監(jiān)測預警系統(tǒng)

針對城市燃氣管網(wǎng)系統(tǒng)安全運行全面感知、全面接入、全面監(jiān)控、全面預警的需求，基于高可靠性、高性能、高穩(wěn)定性的平臺功能架構，采用云計算、高性能運算和高效儲存等技術，構建包括城市生命線安全監(jiān)測燃氣專項系統(tǒng)、燃氣管網(wǎng)智能風險防控與應急輔助決策系統(tǒng)的城市燃氣燃爆風險防控系統(tǒng)平臺（圖3），實現(xiàn)燃氣管網(wǎng)風險要素快速識別、耦合風險動態(tài)評估、管網(wǎng)實時監(jiān)測、突發(fā)事件態(tài)勢推演等應用，形成系統(tǒng)城市級、規(guī)模化、工程化應用能力。

圖3 城市燃氣燃爆風險防控系統(tǒng)平臺

（四）形成燃氣治理新模式

構建城市燃氣安全運行精細化管理模式，建立統(tǒng)一標準、統(tǒng)一監(jiān)管、統(tǒng)一服務的新機制，創(chuàng)新系統(tǒng)建設、運行、維護、處置、決策和管理一體化的工作流程。以燃氣管網(wǎng)的直接責任單位燃氣集團為骨干，建立覆蓋監(jiān)管鏈、供應鏈和空間相關鏈等多個渠道的風險關聯(lián)方，確定各關聯(lián)方的職責分配。按照“案例分析→技術與理論支撐→決策輔助→綜合對策”的基本路線，以災害機理的澄清和風險的預測預警為技術基礎，以各風險關聯(lián)方的常態(tài)化業(yè)務協(xié)同為實現(xiàn)目標，形成一套綜合、系統(tǒng)、機制化的保障手段，從而提升隱蔽燃爆風險的實時監(jiān)測、快速定位、分級預警、協(xié)同聯(lián)動能力，實現(xiàn)燃氣治理模式的創(chuàng)新（圖4）。

圖4 燃氣管網(wǎng)安全風險關聯(lián)方構成邏輯

（壓題圖片：北京燃氣通州熱線分中心?攝影：北京燃氣集團王征）

（責任編輯：張秋辰）