作者:沈春蕾 来源:中国科学报 发布时间:2023/12/4 15:52:05
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让风险看得见,让城市更安全

 

燃气爆炸、桥梁事故、路面塌陷、城市火灾……这些险情一旦发生,将危及城市生命安全。

近年来,安徽省合肥市联合清华大学合肥公共安全研究院共同建设推广城市生命线工程项目。日前,《中国科学报》从合肥市相关部门获悉,该项目自2017年运行以来,已成功预警各类突发险情6000多起,地下管网事故发生率下降60%、风险排查效率提高70%。

清华大学合肥公共安全研究院(以下简称清华合肥院)执行院长袁宏永告诉《中国科学报》:“校地合作实现了城市安全运行管理从‘看不见’向‘看得见’、从事后调查处理向事前事中预警、从被动应对向主动防控的根本转变。”

让“看不见”变成“看得见”

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工作人员介绍微缩版集成桥梁。沈春蕾摄

“这边是独塔斜拉桥,是我们在水面上经常看到的桥梁,那边还有钢桁梁桥、曲线梁桥、独墩桥、双墩桥等,都是我们日常可见的桥梁类型。”

不久前,《中国科学报》走进清华合肥院,看到一座占地面积1600平方米的微缩版集成桥梁,这些桥梁首尾相连,搭载的传感器各司其职,时刻监测桥梁的长期变化。

清华合肥院的工作人员介绍:“这是我们搭建的桥梁安全监测实验平台,共装载了140多个传感器。其中,应对桥梁偏载、超载后可能发生的倾覆,电子水平梁可以做到提前预警;应变计的数据可以反演出桥面荷载,也可以计算出桥梁的剩余寿命;振动传感器可以在车辆或者船舶撞到桥梁时,第一时间监测桥梁有没有损伤。”

桥梁安全监测实验平台也是合肥城市生命线工程安全运行监测的保障平台之一。而合肥“城市生命线工程安全运行监测”概念的提出,还跟一起潜在的桥梁事故有关。

2013年,合肥市一位巡检工人发现,在五里墩立交桥上有一处肉眼可见的偏移,他立即将这一情况报给上级主管部门,相关部门迅速采取紧急措施,避免了一场潜在的事故。

此事也让合肥城市管理者意识到,城市基础设施安全运行的重要性,决定在全市范围内实施城市生命线工程,并联合清华合肥院首次提出“城市生命线工程安全运行监测”的概念。

城市的安全隐患有时候并不容易被发现。2015年,合肥地铁1号线的施工对地下路面造成扰动,使得供水管线出现泄漏,引起了多个路面塌陷事故;2016年,合肥淮河路步行街发生了燃气泄漏事故……这些触及城市安全痛点事件的发生,进一步推动合肥市不断拓展城市生命线工程的应用场景。

如何将风险从“看不见”变成“看得见”,用科技为城市安全保驾护航?“我们为之开展了长期攻关,攻克一系列城市风险防控预警技术难关,联合地方政府建成我国首个城市生命线工程安全运行监测系统。”袁宏永说。

防范火灾误报和探测器失灵

当火情发生,报警器响起,该如何判断到底是不是真警情呢?

“根据我们的统计,在我国1400万次火灾预警中,只有约300起是真实火灾。这跟消防探测器误报率高有很大关系。”袁宏永告诉《中国科学报》,“为此,我们研发了多探测器时空耦合火灾场报警技术,通过烟气在不同建筑结构里的蔓延规律,将火警真警在线识别率提高40多倍,在不更新现有火灾探测器的前提下,使我国火灾真警识别能力达到发达国家的同等水平,从而达到控制风险的目的。”

依托这项技术,清华合肥院孵化了辰安天泽智联技术有限公司,专注于火灾风险安全治理。在清华合肥院,这样的企业还有很多家。

清华合肥院的工作人员介绍:“对于低压燃气泄漏,特别是微小的燃气泄漏,这里的微小比我们家里炒菜用的燃气量还要少,但这样的燃气泄漏此前一直没有好的技术手段可以实时监测。”

“我们曾采购过上百套进口的燃气探测器,一套1万多元,安放于合肥市庐阳区的一个老城区的试点内,使用3个月后半数不能继续工作,可以正常使用的探测器半年还需要校准一次,维护成本非常高,很难规模化应用。”袁宏永表示,“国外的探测器失灵的主要原因是漂移、中毒、寿命短,我们研究发现利用激光光谱可以解决这些问题,但激光芯片很贵,城市大规模使用也用不起。”

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工作人员介绍可燃气体智能监测仪。沈春蕾摄

随着问题被发现,袁宏永立即组织科研力量攻克激光芯片瓶颈技术和成本问题。在清华合肥院,记者看到了一排类似小型灭火器大小的可燃气体智能监测仪,内部封装着尺寸仅有250×250微米的激光芯片,可以精准感知气体泄漏的浓度。

“我们不仅成功研发出国产化可燃气激光探测器,打破了国外在甲烷气体探测领域的核心技术垄断,还将工商企业和家庭燃气激光探测器的成本降低至百元级。”袁宏永介绍,清华合肥院由此孵化了合肥清芯传感科技有限公司,该公司研发的激光芯片与传感器产品目前已在合肥、北京、天津等数十个城市规模化应用近5万套,有效保障了相关城市重要基础设施的安全运行。

校地合作实现价值最大化

“这是全世界唯一一个1:1复制城市地下管网的多管线并存耦合实验区。”清华合肥院工作人员在介绍城市生命线安全运行技术研究平台时表示,“利用该平台我们可以研究城市管网在不同土壤环境下的运行情况,实现对城市内不同区域管网的有效监测,提前研判风险。”

相关数据显示,目前,合肥市已完成的城市生命线工程建设中,布设100多种、8.5万套前端监测设备,覆盖822公里燃气管网、760公里供水管网等,涉及2.5万个城市高风险点。

这也是清华合肥院与合肥市的产学研合作成果。

据了解,清华合肥院源于2011年3月清华大学与安徽省签订的合作协议,由清华大学、安徽省、合肥市三方共建新型产学研用一体化科技创新平台和成果转化基地。

“一方面清华大学在公共安全学科领域的研究力量较强,另一方面安徽合肥在全国率先提出把公共安全作为战略性新兴产业,所以双方选择公共安全作为建设主题,成立清华合肥院。”袁宏永介绍了清华合肥院成立的背景,

2016年1月,清华合肥院正式启用。2021年7月,安徽省委、省政府印发了《关于推广城市生命线安全工程“合肥模式”的意见》,要求在安徽省16设区市开展安全评估和城市生命线安全工程,到2022年完成一期建设任务、2023年有序开展二期建设。

今年10月31日,安徽省省长王清宪带队赴清华大学就深化省校合作进行座谈交流,见证了《合肥市人民政府与清华大学联合建设“清华大学合肥公共安全研究院”三期协议》的签署。

“作为一家新型研发机构,我们有别于传统研究院所,既要做技术创新,还要提供技术服务,被社会和市场认可,实现价值最大化。”袁宏永表示,清华合肥院正在将城市生命线安全工程的“合肥模式”在深圳、成都、武汉等全国60多个城市和新加坡、多米尼加等10多个“一带一路”沿线国家推广。

 
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