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共建智慧排水 保障安全生產

  • 發布時間:2020年08月19日
  • 作者:合肥澤眾城市智能科技有限公司 范飛 汪振強
  • 來源:《現代職業安全》雜志
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        安全是社會、經濟穩定發展的基本條件,是國家治理的重要組成部分。目前,僅僅依靠人進行安全生產管理具有很大的局限性,而“智慧安全”能大大降低失誤率、提高效率、降低成本。將城市排水管網與“智慧安全”相結合,建設智能化排水系統,有利于推動城市安全發展。

城市生命線排水安全平臺
       近年來,隨著城鎮化進程的加快,一方面,我國基礎設施建設正在不斷開展,各類管線建設長度逐年增加。截至2016年底,排水管網總長達到57.5萬 km,并且每年以5%的速度增加;另一方面,排水安全問題頻發。當前我國排水系統普遍存在3大安全問題:
        一是城市內澇。自2000年以來,全國平均每年發生200多起不同程度的城市內澇災害,60%以上的城市發生過內澇,直接經濟損失3 100億元。
       二是水環境污染。2011—2015年我國主要省份水環境污染事件總計373起,每年因黑臭水體造成損失2 400億元。
        三是地下空洞,全國每年因地面塌陷而產生的事故約600多起,經濟損失達數百億元,其中排水管網泄露引起的塌陷占了一半以上。
        針對目前城市排水系統面臨的安全問題,清華大學合肥公共安全研究院按照“風險源頭治理、水安全主動保障”的建設管理理念,打造了合肥城市生命線排水安全平臺。
平臺采用雙屏模式。左側部分是綜合信息屏,展示全市排水管網運行信息;右側部分是地理信息屏,是排水管網綜合的可視化展示。
        建設管網資產全壽命周期管理能力,可實現排水管網三維可視化全生命周期管理,通過融合地上各類社會信息和地下各類管網靜態信息,排水管網運行動態信息,對排水管網滲漏、淤積、大空間爆炸、溢流等風險進行評估,得到排水管網風險分布四色圖,實現排水管網風險一圖掌握。
        加強管網安全事故監測預警分析能力,建立排水管網動態實時監測系統,構建從“源-網-站-廠-河”過程化、精細化的監管體系,建立一套動態的感知和預警系統,通過持久運行的實時監測,有助于獲得足夠的數據來支持分析計算以及模型的搭建;另外,實時在線的報警能夠幫助管理部門及時處理排水風險事件。
        提升應急事故及時處置與線上線下聯動能力,建立標準化作業流程,形成完整高效的線上線下聯動事故處置鏈。平臺收到報警信息后及時進行可視化定位展示,線下通過工單派發,以手機、短信等方式及時通知現場人員對報警,進行現場確認和處理,并進行信息反饋;線上匯集在線監測數據、現場反饋信息等各類數據,并進行數據分析和模型模擬,實現事故全鏈條可視化智慧。
        系統可針對排水管網安全運行面臨的3大典型問題,提供3大解決方案。
        一是內澇預警與應急系統。系統打通監測、氣象及交通數據信息的壁壘,全面實現多元數據共享和信息快速傳遞,運用模型模擬及數據分析技術,構建集汛前預測儲備、汛中高效調度、汛后總結評估于一體的全流程數字化、可視化、智能化的防汛指揮調度服務。
        汛前,系統基于內澇預警模型并接入氣象預報數據,預測模擬降雨發生時的影響情況,通過模型預測發生積水的位置、時間,同時提供應急物資、人員及應急預案管理,為防汛應急提供智能化預測預警和防汛儲備管理雙重汛前應對技術體系。汛中,集防汛車輛定位、水雨情和積水點實時監測和應急資源分布等信息,形成數據分析與智能化調度于一體,在汛中為指揮和調度人員提供實時、動態的現場情況,詳細、準確的應急資源信息,全面提升汛中搶險的響應速度和調度能力。汛后,系統通過GIS手段,回溯整個防汛過程,結合防汛情況進行總結評估,為改進防汛工作提供指導,同時也再次為防汛準備提供參考,由此形成汛前準備—汛中指揮—汛后總結—汛前準備的完整閉環。
        二是水污染溯源系統,建立“源-網-廠-站”四級監測體系,采集工業企業生產排放污水,采集水紋信息,多工序的企業可以采集多水紋。建立相應污染水質全特征數據庫。獲取排水排污實時數據,通過水質指紋比對,可以快速獲知污染源類型,同時以先進的溯源技術為核心,輔以路徑分析技術,在20~30 min內實現快速定位污染源頭,溯源可實現對單一污水、多種復雜污水混合、污水多次稀釋等情況下準確判斷和溯源,真正做到源頭預警、過程防治、末端溯源,實現污染來源查得出、傳播路徑管得住、斷面責任說得清、治理效果看得見,精細化治理城市黑臭水體和流域水環境污染,全方位保護城市水環境安全。
        三是地下空洞模型模擬系統,該系統融合了在線監測及地下空洞模型模擬技術,運用可視化的方式,展示管道漏損發生后導致的地下空洞范圍和面積,結合在線監測數據,同時能預演出下一階段空洞擴展的趨勢和速度。
        針對管道泄漏導致的地下空洞,系統結合管道的監測數據,運用數據分析技術,判斷和確定管道的泄漏位置和泄漏量,然后根據管道周邊的土壤土質情況,利用模型模擬算法技術,預測泄漏水流沖刷泥土的大小,從而模擬出空洞大小、范圍和面積,模擬結果以三維可視化的方式在GIS地圖上展示,并可依據當時的監測數據模擬預測下一時間段空洞的擴展范圍、波及的區域,為地下空洞的風險評估和預警預測提供智能化、可視化的分析管理手段。
        合肥城市生命線排水安全平臺,通過構建“源-網-站-廠-河”全過程排水監管體系,采集、匯聚排水管網時空大數據,運用排水管網水力學模型、暴雨內澇模型以及水紋識別等技術,實現了從風險評估到輔助決策全事故鏈、一站式安全監測服務,有效保障了排水設施安全運行,完善了污水管養和考核機制,強化了應急突發處置能力。
        排水安全專項不僅在安徽合肥起到重大作用,也在智慧安全廣東佛山項目中成功應用。

全國首個真實尺度地下管網耦合實驗平臺

排水安全專項系統在“智慧安全城市”中的應用
        智慧安全佛山項目以先進的城市安全管理理念為指導,按照“風險管理、關口前移”的發展思想,充分利用物聯網、大數據、云計算、人工智能等信息技術,站在城市綜合安全的角度,構建全方位、立體化的城市安全網,形成統一的城市安全運行預警及大數據分析平臺,建立協同高效的城市安全管理及風險防控新模式,打造“智慧安全佛山”。通過項目的建設,將實現佛山市城市安全管理模式從被動應對向主動保障、從事后處理向事前預防、從靜態孤立監管向動態連續防控的轉變,為佛山安全示范城市的建設奠定基礎,最大限度提升佛山城市韌性,將佛山市建設成為全國安全發展示范城市的標桿。
        建設排水安全專項系統,可實現對佛山市排水管網運行狀態的全面感知、實時監控,實現排水運行的智能分析、科學決策,保障安全排水,改善排水服務。通過敏銳洞悉排水量的變化,提前預測或識別出風險事件并做好應對和預案,同時做出更好的響應與改進服務,可實現城市排水系統安全穩定運行。通過信息化、智慧化建設實現各種需要的信息和數據共享,使各級工作人員更加高效、協同地采取行動,全面保障佛山市的排水安全。
        排水安全專項應用系統是基于前端監測物聯網監測數據與佛山市氣象局雨量監測預警數據、水文局易澇點監測數據、水務局視頻監控數據和三防辦三防風險源數據研發的一套管理應用系統。該系統主要包括排水基礎數據管理子系統、排水風險評估子系統、排水實時監測與報警子系統、排水預測預警分析子系統、排水輔助決策子系統和供水信息展示子系統。
        基礎數據管理子系統主要實現對排水系統各類基礎數據的集成管理和顯示。系統提供對排水系統各類基礎數據的查詢、編輯和統計功能,滿足用戶對排水管網各類基礎數據進行管理的需求。系統通過可視化的列表、圖表、報表等形式對排水系統各類基礎數據進行顯示的功能,方便用戶全面地獲取排水系統各類基礎數據信息。同時,系統提供排水系統的三維可視化展示功能,方便用戶直觀地獲取地下管線的空間分布情況?;A數據管理子系統主要功能包括:基礎數據查詢、基礎數據更新維護和基礎數據統計分析。
         風險評估子系統可實現對排水管網風險隱患造成影響和損失的可能性進行量化評估。該系統定期對排水管道安全運行狀況進行風險評估,優化排水系統運行資源,進一步提高排水系統精細化管理水平,促進排水系統向預警式、診斷式的安全運行模式轉化。風險評估子系統主要功能包括管網淤積風險評估分析、管網溢流風險評估分析、管網滲漏風險評估分析、排水管網綜合風險評估和城市內澇風險評估分析。
        根據對排水管道失效因素的研究成果,構建排水管道半定量風險評估模型。
        該模型根據排水管網基本屬性信息、歷史漏損信息、安全運行監測信息、周邊地質探測信息等對排水管網運行健康狀況進行評估;具體評估采用層次分析法,綜合管道材質、鋪設年代、管線覆土厚度、管線地上負荷、監測液位、設計坡度等因素作為評估因子,結合管道充滿度為中介因素,予各因子以權重得到管網淤積、管網滲漏、管網溢流的危險評估值,確定危險等級;根據態勢評估公式和各自危險要素評估結果,由層次分析法得到綜合態勢評估數值,確定綜合危險等級,基于監測液位和管道充滿度為實時動態,因此綜合態勢評估數值會不斷變化;根據綜合危險等級判定危險類型,據此對排水管網可能發生的故障事故進行分析、評估、預測,發現排水管網薄弱環節,為進一步降低排水管網事故發生率、減少事故損失、減輕事故影響等提供科學依據。

排水管網綜合風險評估模型


        根據排水管網綜合風險評估模型的分析結果,可將管道的綜合風險分為4個等級:危險、較差、一般、健康,以表格或者四色圖的形式顯示風險分級,方便系統用戶全面、直觀地掌握排水管網綜合風險分布情況。

排水管網綜合風險示意圖


        排水安全專項的內部接口為佛山市城市安全運行綜合管理與應急指揮調度系統,以及其他系統提供的排水管網運行監測信息、報警信息、管網安全運行及城市內澇預測預警信息、泵站調度信息等,是態勢感知與運行監控系統、綜合分析研判系統、可視化指揮調度運行的基礎。

合肥城市生命線排水安全平臺
 

小結
        合肥市和佛山市建立的排水安全專項系統不僅能提高防汛應急指揮調度能力,還能提高管網事故應急處置能力,為城市排水管網安全運行提供有力保障,讓城市更智能,更安全!


 

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責任編輯 :老芋頭 (易 安 網 版 權 所 有 ,未 經 授 權 禁 止 使 用 ,不 能 轉 載 ! )

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