0 引言
管线是公共、非公共区域空间内铺设于地下的主要管道设施,是城市居民传输物质、信息的通道,是城市光鲜亮丽背后的“生命线”。它涉及燃气、供水、排水、电力等众多基础设施,与人民群众生产生活密切相关,为保障城市安全运行发挥了重要作用。“6·13”湖北十堰燃气管线爆炸、“7·20”郑州特大暴雨内涝等事故带来了惨痛教训,造成了人民群众巨大的人身财产损失,因此需要高度重视城市生命线安全工程建设工作[1-5]。
截至2021年,全国各主要城市已基本实现城区管线普查工作的全覆盖,部分城市也相应开展了管线动态维护更新的后续工作,构建了较为完善的管线数字化管理信息基础数据库[6-10]。但目前管线数据主要用于建设四方交底、市政规划参考,管线更新维护等传统工程建设方面,存在应用场景单一、应用方式单向且局限、未能就庞大而高价值的管线数据予以充分利用等问题。为
实现管线数据的多元价值利用,推动城市管线数据管理从“被动应对”向“主动监管”转变,本文立足现势管线基础信息,通过建立数据评价机制、分析评价指标、构建多元评估场景,研究城市生命线工程安全评估场景,为全面提升城市本质安全水平提供有益借鉴。
1 生命线评估场景研究
1.1 管线信息管理现状
全国多数城市完成了地下管线普查工作,基于普查成果的管线基础信息系统也已建立。同时,近年来各地纷纷出台地下管线建设或管理办法,加大了统筹力度,取得了积极进展。截至2020年12月,已经有76个省市出台了地下管线管理的地方性法规和规章,44个城市明确了管线综合管理部门,其中24个城市设置了专门的地下管线管理机构[11]。
但是目前国内地下管线管理体系建设仍不完善。首先,国家部委和省级部门均未设地下管
[收稿日期] 2023-08-30
[作者简介] 魏子雄(1994—),男,江苏南京人,大学本科,工程师,从事地理信息系统建设、管线质量与安全、实景三维等研究工作。 E-mail: 798325398@qq.com
线的专门管理部门,部分城市虽成立专门的地下管线建设综合管理部门,但作为内设科室甚至是下属事业单位,其普遍级别较低、职能单一薄弱、人员技术能力不足,也缺乏行政职能和有效的监督手段。其次,管线的权属单位大多是国企、央企等高级别单位,甚至有部分中外合资企业,尽管有着地方性法规、规章的支撑,但在面对多行业、跨部门的权属单位时,往往出现沟通困难、协调缓慢等诸多问题。最后,管线数据建设管理的“重探测,轻使用”的老问题仍然很突出,管线信息处理、分析、监管的能力尤其薄弱,完全无法满足现有及未来智慧城市、城市生命线等工程对管线信息分析管理的要求[12-14]。
1.2 生命线评估场景需求分析
城市生命线工程以各城市现有的基础管线数据为重要依托,积极对接现有智慧城市和安全发展工作[15-17]。通过日常监管、部门协同、资源共享、信息融合、智慧监测等方式,将信息化建设与规范化管理一体化融合,建立健全城市生命线安全监管工作机制,使城市生命线安全管理从“被动应对”向“主动监管”转变,系统提升城市基础设施管理水平,为城市运行“一网统管”提供有力支撑,全面提升城市本质安全水平[18]。本文生命线评估场景需求分析主要聚焦管线寿命、建设开挖破坏、超浅埋设、地下管线交互风险、排水倒灌等风险场景,为全面推进城市生命线安全工程建设探索经验,推动管理效能和监管防控的质效提升。
1.3 安全评估场景分类建设
本文构建了以各单一管类为主,综合场景为辅的管线数据安全评估场景,以“管类评估场景+综合评估场景”为方向,通过数据处理,风险辨识、指标比重、分类分级,以管线的高危风险场景为重点研究方向,并辅以多源数据信息,构建数据分析模型,做综合评估[19]。一方面,开展重点单一管线类型的数据评估;另一方面,将单一管线评估场景作为分析基础关联其他城市规划、建设信息,构建融合多元信息的综合评估场景。
1.4 生命线评估信息收集
实现生命线评估场景需要以现有管线探测信息为研究底板,并汇聚权属单位的专业的运营信息。首先,注重在传统管线探测中获取到的各
类单一的属性信息,在安全评估场景中需要充分整合利用普查、探测、汇交等手段收集到的未形成联动、关联的管线属性字段,如管线的材质、压力值、埋深、建设年代、探测时间、点特征、拐点角度、是否架空等。其次是汇集权属单位数据,权属单位专业的运营信息包含各类场站、管道运行信息、各类传感设备、智能表监测、历史事故等大量专业信息。将管线探测信息和专业运营信息予以整合挂接,重点关注涉及管线寿命、压力风险、构件连接处等安全隐患点的数据,明确各属性值对管线安全的影响程度,为生命线安全评估场景提供数据支撑。
2 生命线安全评估场景设计
2.1 单一管类评估场景选取
在管线安全事故调查中发现,燃气、供水、排水、电力这四类管线是最主要的风险源,是做好城市生命线工程的重中之重。单一管类的分别评估需对上述管线的属性值予以收集、区分、归类,并结合不同的管线类型,为属性值因子比重赋值,明确评估具体指标和方向。本文选取了压力点、寿命、超浅埋设等几个重要的数据评估方向,明确其相应的评估指标,探索单一管类多种场景的评估分析。
2.2 单一管类数据评估指标
1)压力风险点指标。有压管道类的安全事故的主要原因是管道泄漏和破损。以给水管线为例,市政给水管道破损而引发渗漏是供水损失的重要指标,有压管道易破损的位置主要集中在管道结构连接节点,主要有三通四通、拐点、阀门、出入地点、入户、架空过桥等,需要构建相应位置的压力风险点。
2)寿命期待指标。在管线安全事故中管道老化及其寿命超限问题一直是主要的事故原因[20]。以燃气为例,2019年城镇燃气事故调查结果显示,管道老化及相关问题造成的事故约占44%。对燃气管线的建设年代、材质、探测时间、公共非公共、压力值予以筛选关联,结合正常管线的寿命期待值做安全风险评估,以灰口铸铁管普遍预期寿命为15 a,PE、钢管预期寿命为30 a为评估依据,构建管段的寿命风险评估阈值。
3)超浅埋设隐患指标。第三方施工的破坏
往往是管道事故的罪魁祸首,而较浅埋深的管线往往在施工事故中首当其冲,因此将超浅埋深的埋深作为重要评估指标。以电力管线为例,结合埋地式电力电缆施工规范,以探测1±0.15 h埋深做限差宽容匹配,将埋深不足0.3 m作为高危警告指标,0.3~0.7 m为严重警告指标,评估开挖电力管线埋深风险区间。
4)杆塔点指标。杆塔等电力架空线设施是电力管线的重要组成部分,是承载输电、配电的空中走廊的支点。由于大量的电线杆沿路铺设,容易因交通事故、道路开挖修缮等受到破坏,是地上电力管线的重要风险隐患点。设施为杆塔作为筛选评估指标,勾勒出城市杆塔点一张图。
5)倒灌回流指标。市政排水管线主要依靠重力差来引导雨污水自流,一旦排水管线堵塞、排水困难,就会出现市政排水管线倒灌回流甚至引发城市内涝。以各排水管线井内管底高程为评估数据来源,筛选出排水管线高程逆差可能导致的回灌倒流点。
6)交互穿井管线指标。市政管道穿管常见于排水管道、排水井室内,是真正意义上的管线交互场景,常见于市政供水、燃气、通信、电力管线穿管。由于管线裸露,更容易受雨污水腐蚀,是管线埋设时较为脆弱且需重点保护的部分。以排水管井、雨水箅子、排水沟渠内是否可见其他管线穿管为数据评估指标,标注出全市排水穿管交互一张图。
2.3 综合评估场景选取
管线综合安全评估是城市生命线安全工程建设的关键环节,直接决定了能否实现生命线安全风险的统筹性汇聚、综合性评估、多样化展示。这意味着各地要在加快构建生命线平台的同时,需积极做好管线安全综合场景的选取工作。构建管线安全综合场景需以单一管类评估数据为基础底板,汇聚其他多源数据。综合场景的搭建将切实提升重大风险识别感知能力,实现风险“一图览”“一把抓”。本文选取了建设开挖、管线交互作为综合数据评估方向样例,探索管线综合安全评估场景设计。
2.4 综合评估场景设计
1)建设开挖风险评估。第三方施工的破坏往往是管道事故的罪魁祸首,一旦有涉及场地开
挖、管线铺设的建设施工,就应当及时在开工前对管线埋设情况进行四方交底。利用城市生命线的管线安全场景评估,收集建设单位申请的供图范围、项目类型、施工变更等情况,对范围内管线予以关联分析,对单一类型的管线评估数据予以整合评估。以超浅埋设评估数据为例,在综合评估场景下不仅可实现结合规划开挖基坑范围及深度确定受影响管线的传统分析,也可以结合绿化、临时办公区等浅层面开挖的配套区域进行超浅埋设风险分析,实现建设供图范围内的管线隐患点全面评估展示,构建单一建设案件范围内多风险融合的综合评估场景,辅助监管单位对施工建设进行全面管控。
2)管线交互风险评估。随着城市规模的快速扩张和现代化进程的加快,城市管线数量日益增加,管线之间的交互影响问题开始凸显[21]。地下管线安全间距不足,雨污混接、错接等原因也给管线带来了更复杂的安全风险。以寿命值期待和交互穿井管线结合为例,如果某处铸铁给水管段穿污水井,其寿命预警期限应缩减,其风险级别应适当提高。因此,以单一类型的管线评估数据为基础,综合分析不同管类的管线间交叉穿越、管线间安全间距不足、管线与建(构)筑物间安全间距不足、压占,可构建城市级全覆盖的管线间距交互评估场景。