■ 谢 莉
0 引 言
城市生命线系统犹如城市的“血液循环系统”,涵盖供水、排水、燃气、供热、电力、通信、交通等多个关键领域,其安全稳定运行是城市正常
运转、居民安居乐业的基础保障[1]。随着城市化进程的加速,城市规模不断扩大、功能日益复杂,城市生命线面临着自然灾害、设备老化、人为破坏等带来的诸多风险挑战。标准数字化作为融合标准规范与数字技术的新兴手段,为强化城市生命线
安全管理提供了创新思路与有力工具。
1 标准数字化的发展历程与现状
1.1 发展历程
标准数字化的起源可以追溯到计算机技术初步应用于各行业管理阶段。早期,部分行业开始将纸质标准文档进行简单的电子化存储,以方便查询与调用,这可视为标准数字化的萌芽。随着信息技术的飞速发展,特别是数据库技术、网络传输技术的成熟,标准数字化进入快速发展期。一些发达国家率先建立起较为系统的标准数据库,对各类行业标准进行集中管理,并尝试通过数字化平台实现标准的在线发布、更新与交流互动[2]。
进入21世纪,大数据、人工智能、物联网等新兴技术蓬勃发展,为标准数字化注入了新的活力。标准不再仅仅是静态的文本文件,而是开始与实时数据、智能算法相结合,实现动态化、智能化的标准应用与监督,这一阶段标准数字化朝着深度集成、智能驱动的方向迈进。
1.2 发展现状
目前,标准数字化在全球范围内呈现出不同的发展态势。在发达国家,如美国、德国、日本等,已建立起较为完善的标准数字化体系[3]。以美国为例,其国家标准协会(ANSI)主导构建了综合性的国家标准信息平台,整合了海量行业标准数据,并通过先进的数据分析技术为企业、监管机构提供精准的标准服务。欧洲各国也联合推进标准数字化建设,在机械、电气等传统优势领域形成了互联互通、实时更新的标准数据库集群。
在我国,随着“数字中国”战略的推进,标准数字化同样取得显著进展。政府出台一系列政策鼓励各行业开展标准数字化工作,众多行业主管部门纷纷建立起本行业的标准服务平台。然而,总体来看,我国标准数字化仍存在一些问题,如不同行业、地区之间的标准数字化水平差异较大,部分
中小企业对标准数字化的参与度不高,标准数据的整合度、共享性有待进一步提升,在涉及人民群众生命财产安全的突发事件应对方面发挥的作用不够[4]。
2 标准视角下的城市生命线安全问题
城市生命线系统是维持城市基本功能的核心支撑。供水系统保障居民日常生活用水、消防用水以及工业用水需求;排水系统负责城市防洪排涝、防止内涝灾害,保护城市基础设施与居民财产安全;燃气供应为城市能源消费提供清洁高效的能源,涉及千家万户的炊事用能以及工商业的生产用能;供热系统在寒冷地区保障冬季室内温暖舒适,关乎居民生活质量与身体健康;电力系统作为城市的能源动脉,支撑着各类电气设备运行,是城市生产生活的动力源泉;通信系统确保信息畅通,在应急指挥、社会交往、经济活动等方面发挥着无可替代的关键作用;交通系统则串联起城市的各个角落,保障人员、物资的高效流动,是城市活力的重要体现。一旦城市生命线某一环节出现故障,将引发连锁反应,导致城市局部甚至全局的功能瘫痪,给社会经济带来巨大损失[5]。然而,城市生命线安全标准化还存在如下问题:
(1)标准缺少系统性:城市生命线各子系统往往由不同部门、单位管理,各自制定标准,缺乏统一的顶层设计与整体协调。例如在城市建设中,供水、排水、电力等管线规划标准不一,导致施工过程中频繁出现管线交叉冲突、间距不合理等问题,增加了后期运维难度与安全风险。
(2)标准更新不及时:随着科技发展、材料工艺革新以及城市运行环境变化,部分城市生命线标准未能及时修订。例如一些老旧建筑的电气设计标准未充分考虑现代电器设备的高负荷需求,致使电气火灾隐患增多;燃气管道检测标准滞后于新型管材应用,无法有效保障燃气输送安全。
(3)全生命周期管理的标准不完善:从城市生命线的规划设计、建设施工、运营维护到更新改造、废弃处理,各阶段标准衔接不紧密。建设阶段可能未充分考虑运营期的维护便利性与安全性,运营过程中关于设施老化评估、隐患治理标准不够细化,报废拆除环节的资源回收、环境影响考量标准缺失,难以实现全生命周期的精细化安全管理。
这些问题表明,传统的城市生命线标准管理模式已难以适应现代城市发展的复杂需求,而标准数字化为解决这些难题带来了新契机。
3 标准数字化提升城市生命线安全的 作用分析
3.1 针对不同城市生命线种类的提升
(1)供水系统
针对水质进行标准数字化管控,可借助物联网传感器实时采集水源地、水厂、管网末梢的水质参数,如浊度、余氯、酸碱度等,对照数字化的水质标准数据库,自动判断水质是否达标。一旦出现异常,立即触发预警机制,通知相关人员采取处理措施,确保居民饮用水安全。
推进供水设施建设与维护标准数字化应用,在供水管道铺设、泵站建设等工程中,依据数字化的建设标准规范施工流程。通过建筑信息模型(BIM)技术,将供水设施的设计、施工、运维信息整合到三维模型中,实现全生命周期可视化管理。运维人员可依据模型中的标准参数,精准定位管道腐蚀、渗漏等问题发生位置,提前安排维修更换,保障供水连续性。
(2)排水系统
利用地理信息系统(GIS)结合数字化的雨污分流设计标准,对城市排水管网进行精准规划与布局。在雨水排放口设置流量监测设备,实时掌握雨水排放情况,依据数字化的防洪排涝标准,动态调整泵站运行策略,防止城市内涝。同时,对污水
管网的水质、流速进行监测,确保污水达标排放,符合环保标准。
建立排水设施老化评估标准数字化系统,运用无损检测技术,如雷达探测、超声检测等,获取排水管道的壁厚、结构完整性等数据,准确判断管道剩余寿命。根据评估结果,合理安排更新改造计划,避免因管道破裂、渗漏引发地面塌陷等安全事故。
(3)燃气系统
实施燃气质量与压力标准数字化监控,在燃气门站、调压站等关键节点安装压力表、成分分析仪等设备,将实时数据传输至数字化监控系统,与燃气质量、压力标准进行对比。当燃气压力异常波动或成分超标时,系统自动切断气源,并通知维修人员,防止燃气泄漏引发的爆炸事故发生。
实施燃气管道防腐与检测标准数字化工作,采用智能爬机、腐蚀探针等设备对燃气管道进行定期检测,获取管道腐蚀速率、涂层完好性等信息,依据数字化的防腐检测标准,精准识别易腐蚀区域。结合地理信息系统,对高风险管段进行重点标注,实现有针对性地防腐维护,保障燃气输送安全。
(4)供热系统
建立供热温度与压力标准数字化调节系统,在热源厂、换热站安装温度、压力传感器,将数据传输至智能调控平台。平台依据数字化的供热参数标准,结合室外气温、用户需求等因素,自动调节供热管网的流量、压力,确保供热效果稳定,同时避免因超压、过热引发管道破裂等安全事故。
开展供热管网保温性能标准数字化评估,利用红外热成像技术对供热管网进行巡检,获取管道表面温度分布数据,对照数字化的保温性能标准,判断保温层是否存在破损、脱落等问题。及时修复保温缺陷,减少热量损失,降低能耗,保障供热系统的高效安全运行。
(5)电力系统
基于电能质量标准开展数字化监测,在变电
站、配电室等位置部署电能质量监测设备,实时监测电压、频率、谐波等参数,与数字化的电能质量标准进行对比。一旦发现电能质量不达标,迅速定位故障源,采取无功补偿、滤波等措施,保障电力设备正常运行,减少因电能质量问题引发的电气火灾、设备损坏等风险。
推进电力设备检修标准数字化应用,基于物联网的电力设备状态监测系统,收集变压器、断路器等设备的运行温度、振动、局放等数据,结合数字化的设备检修标准,实现状态检修。根据设备实际健康状况,合理安排检修计划,避免过度检修或欠修,提高电力系统的可靠性与安全性。
(6)通信系统
做好通信信号质量标准数字化保障:通过在基站、通信机房等设施安装信号测试仪,实时监测信号强度、覆盖范围、误码率等指标,依据数字化的通信信号质量标准,自动调整发射功率、天线角度等参数。确保通信网络畅通无阻,满足应急救援、日常通信等需求,防止因通信中断造成“信息孤岛”,影响城市应急处置效率。
利用 GIS 技术对通信线路进行规划与管理,结合数字化的线路防护标准,避开自然灾害高风险区域、施工易损地段。在线路沿线设置智能警示装置,当有外力破坏风险时,及时发出警报并通知维护人员,保障通信线路的物理安全。
3.2 针对全生命周期管理阶段的提升
(1)规划阶段
多规合一的数字化标准协同:整合城市规划、国土规划、环保规划等多领域标准数据,构建统一的数字化规划平台。在进行城市生命线规划时,依据平台上的各类标准,综合考虑土地利用、生态保护、人口分布等因素,实现供水、排水、燃气等管线的合理布局。例如,避免将燃气管道规划在地质灾害易发区,确保城市生命线规划方案符合多重标准要求,从源头上降低安全风险。
模拟仿真与标准验证:利用数字化模拟技术,
如水力模型、热气输送模型等,对城市生命线系统的规划方案进行模拟运行。输入不同的工况条件,如高峰用水用电、极端天气等,依据相关标准验证系统的性能指标是否满足要求。通过模拟分析,提前优化规划设计,防止因规划不合理导致的先天性安全隐患。
(2)建设阶段
施工工艺标准化数字监控:在施工现场安装摄像头、传感器等设备,实时监控施工人员的操作流程、施工质量、施工环境参数等。将这些数据与数字化的施工工艺标准进行比对,一旦发现违规操作,立即提醒施工人员纠正。例如,在燃气管道焊接过程中,若焊接温度、速度不符合标准,系统及时预警,确保施工质量符合安全规范,减少因施工缺陷引发的后期安全隐患。
建材质量标准数字化追溯:对进入施工现场的建筑材料,如钢材、水泥、管材等,通过二维码、射频识别(RFID)等技术赋予唯一身份标识。扫描标识可获取材料的生产厂家、生产日期、质量检测报告等信息,并与数字化的建材质量标准对比。只有符合标准的材料才能用于城市建设,防止劣质材料混入施工现场,影响城市生命线工程质量。
(3)运营阶段
设备设施运行状态标准数字化监测:为城市生命线的关键设备设施加装物联网传感器,实时采集设备的运行参数,如水泵的流量压力、变压器的油温油位、通信基站的信号强度等。将这些数据与设备正常运行的标准参数范围对比,一旦超出阈值,立即启动故障诊断程序。通过远程监控,运维人员可以及时发现潜在安全隐患,提前安排人员对设备进行维修保养,确保设备设施始终处于良好运行状态。
运维流程标准化数字管理:将城市生命线的运维工作流程进行数字化拆解,制定详细的任务清单、操作规范、时间节点等标准。运维人员通过移动终端接收任务指令,按照标准化流程进行巡
检、维修、保养等工作,并实时反馈工作进度与结果。管理人员可通过系统对运维工作进行全程监控与考核,确保运维工作严格按照标准执行,提高运维效率与质量。
(4)更新改造阶段
老化评估与改造标准数字化决策:运用大数据分析和智能诊断技术,对城市生命线系统的老化程度进行全面评估。收集历年的运行数据、检测报告、维修记录等信息,结合数字化的老化评估标准模型,准确判断各部件、各管段的剩余寿命与安全状况。根据评估结果,按照先急后缓、分级分类的原则,制定科学合理的更新改造计划,确保资源优先投入到安全隐患大、急需改造的部位。
改造方案设计与标准遵循:在制定更新改造方案时,充分参考数字化的标准规范库。从设计选型、施工工艺到材料选用,严格遵循相关标准要求。例如,在供水管道改造中,依据水质保障标准、管道耐压标准等选择合适管径、材质的管道;在电力设施改造中,按照电气安全间距标准、接地电阻标准等进行设备安装与布线,确保改造后的系统安全可靠、性能提升。
(5)隐患治理阶段
隐患排查标准数字化清单管理:梳理城市生命线各类安全隐患类型,制定详细的数字化隐患排查清单。清单涵盖隐患描述、排查部位、排查方法、整改期限等标准内容。巡检人员手持移动终端,按照清单逐项检查,发现问题及时上传至隐患治理系统。系统依据隐患等级分类标准,自动生成治理任务并跟踪整改情况,实现隐患排查、登记、整改、验收的全流程数字化管理,防止隐患遗漏与拖延整改。
隐患预警与标准联动处置:基于物联网数据采集与数据分析技术,建立隐患预警模型。当监测数据接近隐患临界值时,系统依据预设的预警标准发出警报,并自动关联相应的处置方案。例如,当排水管道液位上升速度超过设定标准时,预警
系统通知防汛部门启动应急预案,同时推送抢险物资调配、人员集结等处置指令,确保隐患得到及时有效治理,避免事故扩大。
(6)废弃阶段
废弃标准数字化执行与环境评估:在城市生命线设施达到使用寿命或因其他原因需要废弃时,严格按照数字化的废弃标准进行操作。例如,对于废旧燃气管道,按照环保要求进行惰性气体置换、残气回收;对于废弃电力电缆,依据无害化处理标准进行拆解回收。同时,利用环境监测设备对废弃过程产生的噪声、粉尘、废弃物排放等进行实时监测,对照环保标准确保废弃作业不对周边环境造成污染。
资源回收利用标准数字化管理:建立城市生命线废弃资源回收利用信息平台,将废弃的金属、塑料、橡胶等材料信息录入平台。依据数字化的资源回收标准,对可回收物进行分类定价、规范回收流程。鼓励企业按照资源循环利用标准对废弃材料进行再生利用,提高资源利用率,减少废弃物对环境的压力,实现城市生命线全生命周期的绿色闭环管理。
3.3 针对不同安全风险的提升
(1)自然环境风险
抗灾标准数字化设计:针对地震、洪水、台风等自然灾害对城市生命线的威胁,依据数字化的抗灾设计标准进行设施加固与防护。例如,在地震活跃区,给供水管道安装柔性接头,并按照抗震设防标准设计电力塔架的抗震结构;在易受洪涝侵袭的地区,依据防洪标准抬高变电站、通信机房等设备的基础标高,建设防水淹的防护设施。通过数字化技术模拟自然灾害场景,验证抗灾措施的有效性,确保城市生命线在极端自然条件下仍能保持一定功能的运行。
灾害预警与应急响应标准数字化联动:整合气象、地质等部门的灾害监测数据,构建数字化的灾害预警平台。当自然灾害预警信息发布后,依据
预设的应急响应标准,自动启动城市生命线系统的应急防护程序。例如在台风来临前,按照防风标准对户外通信基站、广告牌等进行加固;在洪水预警发布后,根据防洪调度标准关闭沿河闸门、启动排涝泵站,实现灾害预警与应急响应的无缝衔接,最大程度降低自然灾害对城市生命线的破坏。
(2)野蛮施工风险
施工区域防护标准数字化公示:在城市施工现场周边显著位置,通过电子显示屏、移动终端等数字化手段公示施工范围、地下管线分布、施工注意事项等防护标准信息。让周边居民、过往行人以及其他施工单位提前了解施工区域的潜在风险,提高公众的防范意识,减少因人不知情而误闯施工区域引发的安全事故。
施工监护标准数字化执行:对于可能影响城市生命线的施工活动,如邻近燃气管道、电力电缆的挖掘作业,安排专人进行现场监护。监护人配备移动监控设备,实时将施工现场画面传输至监控中心,同时依据数字化的施工监护标准,检查施工单位是否采取足够的防护措施,如管线标识、土方开挖方式等。一旦发现违规行为,立即制止并要求其整改,防止野蛮施工造成城市生命线损坏。
(3)自身结构性隐患风险
结构健康监测标准数字化应用:为城市生命线的关键构筑物,如桥梁、隧道、泵站等安装结构健康监测系统。利用应变计、加速度计等传感器采集结构的应力、变形、振动等数据,对照数字化的结构安全评估标准,实时掌握结构的健康状况。当监测数据超出安全阈值时,系统发出预警,提示进行详细检测与维修加固,避免因结构隐患引发坍塌、断裂等严重事故。
隐患整改标准数字化跟踪:对于检测出的城市生命线自身结构性隐患,制定详细的数字化整改方案。明确整改目标、施工步骤、验收标准等,整改过程中通过照片、视频、检测报告等形式记录整改情况,并上传至管理系统。系统依据整改标准
对整改效果进行评估验收,只有符合整改标准的隐患点才能销号处理,确保所有结构性隐患得到彻底治理。
(4)人为故意破坏风险
安防标准数字化升级:在城市生命线的重要设施周围,如水厂、变电站、燃气调压站等,按照数字化的安防标准建设入侵报警系统、视频监控系统、门禁系统等。这些系统通过网络连接至安防监控中心,实现远程监控与联动响应。一旦有异常人员闯入或破坏行为发生,系统立即触发警报,通知安保人员及时处置,同时记录相关证据信息,为后续调查提供依据。
反恐防范标准数字化落实:针对可能遭受恐怖袭击的目标设施,依据数字化的反恐防范标准进行加固与防护。例如,提高通信枢纽、电力枢纽等重要部位的防护等级,设置防爆墙、隔离带等设施;对进出人员进行严格的安检筛查,利用人脸识别、身份认证等技术核对人员身份信息,防止恐怖分子携带危险物品进入设施内部,保障城市生命线免受人为故意破坏的威胁。
4 加强标准数字化在城市生命线安全 中应用的建议
4.1 构建统一协调的标准体系框架
政府应发挥主导作用,联合各行业主管部门、科研机构、企业等利益相关方,共同搭建城市生命线标准数字化体系框架。打破行业壁垒与地域限制,整合现有分散的标准资源,按照“基础通用标准—专业领域标准—特定应用场景标准”的层级结构进行梳理与重构。基础通用标准涵盖术语定义、数据格式、接口规范等共性内容;专业领域标准针对不同城市生命线种类制定详细技术要求;特定应用场景标准聚焦于全生命周期管理各阶段以及各类风险应对的特殊需求。通过统一协调的标准体系框架,实现城市生命线标准数字化的规范
有序发展。
4.2 建立动态更新的标准工作机制
设立专门的标准工作小组,负责城市生命线标准数字化的动态更新工作。建立与科技发展、行业实践紧密相连的信息收集渠道,及时跟踪新材料研发、新工艺应用、新技术推广等情况。定期组织专家评审会议,对收集到的信息进行分析评估,根据实际需求修订和完善相关标准。同时,利用信息化手段实现标准的在线发布、版本控制与历史追溯功能,方便使用者随时获取最新版本的标准文件,并了解标准的演变历程与修订原因。
4.3 加强全生命周期管理标准的制定与衔接
围绕城市生命线的全生命周期管理,组织跨学科研究团队深入开展各阶段标准的制定工作。规划阶段注重多规融合标准的细化;建设阶段强化施工质量与工艺标准的量化;运营阶段突出设备设施运行维护标准的精准化;更新改造阶段强调老化评估与改造方案设计标准的科学化;隐患治理阶段健全排查整治标准的规范化;废弃阶段完善环保与资源回收标准,并且要加强各阶段标准之间的衔接过渡,确保上一阶段的输出成果能够无缝对接下一阶段的输入要求,形成全生命周期闭环管理的标准链。
4.4 提升标准数字化的技术支撑水平
加大对标准数字化相关技术研发的投入力度,鼓励高校、科研机构与企业开展产学研合作项目。重点攻克数据采集与传输的高精度、高可靠性技术难题;研发智能化的标准解读与应用辅助工具;探索基于区块链的标准版权保护与可信共享机制;开发适用于不同行业特点的标准数字化平台架构与功能模块。通过技术创新提升标准数字化的实施效率与应用效果,为城市生命线安全管理提供坚实的技术保障。
4.5 强化人才队伍建设与培训教育
加强对涉及城市生命线管理的专业人员以及标准制定、数字化技术人员的培养。在高校相关专
业课程体系中增加城市生命线标准数字化内容的教学模块;针对在职人员开展定期的专题培训与继续教育活动;建立行业人才交流平台与专家智库网络分享会制度,促进知识经验的传播与交流。通过多种途径提升从业人员对标准数字化的认知理解程度与实际操作能力,培养造就一支既懂专业知识又熟悉数字技术的复合型人才队伍,为推动标准数字化在城市生命线安全中的应用提供有力的人力支持。
4.6 推动多方协同参与和合作共赢模式形成
倡导政府引导建立城市生命线标准数字化应用的产业联盟或合作伙伴关系网络。鼓励设计单位按照数字化标准进行精准设计;施工单位依据标准规范施工工艺;运营企业借助数字技术提升运维效能;科研机构持续开展前沿技术研究,为标准更新提供理论支撑;设备制造商参照标准优化产品性能参数,以满足实际应用需求;最终用户积极参与反馈使用体验,协助完善标准细节内容。通过多元主体协同参与,形成全社会共同关注、共同推动城市生命线标准数字化发展的良好氛围,实现各方合作共赢,携手提升城市生命线安全保障能力,助力城市可持续发展战略目标达成。