0 引言
城市生命线工程是指维系城市正常运行,满足群众生产生活需要的重要基础工程,其涵盖范围较广,包括燃气、桥梁、供水、排水、热力、综合管廊、电力、通信等系统和设施[1-5]。在城市生命线工程运行过程中,需要对其基础设施的运行状态进行实时感知,发现运行风险及时预警处置,才能更好地保障城市安全运行。 其中关键是对这些基础设施布置先进监测设备,通过大数据、物联网、空间地理信息集成等信息技术[6],基于监测系统实时监测设备设施运行数据,继而分析数据来研判基础设施运行状态健康与否[7]。在监测系统“感、传、知、用”全过程中,一系列的标准规范,包括技术标准、运营标准等,对城市生命线工程安全运行起到很好的保障和指导作用,但依然存在标准空白和局限性,故本文以城市生命线安全工程中燃气管网、桥梁、供水管网、排水管网、热力管网、综合管廊、电力系统、通信系统8个业务领域为代表,详细分析总结现有国家标准、行业标准、地方标准现状,并结合城市生命线安全工程标准体系构建现状,综合提出标准需求及建议,以期为城市生命线工程安全运行标准化建设提供参考。
1 城市生命线工程发展概况
随着城镇化的加快,我国的城镇化率由2012年的52.60%上升到2022年的65.22%[8-9],仅10年就上升12.62个百分点。城市化率的大幅提升导致生产生活要素高度集中,城市生命线工程规模也大幅发展。 由住房和城乡建设部城市建设统计年鉴[10]可知,截至2022年底,城市天然气管道长度达到980405 km;桥梁86260座,其中大桥及特大桥11692座;供水管道长度达到1102976 km;排水管道长度达到913508 km,供热管道长度达到493417 km;地下综合管廊长度达到7093.95 km。
城市基础设施的快速扩张给城市居民生活带来极大的便利,但同时也伴随发生各类基础设施安全事故,如湖北省十堰市张湾区艳湖社区集贸市场“6·13”重大燃气爆炸事故、河南郑州“7·20”特大暴雨灾害、西宁市“1·13”公交车站路面塌陷重大事故灾难、无锡市“10·10”312国道锡港路上跨桥桥面侧翻较大事故等皆造成巨大生命财产损失,且随着城市人口大量流动,产业高度集聚,各类基础设施布设纵横交错、功能上相互依赖影响,导致城市生命线工程运行风险呈现灾害耦合、事故连锁、风险叠加、损失放大等新的特征,给城市安全运行带来很大的风险和挑战[11-13]。
2 标准在城市生命线安全工程中的作用
因历史技术问题、建设年限过长、结构老化、第三方施工破坏等引发的一系列安全事故,使得城市生命线安全工程建设显得尤为重要。 城市生命线安全工程主要是发挥现代信息技术作用,建设安全运行监测系统,实现对生命线工程设施的全面感知、动态体检、早期预警和高效处置,推动城市治理“一网统管”[14-15]。
城市生命线安全工程建设、运营过程中,如果监测布点、设备安装缺少标准规范,后期采集的监测数据对于风险的判断就没有可靠性和代表性;同样,数据分析研判、风险预警联动没有标准规范,极易造成风险判别不准确、风险处置效率低下等问题;如果系统运维(包括前端感知设备和后端管理平台的运维)没有标准规范,系统的可靠运行就很难保障,而系统的可靠运行是后期数据分析研判和风险预警联动的基础。因此,制定城市生命线安全工程领域标准规范可以为城市生命线工程安全运行监测、运营等提供依据和指导,解决各行其是、标准不一、数据难以共享等问题[16],实现对风险的实时监控与快速响应,支撑城市安全健康发展。
3 城市生命线安全工程相关标准现状
目前,城市生命线安全工程领域制定了一些相关标准,包括数据标准、技术标准、运行维护标准等,也涵盖了国家标准、行业标准、地方标准等不同类别,下文从生命线安全工程8个具体相关领域的现行标准现状以及生命线安全工程标准体系构建现状2个维度来阐述。
3.1 具体相关领域现行标准现状
3.1.1 燃气管网
城市生命线安全工程燃气管网领域相关标准如表1所示。
由表1可知,关于燃气管网领域相关标准,国家标准主要针对燃气管道安全运行信息分类、数据采集、监控系统、风险评价等方面提出要求;行业标准主要规范燃气监测系统的设计、施工、验收和运行维护等;地方标准对燃气管道的风险评估、系统框架、数据对接、运行维护、抢修响应等做出规定。综合来看,目前的标准主要聚焦在燃气管网风险评估、监控系统(包括数据对接、信息分类)的设计、建设和运行维护等方面。
3.1.2 桥梁
城市生命线安全工程桥梁领域相关标准如表2所示。
桥梁领域相关标准数量较多。其中,国家标准主要规定桥梁运营监测技术的基本要求,包括监测系统、测点、设备以及监测方法等方面;行业标准规定公路桥梁
表1 燃气管网领域相关标准 Table1 Relevant standards in field of gas pipeline network
表2 桥梁领域相关标准 Table2 Relevant standards in field of bridge
结构监测技术的监测内容、测点布设、监测方法、监测系统设计实施和运营维护、数据管理和监测应用的要求;地方标准规定桥梁结构风险辨析、监测内容、监测方法、监测点布置、监测系统设计、监测数据采集、数据传输、数据存储、数据分析、阈值设定、安全预警、结构评估、系统运行维护等要求以及与信息化建设相关的术语定义、缩略语、数据项描述方法与规则和数据信息等。
3.1.3 供水管网
城市生命线安全工程供水管网领域相关标准如表3所示。
由表3可知,供水管网领域相关标准,主要分布在行业标准和地方标准层面。其中,行业标准主要对城镇供水管网的资料管理、数据采集系统、地理信息系统、供水水质在线监测系统等方面进行相关规定;地方标准主
表3 供水管网领域相关标准 Table3 Relevant standards in field of water supply network
要针对城市供水管网的风险评估、监测内容与方法、监测点位选择、监测设备性能指标、监测系统架构、监测数据采集传输、数据管理安全、监测系统安装与验收等进行相关规定,还涉及供水 SCADA调度监控系统、管网地理信息系统(GIS)、管网数学模型系统、漏损监控管理平
台等,并给出管网安全预警与应急处置的一般要求。
3.1.4 排水管网
城市生命线安全工程排水管网领域相关标准如表4所示。
由表4可知,排水管网领域国家标准主要给出城市
表4 排水管网领域相关标准 Table4 Relevant standards in field of drainage pipeline network
排水防涝设施的数据采集、数据录入、数据校核、数据维护和使用的相关要求;行业标准规定在线监控(监测)系统的数据传输格式以及代码定义等;地方标准主要针对排水管网监测点布设、监测内容(包括气体、液位、流量、水质、排水口溢流监测等)、仪器设备选型与技术要求、数据结构、编码规则、监测系统的设计、实施和运行维护,另外涉及到管网信息系统(包括软硬件环境系统、数据采集系统和管道地理信息系统)的相关要求。
3.1.5 供热管网
城市生命线安全工程供热管网领域相关标准如表5
所示。
由表5可知,供热管网安全运行监测方面的技术和运营标准很少,基本为行业标准和地方标准,且标准的主要内容集中在供热管网相关术语、监测系统的建设、运行和维护等方面。
3.1.6 综合管廊
城市生命线安全工程综合管廊领域相关标准如表6所示。
由表6可知,目前国家标准主要是对管廊内外部环境、管廊本体、现场设备、关键场所等监测提出要求,以
表5 供热管网领域相关标准 Table5 Relevant standards in field of heating pipeline network
表6 综合管廊领域相关标准 Table6 Relevant standards in field of utility tunnel
及环境与设备监控系统、火灾报警系统、可燃气体探测报警系统、通信系统等设计、施工、验收和维护等方面的相关规定;地方标准主要适用于综合管廊新建、改建、扩建工程的相关数据管理以及监测系统的设计、施工、验收与运维(包括软件、硬件和数据)等。
3.1.7 电力系统
城市生命线安全工程电力系统领域相关标准如表7所示。
由表7可知,电力系统领域国家标准主要针对电力系统实时动态监测系统的数据传输协议、数据接口,以
表7 电力系统领域相关标准 Table7 Relevant standards in field of power system
及实时动态监测主站的系统要求、系统功能、性能指标、系统检测与测试方法、与其他系统的数据交换方法等进行规定;行业标准规定电力系统实时动态监测主站的基础数据、基本功能和应用软件的主要功能要求、性能指标要求等;地方标准主要规定电力设施安全技术防范系统设计和施工、评审、检验、验收和维护的要求,地下电
力电缆监测系统的技术要求、试验项目及要求、安装验收与维护保养、标志、包装、运输和贮存,电力物联网感知终端安全防护要求等。
3.1.8 通信系统
城市生命线安全工程通信系统领域相关标准如表8所示。
表8 通信系统领域相关标准 Table8 Relevant standards in field of communication system
在通信系统领域,标准主要集中在行业标准和地方标准。行业标准主要对通信基站监控系统的组成和结构、功能要求、硬件技术要求及软件技术要求,融合通信中即时消息业务的监测总体技术架构、不良消息监测过滤、策略生成、用户标记分析、不良消息审核和处置提出要求;地方标准规定安全技术防范系统设计和施工,评审、检验、验收和运行维护的要求,城市轨道交通信号智能化维护系统的系统基本要求、功能要求及智能化维护要求,电力通信动力环境监控系统的术语定义、缩略语、运行管理、检修管理、安全管理要求,电力通信站动力环境监控系统接入的系统架构、接入流程、采集点位、采集协议、资料管理、安全管理等要求。
3.2 标准体系构建现状
关于生命线安全工程标准体系,目前相关研究较少。付明等[17]建立城市生命线工程运行监测标准体系,包括基础标准、建设标准、技术标准、服务标准和管理标准。其中,以基础标准为基础,建设标准、技术标准、服务标准为核心,管理标准为支撑。 该标准体系较为清晰地厘清生命线工程运行监测各标准之间的逻辑关系,但缺少服务评价、管理监督方面的标准;邱绍峰[18]构建地下基础设施运行综合监测技术标准体系框架,包括基础共性标准、关键技术标准、关键装备标准和工程实施标准,其中基础共性标准是关键技术标准、关键装备标准和工程实施标准的支撑,可指导城市地下基础设施运行监测项目的实施和应用,但仅从监测技术角度提出标准化要求,只是城市生命线安全工程标准体系的1个重要部分。
4 城市生命线安全工程标准需求与建议
基于城市生命线安全工程燃气管网、桥梁、供水管网、排水管网、供热管网、综合管廊、电力系统、通信系统8个业务领域的相关现行标准以及标准体系构建现状梳理,对标准需求进行分析并提出下一步建议。
1)国家或行业层面缺乏技术方面的全面指导。通过上述分析发现,目前的国家标准和行业标准主要集中在信息化系统的建设和运维上,针对城市生命线工程各领域基础设施运行过程中的监测数据分析研判、风险预警分级等方面的技术规定很少。2023年5月11日,推进城市基础设施生命线安全工程现场会在合肥召开,拉开全面启动城市基础设施生命线安全工程建设的序幕[19],在此背景下,亟需制修订相关的国家标准或行业标准来对城市生命线安全运行进行全面技术指导,以高水平标准引领高质量发展。
2)国家或行业层面缺乏风险预警联动响应等管理方面的标准规范。城市生命线工程运行过程中,通过实时监测数据发现运行风险后,需要快速联动设施权属单位、行业监管部门等对风险进行高效处置。但目前国家或行业层面还没有专门针对生命线工程运行风险的预警联动响应方面的相关标准,如国家标准《公共安全应急管理公共预警指南》(GB/ T40054—2021)[20],仅对公共预警流程包括危害因素监测、业务决策、预警发布和传播等进行一般规定。而安徽省地方标准《城市生命线工程安全运行监测技术标准》( DB34/ T4021—2021)[1],对城市生命线工程风险预警联动的一般流程作出规定,但不同类别基础设施的风险预警联动各有特
点,且该标准为地方标准,不能从全国或行业层面对城市生命线风险监测预警进行规范指导。 所以针对生命线工程权属复杂、职能交叉等问题,亟需在国家和行业标准中融入风险预警联动响应的内容,且针对不同生命线工程设施类别,风险预警联动响应应具有不同特点。
3)城市生命线工程交叉、耦合风险防控方面缺乏标准规范。表1~8列举的标准皆是针对生命线工程中的单类基础设施,但燃气管网、桥梁、供水管网、排水管网等单类基础设施并行交汇,布设情况复杂。 一旦发生事故,易诱发耦合风险。针对这种交叉、耦合风险,目前尚没有明确的标准对其监测及防控进行规范,需要制定该方面的标准规范,提高耦合风险的防控能力。
4)与国际标准缺乏深层次融合对接。目前,我国主导或参与制定一些与城市生命线安全工程相关的国际标准,部分标准如表9所示,这些标准主要是在智慧城市数字化服务平台、数据交换共享、数据集成等方面提出要求,在具体城市生命线各领域安全运行等方面主编或参编的国际标准较少,例如国际标准《 ISO37175: Smart community infrastructures—Operation and maintenance of utility tunnels》(智慧城市基础设施综合管廊运维)于2021年获批立项[21-22],填补智慧管廊国际标准的空白,因此要加强城市生命线安全工程中各业务领域的国家标准走向国际,不断为世界城市基础设施安全运行贡献中国力量。
表9 相关国际标准 Table9 Relevant international standards
上文基于标准类别、标准内容、标准国际化等方面提出了需求及建议,如想系统性提高城市生命线工程的风险防控水平,还需要建立目标明确、层次清晰、结构合理、内容全面的城市生命线安全工程标准体系,涵盖生命线工程风险评估、监测布点、系统建设、报警分析、预警联动、运维管理、监督评价等建设运营全流程,为生命线工程安全运行提供切实指导,赋能打造宜居、智慧、韧性城市。