摘要：随着城镇化进程加快，城市燃气安全问题日趋突出，已经成为限制韧性城市发展的重要因素。面向韧性城市燃气安全风险防控需求，本文提出了以公共安全科技为支撑，融合物联网、 云计算、大数据、BIM/GIS 等现代信息技术的韧性城市燃气安全风险监测预警平台技术方案，并在北京市怀柔区开展技术应用，通过城市燃气风险全面感知、实时监测、预测预警，创新城市管 理模式，形成“汇数据、能监测、会预警、快处置”的燃气安全精细化管理和服务模式，实现城市燃气安全管理由“被动应对”向“主动防控”转变，切实提高城市韧性水平。关键词：韧性城市；燃气安全；风险感知；监测预警；系统平台

1 引言

韧性城市作为城市安全发展的崭新范式，着重强调在逆变环境中拥有承受、适应以及快速恢复的强大能力[1]。燃气作为现代城市至关重要的基础设施，于居民生活和商业活动而言不可或缺，其安全性直接关乎城市的稳定以及民众的生活福祉，在韧性城市的建设过程中显得尤为关键。

当下，燃气安全面临诸多风险，由于管道老化、管道占压、施工破坏以及自然灾害等因素引发的泄漏燃爆事故时有发生[2-4]，典型案例如吉林松原 “7.4” 较大燃气爆炸事故、湖北十堰 “6.13” 重大燃气爆炸事故等。此外，公众安全意识薄弱、数据呈孤岛状态、信息传递不及时、应急协同机制不完善、应急预案缺乏针对性与可操作性等诸多问题，在一定程度上限制了城市韧性的提升，燃气风险防控难度大、预警能力弱、应急响应不及时等问题日益凸显。

针对当前城市燃气安全风险日益突出、监管防控效能不足的状况，提出了以物联网、云计算、大数据、BIM/GIS 等现代信息技术为支撑的韧性城市燃气安全风险监测预警平台建设方案。通过对燃气管网及其相邻地下空间、工商用户和家庭用户等重点场所燃气安全态势透彻感知，结合风险监测、风险预测、风险预警、风险警情协同处置等多方面，实现燃气安全风险的及时感知、早期预警以及高效应对，建立“前端感知—风险定位—专业评估—预警联动”韧性城市燃气安全运行与管控精细化治理创新模式，并在北京市怀柔区开展了示范应用。

2 平台架构设

2.1 总体架构

韧性城市燃气安全风险监测预警平台总体架构由下至上分为智能感知网、网络通信、物理场所、平台支撑和应用场景体系[5-7]，左右两侧分别为标准规范体系和安全保障体系，提供平台保障，总体架构图如下图所示。

（1）智能感知网：实现对燃气领域风险的全方位、立体化感知。充分依托城管部门以及燃气公司等社会企业建设的燃气安全感知网，以“点、线、面”相结合的方式，统筹分析评估城市复杂耦合风险，基于风险评估结果对现有城市安全运行监测感知网进行补充和完善。

（2）网络传输：为上层业务所涉及到的各项前端物联感知网络和应用系统提供网络通信支持，主要涵盖前端物联网感知网络及信息交换共享传输网络，为信息的流动、共享和共用提供基础。依托政务网、互联网、专网、移动网络、物联网等，在确保信息安全的条件下开展数据传输。

（3）韧性城市综合运行监测中心：依托怀柔韧性城市建设的韧性城市综合运行监测中心，提供城市运行监测服务，包括实时监测、综合展示、预测预警、风险分析、热线服务等功能。

（4）韧性城市技术迭代平台：依托怀柔韧性城市建设的韧性城市技术迭代平台，提供数字空间地理信息三维可视化、物联网接入、AIoT 数据分析和监测预警算法模型仓库和韧性城市业务联动等功能。

（5）燃气安全场景应用：包括基础信息管理、风险评估、监测预警、研判分析、燃气辅助管理等应用。

2.2 技术架构

系统整体技术架构包含平台网络层、基础设施层、政务云平台、数据服务层、支撑服务层以及业务应用层。技术架构图如下图所示：

图2 技术架构图

平台网络层采用NB-IOT、Lora 窄带物联网等技术建设现场感知网络，采用OFDM、IPv6、宽窄融合等技术建设通信网络，共同组成实时、高效、可靠、全覆盖的网络，为平台提供各部门、多层级的网络数据通道。

平台基础设施层采用现代化屏幕显示和分布式控制技术，打造韧性城市综合运行监测中心，为城市安全运行监测和应急指挥提供现代化指挥场所。

政务云平台层打造弹性扩展、性能强大、逻辑一体的云计算平台，依托基础设施即服务（IaaS）和平台即服务（PaaS）资源能力，提供统一的政务云资源服务和应用运行支撑。

平台数据层通过物联网采集平台的高性能处理框架，满足前端数亿至数十亿条传感器数据的接入；数据统一接入服务通过提供标准的数据统一接入机制，将政府各部门以及互联网的结构化和非结构化数据进行统一的汇聚接入，并提供对接入的数据进行统一的清洗、转换、去重等功能，最终形成符合统一存储要求的数据模型，及时在展示端进行数据可视化分析展示。

平台应用支撑层采用“模块化、组件化”设计理念，通过对多手段消息推送、统一认证、地理信息等服务组件进行整合，为各业务系统之间的消息流转、统一用户管理和地图应用提供支撑。

3 核心功能设计

城市燃气安全风险监测预警平台核心功能包括风险隐患管理、监测预警、研判分析、协同处置四大模块。

3.1 基础信息管理

基础信息管理子系统主要实现燃气管线基础信息管理、场站基础信息管理、用气工商和家用场所基础信息管理、危险源信息管理、防护目标信息管理等，把握基础数据的准确性，建立城市燃气管网基础信息档案管理模式，可为燃气管网日常监管、风险评估、监测预警及应急处置等提供数据支撑。

3.2 燃气风险评估

燃气风险是指发生燃气危险事件的可能性，与随之引发的人身伤害、健康损害或财产损失的严重性的组合。风险评估子系统主要包括燃气管网、燃气场站风险评估两个场景，主要功能包括燃气风险清单、燃气风险评估四色图、燃气风险评估报告。系统通过定期对燃气管道、燃气场站安全运行状况进行评估，根据评估结果，辅助优化燃气系统运行资源，进一步提高燃气系统精细化管理水平，促进燃气系统向预警式、诊断式的安全运行模式转化。

3.3 燃气监测预警

动态监测及报警预警是燃气安全管理的重要基础工作，通过搭建先进的物联网监测系统实现对燃气管网安全的不间断动态监控，提高监测预警的时效性和工作质量。通过对可燃气体探测、对安全生产关键参数及其他监测数据的接入，直观、全面、实时地了解燃气管网的运行状况，为预防与控制燃气安全事故的发生提供重要的信息和技术支持。具体功能包括实时监测、报警及审核、燃气泄漏预警、预警处置和档案管理。

3.4 事故研判分析

依托公共安全和大数据智能分析技术，系统结合 GIS 地理信息系统对燃气专业模型算法结果进行了可视化呈现，追溯可能引发燃气管网泄漏的源头、超前研判燃气泄漏发生发展规律、预测可能产生的次生衍生灾害后果，以便燃气行业监管部门督促指导燃气企业尽快处理燃气泄漏，也为后续应急管理决策提供充分的信息支撑，有效防止事态进一步发展，最大程度预防和减少灾害。具体功能包括燃气燃气泄漏溯源分析、燃气泄漏扩散分析、燃气泄漏爆炸预测分析。

3.5 燃气辅助管理

系统主要从燃气安全突发事件应急处置和燃气行业安全日常监管两个维度提供辅助支持。一方面提供智能研判分析报告、知识库、案例库、专家库等为可能发生的燃气突发事件的应急处置提供科学指导。另一方面通过定期的安全评估报告、统计分析等健全辅助决策机制，辅助提升日常管理及应急处置能力与水平。

4 监测预警平台示范应用

4.1 应用概况

为深入贯彻落实《北京市怀柔区国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》[8]及北京市《关于加快推进韧性城市建设的指导意见》[9]等城市安全风险防控战略要求，怀柔区于2022 年4 月开始城市燃气安全风险监测预警平台建设，并于2022 年10 月1 日正式投入使用。平台聚焦基础设施工程韧性、城市运行管理韧性、城市应急处置恢复能力、城市社会韧性等方向，通过怀柔韧性城市全域应用场景建设，建立运行服务中心，配备 7*24小时值班值守人员，提供韧性城市运行监测统一管理、长期监测检验、数据分析、预警响应等技术服务，构建数字化韧性城市运行管理服务。结合怀柔区韧性城市技术迭代平台和综合运行监测中心的建设，在城市运行的政府数字化治理方面实现：三个“一”（一屏观全局、网管全区、一队全运营）、四个“早”（风险早发现、早预警、早研判、早处置），清晰洞察城市运行规律，及时发现各种风险隐患，实现城市安全运行风险可视化、处置规范化、服务多元化，增强城市抗御灾害能力、适应能力和快速回复能力，形成全天候、系统性、现代化的城市安全保障体系。

4.2 应用成效

怀柔区韧性城市燃气安全风险监测预警平台重点对燃气管网及其相邻地下空间、人口密集区工商用户和家庭用户三大类场所进行燃气安全运行监测，“织密”燃气安全“防护网”。平台通过在地下燃气管网重点点位安装可燃气体智能监测仪，已实现全区50 公里燃气管网相邻地下空间、50 座燃气阀门井、57 处燃气管线穿越干线公路/铁路/河流渠道等监测范围覆盖。在工商业和家庭端，怀柔区孤寡老人、城中村等 6000 户高风险用气家庭、200 余户工商业用户安装了燃气智能监测产品。

自 2022 年 10 月 1 日平台完成建设至今，共监测到燃气报警 2879 余条，成功避免 20 余起燃气安全事故，有效保障了居民用户生命财产的安全。

5 结果与讨论

面向现代化韧性城市建设需求，本文提出了韧性城市燃气安全风险监测系统技术方案，并在北京市怀柔区进行技术应用。通过物联网、大数据、云计算等信息化技术手段，结合燃气安全实时感知、风险评估、监测预警、辅助研判、应急处置闭环流程，实现怀柔区城市安全运行、社会精细化管理，做到燃气泄漏可监测、可预警、可研判、可决策，保障城市燃气运行智能协调和社会管理的和谐高效；同时，借助数据挖掘和分析手段，对上述信息进行综合开发利用，辅助城市管理科学决策，实现双向促进，形成韧性城市管理有效闭环。

6 参考文献

[1].中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的议[N].人民日报,2020-11-04(001).DOI:10.28655/n.cnki.nrmrb.2020.010934.

[2]胡劲,郝兴军.城市燃气管道隐患安全管理现状与措施[J].城市建设理论研究(电子版),24,(08):73-75.DOI:10.19569/j.cnki.cn119313/tu.202408025.

[3]黄佳丽.城市燃气管网运行安全现状分析与措施建议[J].上海煤气,2024,(02):29-31.

[4]杨镇宇,贾江辉,曹诗嘉,等.探索城市燃气安全隐患管控新模式——以北京市怀柔区为例[J].城市管理与科技,2023,24(01):28-30.DOI:10.16242/j.cnki.umst.2023.01.026.

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[6]国务院安委会办公室.国务院安委会办公室关于印发《城市安全风险综合监测预警平台建设指南（试行）》的通知[EB/OL].2021.9.23. https://www.mem.gov.cn/gk/zfxxgkpt/fdzdgknr/202110/t20211009_399738.shtml

[7]韩君庆,陈建国.城市燃气管网物联网综合监测与应急处置技术研究[J].中国管理信息化,2017,20(19):186-189.

[8]北京市怀柔区人民政府.北京市怀柔区国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要[EB/OL].2021.04.29. https://www.bjhr.gov.cn/zwgk/zfxxgkjg/qzfbmdh/fzggwdh/fgzdgz/202108/t20210806_2458126.html

[9]关于加快推进韧性城市建设的指导意见[N].北京日报,2021-11-11(003).DOI:10.28033/n.cnki.nbjrb.2021.007909.