為了“平安冬奧” 他們給城市生命線做“體檢”
發(fā)布日期： 2021-07-21 供稿：科技日報
編輯：吳楠 審核：劉曉俏 閱讀次數(shù)：原文標題：為了“平安冬奧” 他們給城市生命線做“體檢”
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燃氣管網(wǎng)，大多數(shù)時候都沒什么存在感。一旦它引起人們注意，通常意味著大禍將至。如果燃氣泄漏，一根煙頭，一輛汽車經(jīng)過時輪胎擦出的火花，都可能導致火災甚至是爆炸事故。
“尤其是在冬奧會期間，受賽事影響人車流量變化劇烈，對管網(wǎng)的安全性提出了更高要求。” 北京理工大學機電學院爆炸科學與技術(shù)國家重點實驗室教授袁夢琦正帶領(lǐng)著她的團隊，盯緊這常被人忽略的城市管網(wǎng)，為每一處可能的危險點，給出預警。
從2018年起，袁夢琦團隊牽頭開展了國家重點研發(fā)計劃項目“冬奧會公共安全綜合風險評估技術(shù)”課題“生命線系統(tǒng)運行設施風險識別與評估技術(shù)”的相關(guān)研究工作，重點負責燃氣管網(wǎng)安全運行風險識別與評估以及城市生命線綜合風險分析與動態(tài)評估。他們對場館周邊地理環(huán)境、人流車流、建筑環(huán)境、管網(wǎng)壓力材質(zhì)等開展調(diào)查研究，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，辨識可能影響冬奧會正常運行的危險點并進行風險評估，給出相應管控建議，保障冬奧會順利進行。
如果燃氣泄漏，會給城市和奧運場館造成什么危害？
團隊以原有城市燃氣管線風險評估的研究為基礎，綜合分析了510余起城市燃氣泄漏爆炸案例，研究燃氣事故與大型賽事之間的耦合效應，建立了一套具備“感-傳-知-用”四大功能的“城市生命線安全監(jiān)測系統(tǒng)”。這套系統(tǒng)梳理了燃氣管網(wǎng)失效可能的相關(guān)影響因素，如腐蝕、人為破壞、自然災害等，用模型分析計算出燃氣擴散方式、受影響區(qū)域及可能演變成的災害類型，并進一步從政治、輿論、賽事影響、經(jīng)濟損失、環(huán)境影響乃至人員傷亡等方面進行分析評估，用可視化的“燃氣城市生命線安全監(jiān)測系統(tǒng)”提供緊急疏散、救援維修等應急指揮調(diào)度建議，為決策部門提供技術(shù)支撐和快速研判依據(jù)。也就是說，一旦發(fā)生意外情況，這套系統(tǒng)可以全方位地給出響應方案。
全方位，也意味著需要多學科交叉。袁夢琦的這支團隊由4名老師和40余名學生組成。他們不僅要熟悉了解城市生命線建設情況，還要對燃氣泄漏后可能引發(fā)的火災或爆炸對周邊人員生命安全、建筑物損傷等情況進行定性定量分析。同時，他們還要具有一定的應急管理、城市規(guī)劃等學科的基礎知識，以便在災害發(fā)生時能提出切實可行的處置建議。
管網(wǎng)失效可能引發(fā)極端事件——爆炸。依托爆炸科學與技術(shù)國家重點實驗室自身專業(yè)優(yōu)勢，團隊搭建了全尺寸實驗平臺。在這個實驗平臺上，他們分析沖擊波、高溫氣流在管道內(nèi)部的傳導過程，模擬暗渠、窨井等典型場景下的爆炸毀傷效應，驗證不同場景下燃氣泄漏爆炸對城市建設的影響。爆炸不僅會毀傷城市，更會給人帶來傷害。因此，生命科學知識也必不可少。團隊采集人體的皮膚、肌肉、骨骼、臟器等數(shù)據(jù)，建立高精度的數(shù)值仿真模型，定量研判不同事故類型對附近人員的傷害情況。
當然，城市的生命線，不僅包括燃氣管線。城市地下埋藏著的電力、通信、供熱、排水等管網(wǎng)，都與老百姓生活息息相關(guān)。這些管網(wǎng)沉默無言，卻又牽一發(fā)而動全身。
項目組的研究表明，各類型管網(wǎng)受到的風險影響因素種類多達40余種。各類管網(wǎng)之間雖不直接聯(lián)通，但由于距離相近或處在同一管井內(nèi)，某一管網(wǎng)發(fā)生事故時也極易影響到其他管網(wǎng)，從而產(chǎn)生連鎖反應。
袁夢琦團隊承擔了冬奧會“生命線耦合動態(tài)的風險評估”的技術(shù)研究任務。他們需要考慮系統(tǒng)受到外界干擾時產(chǎn)生風險的可能性及閾值、各管網(wǎng)間功能供給關(guān)系等復雜問題。“最難的就是要考慮各管網(wǎng)之間的復雜聯(lián)結(jié)造成的影響。例如城市電力受到損害時，燃氣管網(wǎng)的變壓系統(tǒng)就會受到影響，城市排水系統(tǒng)、交通系統(tǒng)都會受到相應影響。找到關(guān)聯(lián)關(guān)系之后才可以進行數(shù)值建模、實驗驗證，給出科學可靠的定量分析。”袁夢琦說。一切都環(huán)環(huán)相扣。團隊綜合考慮多種因素設計了近200個風險指標，建立了復雜系統(tǒng)模型，形成了一套針對冬奧會期間的生命線系統(tǒng)耦合風險評估體系。
32歲的袁夢琦一直從事爆炸安全防護方面的研究，如今已經(jīng)是該領(lǐng)域最年輕的國家自然科學基金委優(yōu)秀青年基金獲得者。她表示，團隊會一直為冬奧賽事提供技術(shù)保障，為辦成一屆平安的冬奧會貢獻力量。
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