讓風險看得見，讓城市更安全

燃氣爆炸、橋梁事故、路面塌陷、城市火災……這些險情一旦發生，將危及城市生命安全。

近年來，安徽省合肥市聯合清華大學合肥公共安全研究院共同建設推廣城市生命線工程項目。日前，《中國科學報》從合肥市相關部門獲悉，該項目自2017年運行以來，已成功預警各類突發險情6000多起，地下管網事故發生率下降60%、風險排查效率提高70%。

清華大學合肥公共安全研究院（以下簡稱清華合肥院）執行院長袁宏永告訴《中國科學報》：“校地合作實現了城市安全運行管理從‘看不見’向‘看得見’、從事后調查處理向事前事中預警、從被動應對向主動防控的根本轉變。”

讓“看不見”變成“看得見”

“這邊是獨塔斜拉橋，是我們在水面上經常看到的橋梁，那邊還有鋼桁梁橋、曲線梁橋、獨墩橋、雙墩橋等，都是我們日常可見的橋梁類型。”

不久前，《中國科學報》走進清華合肥院，看到一座占地面積1600平方米的微縮版集成橋梁，這些橋梁首尾相連，搭載的傳感器各司其職，時刻監測橋梁的長期變化。

清華合肥院的工作人員介紹：“這是我們搭建的橋梁安全監測實驗平臺，共裝載了140多個傳感器。其中，應對橋梁偏載、超載后可能發生的傾覆，電子水平梁可以做到提前預警；應變計的數據可以反演出橋面荷載，也可以計算出橋梁的剩余壽命；振動傳感器可以在車輛或者船舶撞到橋梁時，第一時間監測橋梁有沒有損傷。”

橋梁安全監測實驗平臺也是合肥城市生命線工程安全運行監測的保障平臺之一。而合肥“城市生命線工程安全運行監測”概念的提出，還跟一起潛在的橋梁事故有關。

2013年，合肥市一位巡檢工人發現，在五里墩立交橋上有一處肉眼可見的偏移，他立即將這一情況報給上級主管部門，相關部門迅速采取緊急措施，避免了一場潛在的事故。

此事也讓合肥城市管理者意識到，城市基礎設施安全運行的重要性，決定在全市范圍內實施城市生命線工程，并聯合清華合肥院首次提出“城市生命線工程安全運行監測”的概念。

城市的安全隱患有時候并不容易被發現。2015年，合肥地鐵1號線的施工對地下路面造成擾動，使得供水管線出現泄漏，引起了多個路面塌陷事故；2016年，合肥淮河路步行街發生了燃氣泄漏事故……這些觸及城市安全痛點事件的發生，進一步推動合肥市不斷拓展城市生命線工程的應用場景。

如何將風險從“看不見”變成“看得見”，用科技為城市安全保駕護航？“我們為之開展了長期攻關，攻克一系列城市風險防控預警技術難關，聯合地方政府建成我國首個城市生命線工程安全運行監測系統。”袁宏永說。

防范火災誤報和探測器失靈

當火情發生，報警器響起，該如何判斷到底是不是真警情呢？

“根據我們的統計，在我國1400萬次火災預警中，只有約300起是真實火災。這跟消防探測器誤報率高有很大關系。”袁宏永告訴《中國科學報》，“為此，我們研發了多探測器時空耦合火災場報警技術，通過煙氣在不同建筑結構里的蔓延規律，將火警真警在線識別率提高40多倍，在不更新現有火災探測器的前提下，使我國火災真警識別能力達到發達國家的同等水平，從而達到控制風險的目的。”

依托這項技術，清華合肥院孵化了辰安天澤智聯技術有限公司，專注于火災風險安全治理。在清華合肥院，這樣的企業還有很多家。

清華合肥院的工作人員介紹：“對于低壓燃氣泄漏，特別是微小的燃氣泄漏，這里的微小比我們家里炒菜用的燃氣量還要少，但這樣的燃氣泄漏此前一直沒有好的技術手段可以實時監測。”

“我們曾采購過上百套進口的燃氣探測器，一套1萬多元，安放于合肥市廬陽區的一個老城區的試點內，使用3個月后半數不能繼續工作，可以正常使用的探測器半年還需要校準一次，維護成本非常高，很難規模化應用。”袁宏永表示，“國外的探測器失靈的主要原因是漂移、中毒、壽命短，我們研究發現利用激光光譜可以解決這些問題，但激光芯片很貴，城市大規模使用也用不起。”

隨著問題被發現，袁宏永立即組織科研力量攻克激光芯片瓶頸技術和成本問題。在清華合肥院，記者看到了一排類似小型滅火器大小的可燃氣體智能監測儀，內部封裝著尺寸僅有250×250微米的激光芯片，可以精準感知氣體泄漏的濃度。

“我們不僅成功研發出國產化可燃氣激光探測器，打破了國外在甲烷氣體探測領域的核心技術壟斷，還將工商企業和家庭燃氣激光探測器的成本降低至百元級。”袁宏永介紹，清華合肥院由此孵化了合肥清芯傳感科技有限公司，該公司研發的激光芯片與傳感器產品目前已在合肥、北京、天津等數十個城市規模化應用近5萬套，有效保障了相關城市重要基礎設施的安全運行。

校地合作實現價值最大化

“這是全世界唯一一個1:1復制城市地下管網的多管線并存耦合實驗區。”清華合肥院工作人員在介紹城市生命線安全運行技術研究平臺時表示，“利用該平臺我們可以研究城市管網在不同土壤環境下的運行情況，實現對城市內不同區域管網的有效監測，提前研判風險。”

相關數據顯示，目前，合肥市已完成的城市生命線工程建設中，布設100多種、8.5萬套前端監測設備，覆蓋822公里燃氣管網、760公里供水管網等，涉及2.5萬個城市高風險點。

這也是清華合肥院與合肥市的產學研合作成果。

據了解，清華合肥院源于2011年3月清華大學與安徽省簽訂的合作協議，由清華大學、安徽省、合肥市三方共建新型產學研用一體化科技創新平臺和成果轉化基地。

“一方面清華大學在公共安全學科領域的研究力量較強，另一方面安徽合肥在全國率先提出把公共安全作為戰略性新興產業，所以雙方選擇公共安全作為建設主題，成立清華合肥院。”袁宏永介紹了清華合肥院成立的背景，

2016年1月，清華合肥院正式啟用。2021年7月，安徽省委、省政府印發了《關于推廣城市生命線安全工程“合肥模式”的意見》，要求在安徽省16設區市開展安全評估和城市生命線安全工程，到2022年完成一期建設任務、2023年有序開展二期建設。

今年10月31日，安徽省省長王清憲帶隊赴清華大學就深化省校合作進行座談交流，見證了《合肥市人民政府與清華大學聯合建設“清華大學合肥公共安全研究院”三期協議》的簽署。