爲了“平安冬奧” 他們給城市生命線做“體檢”

科技冬奧進行時

燃氣管網,大多數時候都沒什麼存在感。一旦它引起人們注意,通常意味着大禍將至。如果燃氣泄漏,一根菸頭,一輛汽車經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,受賽事影響車流量變化劇烈,對管網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技術國家重點實驗室教授袁夢琦正帶領着她的團隊,盯緊這常被人忽略的城市管網,爲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計劃項目“冬奧會公共安全綜合風險評估技術”課題生命線系統運行設施風險識別與評估技術”的相關研究工作,重點負責燃氣管網安全運行風險識別與評估以及城市生命線綜合風險分析動態評估。他們對場館周邊地理環境人流車流、建築環境、管網壓力材質等開展調查研究,結合大數據分析,辨識可能影響冬奧會正常運行的危險點並進行風險評估,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麼危害?

團隊以原有城市燃氣管線風險評估的研究爲基礎,綜合分析了510餘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“城市生命線安全監測系統”。這套系統梳理了燃氣管網失效可能的相關影響因素,如腐蝕、人爲破壞、自然災害等,用模型分析計算出燃氣擴散方式、受影響區域及可能演變成的災害類型,並進一步從政治、輿論、賽事影響、經濟損失環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測系統”提供緊急疏散、救援維修等應急指揮調度建議,爲決策部門提供技術支撐和快速研判依據。也就是說,一旦發生意外情況,這套系統可以全方位地給出響應方案。

全方位,也意味着需要多學科交叉。袁夢琦的這支團隊由4名老師和40餘名學生組成。他們不僅要熟悉瞭解城市生命線建設情況,還要對燃氣泄漏後可能引發的火災或爆炸對周邊人員生命安全、建築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、城市規劃等學科的基礎知識,以便在災害發生時能提出切實可行的處置建議。

管網失效可能引發極端事件――爆炸。依託爆炸科學與技術國家重點實驗室自身專業優勢,團隊搭建了全尺寸實驗平臺。在這個實驗平臺上,他們分析衝擊波、高溫氣流在管道內部的傳導過程,模擬暗渠窨井等典型場景下的爆炸燬傷效應,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。團隊採集人體的皮膚、肌肉、骨骼臟器等數據,建立高精度數值仿真模型,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。城市地下埋藏着的電力、通信、供熱、排水等管網,都與老百姓生活息息相關。這些管網沉默無言,卻又牽一髮而動全身。

項目組的研究表明,各類型管網受到的風險影響因素種類多達40餘種。各類管網之間雖不直接聯通,但由於距離相近或處在同一管井內,某一管網發生事故時也極易影響到其他管網,從而產生連鎖反應。

袁夢琦團隊承擔了冬奧會“生命線耦合動態的風險評估”的技術研究任務。他們需要考慮系統受到外界干擾時產生風險的可能性及閾值、各管網間功能供給關係等複雜問題。“最難的就是要考慮各管網之間的複雜聯結造成的影響。例如城市電力受到損害時,燃氣管網的變壓系統就會受到影響,城市排水系統、交通系統都會受到相應影響。找到關聯關係之後纔可以進行數值建模、實驗驗證,給出科學可靠的定量分析。”袁夢琦說。一切都環環相扣。團隊綜合考慮多種因素設計了近200個風險指標,建立了複雜系統模型,形成了一套針對冬奧會期間的生命線系統耦合風險評估體系。

32歲的袁夢琦一直從事爆炸安全防護方面的研究,如今已經是該領域最年輕的國家自然科學基金優秀青年基金獲得者。她表示,團隊會一直爲冬奧賽事提供技術保障,爲辦成一屆平安的冬奧會貢獻力量