市政公用設施安全運行保障標準體系的構建

摘 要

摘要：介紹了我國市政公用設施領域現行工程建設標準的現狀，揭示了保障市政公用設施安全運行所面臨的突出問題，探討了構建我國市政公用設施安全運行保障管理體系的設想及預期目標
摘要：介紹了我國市政公用設施領域現行工程建設標準的現狀，揭示了保障市政公用設施安全運行所面臨的突出問題，探討了構建我國市政公用設施安全運行保障管理體系的設想及預期目標。
關鍵詞：市政公用設施；安全運行；標準
Development of Guarantee Standard System for Safe Operation of Municipal Public Facilities
GAO Peng，ZHANG Shu-li
Abstract：The present status of current engineering construction standards in municipal public facility field in China is introduced. The prominent problems faced in guaranteeing safe operation of municipal public facilities are revealed. The idea and expected objective for developing guarantee management
system for safe operation of municipal public facilities in China are discussed.
Key words：municipal public facilities；safe operation；standard
1 概述
    市政公用事業是政府公共服務職能的重要組成部分，確保市政公用設施安全運行和正常運轉關系到經濟社會發展大局，關系到人民群眾切身利益。隨著城鎮化率不斷提高，越來越多的人生活在城市；城市現代化水平越高，對市政公用設施依賴性也越強；保證水、氣、熱管網和電力、通信線路等城市生命線的安全運行是城市安全管理的重要內容。
    近年來，我國城鄉建設快速發展，但自然災害屢有發生，在不同程度上使當地市政公用設施受損。因此，確保市政公用設施安全運行，切實提高其防災抗災能力，是我們面臨的突出任務之一，已迫在眉睫。
   2007年，我國頒布實施了《中華人民共和國突發事件應對法》，對突發事件的預防、監測、預警、應急處置、救援、恢復與重建等做出了明確規定。2008年，《市政公用設施抗災設防管理規定》發布，該規定對市政公用設施從初期規劃、設計、建設，到后期運營、維護管理、應急處置等提出了具體要求。還提出，要做好市政公用設施的抗災設防工作，首先要制定科學合理的設防標準，并要嚴格執行；各級建設行政主管部門應根據實際設防要求，制定、修訂有關工程建設標準，將市政公用設施的抗災設防要求和先進、適用、成熟的技術措施納入工程建設標準。2010年1月，《氣象災害防御條例》獲國務院常務會議通過，其中要求：國務院有關部門制定電力、通信等基礎設施的工程建設標準，應當考慮氣象災害的影響；
住房和城鄉建設部門應當保障供水、供氣、供熱等市政公用設施的安全運行。
    現代市政公用設施運行及管理的復雜性，要求必須對其運行狀況進行總體態勢識別、綜合管理、問題診斷、評估和決策，更要有針對性地統籌部署各專業技術和標準，建立從整體上突顯保障市政公用設施安全運行目標訴求的主題標準體系。明確相關技術的研究方向、加快關鍵技術標準的前期研究和制定，充分發揮標準的引導、約束和技術保障作用，逐步提升我國市政公用設施安全運行管理能力，推動保障城市安全運行長效機制的建立。
2 現狀與問題
    市政公用設施主要包括城鎮給水、排水、道路橋梁、燃氣、供熱、市容環境衛生和園林綠化等，此類工程大多投資高、技術難度大、危險程度高。隨著我國人口增長、城市化進程加快和經濟持續快速發展，市政公用設施建設和技術進步都有了前所未有的發展，一批相應的工程建設標準也相繼頒布實施，特別是原建設部于2002年發布的《工程建設標準體系(城鄉規劃、城鎮建設、房屋建筑部分)》對相關標準的制定發揮了積極推動作用，目前已形成了基本適合我國市政公用設施發展需要的標準體系和基本覆蓋市政公用設施建設領域的國家標準和行業標準(詳見表1)。
表1 市政公用設施領域工程建設標準統計 項
專業
現行國家標準
現行行業標準
合計
城鎮給水排水
20
16
36
城鎮燃氣
6
8
14
城鎮供熱
1
8
9
城鎮道路橋梁
2
12
14
城鎮市容環境衛生
1
15
16
園林綠化
1
6
7
合計
31
65
96
   但從技術角度，以往我們更多關注工程的規劃和建設，而標準作為城市管理的重要依據，在市政公用設施安全性評價、運行維護環節較為欠缺，難以滿足保障城市安全運行的需求。目前，我們面臨的突出問題如下。
    ① 缺乏對保障市政公用設施安全運行技術、標準的統籌部署，難以實現綜合管理。
    市政公用設施運行的日趨綜合性、復雜性和動態性給我們提出了更高的要求。在突破各專業關鍵技術和構建標準體系時，必須突出各市政公用設施運行的立體結構和互補功能，必須統籌部署各專業學科技術及標準，遵循多方協同聯動的原則，充分發揮其系統效應，提升綜合管理能力。
    ② 缺乏對市政公用設施運行過程中有關參數的檢測、監控技術，難以實現對災害事故的有效預警。
    要保障市政公用設施的安全運行，首先要把其運行狀態刻畫清楚，要通過對一系列指標和參數的在線監控，掌握市政公用設施的運行體征，為災害預警、運行調控、安全評價、維護搶修等提供依據。還需要以市政公用設施的系統監測為基礎，建立災害預警機制，使安全運行管理的關口前移，把握事故處置的主動性，從而達到市政公用設施運行管理的科學性、準確性和實時性。
    ③ 缺乏對市政公用設施的調度與調控措施，難以實現系統動態管理。
    如何利用監測到的數據更好地對系統進行調度與調控也是我們面臨的問題，需要通過各種數學模型動態描述城市的運行狀態以及未來的狀態，完成對系統的調度與調控，以適應外界條件的變化。
    ④ 缺乏對市政公用設施安全可靠性的分析方法和評價方法，難以實現預測性管理。
    除了對系統進行動態管理，還要實現預測性管理。一要基于統計原理獲得風險發生的隨機性的規律，即災害事故發展的可能性或概率；二是基于事件動力學機理，獲得風險作用的確定性規律，即災害事故的發生發展概率規劃及可能產生的作用類型、作用強度和作用的時間、空間特性；三是基于承災載體的脆弱性分析和破壞機理，獲得風險后果的確定性規律，即市政公用設施的損毀程度；四是基于上述三者進行統籌考慮，獲得綜合風險評估的結果，給出對現有市政公用設施安全可靠性的定量、定性評價指標和方法，實現預測性管理[1～5]。
    ⑤ 缺乏對市政公用設施應急搶修、恢復措施的預案，難以應對各種災害事故。
    還應把常態運行和應急搶修、恢復兩者綜合起來考慮，形成“1+1”的模式。市政公用設施的復雜性使災害事故的后果更趨嚴重，要通過制定完備的各種災害情景的應急預案，實現對市政公用設施運行中重大事故、災害的綜合評判、應對指揮與協調。
3 體系構建設想
    以地下管網為例，圖1給出了其檢測、監測、安全評價和維護管理體系的框圖。根據管道定期評價和常態檢測的周期，列出該體系的具體流程：管道的服務等級評定→管網需求變化預測→管道的常態檢測和可靠性分析→管道安全性評估→分析、選擇降低管道失效風險的方案→執行最優的降低管道風險的處理方案→處理方案的成本分析評估和質量評估→制定管道的定期評價和定期常態檢測計劃，以及管網系統的早期災害預警系統要求等，并且列出了流程中各個部分所需要考慮的參數。
 
   ① 現有管道信息
   現有的管道信息是整個檢測、監測、安全評價和維護管理體系的基礎數據，為該系統中的管道檢測、可靠性分析評價、安全性分析和管道維護的評判提供依據。而與管道相關的參數相當多，不同領域對其參數的要求不同。表2列舉了管道的主要信息參數示例，是建立地下管網管理系統，實現常態和非常態安全評價、維修決策、可靠性分析評價、災害早期預警等工作不可缺少的。
   ② 管網需求預測
   管網的需求預測是通過利用各種影響因素，進行預測風險分析來了解管網的需求趨勢和關鍵參數，并且通過需求管理策略來制定管網的更新或升級計劃。表3列舉了影響管網需求的相關參數。
   ③ 管網常態檢測、監測參數
   管網的常態檢測、監測是通過各種手段對管網系統各個設施的狀況進行檢測、監測。其中，結構狀況是最為關鍵的參數之一，因為大多數管道的流量特征無法反映出管道的結構狀態，而管道的結構狀況是計算和評估管道剩余可使用年限和管道安全性評估的依據。例如：某管段由于上部荷載的增加而導致地面下降、管道彎曲變形，在這種情況下管道的流量特征幾乎無變化，但是管道的結構已經破壞，這樣的管道再繼續服役2～3年就可能產生嚴重的管道破裂。所以管網管理部門不僅要了解管網的運行狀況，而且要了解到管網的結構狀況。
    ④ 城鎮地下管網系統的運行狀況評估
    城鎮地下管網系統的運行狀況評估是管道風險評價和災害預警的基礎，評估過程就是對常態運行檢測所得到的參數進行分級和分析的過程。評估后的輸出結果應該包含兩個重要結論，第一是管網系統還可以安全使用的年限，第二則是管網運行狀況的評估等級。
    城鎮地下管網的評估標準應該根據各個不同的管網系統的參數狀況給出定量和定性的規定，一般可以對管網系統的各個參數定位5個評分等級：優、良、中、差和非常差。管網的評定等級由各個參數的評分累加并且綜合考慮管網系統、管道材料和環境因素，乘以其因素的加權平均值來得到管網最終評定等級。
    城鎮地下管網最終運行狀況可根據其評定的分數分為三個區域：綠色區域、黃色區域和紅色區域，一般評定結果落入黃色區域的管道則需要對其進行安全性評估和風險評估；落入紅色區域的管道需要對其進行災害預警處理，并且選用相關的修復和維護方案來降低其風險概率，并使其落入到綠色區域，正常使用。
表2 管道的主要信息參數示例
參數分類
參數名稱
備注
管道基礎數據
管道代碼
這些參數都需要在有關標準中進行對應和統一，以保證管網規劃、設計、建設、管理、維護等各環節的質量和安全，實現地下管網的全生命周期管理，保障地下管網安全運行，實現可靠、高效及合理的維護成本。
管道制造商
管道生產日期
管道經緯度
管道質保年限
管道上部交通流量
管道上部路面寬度
管道結構參數
管道截面形狀
管材類型
管道數目
管道長度
管道結構參數
管道跨度
 
管道與水平面夾角
管道周圍地質情況
管道檢測口深度
管道上部覆土厚度
……
管道附加參數
管道維護的歷史記錄
管道基礎傾度
管道斜交角度
……
管道安全參數
管道基礎的材料
管道區域地下水信息
管道的峰值流量
管道內表面粗糙度
管道設計流量
管道坡度
管道安全設施類型
管材安全系數
管道安全跨度
管道維護維修歷史記錄
管道更新類型和時間
 
管道維修類型和時間
……
⑤ 城鎮地下管網的風險評估
    城鎮地下管網的風險評估也可以稱為管網的可靠性分析，其目的是讓管網管理部門了解目前城鎮地下管網所存在的危險和需要管理的關鍵因素，并且為制定降低風險策略提供依據。
表3 影響管網需求的相關參數
能源系統
管網系統
道路和交通
1.GDP增長
2.人口增長
3.燃油、煤和自然資源的價格
4.能源效率
5.轉換效率
6.消費愛好
7.市政策略
……
1.人口增長
2.氣候變化
3.全球變暖效應
4.消費愛好
5.使用的能源
……
 
 
1.人口增長
2.交通模式
3.車輛增長
4.交通手段
5.商業區域的變化
……
 
 
    城鎮地下管網的風險評估應當看作是城鎮地下管網管理體系中的一部分，它與管網的服務等級評定、需求預測、管網安全性評估、制定管網的維修計劃相互關聯，而不應該將其作為單獨的一個工作來看待。在管網風險評估的過程中需要考慮到的重要因素有引發管道失效(事故)的原因、管道失效的模型、對風險的分類、管道失效的后果、管道失效的可能性。
4 預期目標
    ① 對國內市政公用設施各系統的構成、特點、運行現狀、薄弱環節、預期災害類型進行全面調查與深入分析，掌握發達國家市政公用設施應對突發事件的技術措施、相關標準及發展方向。
    ② 明確突發事件的分類、分級方法，基于城市管理需求和市政公用設施的實現能力，提出相應的設防、保障目標。
    ③ 明確基于市政公用設施安全可靠性的各影響因素及其權重，給出市政公用設施安全可靠性的定量分析、定性評價的指標體系，實現缺陷診斷和預測性管理。
    ④ 基于市政公用設施設防、保障目標，明確提高市政公用設施各系統安全可靠性的技術措施及其發展趨勢(涉及規劃、勘察、設計、施工、監控預警、運行調度、應急搶修等各環節)，提出對其他系統設施(如電力系統、能源供應系統)的保障性需求，建立各系統間協同聯動的突發事件應急預案。
⑤ 建立市政公用設施災后安全可靠性評估體系，提出恢復、重建的技術措施。
   ⑥ 建立市政公用設施運行安全保障標準體系，按照輕重緩急明確各相關技術和標準的研究方向和階段性目標。
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(本文作者：高鵬1 張姝麗2 1.住房和城鄉建設部標準定額研究所 北京 100835；2.深圳市燃氣集團股份有限公司輸配分公司 廣東深圳 518040)