基于5G的化工园区安全风险智能管控方案研究_化工园区区域安全风险评估导则

通信世界网消息（CWW）我国是世界第一化工大国，化工总产值占世界总量的40%。据应急管理部统计，截至2023年11月，全国经认定公布的化工园区达640余个，危险化学品生产企业入园率持续提高，化工园区整治提升工作已成为防控危险化学品重大安全风险、提升化工行业安全水平的重要内容。为实现化工产业的高质量发展，各化工园区以新一代信息技术为手段，在安全生产、环境管理、封闭化管理等领域大力开展信息化建设。其中，以信息化手段管控安全风险，解决化工企业聚集、危险化学品安全风险集中的痛点，是事关化工园区存亡的关键。

当前，5G赋能经济社会数字化转型的潜能不断释放，随着政府和企业对化工园区安全性、信息化和智能化的重视程度不断提高，5G、大数据、人工智能、数字孪生等先进数字化技术逐渐被应用于化工园区的安全风险管控中。基于5G网络构建化工园区数字底座，充分发挥网络和数字化技术优势，形成一体化闭环管控，可以最大程度减少事故隐患，有效遏制特大事故发生，降低安全事故影响，在化工园区安全风险“事前、事发、事中、事后”的管控中发挥重要作用。根据安全风险全流程设计的5G化工园区安全风险智能管控方案，可以更好地推动化工园区向信息化、智能化转型。

化工园区发展现状和趋势

国家历来高度重视化工行业的安全发展，尤其是在化工园区和危化品企业的安全风险精细化管控方面。近年来，我国陆续出台多项政策法规和指导意见，以提高安全风险管控水平，降低安全事故发生率，促进化工园区安全生产。

2020年2月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发《关于全面加强危险化学品安全生产工作的意见》，明确提出推进化工园区安全生产信息化智能化平台建设，实现对园区内企业、重点场所、重大危险源、基础设施实时风险监控预警。2022年2月9日，应急管理部正式发布《化工园区安全风险智能化管控平台建设指南（试行）》，有效指导化工园区建平台、用平台，运用信息化、数字化等先进技术手段强化安全风险防控能力，推动危险化学品安全风险管控数字化转型、智能化升级。

各级地方政府也出台了针对化工园区安全风险管控的政策和指导意见，明确提升化工园区和危险化学品安全风险管控能力，遏制特大事故发生，保障生产安全。

但我国化工园区普遍大而不强，重招商、轻安全，入园企业多，涉及危化品种类多、数量大，安全、消防、环境、应急压力大。化工园区现有的网络以及信息化、智能化水平已经不能满足数字经济形势下的发展需求，存在的问题主要有以下几个方面。

一是化工园区安全监管水平有待进一步提升。虽然化工园区安全生产形势持续向好，但与国家和社会对安全生产的要求和期望仍有较大差距，针对安全风险要素全面管控的数字化、智能化手段较为匮乏。

二是化工园区未形成有效的安全监管机制。化工园区的安全管理缺乏统一的安全管理机构和人员，整个管理涉及多个部门，包括政府、安全监管部门、中介机构和园区管委会等，没有系统的安全检查和监管手段，不能统一协调园区内各企业的安全管理工作。

三是部分化工园区未规划建设管控平台。一些地区片面追求经济发展速度，在不具备安全管理条件和能力的情况下，盲目设立化工园区，导致园区未按照《化工园区安全风险排查治理导则（试行）》要求建设管控平台，安全生产规章制度不健全、制度执行不规范、安全监管不智能、安全教育培训不到位等情况普遍存在。

四是整体建设存在差异化。化工园区安全风险管控缺乏系统性的规范指引，园区内部各企业以及不同园区之间的安全风险管控缺乏科学规划和合理布局，存在明显的差异化，导致化工园区整体安全风险管控存在“多米诺效应”的风险，为化工园区企业的安全生产和健康发展埋下隐患。

为解决以上问题，化工园区需借助5G、人工智能和数字孪生等先进技术，推动园区安全风险智能化管控，最终实现化工园区的安全生产进一步升级。化工行业从早期生产规模小、工艺技术落后、重效益轻安全的时代，发展到如今以自动化设备为主，安全管理水平逐年提高。虽然化工行业安全生产势头持续稳定，并呈现稳中向好的发展趋势，但化工行业高风险的性质并未改变，化工园区内企业基数大、涉及范围广、生产周期长等因素导致的深层次问题尚未得到根本解决，部分企业安全基础薄弱，安全管理水平低，防范化解重大安全风险任务艰巨。

基于5G的安全风险智能化管控方案以全域联动、一体化研判的智能安全防控机制为核心，融合应用5G、大数据、人工智能和工业互联网等技术，助力化工园区建立一套现代安全管理体系，做到管理风险、控制危险、消除隐患、预防事故、科学决策全流程动态闭环管理，有效控制和降低安全事故发生概率，推动化工园区安全风险的智能化管控，最终实现化工行业的高质量发展。

5G化工园区安全风险管控需求分析

网络化、智能化和数字化是化工园区的发展趋势，5G、人工智能、大数据和数字孪生等新兴技术与化工行业的深度融合，可以有效赋能化工园区数字化转型。与此同时，化工园区的安全风险智能化管控离不开5G行业专网提供的灵活接入、大带宽、低时延等通信服务能力，离不开以风险预控为核心的全流程动态闭环智能化管控方案。

化工园区感知终端种类和数量众多，通信方式和应用场景存在差异，对网络带宽、稳定性和可靠性的要求较高。5G行业专网是为化工园区部署一张安全、可靠且高质量的基础网络，可以接入化工园区的各类终端设备，承载各类监测预警业务和应用，实现人、物、设备的全量感知和安全监控，助力化工园区实现安全风险感知、超前预警、故障研判和科学决策，推动化工园区数字化高质量发展，促进化工行业全面转型升级。

化工园区缺少统一的监管手段和全流程管理平台，园区管理方在“事前、事发、事中、事后”各阶段存在安全风险管控痛点。例如，事前常态管控智能化水平低，化工园区日常安全管理大量依赖人工监测和经验判断，缺乏智能化管控手段，无法实时有效监测危险源，人员安全意识淡薄、风险应对能力弱。事发时事故预警预案匹配能力弱，无法进行园区实时感知，对即将发生的风险安全事故无法准确量化风险影响、危险程度、破坏性，无法有效预防安全事故发生。事中的应急指挥救援能力弱，在事故发生时，通信往往无法有效保障，人员情况无法准确识别定位，灾情实时情况无法有效评估，引发的次生灾害无法有效应对，导致人、财、物大量损失。事后的事故处理经验积累少，大量事故的经验教训仅形成报告，未能以算法、模型、智能应用的方式进行固化，不利于深度落实整改措施及供全行业学习借鉴。

5G化工园区安全风险管控方案设计

基于5G的化工园区安全风险智能管控方案以工信部《工业互联网创新发展行动计划（2021—2023年）》、应急管理部《化工园区安全风险智能化管控平台建设指南》等有关要求为基准，聚焦化工园区安全管理发展趋势、需求和痛点问题，打造“1+1+6+9”的能力体系，即1套园区全域感知系统、1套工业互联网平台、6类安全风险智能化管控应用，以及“事前、事发、事中、事后”不同安全事件发展阶段的9个特色能力应用，覆盖感知、监测、预警、诊断、响应、决策、评价的全数据链路。

基于5G的化工园区安全风险智能管控方案总体框架（如图1所示），可分为边缘层、网络层、IaaS层、PaaS层和SaaS层，结合“人、机、物、环、管”安全管理五要素，覆盖化工HSE管理全过程；建立一体化的现代安全管理体系，以风险预控为核心，做到管理风险、控制危险、消除隐患、预防事故、科学决策全流程动态闭环管理，有效降低事故发生概率。

1套5G网络

全域感知系统全域感知系统围绕人员、设备、生产、储存、运输、环境、空间、信息化应用等方面，不断完善全面感知能力和5G网络覆盖范围，对园区设备设施和平台网络进行改造整合，最大限度地采集数据信息，实现对化工园区的全域感知，为各类应用提供基础数据支撑。化工园区5G专网组网结构（如图2所示）包含如下三大能力。

一是“人、机、物”的感知能力。利用定位、语音、计量等设备工具和压力、温度等传感仪器，实现人员、车辆、装置等生产要素的数据采集和感知能力。

二是环境、区域、空间的感知能力。利用各类传感仪器采集噪声、温度、湿度等数据信息，提供环境感知能力；利用埋地光纤、电子围栏等技术，对生产区、作业区等受限区域，提供区域感知能力；利用卫星地图、航拍地图建立区域平面图、高程图，使用激光雷达等技术快速构建二维/三维区域空间和地理信息，提供空间感知能力。

三是单体应用系统的感知能力。将入驻企业的DCS过程控制系统、MMS机组监视系统等生产过程系统，以及火灾报警、危险源监测等安全应用系统与其他信息化系统的数据对接，提供系统感知能力。

1套工业互联网平台

工业互联网平台作为方案的核心能力提供单元，其向下连接化工园区内公共监测设备、对接信息系统，实现要素连接和数据采集，通过动态调度IaaS层资源，为平台运行的工具组件、模型、服务提供资源和环境；向上支撑智慧应用的运行。化工园区工业互联网平台逻辑架构如图3所示。

物联感知单元集成设备接入、设备管理、规则引擎、消息路由等功能，向下支持危险环境监测设备、压力流量等仪表、防爆机器人等移动设备的连接，采集数据上云；向上支持数据按规则进行订阅转发至化工数据中台。

化工数据中台是工业互联网平台的核心，主要实现化工园区的应急、危化品管理、车辆管理等多元异构数据的采集、清洗处理、存储、计算分析、建模、服务及治理功能。数据模型库、AI智能模型库和安全风险知识库是按照不同的应用场景，对数据进行聚合、抽象建模。运营服务单元主要是从运营和运维两个角度实现平台的统一管理，包括用户管理、权限管理、监控告警、消息提示等功能。

6类安全风险智能化管控应用

安全信息管理系统实现园区企业基础信息管理一体化，支持信息维护、查询，以及多维度统计分析和可视化展示。

重大危险源管理系统能实现重大危险源在线监测预警全覆盖，查看园区和企业风险分级管控信息，与危险化学品安全生产风险监测预警系统融合对接。

双重预防系统可实现对园区侧、企业侧隐患排查信息对接督办管理，支持对单个企业风险分析、排查及隐患整改完成率查询。

特种作业系统基于数字化手段实现园区内企业各项特殊作业的报备、统计分析、线上抽查与检查管理，支持信息查询平台互通。

封闭管理系统可实现对进出园区的“人、车、物”全过程动态监测管理，以及园区人流、车流和物流出入管控及运送路径优化。

敏捷应急系统能实现应急值守、预案管理、应急响应、指挥调度、协同会商、辅助决策、园区应急一张图等功能。

9项特色能力应用

●事前有效预防－应急演练系统

应急演练系统是一个多模式动态过程3D可视化平台，可以提供单项演练、综合演练等各种形式的演练及事发辅助决策功能。事前可提供相关人员的虚拟故障模拟演练；事中通过三维事故预测模拟仿真和应急预案知识库，提供人员疏散、救援和应急指挥等辅助决策；事后通过事故评价系统，驱动应急演练迭代，形成一体化闭环管控。

●事前有效预防-危险环境监测

危险环境监测实现化工园区内有毒有害与易燃易爆气体、异常温度、现场环境参数等数据的采集、分析、可视化展示，具备环境安全风险源的识别与分级预警、环境突发事故的辅助指挥调度等功能。事前快速判别风险等级变化趋势，事发时实现环境风险溯源和扩散模拟，事后指挥防爆机器人“零距离”侦查。

●事发超前预警-安全风险超前预警

安全风险超前预警基于火灾场景智能模型群、泄漏场景智能模型群、爆炸场景智能模型群以及多灾种次生衍生耦合模型群，对多源安全风险数据进行融合建模与整合分析，在模型上构建数据交互式分析应用，实现化工园区场景下5～120分钟的安全风险超前预警，精准量化对周边区域的风险影响、危险程度、破坏性、人体伤害程度、周边装置影响程度等重要内容。

●事中应急联动-5G应急通信系统

5G应急通信系统能够在事故灾害发生时，提供覆盖范围广、部署速度快、成本低、通信容量大的5G应急通信网络，实现自适应回传、本地分流，满足本地通信需求，为人员疏散救援及灾害抢险提供坚实的通信保障，有效解决传统应急通信系统覆盖范围、部署速度、设备成本、通信容量及智能程度均不尽如人意的问题。化工园区5G应急通信系统架构如图4所示。

●事中应急联动-5G无人机实时灾情分析系统

基于5G无人机实时灾情分析系统，充分发挥无人机的便携、机动特性，能够在事故灾害发生时，形成“空天地”融合、“人地物”全貌快速可视化感知的应急救援辅助系统，能帮助应急救援决策者快速掌握灾情全貌，及时作出科学决策。

●事中应急联动－应急救援人流数据分析系统

应急救援人流数据分析系统基于运营商基站数据、信令数据、画像数据，结合空间地理数据整合能力和大数据分析挖掘能力，能够让决策者准确掌握事发区域的人员流动、分布情况，协助指挥者快速开展应急响应，有效减少人员安全事故。

●事中应急联动－应急疏散系统

应急疏散系统能够在事故灾害发生时，实现自动实时数据多因素关联分析，关联地形、化学品种类、物资、车辆、集结与撤退指令等要素，继而判断对各类控制区域划分的影响，自动给出应急疏散最优方案。该系统能解决事故现场应急疏散方案智能动态生成问题，满足实际应用需求，实现秒级疏散方案运算。

●事中应急联动－应急指挥系统

应急指挥系统按照“平战结合”原则，以“接报－处置－调度－优化”为主线，提供应急值守、预案管理、应急响应、指挥调度、协同会商、辅助决策、园区应急一张图及事件处置专题应用等功能，实现突发事件处置的全流程闭环管理。系统在突发事件发生后，可快速汇聚突发事件现场信息，实时掌握现场处置动态、调派需求、跟踪网络舆情等，与事件现场人员进行协同会商。基于知识图谱技术进行事件链、预案链模型研判分析，指导救援力量及救援物资的合理调配。

●事后积累迭代－评估分析系统

评估分析系统可实现应急救援评价、事故调查分析、事故档案管理。事后基于事故数据模板、作业最佳时间、原因分析工具，实现对不同事故调查、分析和评价。基于经验总结形成的知识库、事故信息录入和调查结果以及审核审批、事故上报等过程信息，实现对事件的管理。

5G智能化管控对化工园区发展的价值

5G安全风险智能化管控方案打造“1+1+6+9”的安全全过程风险智能化防控技术体系，为化工园区部署了一张安全、可靠的高质量基础网络，建设了全流程贯通、一体协同的安全管控体系，形成“事前、事发、事中、事后”一体化解决方案。事前建立安全风险感知手段，增强人员安全风险意识，有效防止风险事件的发生；事发时快速、准确地量化风险影响，实现风险超前预警；事中能高效地拱揖指麾、精准地运筹决策，有效防止风险事件扩大升级；事后开展救援评估，积累安全事故经验教训，驱动应急演练迭代，形成一体化闭环管控。从而最大程度减少事故隐患，有效遏制特大事故发生，降低安全事故影响，快速恢复生产。

5G智能化管控对化工园区发展有三大价值。一是辅助决策提升安全管理水平，通过高度融合园区各领域现有数据资源，对园区安监、应急、安防、管网、环保、网格治理等管理领域的关键指标进行综合监测分析，辅助管理者全面掌控园区运行态势，实现园区综合运营态势“一屏掌握”。

二是自动化巡检提高园区巡检效率。园区传统人工巡检在台风、暴雨等恶劣天气条件下存在着极大风险，通过巡检机器人、电子围栏、AI技术等实现自动化巡检，降低生产作业对巡检班组人员的依赖，减少巡检作业人员，提升巡检作业的效率和准确性，并保障作业的安全。

三是数据驱动降低企业运营成本。数据环境的一致性让化工园区系统应用集成、数据清理变得自动化，由此降低人工成本；标准化的数据定义让业务部门之间的沟通保持顺畅，降低由于数据不标准、定义不明确引发的各种沟通成本。实现快速、敏捷的智能采集和分析，提升数据采集效率和完备度。

综合来看，基于5G的化工园区安全风险智能管控方案融合5G、大数据、人工智能等新兴技术，在满足国家监管要求的同时，建立“空地一体”“动静协同”的化工园区全域态势感知体系，打造化工园区“事前、事发、事中、事后”全生命周期一体化闭环管控应用，能有效解决入园企业部分安全管控难题，降低企业安全投入成本，助推化工园区安全、智能、绿色发展。