香山科学会议地下工程和基础设施公共安全科学问题

295：地下工程和基础设施公共安全科学问题香山科学会议第295次学术讨论会综述随着我国社会、经济的快速发展，我国矿山开采、水利工程、交通工程、爆破工程、建筑与设施工程中各类公共安全问题已日益突显，其造成的危害与影响越来越大，已经成为制约我国国民经济发展和社会稳定的重大课题。面对当前我国公共安全问题的严重形势，如何从本质上认识其产生的原因，搞清楚其产生的客观条件和控制因素，准确预报其发生的时间和规模，就成为亟待解决的科学问题。2006年12月12～14日在北京召开了主题为“地下工程和基础设施公共安全科学问题”的香山科学会议第295次学术讨论会。周丰峻研究员、卢耀如教授、王梦恕教授担任会议执行主席。来自地质科学、矿山工程、防护工程、岩土工程、流体力学、安全工程、水利工程和爆炸力学等不同领域的44名专家学者与会。会议中心议题为：工程领域公共安全事故灾难产生机理和演化过程、环境与工程安全特征信息获取理论和监测技术、环境与工程公共安全防护和应急救援科学技术问题、防暴防震安全识别和安全防护科学技术问题等。周丰峻研究员在“地下工程和基础设施公共安全技术研究”的主题报告中，从八个方面进行了详细论述，其包括地下工程和基础设施公共安全科技问题研究的总体思路；公共安全形势和科技现状与问题（矿山工程、交通工程、特种设备、水利工程、防护工程等五个领域）；事故灾难产生机理和演化研究；特征信息获取理论和监测技术；公共安全防护措施与防护工程；公共安全评估体系和方法、应急救援技术；立法管理体制和管理方法以及公共安全技术咨询建议等。郑哲敏研究员认为，地下工程和基础设施公共安全研究中有体制管理问题，更有许多科学问题；公共安全问题辐射范围广，涉及行业面大，已不再是单一学科、单一理论所能解决；要通过大家讨论理清需要研究的科学问题脉络。希望组成一个研究公共安全问题的学术组织，坚持经常性的学术活动，不断交流，共同研究，密切合作，把公共安全科学问题解决好。钱七虎研究员指出，地下工程和基础设施公共安全研究有两个基础，即科学技术和科学管理。公共安全要针对事故灾难和工程灾难进行风险管理与决策，尤其是地下工程、隧道工程等大型工程必须作风险分析、评估，评估事故发生概率及灾害后果，提出防范措施及其依据，发展定量研究，提出和解决关键科学问题。一、工程领域公共安全事故灾难产生机理和演化过程目前对工程领域公共安全事故灾难的产生机理和演化过程，仍然存在重视程度不够和认知能力不足的主客观两方面的原因。主观方面主要是在工程主管建设的管理层面，对前期风险认识不足，风险评估不到位，风险预警机制不健全。客观方面由于科学技术水平所限，对公共安全事故灾难产生机理和演化过程尚缺乏深入的认识和把握。卢耀如教授在“工程建筑安全与地质灾害的机理与防治”的中心议题报告中，从科学发展观的角度，针对地球自然演化过程，分析了地球圈层结构、地球对人类生存资源性条件、灾害性条件以及宇宙因素对地球地质灾害产生的影响，对地质灾害进行了系统分析和分类，提出应该加强对地质灾害的监测，切实做好与地质灾害监测有关的基础工作，运用先进的科技手段，建立科学的预警系统。与会专家指出，我国大坝建设蓬勃发展，许多世界级的超高大坝已经或即将在西部山区进行建设，大坝抗震安全成为公共安全的重大问题。他还提出了需待研究的重要科技问题，包括发展大坝地震损伤进程的数值计算模型与计算方法，加强原体观测，积累大坝地震响应的实际资料；发展快速、简便、精确的实时质量控制和结构损伤诊断技术，新型的损伤修复材料；研究大坝的抗震工程措施等。关于我国各类大型桥梁的病害现状与机理的研究报告指出，缆索桥与拱桥的吊索、主缆等锈蚀问题是目前我国桥梁普遍存在的病害形式，混凝土梁的开裂问题一直是混凝土桥梁的重要病害形式。由于桥梁大面积老化现象可能会提前到来，因此当前迫切需要研究桥梁损伤的检测技术、桥梁安全性与承载力评估技术、大跨度预应力混凝土桥梁长期变形机理与控制技术、以及桥梁养护与加固技术。张纲教授在“特种设备安全与事故预防”的报告中，针对我国特种设备灾难事故，指出为了加快特种设备科技进步，应该尽快构建法规标准体系、动态监管体系、安全责任体系、安全评价体系和应急救援体系，合理兼顾其安全性与经济性，以便更好地服务于国民经济的发展，提出当前需要突出抓好特种设备安全立法工作和关键科技问题研究工作。讨论中，宋振骐教授强调，在煤矿事故与环境灾害治理中应注重煤矿灾害的地质动力信息收集和分析；杨小林教授，从爆源和岩石变形特征方面，对隧道掘进爆破对周围岩体的损伤与危害作用机理、爆破的振动效应和安全判据进行了论述；唐益群教授指出，目前国内外对地面沉降的研究，大多都是建立在抽取地下流体的基础上，建筑荷载诱发的地面沉降问题也集中于单栋建筑，而密集建筑诱发地面沉降的研究成果非常少，需要积极开展软土地区密集建筑群诱发地面沉降机理与工程效应研究。二、环境与工程安全特征信息获取理论和监测技术环境与工程安全特征信息获取理论和监测技术是人类与自然和谐共处的科学认识过程的产物，是属于科学技术层面的认知问题并与当前科技水平相关。因此，积极提高科学理论水平，研发先进科学设备，主动获取与工程公共安全关系密切的特征信息极其重要。卢耀如教授指出：要做好地质灾害的预警工作，必须对地质载体进行全面调查研究，掌握实时监测数据，抓住灾情前兆，建立相应的信息系统及判断决策系统。提倡积极利用先进技术实施全方位宏观监测、实地形变监测、危险地质体的力学特性和地质体内水动力与水特性监测、三相物质的综合特性监测等。王梦恕教授在“修建公路隧道应建立安全风险性、可靠性评估体系”的中心议题报告中，从大型地下工程建设阶段分析，指出规划阶段和勘测设计阶段的工程安全信息获取不足，风险评估不到位，使得安全风险全部转移到施工阶段。而由于工期、工程费用紧张等原因造成施工事故，甚至使风险转移到运营阶段。对此，必须提高工程地质信息获取和风险评估能力。与会专家认为现在交通基础设施工程监控技术开发受到理论制约，技术手段落后，加快工程检测监控新技术开发和推广应用势在必行，加大投入、整合资源、组建国家科技平台对于全面提高我国工程检测监控技术水平具有重大意义。复杂环境作用下大面积废弃矿山安全与环境灾害过程的演进规律，是国内外尚未解决的重大科学技术难题。它的解决，对正在开采和即将开采的矿山与环境协调的开采方法和相关学科基础理论发展具有重要科学意义。与会专家在“高瓦斯矿区安全高效采矿理论与实践”的报告中，以淮南矿区为例，研究了高瓦斯煤层群煤与瓦斯共采技术及通风方式、开采程序技术原则、安全高效采煤技术，探索实践了瓦斯综合利用、环境治理、矿井降温技术等绿色开采技术，对全面系统研究现代采矿技术，实现矿井安全、高效、绿色开采具有重要意义。专家认为公共安全的科学管理必须由公共安全科学技术为其提供科学依据，我们要更加重视科技层次问题。当前我国废弃能源的利用率不高，资源保护意识不强，浪费现象严重，我们要改变“粗放式”经济增长，加强技术创新，提高资源利用率。三、环境与工程公共安全防护和应急救援科学技术问题面对自然灾害、工业生产突发重大事故等，如何快速应急救援，降低危害程度，对恢复国民经济生产有着重要意义。重大基础设施可能成为敌对势力的攻击目标，如何提高抗破坏能力以及快速应急修复能力显得至关重要。我国科技人员针对煤矿多发的火灾、水灾和瓦斯爆炸事故，对矿井灾变情况下的应对技术做出了有益的探索，为煤矿事故抢险救援工作提供了很好的借鉴。与会专家在报告中以“陈家山矿难”和“大平矿难”为例，阐述了矿井灾变情况下的应对技术，总结和分析了这两起事故的经验教训，强调了紧急救援的时间紧迫性和科学指挥的重要性，安全生产指挥人员必须具备安全专业知识，具有正确处理突发事件的能力，避免事故的发生与扩大。与会专家在“核事故与辐射恐怖事件的危害与应急处置”的报告中指出，核事故、辐射恐怖事件是影响国家公共安全的重要因素之一，应当做好核事故应急和应对辐射恐怖事件的各种准备工作。他提出的剥离型膜体大面积压制去污方法是我国自主创新、具有独立知识产权、达到国际先进水平的放射性后果消除技术，符合国家环境保护战略，将成为未来处置核事故和辐射恐怖事件的重要方法。与会专家如何提高各种铁路桥梁抗自然灾害能力、特别是抵抗每年汛期水害以及如何加强在高技术条件下局部战争中的铁路保障提出了更高的要求。铁路有关部门应进一步研究桥梁防护以及深水急流江河铁路桥梁基础抢修的技术手段，进一步发展浮渡技术和加速发展水下隧道，进一步研究铁路抢修钢桥拼装架设快速性和行车速度快速性。当前一些行业规范严重滞后于经济建设的快速发展，已严重影响了工程的建设质量，有必要加快规范的修订和完善，使得规范和国民经济的发展相适应。我国应在研究生教育中设立公共安全学科，培养公共安全研究领域的专门人才，推动公共安全的快速发展。四、防爆防震安全识别和安全防护科学技术问题当前，工程领域的防爆、防震问题日益突出，如何减少爆炸、震害事故的发生，降低此类事故的危害程度，是当前面临的亟待解决的重大课题。通过对工程领域的灾害机理和演化规律的研究，掌握安全防护原理与技术措施具有十分重大的现实意义。随着客运专线及高速铁路在我国的新建和相继投入运营，高速铁路引起的环境振动问题也日益突出，并成为人们关注的一大问题。专家交流了大地振动控制的一般方法和特点，提出了铁路环境振动控制的研究方法。相关方法包括：现场勘测与试验，数学建模与仿真，屏障参数对隔振效果的影响分析，振动控制方案比选，工程投资预算及治理工程实施后的评价。实时开展高速铁路环境振动控制理论与方法的研究对我国高速、重载铁路的发展有着重要的意义。专家认为，工程场地地震反应的计算涉及场地土层材料特性、计算场地范围的适当选取等诸多方面，合理地选择计算模型是非常重要的。因此,对于建在复杂土层上的重大桥梁工程，有必要进行二维甚至三维土层的地震反应分析，且要考虑基岩中的行波效应及不同类型的地震波，这样综合权衡，才能比较正确地获得土层的地震反应，为大型复杂桥梁结构地震反应计算提供可靠的地震动输入参数，准确地分析桥梁结构及其基础的地震反应，为设计提供可靠技术依据。在关于“爆炸事故及其预防”的交流中，有关专家介绍了爆炸分类、爆炸成因、爆炸破坏性、预防和安全设备，他利用爆炸激波管研究了部分惰性物对爆炸特性的影响。研究表明：增加氮气的含量可以较明显降低汽油爆轰的温度；水蒸汽能够明显降低爆炸压力，水蒸汽压力增加到0.1MPa时可导致爆炸熄灭；硝基甲烷和氧气混合物中充入氮气后爆炸压力明显下降；加大安全设施及相关安全技术研究的投入，可以防止爆炸事故的发生和减少爆炸事故造成的直接经济损失。与会专家还对公路交通安全的现状，公路路段与隧道交通事故的特征与原因，提出了公路交通安全预警的方法与提高安全性的宏观措施。具体措施主要有：建立完善的沿线交通工程设施；建立完善的交通管理监控系统（ITS）；建立完善的交通管理、协调、应急机制；加强交通安全教育与执法。与会专家指出，人防（地下）工程事故具有发生突然性、巨大破坏性、极具威胁性等性质，如果采取科学的预测预报方法，积极的防护措施，平时具有完备的应急预案，具体可行的应急救援措施，就完全可以把人防（地下）工程灾难事故的损失降低到最低。讨论中专家指出，溃坝引起的洪水波灾害问题日益突出，溃坝洪水波的系统研究，涌浪激波前锋和强度的演化和进程的专题研究迫在眉睫。要加大人力、资金的支持力度、组织队伍进行针对性的数值模拟实验，进行可靠的洪水波动态特征和灾害范围的预测、预报。建立强大、有效的安全防护机制，真正让人民安心、舒心，使国家和谐、昌盛。五、小结和建议通过会议的交流与讨论，在许多相关科学问题上有了更深刻的认识，大家共同认识到国家经济发展迅速，公共安全严重滞后于经济发展的情况必须扭转，以人为本的科学发展观指导公共安全工作的主导思想应当大力贯彻。与会专家一致建议：（1）组织成立国家公共安全办公室。负责开展公共安全各部门不同领域的组织协调，安全信息共享，重大研究计划，应急救援部署，技术交流支持和专业培训委托等各项工作。（2）设立公共安全一级学科。通过高等专