——记清华大学安全科学学院院长袁宏永的科研人生

杨 戈  蔡巧玉　　

　　深夜时分，清华合肥公共安全研究院城市生命线工程安全运行监测中心里依旧灯火通明。巨大的屏幕上，显示着燃气、供水、桥梁等诸多城市公共安全状况的监测情况。整个城市的实时地图，以“红橙黄蓝”四色安全风险空间形式显示其上，密布的传感器数据闪烁不停。清华大学安全学院院长袁宏永和几位同事在屏幕前，神情专注地讨论着几个数据的突然变化。

　　城市燃气、桥梁、供水、热力、电力、通信、轨道交通、综合管廊、输油管线……构成了城市公共安全的重要组成部分，担负着城市的信息传递、能源输送、排涝减灾等重要任务，是维系城市正常运行、保障群众生产生活需要的“生命线”。

　　安全是每个人的基本需求，但安全不会凭空而降，人民群众的“岁月静好”，需要有人挺身而出，负重前行。而这里，就是城市生命线安全工程的“大脑”，如同一座守护城市的“科技堡垒”。这里的每一组数据都关乎着数百万、上千万居民的安全。科研人员用智慧和汗水，编织成一张无形的安全网，默默守护着每一座城市、每一个家庭的安宁。

　　每天平均处理数据超百亿条，这是城市生命线监测中心每天都在上演的情景，也是袁宏永的日常，更是他三十年如一日的科研缩影。从火灾安全到城市燃气管网监测，从灾害应急技术到公共安全平台，袁宏永的科研生涯，始终围绕着“安全”二字展开，他的名字早已与中国公共安全的发展融为一体，他的每一项成果都深刻影响着中国公共安全事业的发展，在中国公共安全体系的奋斗长图中留下了浓墨重彩的一笔。

第一个十年：火灾科学的探索之路

　　“人生是不可设计的。”袁宏永的这句话，初听似乎与当今盛行的“人生规划论”背道而驰，但细细品味，却是他从数十年科研生涯中凝练出的深刻感悟。出生于20世纪60年代中期的袁宏永，拥有那个时代难以磨灭的底色，吃得了苦、经得起磨砺，愿意为国家倾尽所能。也正如他前面所说的：“人生不可设计，但每一步都要为国家所需而奋斗。”

　　1982年，袁宏永在湖北麻城高考时，报考了合肥工业大学建筑工程系，但阴差阳错被录取到中南矿冶学院（现为中南大学）工程测量专业。虽然与自己的选择有偏差，但他同那个时代的人一样，坚定地认为：“国家需要我做什么，我就去做什么！”在中南大学完成4年学业后，袁宏永并未止步，而是选择继续攻读硕士、博士研究生，并于1994年5月在武汉测绘科技大学（后并入武汉大学）获得摄影测量与遥感专业博士学位。

　　随后，一个偶然的机会，袁宏永进入中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室从事博士后研究，师从我国火灾科学创始人范维澄教授（2001年当选中国工程院院士）。在那里，袁宏永见识到了行业内顶级科学家的气质和高度，从范维澄的身上，他不仅学到了科学的严谨，更感受到了一位科学家深沉的家国情怀，从此开启了长达30多年的安全科学研究历程。

　　20世纪末，城市化进程快速发展，我国城市高大空间建筑如雨后春笋般大量涌现，这类建筑的火灾隐患也随之大幅度增加，重特大火灾频频发生。由于空间高、体积大、距离远，传统感烟感焰探测技术在高大空间内几乎失效，国内外对这一领域的火灾早期特性和烟气运动规律缺乏科学认识，几乎一筹莫展。这需要在科学原理和关键技术上下一番苦功夫。

　　火灾自古就是频度最高、影响范围最广的灾害之一，被视为“没有敌人的战场”，教训都是拿鲜血甚至是生命换来的。国家的需求就是吹响的号角，越是难以攻克的山头，越是需要展现担当与作为。面对高大空间火灾“早期发现、早期探测、早期扑救”这道世界级难题，袁宏永知难而进，深入火灾现场，观察每一个复杂的火灾现象，分析每一处安全隐患，将计算机视觉和定位技术与建立的火灾机理数学模型相结合，成功开发出“大空间早期火灾智能探测与联动扑救系统”。

　　这是一条充满艰辛的科研之路。袁宏永带领团队从机理入手，揭示了高大空间建筑火灾早期发展过程的动力学规律，阐明高大空间内热分层条件下火灾发生发展机理和规律，为烟羽和火焰的早期探测提供了理论依据；团队创新性地构建了多光束、多目标红外“光截面”大面积图像感烟技术，烟雾快速响应区域从不足50%提升至近100%，他建立的红外和可见波段相结合的火焰探测技术，实现了百米距离可探测0.02平方米火焰，灵敏度提升20余倍。这两项技术成功解决了大空间建筑火灾探测中存在的误报、漏报和报警延误等问题，填补了国际空白。同时，为实现大空间火源定点扑救和自动化灭火，袁宏永带领团队研发出智能控制的水炮灭火技术和轨道式自动消防水炮技术，对火源进行精确定位，对水炮技术参数进行优化控制，实现了可靠、高效灭火。

　　每一项技术的突破，背后都是无数个日夜的坚守与付出。袁宏永的科研成果不仅获得了2001年度国家科技进步奖二等奖，还凭借“利用彩色摄像三基色差分进行火灾探测与定位的方法”项目斩获中国专利金奖。这些技术应用于人民大会堂、中央电视台、北京奥运场馆和全国82%的4F最高等级机场、61%的省会高铁站等全国多个大型场所，将火患湮灭于无形。袁宏永的成果对行业的技术进步有重大推动和引领作用，对发展火灾科技，振兴民族消防产业，保障社会安全有重大意义，为守护人民生命与财产安全筑起了一道坚实的科技防线。

第二个十年：国家级公共安全体系的诞生

　　时间走到2003年春季，非典型肺炎（SARS）疫情开始在中国境内迅速蔓延，严重威胁公众健康与社会稳定。这场突如其来的灾难，使公共安全问题受到了国家前所未有的重视，被提升到了国家战略高度。

　　清华大学开始大力开展公共安全研究，面向全球招募人才。这一年，已经是火灾科学国家重点实验室副主任的袁宏永跟随范维澄院士来到清华大学，担负起参与筹建公共安全研究中心的重任。这是一个前所未有的挑战，“坦率地说，那个时候我对公共安全的理解还不够深入，但是范老师说，这是一个很重要的方向，也是国家亟须探索出一条发展道路的无人区”。带着这种使命感，袁宏永没有丝毫犹豫，踏上了全新的科研征程，将自己的研究领域从火灾科学拓展到更广阔的公共安全领域。

　　对于袁宏永而言，这是一次“二次创业”，也是一次从0到1的艰难探索。当时的中国，公共安全研究几乎是一张白纸，资源有限，经验匮乏，甚至连基本的研究框架都尚未建立。袁宏永面对的，不仅是学术上的未知，更是国家亟须解决的现实难题。但他没有退缩，而是以主动的姿态迎难而上，带领团队从最基础的研究做起，一步一个脚印，为国家公共安全体系的构建奠定了坚实的基石。

　　“大灾大难，我们讲预防为先，防不住就要应急处置。我们要研究的，就是如何快速预测灾害事故的发展趋势、研判其影响后果，进而有效避免次生衍生灾害的发生，如何有序地、利用最小的资源发挥最大的救援效率。”那几年，在全新的领域里，袁宏永与团队为国家公共安全体系的建设呕心沥血，奔走相呼。他们的努力没有白费，2006年年初发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中，公共安全首次被作为一个重要领域纳入国家经济社会发展规划和国家科技规划。这是中国公共安全事业的一个重要里程碑，而袁宏永正是这一伟大进程的推动者之一。

　　如何实现多部门、跨区域的高效协同和科学决策是形成国家应急能力的关键。为此，我国“十一五”期间设立了国家应急平台重大科研任务，旨在统筹解决“综合性－科学性－时效性”灾害事故应对难题。袁宏永作为项目组的常务副组长，开启了10年左右的综合应急研究。

　　“我国将突发事件分为四大类——自然灾害、事故灾难、公共卫生、社会安全。在此基础上，我们通过深入调查研究，又将四大类细分为41亚类、269种突发事件，并对每一种突发事件的发生发展规律进行系统性研究。”袁宏永介绍道，“我们还对应急物资进行科学分类和标准化命名，确保在重大事件发生时，各部门能够在统一的语境下高效沟通、协同应对。”

　　通过大量的研究和实验，袁宏永发现灾害事件的发生不是孤立的，而是呈现链式特征，他首次提出灾害事故链式效应的综合应急技术，带领团队创建起灾害事故致灾体、承灾体、孕灾体及其相互作用的链式效应表达范式，建立了表征原生次生衍生灾害关联规律的“事件链”，以及多层级、多部门协同应对的“预案链”，研建了泄漏、火灾、爆炸等49种典型灾害的160种“模型链”，创建了以事件链作为指引、以模型链作为支撑、以预案链作为手段的“三链协同”的综合应急技术。

　　在此基础上，为进一步提升灾害应对效率，袁宏永团队又构建了融合灾害时空演变、救援行动与物资调配的应急效能优化模型，建立起灾情演进预测、跨部门力量部署、跨区域资源调度、危险源与关键设施防护的专题图快速构建技术，以及应急一张图协同指挥技术，将最好的模型，最好的经验，通过云服务的方式直接赋能到基层，在国家、省、市、县四级首次实现了统一底图、统一辅助决策的应用格局，建立了全国数据库，为我国应急平台体系从无到有、从弱到强的建设发挥了基础性作用，大大提高了我国各级政府应急管理能力，真正实现了“全国一盘棋”。

　　“假设现在某地发生了森林火灾，一旦确定火灾位置之后，我们的系统就可以根据事件链、模型链、预案链，自己生成指挥方案。”袁宏永介绍，以往形成一套指挥方案大概要用2～3个小时，现在可以缩短到10分钟以内，“我们的应急物资管理系统可以实时掌握最近的机场、高铁、直升机的位置，以及物资存放点和救援队伍的分布情况。整个系统实现了全链条的科学化管理，使我国的应急指挥响应速度和效率跻身世界前列。”袁宏永的言语中充满自信与自豪。

　　面壁十年图破壁，十年辛苦不寻常。在袁宏永的带领下，我国灾害事故应急的次生衍生事件风险提示率高达95%，这一数字不仅是对他科研能力的肯定，更是对无数个日夜坚守与付出的最好回报。他的科研成果在汶川地震、玉树地震、四川木里“4·5”森林火灾等重大灾害应对中发挥了关键作用，为灾情研判和决策支持提供了科学依据，挽救了无数生命，减少了难以估量的经济损失。目前，这一技术体系已经在全国11个部委、28个省、148座城市应用，并输出海外八国，打造成为引领国际公共安全创新的一张“中国名片”。

最近十年：科技筑牢城市生命线

　　进入21世纪的第二个十年，随着全球能源转型加速，我国大力推进能源结构转型，天然气的使用大幅增加。在过去的20年里，我国城市地下燃气管网的规模扩展了约二三十倍，地下燃气储量也增加了30倍以上。以一座一线城市为例，其地下燃气储量可达一千五六百万立方米，相当于21万吨TNT当量（计算爆炸威力的标准）的能量在城市地下流动。

　　“全国每年都有不少燃爆事故，我们的研究发现，其中70%的事故源于中低压管网的微小泄漏，在燃气管网相邻的排污、排水、电力管道等空间集聚，形成了新型燃爆风险。”袁宏永认为，由于地面沉降、管道腐蚀、地震等自然因素，以及沼气、硫化氢等腐蚀性气体的存在，城市地下管网的安全形势极为复杂。为确保城市安全，亟须建立一套完善的安全监测体系，通过高风险点识别、实时监测，有效预防重大事故的发生。“以燃爆事故为例，城市安全运行管理平台要从微小泄漏研判开始，分析可能影响到哪些管线、多大范围、多大影响等，从局部到整体，逐步构建点、线、面相结合的科学预测模型。”袁宏永强调，只有通过系统化、多维度的监测与预警机制，才能为城市安全提供全面、可靠的保障。

　　为此，袁宏永团队搭建起全球首个全尺寸、等压力、等流量的燃气、供水、供热、排水多管线耦合实验系统，这是世界上唯一一个1∶1复刻城市地下管网的实验区，旨在研究不同土壤环境下城市管网的运行状况，深入研究管线间的相互作用及潜在风险，实现对城市管网的全方位监测与风险预警。

　　“基于这一实验系统，我们形成了一套完整的方法学体系，涵盖风险评估、监测预警和应急响应三大环节。研建了城市燃气管网在线智能监测系统，突破了燃气爆炸风险耦合评估和传感器大数据分析预警技术，首次在全球实现了全要素数据融合综合预警。”袁宏永如是说。这一突破不仅为城市燃气管网的安全运行提供了科学保障，更为全球公共安全领域树立了新的技术标杆。

　　然而，城市公共安全的风险不单单来自地下的燃气管道，随着城市建设进程不断加快、城市规模逐步扩大，地下管线和地上桥梁、建筑物增长迅猛，随之而来的是很多新的、综合的、耦合性风险，燃气爆炸、桥梁事故、路面塌陷、城市火灾……这些险情一旦发生，任何一种都将危及城市安全，造成极大影响。面对复杂链式耦合的灾害风险，仅靠制度约束、人工巡检等传统管理模式远远不够，需要引入更多科学的“硬核力量”。

　　为此，2013年，合肥市政府与清华大学联合成立清华大学合肥公共安全研究院（以下简称“清华合肥院”），打造全国首个公共安全领域产学研用基地。袁宏永团队充分发挥清华大学安全学科优势及安徽省创新资源集聚优势，将合肥整个城市作为应用场景，从“实验室”速通“应用场”。在建设过程中，合肥开放了燃气、桥梁、供水、排水、热力、消防、水环境、综合管廊八大领域场景资源，为清华合肥院的先进技术提供了广阔的实践平台。

　　然而，实现风险可视化、监测智能化、处置联动化、保障科学化，构建守护城市生命线的道路并不轻松。在监测技术的研发过程中，袁宏永团队面临着地下环境复杂、干扰因素多的诸多挑战。传统探测器如半导体甲烷传感器、催化燃烧传感器等，因选择性差、易受干扰，误报率高，难以满足实际需求。

　　更令人头疼的是，燃气探测元器件长期被国外公司垄断。以往系统建设采购的上百套进口燃气探测器，一套高达1万多元，但在“高腐蚀、高潮湿、强酸强碱和往复式水淹”环境下使用3个月后，半数不能继续工作，可以正常使用的探测器也需要半年校准一次，维护成本非常高，很难规模化应用。为此，袁宏永顶着压力，果断拍板，决定绕开国外公司垄断的技术路线，立即组织科研力量转向激光光谱技术的研究，攻克激光芯片瓶颈技术和成本问题，走出一条属于中国自己的元器件突围之路。

　　“我们不仅成功研发出国产化可燃气体激光探测器，打破了国外在甲烷气体探测领域的核心技术垄断，还将工商企业和家庭燃气激光探测器的成本降低至百元级。成果破解了燃气激光芯片受制于人的局面，良品率提升至90%，芯片成本降低90%。同样的价格，我们的技术指标比他们高出一倍多；同样的技术指标，我们的良品率比他们高出一倍多。”袁宏永自豪地表示，“我们不仅成功实现了核心技术国产自主可控，而且还要将这一技术推向国际市场。”

　　在袁宏永的带领下，通过“前端感知—风险定位—专业评估—预警联动”的城市生命线工程安全运行与精细管控，打通了城市安全管理和数据共享的行业壁垒，实现了城市安全运行管理“从看不见向看得见、从事后调查处置向事前事中预警、从被动应对向主动防控”的根本转变，全面提升了城市安全“韧性”。

　　在过去的10年里，袁宏永团队先后攻克了城市生命线安全工程、高性能激光传感芯片、阻燃变压器油、阻燃新能源汽车电池电解液等300多项关键核心技术，培育孵化了15家高科技领军企业，带动了300多家产业链协作企业的发展。团队打通了从基础研究到产业化的创新链条，形成了以清华大学为源头、清华合肥院为技术支撑、城市生命线产业集团为牵引的协同发展格局。

　　如今，城市生命线工程已成为国家能源转型和城市更新的重要保障手段。安徽省连续多年将城市生命线安全工程写入政府工作报告，并在全国140多个城市的“城市更新”计划中推广应用。从“合肥模式”到“安徽样板”再到全国推广、走向世界，这一工程不仅为城市安全提供了“硬核”保障，也为全球城市安全治理贡献了“中国方案”，更让全世界认识到了中国科技的创新力量。

未来十年：依旧站在公共安全科技前沿

　　在袁宏永和他的团队看来，创新从来不是一句口号，而是坚持践行30多年，且将一直信守的理念。“经过多年的应急管理研究与实践，大家对灾害的认识有了很大提高，但对巨灾和新型事故的认识还有漫长的路要走，需要有新理论指引、新方法发现、新思路应对。”袁宏永站得更高，看得更远，把目光投向了下一个10年。

　　近年来，郑州7·20、京津冀23·7等极端灾害天气频发，超认知、超预见、超预期的灾害事件层出不穷。这些灾害的背后，往往隐藏着我们对自然规律的认知局限。“许多大灾难之所以造成巨大损失，正是因为我们对灾害的规律认识不足，准备不充分。”袁宏永说。因此，未来的关键不仅在于应对已知的灾害，更在于如何通过科技手段，提前预测那些尚未被认知的潜在的巨灾风险。

　　为了实现这一目标，袁宏永带领团队逐步建成了城市生命线安全、消防安全、智能传感、安全新材料、灾害事故调查等18个实验室和研发中心，打造了一个完善的巨灾科学中心科研平台矩阵。这个平台不仅能够模拟推演多种灾害，还能在特定条件下触发预警机制，帮助人们提前做好准备。作为亚洲最大的公共安全科技基础设施，巨灾科学中心拥有世界上模拟灾害种类最多的实验平台，堪称一座“小型灾难现场”。这里的实验室仿佛一座“未来之城”的缩影，通过缩小版的城市模型，模拟地震、洪水、火灾、爆炸等各种极端灾害场景。这些实验不仅为科学研究提供了宝贵的数据，也为未来的灾害应对策略奠定了坚实的基础。同时，袁宏永倡议并牵头建立了国际巨灾科学平台、国际减灾与应急学会等国际学术共同体，推动国际防灾减灾科技发展。

　　“一个人再强，也干不了所有的事情，还得靠团队的支撑。顶天、立地、树人，一直是清华安全科学学院的座右铭。”袁宏永解释道，顶天，即攀登世界科技高峰；立地，即将科研成果转化为实际产品，提升国家能力；而树人，则是技术与文化的传承，正是一代又一代技术创新的积累，成果才会持续显现。袁宏永始终高度重视公共安全科技人才梯队的完善和建设。历经多年的锤炼，他带出了一支素质优良、精通专业并具有国际化视野的技术团队。这支能打硬仗的队伍以团结协作、勇于创新的精神，成为公共安全领域的先锋力量。

　　“有些事，有难度，有风险，但总得有人去做。如果都不去做，国家将面临巨大的安全隐患，我无法做到熟视无睹。”这句话不仅是袁宏永对于团队的激励，更是他一生科研生涯的真实写照。他用行动诠释了什么是责任、什么是担当。

　　袁宏永时常勉励团队成员，在科研的舞台上，从没有写好的剧本，都要靠我们勇敢地去探索未知的世界。未来，袁宏永和他的“科技堡垒”将继续屹立在公共安全科技的最前沿，为中国和世界的公共安全事业贡献更多力量。正如他所说的：“安全科学是一项永无止境的事业，我们要用科技守护每一个人的安全。”

专家简介

　　袁宏永，教育部长江学者特聘教授，现任清华大学安全科学学院院长、清华大学合肥公共安全研究院院长。长期面向灾害事故防控的国家重大需求，在高大空间建筑火灾安全防控、城市燃气管网安全监测预警、重大灾害事故综合应急三方面取得了关键核心技术突破，是我国安全应急工程科技的主要开拓者之一。先后获得国家科技进步奖一等奖一项、二等奖两项，以及安徽省科学技术奖一等奖、中国专利金奖、中国标准创新贡献一等奖、公共安全学会科学技术一等奖、国务院政府特殊津贴待遇等荣誉。