1. 引言
随着城市化进程的加速和经济的快速发展，城市燃气作为重要的能源供应形式，在城市生活中发挥着不可替代的作用。然而，随之而来的挑战包括资源利用效率、安全管理、环境保护等方面，亟待解决和改进。在这样的背景下，数智化技术的发展为城市燃气行业带来了新的发展机遇与可能性。本论文旨在探讨数智化如何赋能城市燃气高质量发展，通过对数智化技术在城市燃气领域的应用及效果进行分析，探索数智化赋能城市燃气高质量发展的路径，为城市燃气行业的可持续发展提供理论指导和实践借鉴。
2. 城市燃气行业发展现状分析
2.1. 城市燃气行业发展历程回顾
燃气行业的产业链在现代经济体系中扮演着至关重要的角色，其分为上游生产、中游运输和下游分销三个环节，每个环节都紧密相连，共同构成了燃气行业的完整运作体系(如图1所示)。在上游勘探生产环节中，主要由中石油、中石化和中海油等石油巨头公司主导，它们承担着勘探和开采天然气的重任。在中游运输环节中，长输管网负责将从生产地点开采出的天然气输送到各个终端市场，而LNG运输船和CNG运输车则负责跨越海陆，将天然气输送到无法覆盖的地区。在下游分销环节中，天然气通过中游输运输送到城市后，会分为两部分进行销售，一部分直接供应给工业和居民用户，另一部分则销售给城市燃气分销商。分销商会通过自建的城市管网、运输车等方式将天然气送达最终用户手中。在这个环节中，市场化程度较高，各类企业都有一定的市场份额，包括国有企业、民营企业以及外资企业。
中国城市燃气行业的发展历程可以追溯到19世纪末期，当时仅有少数城市开始尝试使用人工煤气供应，这主要是通过焦炉煤气和一些工业废气来提供。然而，真正的发展是在20世纪80年代后，城市燃气行业经历了几个关键阶段。首先是人工煤气阶段，这一时期始于20世纪80年代初。国家相继出台了一系列节能政策和财政支持政策，促进全国范围内建设了一批城市燃气利用工程[1]。主要利用焦炉煤气和化肥厂释放气作为主要的燃气源，为城市居民提供照明和烹饪的能源。尽管供应量有限，但这标志着城市燃气行业的起步阶段。其次是液化石油气阶段，这一时期主要集中在20世纪90年代初。中国政府放开了液化石油气的进口限制，并允许进口液化石油气。广东沿海等地率先引入了进口液化石油气，其进口量逐步增加，成为城市燃气的主要气源之一。液化石油气的引入大大提高了城市燃气供应的稳定性和灵活性，也推动了城市燃气行业的进一步发展。最后是天然气阶段，这一阶段主要集中在20世纪90年代末至21世纪初。随着国家天然气管网的建设，如陕京一线和西气东输一线的完成，中国城市燃气行业迎来了天然气时代[2]。天然气作为清洁、高效的能源，迅速普及并取代了其他燃气源，成为城市燃气供应的主力，不仅提高了城市居民的生活品质，也推动了城市燃气行业的现代化转型。中国城市燃气行业经历了从人工煤气到液化石油气再到天然气的发展历程[3]。随着技术的进步和政策的支持，中国城市燃气行业正朝着更加智能化、可持续的方向迈进，为城市居民提供更优质、更便捷的能源服务。
Figure 1. Structure of the city gas industry
图1. 城市燃气产业结构
2.2. 城市燃气行业发展面临的系统性挑战分析
当前中国城市燃气行业面临着多重挑战，这些挑战涵盖了经济、能源结构、市场竞争、政策变化以及技术创新等多个方面，对行业的发展产生了深远影响。
第一，中国经济正处于新常态下，城市燃气企业经营压力不断加大。全球经济增长乏力，国际经贸摩擦频繁，大国博弈日益加剧，这些因素直接影响了城市燃气行业的需求，给燃气行业带来了额外的挑战，企业面临着市场需求不足、资金压力增大等困境，经营环境异常艰难。第二，能源结构转型和电能替代趋势，城市燃气企业经营风险不断攀升。随着全球能源消费向清洁、低碳方向转型，可再生能源和天然气等清洁能源比重逐步增加，而传统能源如煤炭的地位逐渐下降，按照中国的能源发展战略，城市燃气企业需加快转型步伐，提高清洁能源利用率，减少对传统燃气的依赖。第三，市场竞争激烈，城市燃气企业收入和盈利空间不断被挤压。随着市场的开放和竞争格局的变化，企业之间的竞争愈发激烈，不仅仅是传统燃气企业之间的竞争，还有其他清洁能源供应商如可再生能源和电能等的竞争，这使得传统燃气企业的市场份额受到了挑战。第四，政策变化也给城市燃气企业带来了不确定性和挑战。随着国家能源政策的调整和市场监管的加强，燃气企业的发展受到更加严格的监管和限制，政策的不确定性给企业带来经营上的困扰，也增加企业的运营风险。第五，城市燃气企业面临着技术创新和管理机制的挑战。随着燃气行业的发展，急速增长的燃气管道规模与安全要求的矛盾、庞大的信息与落后的管理方式的矛盾、传统的客户服务模式与已高质量客户需求的矛盾、多样的能源经济模式和创新管理人才缺乏的矛盾，逐渐成为城市燃气发展道路上的阻碍[4] [5]。传统的城市燃气供应模式和管理方式已经不能满足市场的需求，企业需要不断进行技术创新和管理创新，提升技术水平和运营效率，以适应市场的发展需求。
3. 数智化技术在城市燃气企业的应用场景
3.1. 数智化技术在燃气供应中的应用分析
燃气作为一种清洁、高效的能源形式，被广泛应用于家庭、工业和商业领域，为人们的生活和生产提供了重要的能源支持，燃气供应的稳定性直接影响到城市的正常运行和居民生活。城市燃气企业作为国家能源供应的重要组成部分，其主要经营职责就是进行燃气供应。对于燃气企业来说，需要建立和维护庞大的供应网络，以需求侧为主导，在深刻认知客户的基础上，同时依托智能供气系统、数据分析与预测技术以及物联网技术等数字技术，确保燃气能够及时、准确地送达到每一个用户家庭和工厂。
智能供气系统是一种利用先进的通信、传输、数据管理和智能控制技术构建的燃气运作系统，旨在为用户提供更安全、便捷、舒适的用气体验，并实现各类燃气之间的智能调配。该系统以客户需求为导向，构建全产业链、全生命周期的客户服务体系，通过智能化程度的提升，实现燃气企业从传统手工运作向数字化燃气阶段的转变[6]。在燃气企业，智能供气系统的应用涉及多个方面。一方面，它改变了传统的燃气销售和基础服务模式，通过增值服务、社区服务和互联网平台的结合，提升用户体验和互动交流，为用户提供更加便捷、个性化的服务。另一方面，智能供气系统通过智能远程调压技术，实现对中高压调节站的智能化，使得管道压力能够根据实时数据进行自适应调节，最终形成多样化的供气方案。
数据分析与预测技术通过对大量燃气设施运行数据和用气数据的挖掘、分析与预测，为燃气企业和用户提供智能化决策支持。数据分析与预测是指利用大数据技术对海量的客户信息、市场行情等进行分析，以预测未来的价格、销量趋势以及客户消费行为等。在燃气企业，这种技术被广泛应用于优化供气方案、提升服务质量以及降低运营成本等方面，通过数据分析与预测，可以建立城市燃气的数据资源管理系统，实现对数据的高效收集、组织、存储和监管，从而提升了企业的数字化管理水平，为企业的发展提供了有力支撑。首先，这种技术使得燃气公司能够更加准确地了解市场需求，优化供气方案，提升服务质量，最大限度地满足客户需求。其次，数据分析与预测通过分析设备异常状态、建立用户用气模型以及实现用气异常预警等功能，在帮助燃气公司及时发现潜在问题，保障供气的安全和稳定的同时，提高运营效率和降低成本。最后，对用户消费行为的分析还可以帮助燃气公司制定精准的营销策略，提供个性化的服务，增强客户黏性，提升市场竞争力。
物联网技术是一种基于互联网的先进技术，它通过将各种设备和传感器连接到互联网，实现设备之间的信息交换和数据传输。在燃气企业，物联网技术与大数据分析相结合，正逐渐展现出其巨大潜力，帮助燃气企业优化运营决策，提高资源利用效率和经济效益。城市燃气企业利用智能燃气表具和物联网平台实时采集用户用能数据，并通过大数据分析平台进行智能分析统计，使得企业能够更详细地了解客户的用气行为、消费能源的习惯以及用能设备的情况[7] [8]。通过这些数据，企业可以为客户提供更精准、更多样化的能源服务，不断提升燃气用户的使用体验满意度，逐渐打造新增长极。
3.2. 数智化技术在燃气安全管理的应用分析
燃气事故往往会导致生命财产损失，不仅会给企业造成巨大的经济损失和社会动荡，还会影响企业的声誉和市场地位，建立健全的燃气安全管理体系，加强对燃气设施和管网的监管和维护，是确保企业长期稳定经营的关键。将数字技术应用于燃气安全管理，可以更加有效地监测和管理燃气设备，及时发现并解决安全隐患，确保供气安全稳定，为城市居民提供安全可靠的燃气服务。
大数据分析在城镇燃气安全管理中具有重要作用，通过对大规模的燃气数据进行收集、整合和分析，可以及时发现潜在的安全隐患和风险，并采取相应措施进行预防和控制，其应用可以提升安全管理的效率和准确性[9]。首先，大数据分析可用于实现安全预警的精准与准确。系统可以建立起一套完善的安全指标体系，利用机器学习和数据挖掘技术来识别潜在的风险和异常事件。例如，通过大数据分析，可以检测出管道压力的异常上升趋势，从而及时预警可能发生的泄漏事故。同时，根据不同区域、不同季节等因素，进行分析并建立相关模型，更好地预测和评估各类安全风险。其次，大数据分析技术能为设备的维护和管理提供更精准、更个性化的指导。通过对历史数据的挖掘和分析，可以预测设备的寿命和故障概率，及时制定相应的维护计划，提高了设备的可靠性和稳定性。最后，大数据分析可以支持风险评估与决策制定。借助大数据分析的能力，可以对各类安全数据进行多维度、多角度的评估，包括设备运行数据、管道状况数据、环境监测数据等。通过建立风险评估模型，结合大数据分析的结果，可以对潜在的安全风险和突发事件进行动态的评估和预判，这种精确的风险评估能够为城镇燃气安全管理提供依据，并支持决策者做出更加准确和科学的决策。
物联网技术的应用使得燃气设备监控更加智能化，实现了设备的实时监测和远程管理，在城镇燃气安全管理中也发挥着重要的作用，提升了城镇燃气安全管理的效率和准确性。一方面，物联网技术实现了设备的实时监测。通过将传感器、智能表具等设备与互联网连接，燃气管道的各项参数，如压力、温度、流量等，可以被实时监测和远程管理，意味着运维人员可以随时随地通过互联网监视燃气设备的运行状态，并在出现异常情况时立即采取相应的措施。例如，若某段管道的压力突然升高，系统能够立即发出警报，提醒运维人员进行检修，避免事故的发生。另一方面，物联网技术实现了远程设备管理和操作。利用互联网连接，运维人员可以随时随地对燃气设备进行远程监视和控制，当发生紧急情况时，可以远程关闭泄漏点或调节阀门，采取措施来遏止危险的蔓延。同时，通过远程诊断和维修，能够减少现场出动人员的次数和时间，提高运维效率和降低成本。
人工智能技术在城镇燃气安全管理中也发挥着关键作用，通过利用人工智能算法，可以自动分析和识别燃气设备的异常状态和故障情况，提高安全管理的效率和准确性。一方面，人工智能技术能实现异常检测和故障诊断。燃气企业可以利用机器学习和深度学习等算法，将大量的燃气设备运行数据与正常状态进行对比和学习，基于这些学习结果，系统可以自动监测和分析实时数据，从而检测出设备的异常行为和运行状态。另一方面，人工智能技术还可以支持故障诊断与修复。通过利用机器学习和专家系统等技术，可以建立设备故障与修复的知识库和模型，当发生故障时，系统可以自动识别并定位故障部件，并给出相应的维修建议。
3.3. 数智化技术在燃气企业低碳转型的应用分析
随着全球环保意识的提升和低碳经济的发展，燃气企业正积极推动低碳转型，数智化技术的应用对此起到关键作用。首先，数字技术可用于开发智能监测与控制系统，实时监测燃气生产、输送和使用过程中的能源消耗和碳排放情况，通过智能传感器和监测设备，实时监测燃气生产设备和管道的运行状态，精准控制燃气供应，减少能源浪费和碳排放。其次，借助大数据分析技术，可以对燃气生产、运输和使用过程中的数据进行深入分析，发现能源利用的潜在问题和优化空间，制定更加科学合理的能源利用方案，构建智能供应链管理系统，实现燃气生产、储存、运输和销售的全流程智能化管理，优化能源资源的配置和利用，降低碳排放水平。再次，数字技术还可以应用于建设智能供应链管理和智能能源交易平台，通过实现能源供需的精准匹配和交易，促进清洁能源和燃气的互补利用，共同推动创建清洁、低碳、智能的现代能源体系。最后，在能效管理方面，数字技术可以建立智能能效管理系统，全方位监测和管理燃气设备和能源利用过程，制定有效的节能减排措施，提高能源利用效率，推动燃气企业向低碳能源的转型和升级。
当前城市燃气企业正面临着来自内外部的双重压力，这些压力既有来自竞争激烈的市场环境，也包括信息技术快速发展所带来的机遇，众多城市燃气企业正在积极应对，逐步构建现代化数字能源服务体系。燃气企业内部逐渐认识到，只有通过数智化技术的应用，才能为产供储销全链条智能管控提供更为优化的解决方案，从而实现企业的高质量发展。
4. 数智化赋能城市燃气企业高质量发展的路径探索
4.1. 制定数字化转型战略与规划
制定数字化转型战略与规划是城市燃气实现数智化发展的基础。通过明确数字化转型的目标和路径，确定关键技术和应用场景，合理规划资源配置和投资方向，可以有效推动燃气企业向数字化、智能化转型[10]。政府在制定数字化转型战略与规划方面扮演着引导和规范的重要角色。首先，政府应深入了解智慧城市的发展趋势和需求，结合燃气企业的实际情况，制定面向数字化转型的战略规划。其次，政府需要加强对燃气企业的监管和引导，明确企业在数字化转型中的责任和义务，为企业提供政策支持和优惠政策，推动数字化转型战略的顺利实施。最后，政府还应积极倡导燃气企业与相关部门、科研机构和企业协会等建立合作关系，共同推动数字化转型的落实。
燃气企业需要积极响应政府的政策引导，深入研究数字化转型战略与规划，根据企业的实际情况制定相应的发展战略和行动计划，加强内部管理和组织机制建设，优化业务流程和管理体系，提升数字化管理水平。首先，数字化转型的战略规划必须要明确目标和路径。企业需要深入分析数字技术对企业业务模式、组织结构和人才能力的影响，以及数字化转型可能带来的机遇和挑战，对数字化转型的愿景进行明确界定，确定转型的具体目标和时间表，并明确转型过程中可能面临的挑战和风险。其次，数字化转型的战略规划应该覆盖组织架构调整、业务流程重构、人才培养等多个方面。企业需要重新评估和优化组织结构，打破部门之间的信息孤岛，促进跨部门的信息共享和协作，重新设计和优化业务流程，以适应数字化转型带来的新业务需求和新技术支持。再次，增加数字化投入和投资，以支持数字化转型的实施。企业需要建立数字化投资评估体系，根据企业的战略目标和转型路径，合理选择和决策数字化投资项目，同时加大对人才培养的投入，培养适应数字化转型的技术人才和管理人才，提高员工的数字化素养和综合能力。最后，加强顶层推动和文化建设。企业需要倡导开放、协作的企业文化，打破传统的组织惯性，促进信息共享和团队协作，为数字化转型营造良好的文化氛围。
4.2. 加强技术创新与人才培养
当前环境下，我国信息化发展速度逐渐加快，出现了较多先进的技术手段，使得各企业信息化水平得以不断提升，技术创新成为推动城市燃气企业数智化发展的关键驱动力。为了加快企业的数智化进程，政府应当加大对技术创新与人才培养的支持力度。首先，政府可以建立完善的政策支持体系，制定针对燃气企业的技术创新政策，包括税收优惠、研发补贴、科技成果转化奖励等，为企业提供更多的资金和政策支持，以激励企业加大研发投入和创新实践，鼓励其进行技术创新和成果转化。其次，政府还应加强对人才培养的引导和支持，通过组织各类培训、研讨会、论坛等形式，建立人才培养机制和平台，为企业人才提供持续的学习与成长机会，提升燃气企业从业人员的专业水平和技术能力。最后，政府还可以与高校、科研院所等合作，共同开展技术研发项目，提升技术研发能力，加速技术成果的转化和应用。
城市燃气企业需要借助这一发展趋势，重点实施产业融合，加大对技术创新和人才培养的投入力度。首先，企业可以建立完善的技术创新体系和人才培养体系，制定长期发展规划，明确技术创新的重点领域和方向，为技术研发提供战略指导。其次，为加强技术创新能力，企业应该与科研机构、高校等建立合作关系，共同开展技术研发项目，通过充分利用外部资源和专业知识，加速技术成果的转化和应用。最后，企业应加强对人才的培养与引进，通过加强与高校、科研院所的合作，采取“订单式”的人才培养方式，有针对性地培养产业高端人才，共同培养燃气企业的人才，促进产学研之间的深度合作，实现人才培养与产业需求的有机结合。
4.3. 加强数据安全与隐私保护
随着数字化转型的深入推进，燃气企业所面临的数据安全和隐私保护压力也逐渐增大。在这个过程中，大数据技术的发展使得企业不可避免地收集、存储和处理了大量敏感数据，其中包括客户信息、财务数据以及员工个人信息等。这些数据如果一旦泄露或被不当使用，将可能给企业带来严重的损失和影响，不仅会影响企业的声誉和信誉，还可能导致法律责任和经济损失。为了确保数据的安全性和完整性，燃气企业必须制定严格的数据安全管理制度。
首先，企业应建立健全的数据安全管理体系。企业应明确风险识别、评估、控制和报告的流程和方法，明确数据的安全等级和授权范围，对不同等级的数据设置不同的访问权限，限制对数据的访问范围，以避免数据的泄露和滥用。同时，采用先进的数据加密技术和工具，定期对数据安全进行全面检查和评估，及时发现并解决存在的安全隐患和问题，确保数据在传输和存储过程中的安全性和完整性。其次，燃气企业还需要加强对员工的数据安全培训。企业可以通过定期的培训和教育活动提高员工的数据安全意识和操作规范，让他们充分了解数据安全的重要性，掌握数据安全的基本知识和操作技能，以防止因员工操作不当导致的数据泄露和损失。最后，企业还应该建立健全的内部监督机制，加强对关键岗位和关键环节的监督和控制，及时发现和纠正违规行为，确保数据安全和隐私保护。
4.4. 推动行业标准与规范的制定与实施
制定和实施行业标准与规范是推动城市燃气行业数智化发展的重要保障。在数字化转型的过程中，标准和规范的制定与实施对于确保燃气行业的安全运行、提升服务质量、促进行业健康发展具有至关重要的作用。首先，政府应该加速完善相关法规和标准规范，建立严格、高效、严惩的城镇燃气市场监管机制，增强人力、财力等要素保障，持续提高城镇燃气的本质安全水平。其次，政府应建立健全的技术标准体系和管理制度，规范燃气设备的设计、生产和使用，确保燃气管线安全运行。最后，政府应加强对标准与规范的宣传和普及，提高行业从业人员的标准意识和规范意识，提升全民安全素养，推动城镇燃气安全治理模式向事前预防转型，基本建立燃气安全管理长效机制，保障燃气行业的安全运行和发展。
燃气企业要积极响应政府的标准与规范，严格遵守相关标准和规定。首先，企业应加强内部管理和组织机制建设。企业应当建立健全的管理体系，在设备的选型、安装、维护和更新过程中，严格按照相关标准和规范的要求进行操作，确保各项标准和规范能够得到全面贯彻执行，从而保障生产运营的安全性和合规性。其次，企业应加强对行业标准和规范的培训和宣传工作，通过开展相关培训活动和宣传推广，提升员工的标准意识和规范意识，使其能够全面理解并积极落实相关标准和规范要求。最后，燃气企业应将标准与规范纳入企业的日常经营管理之中，并不断加强与政府部门的沟通与合作，共同促进标准与规范的制定和完善，通过不断提升标准执行力和规范遵循度，为行业的持续发展和健康运行作出积极贡献。
5. 结语
随着技术的不断进步和应用的不断拓展，数智化将成为推动城市燃气行业高质量发展的重要引擎。本文从理论层面出发，阐述了城市燃气行业的发展历程和当前所面临的挑战，深入分析了人工之智能、数据分析与预测、物联网技术等数智化技术在燃气行业中的应用，阐明了数智化技术对于燃气企业发展的重要性，提出了实现城市燃气行业的高质量的路径，为城燃企业的数智化转型、高质量发展探索了新的方向。燃气企业的高质量发展是一项长期且艰巨的工程，政府应加强政策引导和支持，为燃气企业提供更多的创新空间和发展机遇。同时，燃气企业也应加强技术创新和人才培养，不断提升自身的核心竞争力，以应对日益激烈的市场竞争。