摘  要： 結(jié)合西部管道工程開展“數(shù)字化管道”建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，闡述了數(shù)字化管道建設(shè)依據(jù)和理論基礎(chǔ)，分析了數(shù)字化管道建設(shè)過程中建立標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)開發(fā)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)應(yīng)用等方面的管理和技術(shù)特點(diǎn)，為長(zhǎng)輸管道建設(shè)工程和管道完整性管理的數(shù)據(jù)采集探索出一套新的理念和方法。
關(guān)鍵詞： 數(shù)字化；系統(tǒng)開發(fā)；數(shù)據(jù)采集

　　“數(shù)字化管道”的概念起源于“數(shù)字地球”。1998年美國(guó)前副總統(tǒng)戈?duì)柼岢隽?ldquo;數(shù)字地球”(Digital Earth)的概念，即一種可以嵌入海量地理數(shù)據(jù)、多分辨率和三維地球的表示，成為世界科學(xué)技術(shù)界的發(fā)展熱點(diǎn)之一。“數(shù)字化管道”就是在“數(shù)字地球”這一概念的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，是“數(shù)字地球”在管道行業(yè)中的具體應(yīng)用。
1 數(shù)字化管道建設(shè)背景
1.1 國(guó)內(nèi)外數(shù)字化管道技術(shù)現(xiàn)狀
　　美國(guó)BUCKEYE 管道公司利用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)建立了管道管理系統(tǒng)；Enron Transportation Services 公司利用GIS 技術(shù)建立了管道應(yīng)急響應(yīng)系統(tǒng)；美國(guó)管道安全局已建立NPMS(National Pipeline Mapping System)國(guó)家管道地圖系統(tǒng)，將北美近1 900 000 km的管道數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)，已在網(wǎng)上分發(fā)、銷售管道圖形和相關(guān)數(shù)據(jù)；意大利SNAM公司開發(fā)了SIGAS天然氣管道工程地理信息系統(tǒng)，用于管線信息的收集和管理，制作全國(guó)的天然氣輸送管線的地圖，目前其管網(wǎng)長(zhǎng)度已超過28 000 km；北美聯(lián)盟管道(ALLiance Pipeline)建立了地理信息系統(tǒng)，將所有資料連接到Oracle的資料庫(kù)中，并向用戶提供GIS數(shù)據(jù)。
　　  在國(guó)內(nèi)，西氣東輸管道工程及京沈大輸氣管道工程可研工作都利用了衛(wèi)星遙感技術(shù)；冀寧聯(lián)絡(luò)線工程、濟(jì)青管道工程、西部原油成品油管道工程開展了數(shù)字管道的研究與實(shí)踐。
1.2 數(shù)字化管道涉及的技術(shù)發(fā)展分析
1.2.1 管道完整性管理技術(shù)
　　  管道完整性是指管道始終處于完全可靠的服役狀態(tài)。其內(nèi)涵包括3個(gè)方面：(1)管道在物理和功能上是完整的；(2)管道始終處于受控狀態(tài)；(3)管道運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)并仍將不斷采取措施防止失效事故發(fā)生。管道的完整性管理是指管道運(yùn)營(yíng)商持續(xù)地對(duì)管道潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，并采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，將管道運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)水平始終控制在合理的、可接受的范圍之內(nèi)。
　　某一著名管道完整性評(píng)價(jià)專業(yè)公司的評(píng)價(jià)流程如圖1所示，從中可了解國(guó)外管道完整性評(píng)價(jià)的程序和內(nèi)容[1]。

　　從圖1可以看出，完整性管理需要大量真實(shí)、詳盡的管道本體(包括線路、站場(chǎng)、附屬工程等)及周邊環(huán)境(如交通、水源、居民地等)的數(shù)據(jù)作為分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)涵蓋管道可研、勘察、設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)的全生命周期的數(shù)據(jù)，以及管道周邊自然、地理、人文環(huán)境數(shù)據(jù)。運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)手段(如GIS等)實(shí)現(xiàn)管道與環(huán)境相互影響的模型，并建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)外腐蝕、第三方破壞、地面和基礎(chǔ)位移、設(shè)計(jì)和材料、操作系統(tǒng)和運(yùn)營(yíng)過程、應(yīng)力腐蝕開裂等基本失效模式為特征的統(tǒng)計(jì)分析和安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，建立可以適應(yīng)未來評(píng)價(jià)需要的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和基本程式，搭建數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。
　　數(shù)字化管道系統(tǒng)就是按照管道完整性管理的要求，將管道從可研、勘察、設(shè)計(jì)、施工、竣工到運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和管理，并且在運(yùn)營(yíng)階段及時(shí)更新管道屬性數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)記錄所有管道本身的變化過程，為完整性管理的分析評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
1.2.2 GIS技術(shù)
　　  地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)采集、處理、存儲(chǔ)、管理、查詢、分析和描述地球表面與空間地理分布有關(guān)數(shù)據(jù)的空間信息系統(tǒng)，是一門涉及測(cè)繪學(xué)、環(huán)境學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科的交叉學(xué)科。地理信息系統(tǒng)具有地理信息數(shù)據(jù)的管理、地圖制圖、空間分析、圖形的可視化、空間數(shù)據(jù)查詢和分析等功能。目前國(guó)內(nèi)外已有許多成熟的商業(yè)化GIS軟件工具，這些產(chǎn)品可以用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的地理學(xué)模型，形成操作效率高、功能強(qiáng)大、易于擴(kuò)充的平臺(tái)產(chǎn)品。利用GIS軟件可以提高建立應(yīng)用系統(tǒng)的速度、降低風(fēng)險(xiǎn)、提高應(yīng)用系統(tǒng)的質(zhì)量，使用戶可以更專注于研究其專業(yè)問題。在國(guó)際市場(chǎng)上，占據(jù)市場(chǎng)主導(dǎo)地位的國(guó)外GIS軟件有ArcGis、GeoMedia、MapInfo、SmallWorld、MGE、MICROSTATION等，國(guó)內(nèi)的GIS軟件有MAPGIS、SuperMap、GeoStar等。
2 系統(tǒng)需求分析及方案設(shè)計(jì)
2.1 西部管道工程簡(jiǎn)介
　　  西部原油成品油管道西起新疆烏魯木齊，東至甘肅蘭州，經(jīng)過近3年的緊張建設(shè)，成品油管道于2006年7月投產(chǎn)，原油管道于2007年8月投產(chǎn)。該工程建成后，對(duì)構(gòu)建我國(guó)西部地區(qū)的石油管網(wǎng)，打通陸上進(jìn)口石油通道，合理利用新疆地區(qū)的原油資源和中亞地區(qū)原油資源，帶動(dòng)西部經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。
2.2 　數(shù)字化管道建設(shè)的需求分析
　　  由北京油氣調(diào)控中心遠(yuǎn)程集中控制的西部原油成品油管道具有跨越距離遠(yuǎn)、沿線地形地貌復(fù)雜、雙管并行同溝敷設(shè)、合并建站、全密閉順序輸送、與西氣東輸管道并行等多項(xiàng)鮮明特色。全線站場(chǎng)實(shí)現(xiàn)“有人值守，無人操作，遠(yuǎn)程控制”。如何使這樣一個(gè)工藝復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備精良的長(zhǎng)距離管道系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，將是運(yùn)營(yíng)期面臨的嚴(yán)峻課題。
  　　管道建設(shè)屬于隱蔽工程，承接工程項(xiàng)目的單位分布在全國(guó)各地，工程實(shí)施人員流動(dòng)性較高。如果在施工過程中不對(duì)管道施工數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)采集，待管道建成投產(chǎn)后，按照傳統(tǒng)的資料管理方式，項(xiàng)目竣工后為業(yè)主方提供的竣工資料多為“回憶錄”，很多重要的現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)將永遠(yuǎn)無法補(bǔ)救，資料的準(zhǔn)確性難以得到有效保證。即使后期采用探測(cè)手段對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)錄，與施工階段同步采集數(shù)據(jù)相比，不僅數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性將大打折扣，同時(shí)耗費(fèi)的人力、物力成本也將成倍增加。
　　  近幾年，管道完整性評(píng)價(jià)與完整性管理逐漸成為世界各大管道公司普遍采取的一項(xiàng)重要管理內(nèi)容，而完整性管理需要大量真實(shí)、詳盡的管道本體(包括線路、站場(chǎng)、附屬工程等)及周邊環(huán)境(如交通、水源、居民地等)的數(shù)據(jù)作為分析評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。數(shù)字化管道系統(tǒng)就是要按照管道完整性管理的要求，將管道從可研、勘察、設(shè)計(jì)、施工、竣工到運(yùn)營(yíng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)和管理，并且在運(yùn)營(yíng)階段及時(shí)更新管道屬性數(shù)據(jù)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)內(nèi)記錄所有管道本身的變化過程，為完整性管理的分析評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　  建設(shè)數(shù)字化管道是滿足管道運(yùn)營(yíng)階段生產(chǎn)管理的迫切需要，是管道完整性評(píng)價(jià)與完整性管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是提高管道運(yùn)營(yíng)管理水平的有效手段。
2.3 數(shù)字化管道系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
2.3.1 基礎(chǔ)構(gòu)架
　　  由于長(zhǎng)輸管線的特點(diǎn)及數(shù)字管道的全生命周期管理的要求，系統(tǒng)用戶在時(shí)間及空間的跨度非常大，并且需要多人的協(xié)同作業(yè)，所以系統(tǒng)的整體架構(gòu)必須使用網(wǎng)絡(luò)化的解決方案。根據(jù)不同層次用戶的需求，系統(tǒng)采用B/S和C/S相結(jié)合、B/S為主C/S為輔的模式進(jìn)行建設(shè)。
2.3.2 系統(tǒng)構(gòu)架
　　  西部管道數(shù)字化系統(tǒng)貫穿管道建設(shè)運(yùn)營(yíng)的全生命周期，可以分為：管道模型、可研管理、勘察管理、設(shè)計(jì)管理、數(shù)據(jù)采集、竣工資料、設(shè)備管理、地理信息及系統(tǒng)管理構(gòu)架如圖2所示。

　　 各子系統(tǒng)的主要功能如下：
  　　(1)地理信息系統(tǒng)：具有航拍圖的數(shù)據(jù)處理和地圖發(fā)布功能，將管道施工數(shù)據(jù)與地形地理數(shù)據(jù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)管道空間走向圖和地下縱斷面圖的自動(dòng)生成和相互對(duì)照。
　　  (2)可研管理系統(tǒng)：管理可研、評(píng)估報(bào)告電子資料的數(shù)據(jù)入庫(kù)和查詢檢索。
  　　(3)勘察管理系統(tǒng)：管理勘察電子資料的數(shù)據(jù)入庫(kù)和查詢檢索。
　　  (4)設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)：管理設(shè)計(jì)說明書、圖紙等電子資料的數(shù)據(jù)入庫(kù)和查詢檢索。
  　　(5)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：對(duì)管道施工過程中的線路工程、穿越工程、站場(chǎng)工程、通信工程、外電工程、伴行路工程、陰極保護(hù)工程、水工保護(hù)工程等各類工程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、上報(bào)、校驗(yàn)、審核與發(fā)布。
　　  (6)竣工資料管理系統(tǒng)：管理竣工資料的電子資料數(shù)據(jù)入庫(kù)和查詢檢索。
  　　(7)與工程信息平臺(tái)、工程計(jì)劃管理項(xiàng)目管理系統(tǒng)建立接口，為工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全等過程控制提供輔助支持。
　　  (8)系統(tǒng)管理：用戶、權(quán)限、角色及組織機(jī)構(gòu)的安全配置與設(shè)置。
3  數(shù)字化管道系統(tǒng)的建設(shè)成果及應(yīng)用分析
3.1  數(shù)字化管道取得的主要成果
3.1.1 編制標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)字化管道數(shù)據(jù)字典
　　  組織工程承包商、儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)專家和信息技術(shù)專家共同制定“數(shù)字化管道”建設(shè)方案。從滿足管道運(yùn)營(yíng)管理的要求出發(fā)，依據(jù)管道設(shè)計(jì)、施工和竣工驗(yàn)收規(guī)范，參考國(guó)際APDM管道數(shù)據(jù)模型，確定數(shù)字化管道數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容、范圍和流程，編制數(shù)據(jù)采集表格，建立數(shù)據(jù)模型，編制了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)字化管道數(shù)據(jù)字典，為今后管道工程建設(shè)開展數(shù)字化采集工作打下了扎實(shí)基礎(chǔ)。
3.1.2  建立完整的數(shù)字化管道管理體系
　　  制定了數(shù)字化管道管理制度、程序文件和技術(shù)規(guī)程，明確了數(shù)據(jù)采集流程和各參建單位在數(shù)字化系統(tǒng)建設(shè)的職責(zé)及權(quán)利，建立了數(shù)據(jù)檢查、核對(duì)和審批的質(zhì)量保證體系，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、管理、維護(hù)和服務(wù)的全過程一體化管理，保證數(shù)據(jù)真實(shí)、準(zhǔn)確、及時(shí)、完整地進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，為長(zhǎng)距離輸送管道的勘察設(shè)計(jì)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理探索出一套新的理念和方法。
3.1.3  開發(fā)功能完善、先進(jìn)實(shí)用的數(shù)字化系統(tǒng)
　　  針對(duì)施工單位現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集的特點(diǎn)，組織中油龍慧公司設(shè)計(jì)開發(fā)了數(shù)字化系統(tǒng)，以數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為核心，完成了可研管理系統(tǒng)、勘察管理系統(tǒng)、設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)、竣工資料管理系統(tǒng)、設(shè)備前期管理系統(tǒng)等8個(gè)子系統(tǒng)的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)錄入、檢查、審批、查詢、統(tǒng)計(jì)以及可視化展示等多項(xiàng)功能，較好地滿足了業(yè)主、工程承包單位、施工單位、監(jiān)理等各方不同的使用需求。
3.1.4 建成覆蓋管道可研、勘查、設(shè)計(jì)及施工等各階段的數(shù)據(jù)庫(kù)
　　  利用數(shù)字化系統(tǒng)對(duì)施工過程中產(chǎn)生的線路工程、穿越工程、站場(chǎng)工程、通信工程、外電工程、伴行路工程、陰極保護(hù)工程、水工保護(hù)工程等各類重要數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和錄入，以高精度電子地圖及數(shù)字航空攝影航拍圖為基礎(chǔ)，采集了管道周邊環(huán)境的地理、交通、人文的數(shù)據(jù)。
3.2 數(shù)字化管道應(yīng)用分析
3.2.1 數(shù)字化管道在管道業(yè)務(wù)應(yīng)用情況
　  　(1)在勘察設(shè)計(jì)方面，利用衛(wèi)星遙感與航拍數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行選線，形象、直觀地體現(xiàn)西部管道空間走向、管道埋地情況及管道周邊環(huán)境等綜合信息，綜合分析線路長(zhǎng)度、征地、施工難度、施工賠償?shù)纫蛩?，多角度進(jìn)行管道線路優(yōu)化和施工圖設(shè)計(jì)，減少由于設(shè)計(jì)不合理造成的施工困難，有利于確保施工進(jìn)度、降低施工成本。
　  　(2)在資料管理方面，可研、初步設(shè)計(jì)及施工圖設(shè)計(jì)的成果全部入庫(kù)，通過數(shù)字化系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)布，便于檢索、查詢和訪問，提高了資料利用效率，更好地體現(xiàn)了管道建設(shè)上一階段成果為下一階段服務(wù)的原則。
　  　(3)在現(xiàn)場(chǎng)施工方面，施工單位和檢測(cè)單位對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的線路、穿越、站場(chǎng)、通信、外電、伴行路、陰極保護(hù)、水工保護(hù)等各類重要數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和錄入，通過數(shù)字化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)及自動(dòng)比對(duì)功能，檢查施工單位上報(bào)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性及一致性，防止出現(xiàn)竣工資料與實(shí)際情況不符、管道線位不準(zhǔn)、管道技術(shù)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問題，為西部管道的運(yùn)營(yíng)管理提供真實(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)資料。管理者可以通過網(wǎng)絡(luò)查看不同比例管道及其沿線周邊環(huán)境的直觀信息，每根鋼管都有完整的數(shù)據(jù)記錄，可查看某一天、某一道工序環(huán)節(jié)的進(jìn)度，甚至每道焊口的坐標(biāo)值及埋深、焊工信息、無損檢測(cè)影像等基本信息。這些數(shù)據(jù)全過程地記錄在“數(shù)字化管道”系統(tǒng)中，一旦出現(xiàn)問題，即可進(jìn)行可逆性數(shù)據(jù)跟蹤，查出源頭。
  　　(4)在工程管理方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程參建隊(duì)伍、各標(biāo)段基本情況、施工計(jì)劃、施工進(jìn)度等整體管理，發(fā)布工程建設(shè)的重要信息。公司內(nèi)部及與參建單位之間實(shí)現(xiàn)電子公文收發(fā)和無紙化辦公。自動(dòng)匯總生成工程進(jìn)度、質(zhì)量等過程控制報(bào)表，并用地理信息系統(tǒng)等圖形化的方式展示。通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與施工過程數(shù)據(jù)的對(duì)比查詢功能，保證施工單位嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)線路走向施工，數(shù)字化系統(tǒng)協(xié)助建設(shè)單位有效控制工程變更。
　  　(5)在管道巡檢方面，運(yùn)用GPS巡線系統(tǒng)，結(jié)合管道坐標(biāo)數(shù)據(jù)，設(shè)定科學(xué)合理的巡檢路線和計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡線人員的實(shí)時(shí)監(jiān)督管理，準(zhǔn)確及時(shí)地定位發(fā)現(xiàn)事故點(diǎn)位置，提高維搶修反應(yīng)效率。
    (6)在數(shù)據(jù)應(yīng)用方面，分別為西部原油成品油管道LMS系統(tǒng)、西氣東輸二線設(shè)計(jì)、永登支線設(shè)計(jì)、新疆自治區(qū)地震局等提供管道中線成果、里程、高程等數(shù)據(jù)。為加快工作進(jìn)度提供了有力支持。
    “數(shù)字化管道”是應(yīng)用信息技術(shù)提升管道工程建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理水平的大課題，本文僅是結(jié)合西部管道工程開展“數(shù)字化管道”建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了一些總結(jié)和思考。隨著信息技術(shù)在管道建設(shè)和運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)用的不斷深入，對(duì)傳統(tǒng)管道建設(shè)和管理方法將帶來一次深層次的變革。
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