姜頑強(qiáng) 張靜淑

[摘 要] 吸取國內(nèi)輸油管道爆炸事故教訓(xùn)，為解決部分煉化企業(yè)廠區(qū)外管道存在的安全問題，參照GIS技術(shù)在煉化廠區(qū)地下管網(wǎng)安全管理中的應(yīng)用模式，提出利用GIS技術(shù)建立廠區(qū)外管道地理信息管理系統(tǒng)，利用GIS可視化、空間分析、管道數(shù)據(jù)綜合分析等功能及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并為消除措施制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，同時(shí)監(jiān)督廠區(qū)外管道基礎(chǔ)管理工作的落實(shí)并降低風(fēng)險(xiǎn)，整體提升廠區(qū)外管道安全管理水平。

[關(guān)鍵詞] 安全管理；地理信息系統(tǒng)；管道；煉化企業(yè)；應(yīng)用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 11. 036

[中圖分類號(hào)] F270.7；TB2 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673 - 0194（2014）11- 0057- 03

0 前 言

近幾年，不論是輸油管線、輸氣管線，還是煉化企業(yè)廠區(qū)間原料輸送管線，石油行業(yè)因管線破裂而導(dǎo)致的事故頻繁發(fā)生，造成人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失，給企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)影響，尤其是，2013年“11·22”青島輸油管道爆炸事故的發(fā)生，引起了國家高度重視和社會(huì)高度關(guān)注。按照國務(wù)院安全生產(chǎn)委員會(huì)《安委[2013]9號(hào)》文件精神要求，石油天然氣、危險(xiǎn)化學(xué)品等各種易燃易爆品輸送管線管理應(yīng)全方位夯實(shí)制度、科技、培訓(xùn)、管理、設(shè)備、現(xiàn)場等各項(xiàng)安全生產(chǎn)基礎(chǔ)，建立統(tǒng)一、完整的管道分布圖和安全管理信息系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除隱患，做好風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)評估，完善企業(yè)應(yīng)急預(yù)案并加強(qiáng)演練，真正做到“安全第一，預(yù)防為主、治理為輔”。

GIS（地理信息系統(tǒng)）技術(shù)不僅在我國城市管網(wǎng)管理中得到了廣泛應(yīng)用，而且在部分煉化企業(yè)廠區(qū)地下管網(wǎng)安全管理中也發(fā)揮了重要作用，因此，將GIS技術(shù)應(yīng)用于煉化企業(yè)廠區(qū)外管道管理方面，技術(shù)比較成熟，并具有廣泛的應(yīng)用前景，同時(shí)為煉化企業(yè)廠區(qū)外管道安全管理提供新模式。

1 現(xiàn)狀與分析

煉化企業(yè)主要以石油為主要原料，以水、電、氣、風(fēng)為輔助原料，開展石油煉制與化學(xué)品加工生產(chǎn)。石油煉制與加工是一個(gè)產(chǎn)品種類繁多、工藝鏈較長的產(chǎn)業(yè)，受產(chǎn)品不同特性及相互作用的影響，不同產(chǎn)品的儲(chǔ)存與加工必須符合相關(guān)安全距離標(biāo)準(zhǔn)要求，從而導(dǎo)致煉化企業(yè)廠區(qū)布置分散，無論是原料，還是成品、半成品，廠區(qū)之間大部分采用管道進(jìn)行輸送。經(jīng)過對國內(nèi)多家煉化企業(yè)周邊情況現(xiàn)場查看，根據(jù)相關(guān)法律法規(guī)要求，目前煉化企業(yè)廠區(qū)外管線管理普遍存在的問題如下：

（1）廠區(qū)外管線安全距離不能滿足規(guī)范要求。如管線橫跨河流和城市排洪溝、橫穿居民住宅區(qū)、管線緊貼廠房而過等。

（2）部分埋地管線走向不明。

（3）局部區(qū)域未設(shè)有檢修通道和消防通道。存在部分巡檢盲區(qū)、防范措施不到位。

（4）現(xiàn)場缺乏警示標(biāo)志和緊急處置措施。如管道橫跨或橫埋馬路時(shí)，馬路進(jìn)出口未設(shè)置限重和限高標(biāo)示牌；現(xiàn)場未設(shè)置緊急情況聯(lián)系電話和應(yīng)急處置措施等。

（5）管線基礎(chǔ)管理薄弱。如部分管廊上管線密集，現(xiàn)場未掛設(shè)管廊管線分布截面圖，緊急情況下無法快速啟動(dòng)關(guān)閉閥；管線基礎(chǔ)資料管理分散，無法有效判斷管線完好狀態(tài)等。

參照GIS技術(shù)在廠區(qū)地下管網(wǎng)安全管理中的應(yīng)用模式，利用GIS技術(shù)建立廠區(qū)外管道地理信息管理系統(tǒng)，將管道基礎(chǔ)資料、日常管理、管道地理位置和周邊環(huán)境分布集于一體，通過信息化技術(shù)進(jìn)行管線數(shù)據(jù)融合分析，整體提升廠區(qū)外管線管理的日常監(jiān)管水平。

2 地理信息系統(tǒng)

2.1 GIS定義

地理信息系統(tǒng)（GIS）是指在計(jì)算機(jī)軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性，以一定的格式輸入、存貯、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)[1]。也可以簡單定義為“用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達(dá)地理空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)”[2]。

2.2 GIS特點(diǎn)

GIS具有顯著的三大特性：地域性、多維結(jié)構(gòu)、時(shí)序特征。地域性：地理信息屬于空間信息，位置的識(shí)別與數(shù)據(jù)相聯(lián)系，它的這種定位特征是通過公共的地理基礎(chǔ)來體現(xiàn)的。這是地理信息區(qū)別于其他類型信息的最顯著標(biāo)志。多維結(jié)構(gòu)：在二維空間編碼基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多專題的第三維信息結(jié)構(gòu)的組合，為地理信息各圈層之間的綜合研究提供可能，也為地理系統(tǒng)多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供方便。時(shí)序特征：時(shí)空的動(dòng)態(tài)變化引起地理信息的屬性數(shù)據(jù)或空間數(shù)據(jù)的變化[3]。

2.3 GIS技術(shù)優(yōu)勢

GIS的技術(shù)優(yōu)勢在于它的混合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和有效的數(shù)據(jù)集成、獨(dú)特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復(fù)雜的查詢功能、強(qiáng)大的圖形創(chuàng)造和可視化表達(dá)手段，以及地理過程的動(dòng)態(tài)模擬和空間決策支持功能等[4]。

3 GIS在煉化廠區(qū)地下管網(wǎng)安全管理中的應(yīng)用

隨著企業(yè)對裝置“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運(yùn)行要求，逐步加強(qiáng)了對猶如企業(yè)生命線的廠區(qū)地下管網(wǎng)的管理，部分企業(yè)利用 GIS技術(shù)建立地下管網(wǎng)動(dòng)土安全管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地下管線屬性信息與空間分布相集成。同時(shí)，組建專門的系統(tǒng)維護(hù)隊(duì)伍，對廠區(qū)新增管線及時(shí)探測、測量、錄入系統(tǒng)，對廢除管線及時(shí)核對、刪除，對棄用管線及時(shí)更新管線的使用狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)地下管網(wǎng)動(dòng)態(tài)管理。有效地解決了以前廠區(qū)動(dòng)土施工因不明施工區(qū)域地下管網(wǎng)分布情況而盲目施工挖斷管線、電纜的難題，同時(shí)融合應(yīng)用屬性信息和空間信息，為地下管網(wǎng)的檢修和改擴(kuò)建項(xiàng)目的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與施工提供地下管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

從企業(yè)管理制度制定來看，挖掘作業(yè)制度明確規(guī)定廠區(qū)挖掘作業(yè)參照地下管網(wǎng)動(dòng)土管理系統(tǒng)出具的施工區(qū)域地下管網(wǎng)分布圖，根據(jù)施工區(qū)域地下管網(wǎng)具體分布情況（如：管線走向、埋深、材質(zhì)、輸送介質(zhì)、周邊環(huán)境分布等），選擇挖掘工具及作業(yè)方式，并制定有效的防范措施，保證了廠區(qū)挖掘作業(yè)無一起挖斷管線、電纜事故的發(fā)生，延續(xù)十多年保持動(dòng)土安全，為裝置的長周期運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。

4 廠區(qū)外管道地理信息管理系統(tǒng)建設(shè)

地理信息應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)過程一般包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)、空間數(shù)據(jù)采集、屬性數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)優(yōu)化處理、系統(tǒng)集成開發(fā)、系統(tǒng)應(yīng)用等幾部分組成。

4.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

廠區(qū)外管道地理信息管理系統(tǒng)選擇ArcGIS軟件作為基礎(chǔ)平臺(tái)。ArcGIS ArcInfo對數(shù)據(jù)進(jìn)行加工、組織、存儲(chǔ)與管理，ArcGIS Server應(yīng)用服務(wù)進(jìn)行發(fā)布，ArcGIS Engine進(jìn)行系統(tǒng)功能開發(fā)，Oracle進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理。整個(gè)系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層三層系統(tǒng)架構(gòu)。數(shù)據(jù)層包含管線、管線上的輔助物、管廊、房屋等三維模型數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)在GeoDataBase中，方便用戶管理。服務(wù)層提供面向應(yīng)用滿足OGC標(biāo)準(zhǔn)的地圖服務(wù)、查詢服務(wù)、量測服務(wù)、空間分析（網(wǎng)絡(luò)分析、緩沖區(qū)分析、統(tǒng)計(jì)分析等）、專題圖輸出服務(wù)等。應(yīng)用層采用B/S與C/S方式相結(jié)合， B/S結(jié)構(gòu)為安全、環(huán)保、機(jī)動(dòng)、規(guī)劃、決策等不同部門提供服務(wù)，C/S結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)維護(hù)人員提供空間數(shù)據(jù)更新、開發(fā)功能集成、場景展現(xiàn)、定制服務(wù)、系統(tǒng)維護(hù)接口。系統(tǒng)整體架構(gòu)如圖1所示。

4.2 空間數(shù)據(jù)采集

管線及周邊環(huán)境空間數(shù)據(jù)采集范圍包括進(jìn)出廠區(qū)各類管線、電纜及周邊環(huán)境的市政管網(wǎng)、電纜、河流、排洪溝、住宅、廠房（油罐）、農(nóng)田、樹木、鐵路、公路、消防設(shè)施、管線檢修通道等，重點(diǎn)關(guān)注管線、電纜走向、消防設(shè)施及管線上輔助物的空間位置，河流、溝渠、住宅、廠房、農(nóng)田、樹木、鐵路、公路只獲取具體位置及平面尺寸等空間信息。

由于廠區(qū)外管線跨度范圍大，為了將大范圍的實(shí)物納入同一系統(tǒng)中來管理，并減少管線及周邊實(shí)物空間數(shù)據(jù)采集時(shí)所產(chǎn)生的測量誤差，同時(shí)考慮可與廠內(nèi)地下管網(wǎng)動(dòng)土管理系統(tǒng)集成，以廠內(nèi)控制點(diǎn)為基礎(chǔ)，采用GPS對廠外管線及周邊環(huán)境分布范圍布設(shè)控制網(wǎng)，為后期單個(gè)實(shí)物測量建立測量基準(zhǔn)。

煉化企業(yè)廠區(qū)外管線、電纜布置主要以空中管架、沿地面鋪設(shè)、管溝敷設(shè)、地下埋設(shè)或幾種方式相結(jié)合。對于管線密集度較高的管廊采用三維掃描儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；對于地面管線、電纜、房屋等實(shí)物的空間數(shù)據(jù)的獲取采用GPS或全站儀進(jìn)行采集；對于埋地管線、電纜等，先采用探測設(shè)備進(jìn)行走向、埋深探測，再按照地面實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；對于管溝敷設(shè)的管線與電纜進(jìn)行現(xiàn)場查看與核對，再按照地面實(shí)物進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

4.3 屬性數(shù)據(jù)獲取

根據(jù)煉化企業(yè)廠區(qū)外管線及周邊環(huán)境管理關(guān)注重點(diǎn)，對管線周邊環(huán)境實(shí)物屬性信息進(jìn)行分類設(shè)計(jì)（詳見表1）。由于部分企業(yè)建設(shè)年代較早，屬性數(shù)據(jù)的獲取主要通過設(shè)計(jì)資料、運(yùn)維資料、現(xiàn)場查看等方式相結(jié)合進(jìn)行獲取與收集。

4.4 數(shù)據(jù)優(yōu)化處理與系統(tǒng)集成開發(fā)

數(shù)據(jù)優(yōu)化處理包括空間數(shù)據(jù)成圖及三維模型優(yōu)化處理、圖層設(shè)計(jì)、屬性表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的集成等?？臻g數(shù)據(jù)成圖主要包括三維掃描儀獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理、GPS和全站儀獲取的特征點(diǎn)坐標(biāo)按照其走向進(jìn)行圖形化處理；三維模型優(yōu)化處理，對已成圖的圖形按照管線的管徑大小、高程、顏色及輔助物進(jìn)行精細(xì)化建模（其結(jié)果如圖2所示）；圖層設(shè)計(jì)按照管理重點(diǎn)對實(shí)物類別進(jìn)行分類存儲(chǔ)，考慮后期擴(kuò)展應(yīng)用，圖層劃分堅(jiān)持細(xì)劃原則，管線根據(jù)不同輸送介質(zhì)、壓力大小等屬性進(jìn)行分層存儲(chǔ)，便于根據(jù)不同管理和關(guān)注對象進(jìn)行圖層疊加開展更多的應(yīng)用；屬性表設(shè)計(jì)指對收集的屬性信息規(guī)定儲(chǔ)存于計(jì)算機(jī)中的格式如字符類型、字符大小存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等。

系統(tǒng)集成開發(fā)，利用ArcGIS Engine進(jìn)行系統(tǒng)二次開發(fā)，建立空間模型數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系，并根據(jù)管線管理工作開展進(jìn)行功能開發(fā)。實(shí)現(xiàn)不同的空間數(shù)據(jù)模型對象調(diào)用不同的屬性表，開發(fā)網(wǎng)絡(luò)分析功能、面積計(jì)算、距離量算、統(tǒng)計(jì)功能、查詢功能、緩沖區(qū)分析、拓?fù)浞治?、專題地圖輸出、系統(tǒng)權(quán)限管理等GIS基本應(yīng)用功能，根據(jù)不同部門的管理需求進(jìn)行功能定制。

5 系統(tǒng)應(yīng)用分析

該系統(tǒng)應(yīng)用可以將廠區(qū)外管道管理與周邊環(huán)境結(jié)合起來，挖掘分析現(xiàn)有數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管道基礎(chǔ)管理、隱患消除、風(fēng)險(xiǎn)控制等全方位管理，整體提升廠區(qū)外管道安全管理水平。

該系統(tǒng)應(yīng)用主要提供如下功能：①管道及輔助物、周邊環(huán)境分布、屬性數(shù)據(jù)等直觀可視，消除管理盲區(qū)，落實(shí)責(zé)任管理；②多元數(shù)據(jù)歸一管理，建立完整、統(tǒng)一的管道管理資料；③根據(jù)巡檢信息標(biāo)注近期關(guān)注重點(diǎn)，查詢統(tǒng)計(jì)管線及輔助物的型號(hào)、材質(zhì)、建設(shè)年代等屬性信息，為檢維修方案制訂提供可靠依據(jù)；④實(shí)時(shí)分析管線周邊環(huán)境存在的危險(xiǎn)因素，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患并為治理方案的制訂提供依據(jù)；⑤模擬分析局部點(diǎn)泄漏擴(kuò)散范圍，并對可能造成的環(huán)境影響進(jìn)行分析、預(yù)測和評估，提出預(yù)防或者減輕不良影響的對策和措施；⑥分析救援最短路徑、周邊可利用資源及潛在危險(xiǎn)，制訂最佳救援方案，完善應(yīng)急預(yù)案；⑦實(shí)現(xiàn)“一次投入、多次產(chǎn)出”。根據(jù)不同部門不同需求，生成專題地圖，開展專題應(yīng)用，為安全、環(huán)保、規(guī)劃、決策、地面建設(shè)等部門提供服務(wù)。

6 結(jié)束語

目前由于地理環(huán)境限制而無法徹底消除廠區(qū)外管線存在的隱患，本文提出利用GIS空間數(shù)據(jù)綜合分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道存在的隱患和管理中存在的問題，制定消減措施及時(shí)處理，控制風(fēng)險(xiǎn)，減少隱患，不斷完善應(yīng)急預(yù)案，整體提升廠區(qū)外管道安全管理水平。后期可將廠區(qū)外管線視頻監(jiān)控系統(tǒng)接入該系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與周邊地理環(huán)境相結(jié)合，進(jìn)一步提升廠區(qū)外管線安防水平和應(yīng)急處置能力。就系統(tǒng)實(shí)效性而言，需借鑒廠區(qū)地下管網(wǎng)動(dòng)土管理系統(tǒng)的運(yùn)維模式，明確空間數(shù)據(jù)維護(hù)、管線日常維護(hù)信息錄入、檢修資料錄入、巡檢信息錄入等部門的職責(zé)，并寫入廠區(qū)外管線管理制度中，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)更新管理，確保系統(tǒng)長久有效運(yùn)行，真正做到“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理為輔”。

主要參考文獻(xiàn)

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