向熠星 程 瑩 杜通林 陳 靜 向 波 杜 毅 向玉琪

1. 中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 中國石油集團(tuán)工程有限公司北京項(xiàng)目管理分公司， 北京 100029

0 前言

21世紀(jì)以來,基于地理信息系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)字管道技術(shù)逐步在油氣管道工程中推廣應(yīng)用。建設(shè)數(shù)字化管道系統(tǒng),即在工程勘察設(shè)計(jì)、施工管理及運(yùn)行管理過程中,全面實(shí)現(xiàn)以先進(jìn)的3S技術(shù)(衛(wèi)星遙感RS、衛(wèi)星定位GPS、地理信息系統(tǒng)GIS)和4D數(shù)據(jù)(數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字正攝影像圖DOM、數(shù)字刪格圖DRG、數(shù)字線劃圖DLG)應(yīng)用為標(biāo)志的全數(shù)字化建設(shè)和管理[1-6]。近年來,在油氣管網(wǎng)規(guī)模建設(shè)過程中,隨著標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、信息化水平不斷提高,完成了從傳統(tǒng)管道向數(shù)字管道的轉(zhuǎn)變,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)字化、施工機(jī)械化、物采電子化、管理信息化,中國部分長輸管道基本實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化管道建設(shè)的目標(biāo)[7-16]。

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等新一輪信息技術(shù)迅速發(fā)展和深入應(yīng)用,智能管道建設(shè)已具備一定基礎(chǔ),智能化發(fā)展已成為必然趨勢[17]。長輸管道發(fā)展變遷將隨著新一輪的技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重大變革,2017年中國石油管道有限責(zé)任公司提出了建設(shè)智能管道、構(gòu)建智慧管網(wǎng)的目標(biāo)要求。基于智能管道建設(shè)發(fā)展的趨勢和重要性,國內(nèi)各管道建設(shè)單位和參建方也都在智能管道建設(shè)方面開展研究和布局工作。

1 中亞D線項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)與建設(shè)要求

中國石油中亞D線輸氣管道(以下簡稱中亞D線)是繼中亞A、B、C線后新規(guī)劃的1條進(jìn)口中亞地區(qū)天然氣的管道,對于中國具有極其重要的戰(zhàn)略意義。管道全長約966 km,干線管徑1 219mm,途經(jīng)4個(gè)國家,屬世界大型管道項(xiàng)目之一。中國石油工程建設(shè)有限公司西南分公司(以下簡稱CPECC西南分公司)經(jīng)過多年對中亞D線持續(xù)不斷地深入工作,對中亞D線項(xiàng)目建設(shè)的特點(diǎn)有如下認(rèn)識:

1)安全形勢嚴(yán)峻:管道沿線部分國家社會安全形勢較差,安保和安防形勢較嚴(yán)峻。

2)政治環(huán)境復(fù)雜:部分過境國政治環(huán)境復(fù)雜,中央政府對地方政府管控能力不足,特別是吉爾吉斯南部的泛民主化。

3)人文環(huán)境多樣:過境國均為穆斯林國家,宗教信仰存在一定禁忌,當(dāng)?shù)鼐用竦木S權(quán)意識強(qiáng),土地私有化嚴(yán)重。

4)自然環(huán)境惡劣:管道沿線依托自然條件和社會條件差,建設(shè)物資短缺。

5)法規(guī)制度建設(shè)程序風(fēng)險(xiǎn)高:過境國勞工制度、財(cái)務(wù)稅收制度、海關(guān)制度、建設(shè)審批程序等復(fù)雜多樣且執(zhí)行隨意性較大,給項(xiàng)目建設(shè)實(shí)施帶來不可控風(fēng)險(xiǎn)。

6)工程建設(shè)難點(diǎn)多、管理難度大:管道途經(jīng)4個(gè)國家,過境國對管道執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的要求不同;管道沿線地形地貌復(fù)雜多樣,地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量多;復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道眾多,且集中分布;管道多通過9度地震烈度區(qū),部分區(qū)域?yàn)楦吆吆０蔚貐^(qū);沿線無外電利用,壓氣站的環(huán)境溫度較高;管道分期建設(shè)等特點(diǎn),給設(shè)計(jì)、采購、施工、運(yùn)營提出新要求、帶來新挑戰(zhàn)。

綜合以上項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)和管道設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營管理水平提高的要求,以及長輸管道發(fā)展的新趨勢,按照智能管道建設(shè)的要求開展中亞D線的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營管理已成為各方共識。中油國際管道有限公司也提出了將中亞D線建設(shè)成為智能管道，創(chuàng)建國家優(yōu)質(zhì)工程金獎的目標(biāo)要求。

2 CPECC西南分公司數(shù)字化建設(shè)成果

如前文所述,數(shù)字化技術(shù)已在我國油氣管道及油氣田建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。CPECC西南分公司作為國內(nèi)天然氣行業(yè)的指導(dǎo)性設(shè)計(jì)院,2005年在羅家寨內(nèi)部集輸工程中首次采用數(shù)字管道設(shè)計(jì)技術(shù),理順了數(shù)字管道設(shè)計(jì)從航攝、成圖、數(shù)字化線路勘察設(shè)計(jì)到成果入庫的一體化作業(yè)流程；2007年在川渝氣田北內(nèi)環(huán)南西段輸氣管道工程中實(shí)施數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化施工管理,構(gòu)建了基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)、施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、施工進(jìn)度管理系統(tǒng)、文檔管理系統(tǒng)[18]；2008年承擔(dān)完成的川渝氣區(qū)龍崗氣田是中國石油第一個(gè)“數(shù)字氣田”,通過工程建設(shè)與應(yīng)用管理的系統(tǒng)集成、巡檢系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)、動態(tài)數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)的構(gòu)建,實(shí)現(xiàn)了龍崗氣田內(nèi)部集輸、凈化廠、凈化氣外輸?shù)臄?shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化施工管理和數(shù)字化運(yùn)行管理,并以此為基礎(chǔ),構(gòu)建了川渝數(shù)字管網(wǎng)。

CPECC西南分公司依托中油工程公司重大科研專項(xiàng)研究完成的“油氣管道數(shù)字化空間設(shè)計(jì)平臺”，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理技術(shù),采用工作流設(shè)計(jì)方式,實(shí)現(xiàn)了從航測與遙感成圖、測量、地質(zhì)、通訊、陰保、管道工藝等多專業(yè)設(shè)計(jì)的一體化,成為數(shù)字管道線路工程設(shè)計(jì)的重要工具?；诙鄬I(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)的三維設(shè)計(jì)平臺(COMOS+PDMS/BIM/SP)實(shí)現(xiàn)了場站工程的數(shù)字化設(shè)計(jì)。線路、場站工程的設(shè)計(jì)成果完全可以滿足數(shù)字化移交的要求,并可為智能管道的建設(shè)、運(yùn)行管理奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 中亞D線智能管道建設(shè)的探討

綜合分析判斷,未來十年,中國油氣長輸天然氣管道將迎來新一輪建設(shè)高峰。按照中國石油天然氣集團(tuán)公司整體要求,中油管道已確定全面有序推進(jìn)智能管道建設(shè),并提出“建設(shè)智能管道、構(gòu)建智慧管網(wǎng)”的總體發(fā)展要求和頂層設(shè)計(jì)[20-21]。

綜合各方對智能管道的探討研究,智能管道的建設(shè)目標(biāo)是:通過業(yè)務(wù)系統(tǒng)的重構(gòu),實(shí)現(xiàn)企業(yè)提質(zhì)、降本、增效的本質(zhì)目標(biāo),促進(jìn)管道工程規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營全產(chǎn)業(yè)鏈及附帶產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)和管理水平的提升,促進(jìn)油氣管道產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化移交、全智能化運(yùn)營、全生命周期管理。

數(shù)字化管道實(shí)現(xiàn)了管道及周邊環(huán)境資料數(shù)字化、可視化,管道運(yùn)行綜合應(yīng)用SCADA、生產(chǎn)管理、完整性管理等信息系統(tǒng)。而智能管道就是通過“端+云+大數(shù)據(jù)”的體系架構(gòu)集成管道全生命周期數(shù)據(jù),提供智能分析和決策支持,用信息化手段大幅提升質(zhì)量、進(jìn)度、安全管控能力,實(shí)現(xiàn)管道的可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理,最終形成具有全面感知、自動預(yù)判、智能優(yōu)化、自我調(diào)整能力,且安全高效運(yùn)行的智能管道,實(shí)現(xiàn)管道、社會、企業(yè)等要素在建設(shè)和運(yùn)營管理過程中的優(yōu)化配置,達(dá)到數(shù)據(jù)全面統(tǒng)一、感知交互可視、系統(tǒng)融合互聯(lián)、供應(yīng)精準(zhǔn)匹配、運(yùn)行智能高效、預(yù)測預(yù)警可控,智能管道是數(shù)字化管道在新技術(shù)和新時(shí)代條件下的新發(fā)展和升級。

根據(jù)中亞D線的特點(diǎn),從設(shè)計(jì)的角度對中亞D線智能管道建設(shè)提出探討與建議。

3.1 建設(shè)目標(biāo)

1)一流水準(zhǔn):對標(biāo)國際先進(jìn)的大型管道公司,建立面向智能管道的、覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈及附帶產(chǎn)業(yè)鏈信息的一流水平的管道。

2)自主可控:中亞D線智能管道系統(tǒng)的建設(shè)以自行設(shè)計(jì)、自主建造、自主管理為思路開展,以達(dá)到自主可控的目的。

3)提供標(biāo)準(zhǔn):通過中亞D線管道項(xiàng)目的智能化建設(shè),建立一系列標(biāo)準(zhǔn),為智能管道規(guī)劃與建設(shè)提供指引。

4)按需擴(kuò)展:在業(yè)務(wù)部門構(gòu)建業(yè)務(wù)系統(tǒng)時(shí),可以按照需要實(shí)時(shí)擴(kuò)展。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)數(shù)字化管道、數(shù)字化氣田建設(shè)的經(jīng)驗(yàn),建議中亞D線智能管道系統(tǒng)由主數(shù)據(jù)平臺、業(yè)務(wù)平臺、數(shù)據(jù)/信息源三大核心部分構(gòu)成。主數(shù)據(jù)平臺的核心是數(shù)據(jù)范圍、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則;業(yè)務(wù)平臺的核心是基于價(jià)值模型/經(jīng)濟(jì)模型的應(yīng)用系統(tǒng)的研發(fā);數(shù)據(jù)/信息源包括管道建設(shè)數(shù)據(jù)、管道運(yùn)行數(shù)據(jù)兩大部分。

3.3 重點(diǎn)工作

根據(jù)中亞D線的特點(diǎn),建議將中亞D線智能化管道系統(tǒng)建設(shè)的重點(diǎn)放在以下三方面。

3.3.1 企業(yè)級/項(xiàng)目級主數(shù)據(jù)平臺的規(guī)劃與建設(shè)

主數(shù)據(jù)平臺主要進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)支撐,數(shù)據(jù)庫的選型及結(jié)構(gòu)要與業(yè)務(wù)需求相適應(yīng)并具有可擴(kuò)展性,在主數(shù)據(jù)平臺的規(guī)劃中要考慮將中亞A、B、C線一并納入統(tǒng)一管理的需要。數(shù)據(jù)平臺建議由業(yè)主牽頭、專業(yè)承包商承建,數(shù)據(jù)資產(chǎn)由業(yè)主負(fù)責(zé)運(yùn)維管理。

3.3.2 業(yè)務(wù)平臺的開發(fā)

業(yè)務(wù)平臺的開發(fā)需由業(yè)主牽頭,系統(tǒng)梳理智能管道的管理需求,以價(jià)值模型/經(jīng)濟(jì)模型的構(gòu)建為導(dǎo)向集成研發(fā)業(yè)務(wù)管理軟件,通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)綜合運(yùn)用,推動中亞輸氣管網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行,管道風(fēng)險(xiǎn)高效洞察,生產(chǎn)經(jīng)營科學(xué)決策,實(shí)現(xiàn)管道全智能化運(yùn)營管理,促進(jìn)管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)高效運(yùn)行。

3.3.3 數(shù)據(jù)/信息源數(shù)據(jù)倉庫建設(shè)

數(shù)據(jù)/信息源的完整準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)/信息源的高效共享是智能化運(yùn)營管理的基礎(chǔ),需要重點(diǎn)解決好數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、提高數(shù)據(jù)分析挖掘的能力、管道及場站實(shí)體可視化應(yīng)用及綜合展示等問題。對設(shè)計(jì)成果數(shù)字化移交、采辦階段的數(shù)字化移交、施工階段的數(shù)字化移交進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范。管道建設(shè)數(shù)據(jù)倉庫和管道運(yùn)行數(shù)據(jù)倉庫建議與主數(shù)據(jù)平臺建設(shè)統(tǒng)一優(yōu)化考慮,設(shè)計(jì)、采購、施工的數(shù)據(jù)倉庫可提前部署使用以滿足工程建設(shè)期間對數(shù)據(jù)收集的需要。

4 結(jié)論與建議

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等新一輪信息技術(shù)迅速發(fā)展和深入應(yīng)用,智能管道建設(shè)已成為必然趨勢。綜合分析中亞D線項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)和管道設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營管理水平的高要求,將中亞D線建設(shè)成為智能管道和國家優(yōu)質(zhì)工程是十分必要和可行的。

基于對中亞D線管道設(shè)計(jì)的認(rèn)識,以及多年數(shù)字化管道、數(shù)字化氣田設(shè)計(jì)建設(shè)的經(jīng)驗(yàn),對中亞D線智能管道系統(tǒng)建設(shè)提出如下建議:

1)業(yè)主牽頭、頂層設(shè)計(jì)、統(tǒng)籌兼顧、業(yè)務(wù)驅(qū)動、價(jià)值導(dǎo)向

業(yè)主牽頭:基于中亞管道跨境跨國、多種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、多語言等特點(diǎn),需業(yè)主牽頭、理清智能管道建設(shè)和運(yùn)行管理的本質(zhì)需求,研究形成中亞管道D線智能管道管理系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)、工作思路、組織方法與實(shí)施原則、總體架構(gòu)、實(shí)施路線圖等。

頂層設(shè)計(jì):針對智能管道的定義、內(nèi)容、架構(gòu)、方案、實(shí)施計(jì)劃等統(tǒng)一開展頂層設(shè)計(jì),指導(dǎo)智能管道信息化工作開展。

統(tǒng)籌兼顧:針對中亞D線途徑4個(gè)國家的特點(diǎn),全面分析工程建設(shè)、生產(chǎn)經(jīng)營、管道管理所涉及的業(yè)務(wù)信息化需求,統(tǒng)籌兼顧中亞A、B、C線的管理需要,有針對性地制定建設(shè)方案。

業(yè)務(wù)驅(qū)動:根據(jù)中亞天然氣管道的特點(diǎn),充分借鑒國內(nèi)外同行業(yè)和相似行業(yè)的先進(jìn)實(shí)踐,使智能管道建設(shè)能夠適應(yīng)未來管道業(yè)務(wù)管理模式變革,在創(chuàng)新生產(chǎn)經(jīng)營管理模式、優(yōu)化資源配置、提高工作效率等方面充分發(fā)揮信息化重要價(jià)值。

價(jià)值導(dǎo)向:以價(jià)值為導(dǎo)向,進(jìn)一步發(fā)揮信息化價(jià)值;重點(diǎn)考慮對管道本質(zhì)安全可控和調(diào)運(yùn)高效運(yùn)行方面有重大促進(jìn)作用的需求。

2)優(yōu)先規(guī)劃與搭建中亞D線智能管道的主數(shù)據(jù)平臺

根據(jù)中亞D線智能管道建設(shè)的本質(zhì)需求,參考中油管道已初步形成的管道全生命周期管理平臺,搭建中亞D線智能管道主數(shù)據(jù)平臺,統(tǒng)一建設(shè)階段和管道運(yùn)營階段的數(shù)據(jù)錄入要求。主要包括:主數(shù)據(jù)平臺的規(guī)劃與評審,標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)則的制訂與發(fā)布,與數(shù)據(jù)上下交付關(guān)系的確定與實(shí)現(xiàn),建設(shè)方式與運(yùn)行維護(hù)模式的評估與選擇,基礎(chǔ)設(shè)施的租用或自建等。

3)提早展開數(shù)字化交付體系的規(guī)劃

數(shù)字化交付不僅牽涉到各類承包商,也牽涉到未來管道運(yùn)行的現(xiàn)場數(shù)據(jù)交付,對中亞D線數(shù)字化交付所涵蓋的范圍、深度、方式、規(guī)則等關(guān)鍵問題的研究與規(guī)劃,是確保智能管道建設(shè)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)的重要條件,并深刻影響系統(tǒng)底層的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、上層主數(shù)據(jù)平臺及基礎(chǔ)設(shè)施、頂層業(yè)主業(yè)務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建方式等,建議提早展開數(shù)字化交付體系的規(guī)劃。

4)充分發(fā)揮設(shè)計(jì)在智能管道建設(shè)中的作用

設(shè)計(jì)在數(shù)字化管道、全生命周期數(shù)據(jù)庫建設(shè)中發(fā)揮了龍頭主導(dǎo)作用,已積累了豐富的理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。在智能管道、智慧管網(wǎng)的建設(shè)過程中,應(yīng)充分發(fā)揮設(shè)計(jì)的作用。設(shè)計(jì)單位可根據(jù)自身的成果和經(jīng)驗(yàn),參與業(yè)主主導(dǎo)的智能管道建設(shè)的總體規(guī)劃工作;參與主數(shù)據(jù)平臺建設(shè)架構(gòu)的規(guī)劃、評價(jià)與優(yōu)化工作,參與數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、通信標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)規(guī)則的制定與優(yōu)化工作;參與智能業(yè)務(wù)需求梳理、價(jià)值模型適應(yīng)性審核工作,參與業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件需求架構(gòu)、IT架構(gòu)審查工作;可在統(tǒng)一站場三維數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一模型深度、統(tǒng)一設(shè)備材料編碼、提供數(shù)據(jù)集成方案、設(shè)備材料采購的數(shù)字化管理等方面提供服務(wù)和支持;可根據(jù)需要為業(yè)主構(gòu)建并交付可靈活擴(kuò)展的數(shù)據(jù)倉庫,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、采購、施工等不同來源數(shù)據(jù)的有效整合管理。

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