孫瀾曦，孫沛，李剛 (北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司，北京 100032)

0 引言

隨著我國智慧能源領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，智慧燃?xì)庾鳛橹匾画h(huán)起到關(guān)鍵作用。智慧燃?xì)庀啾葌鹘y(tǒng)燃?xì)夤こ?，具備?shù)字化、信息化、智能化等優(yōu)勢，因此，傳統(tǒng)燃?xì)馄髽I(yè)應(yīng)當(dāng)依托交叉學(xué)科的發(fā)展，將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、GIS、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等多種技術(shù)應(yīng)用于燃?xì)夤こ讨校ㄟ^智慧創(chuàng)新的方法突破技術(shù)壁壘和進(jìn)行縱橫雙向深化發(fā)展，使建設(shè)施工、管網(wǎng)運(yùn)營、燃?xì)庥?jì)量、安全巡檢等多領(lǐng)域的工作效率、精確度、安全性顯著提升。燃?xì)馄髽I(yè)可采用智慧燃?xì)饧夹g(shù)，創(chuàng)建數(shù)字化燃?xì)夤芫W(wǎng)運(yùn)營平臺、客戶服務(wù)程序、智能化燃?xì)庠O(shè)備、應(yīng)急處置平臺等，提高管理效率并且降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，因此著力發(fā)展智慧燃?xì)忸I(lǐng)域是至關(guān)重要的。本文研究了智慧燃?xì)庠诮ㄔO(shè)、運(yùn)營、計(jì)量、巡檢四個(gè)方向的進(jìn)展與應(yīng)用特點(diǎn)，并且提出了各個(gè)方向存在的不足之處。

1 建設(shè)方向

BIM 技術(shù)在智慧城市的建設(shè)中起到了關(guān)鍵作用，而BIM 技術(shù)同樣可以應(yīng)用于智慧燃?xì)獾慕ㄔO(shè)中。鄒艷春等[1]以某液化天然氣碼頭為工程背景，在revit 中搭建工作船碼頭模型，將每個(gè)預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行數(shù)字編碼，可得到構(gòu)件明細(xì)算量；針對天然氣碼頭樁基多且復(fù)雜的問題，通過模型深化可以提前優(yōu)化樁位布置、沉樁次序等問題，實(shí)現(xiàn)施工指導(dǎo)功能；通過revit 導(dǎo)出取水口模型到有限元軟件中進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)BIM與有限元的結(jié)合。肖詩凡等[2]指出BIM 技術(shù)在工程中具有模型信息化、可視化、參數(shù)化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性、三維聯(lián)動性的優(yōu)點(diǎn)，并以上海市某燃?xì)忭?xiàng)目為例，建立具有柱梁板墻等構(gòu)件的建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)模型和具有管道、管件、表與閥門等設(shè)備的燃?xì)鈱I(yè)模型，進(jìn)行繪制出圖和統(tǒng)計(jì)燃?xì)庠O(shè)備數(shù)量、長度的明細(xì)表。朱琳霞等[3]利用revit 建立某燃?xì)忮仩t房進(jìn)行可視化設(shè)計(jì)，比二維圖紙更加直觀獲取燃?xì)夤艿馈⒗渌芘c供暖循環(huán)泵等設(shè)備布局，通過碰撞檢測功能，提前發(fā)現(xiàn)了出水管與冷水管的碰撞，從而提前避免了實(shí)際施工中的問題。黃仁強(qiáng)等[4]以液化天然氣氣化站為背景提出燃?xì)庠O(shè)備族的建立方法，通過族樣板選擇、參數(shù)編輯、創(chuàng)建幾何形體、添加連接件的步驟建立了燃?xì)鈿鈩咏刂归y，并且以此方法建立了如氣化器、調(diào)節(jié)閥等燃?xì)夤に囋O(shè)備族庫，為燃?xì)鈭稣窘ㄔO(shè)提供了數(shù)字化模型基礎(chǔ)。

將BIM 技術(shù)應(yīng)用于智慧燃?xì)獾慕ㄔO(shè)中，可使整個(gè)工程具有可視化、參數(shù)化與模擬性等功能，建立三維模型，將每一個(gè)構(gòu)件輸入信息參數(shù)，方便后期利用明細(xì)表進(jìn)行輸出和相關(guān)參數(shù)查詢，如不同規(guī)格的管材用量、不同設(shè)備的數(shù)量、燃?xì)廪k公樓的混凝土用量等；對于多管線設(shè)計(jì)時(shí)，可利用碰撞檢測功能進(jìn)行排查，提前避免碰撞發(fā)生，如風(fēng)管與噴淋管碰撞、燃?xì)夤芫€未按照洞口位置穿墻等。BIM 技術(shù)可依據(jù)端口進(jìn)行多種二次開發(fā)或者與現(xiàn)有有限元軟件進(jìn)行計(jì)算，如開發(fā)流體計(jì)算插件或者將revit 模型導(dǎo)入YJK 等結(jié)構(gòu)軟件中計(jì)算。利用revit、navisworks、fuzor、lumion等BIM 軟件實(shí)現(xiàn)燃?xì)夤こ痰慕?、漫游、施工模擬、成果展示等功能，有效提升工作效率和高質(zhì)量管理。BIM 技術(shù)搭配無人機(jī)、三維掃描、AR、VR 等技術(shù)可應(yīng)用于燃?xì)夤こ痰淖鳂I(yè)前安全交底、舊工程模型圖紙還原、工程建設(shè)監(jiān)督等多方面。但需要注意的是，燃?xì)庠O(shè)備設(shè)施需要精細(xì)化建模，如不同類型調(diào)壓器或調(diào)壓站，當(dāng)建模人存在技術(shù)問題，未能正確創(chuàng)建模型時(shí)，則會導(dǎo)致后續(xù)BIM 工作中獲取信息出錯和產(chǎn)生誤導(dǎo)。此外，還需注意建模標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一性，每個(gè)子項(xiàng)目建模人員都需要采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以免出現(xiàn)坐標(biāo)錯誤、參數(shù)類別不匹配、構(gòu)件族不統(tǒng)一的問題。

2 運(yùn)營方向

燃?xì)夤こ淘谇捌诮ㄔO(shè)完成后進(jìn)入運(yùn)營時(shí)，會出現(xiàn)系統(tǒng)不互通、運(yùn)行維護(hù)事件信息滯后、人員分配不合理等問題，因此可采用數(shù)字化的方法予以優(yōu)化。桂海峰等[5]歸整了管網(wǎng)SCADA、GIS、巡檢、客戶服務(wù)的四個(gè)系統(tǒng)，通過SOA 技術(shù)架構(gòu)將系統(tǒng)整合至一個(gè)智慧調(diào)度運(yùn)營平臺，節(jié)省了原有四個(gè)系統(tǒng)的維護(hù)費(fèi)用，只需一個(gè)運(yùn)營平臺就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、信息聯(lián)動功能。肖詩凡[6]利用BIM+AR+IoT 創(chuàng)建了智慧燃?xì)膺\(yùn)營保障平臺，通過建立BIM 模型，利用AR 移動端設(shè)備進(jìn)行日常運(yùn)維檢查，將發(fā)現(xiàn)的問題上傳至運(yùn)營平臺，實(shí)現(xiàn)運(yùn)維可視化、提升工作效率；依據(jù)運(yùn)營平臺，建立了運(yùn)營保障標(biāo)準(zhǔn)化模式，在平臺開發(fā)壓力傳感器、設(shè)備監(jiān)控器端口，進(jìn)行實(shí)時(shí)獲悉關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并且采用Client-Server 架構(gòu)將數(shù)據(jù)可視化，從而起到安全運(yùn)營的功能。張萌等[7]將智慧運(yùn)營系統(tǒng)應(yīng)用于鄒平某燃?xì)鈽I(yè)務(wù)工作中，其中包含了管網(wǎng)巡視、設(shè)備維護(hù)、隱患管理、施工監(jiān)護(hù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)和危險(xiǎn)作業(yè)管理六個(gè)模塊，從而實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)營管理。王孜等[8]研究了以成都市政府為組織者搭建的智慧燃?xì)獍踩芾砺?lián)動平臺，重點(diǎn)對多家燃?xì)夤緫魞?nèi)燃?xì)獍踩⒘芄芾?、管網(wǎng)巡檢、場站安全等方面進(jìn)行監(jiān)督管理，既可以從政府的大局角度把控燃?xì)膺\(yùn)行和安全情況，又可以細(xì)化至戶內(nèi)和戶外燃?xì)庠O(shè)備設(shè)施的安全。

在智慧燃?xì)庵型ㄟ^建立多模塊集成運(yùn)營平臺，可以打破以往孤島信息的情況。當(dāng)在管線運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)燃?xì)忾l井的燃?xì)鉂舛葦?shù)值出現(xiàn)異常時(shí)，可將數(shù)據(jù)上傳運(yùn)營平臺，此時(shí)可安排專業(yè)檢測人員依據(jù)運(yùn)營平臺的GIS 定位前往現(xiàn)場進(jìn)行復(fù)核檢測，當(dāng)經(jīng)再次檢測后發(fā)現(xiàn)閘井確實(shí)存在燃?xì)庑孤┑那闆r時(shí)，可將燃?xì)庑孤舛群同F(xiàn)場情況報(bào)告?zhèn)髦吝\(yùn)營平臺，安排作業(yè)人員依據(jù)運(yùn)營平臺上呈現(xiàn)的燃?xì)鉂舛群同F(xiàn)場情況報(bào)告進(jìn)行修復(fù)作業(yè)，同時(shí)可將有限空間作業(yè)方案在運(yùn)營平臺上編制和審批，其中還可以調(diào)取運(yùn)營平臺上作業(yè)閘井的控壓單元方案參考，因此利用一個(gè)整合多模塊的運(yùn)營平臺，將數(shù)據(jù)和工作流程進(jìn)行共享，每個(gè)崗位的工作人員可以實(shí)時(shí)依據(jù)運(yùn)營平臺上的信息進(jìn)行每個(gè)階段的工作。但需要注意的是運(yùn)營平臺系統(tǒng)穩(wěn)定性問題，當(dāng)以往多個(gè)單模塊的使用人都集中登錄在一個(gè)整合模塊的平臺時(shí)，會出現(xiàn)登錄用戶過多，導(dǎo)致系統(tǒng)卡頓或無法登錄的情況，影響各階段工作進(jìn)行，因此當(dāng)運(yùn)營工作集中在一個(gè)多模塊融合平臺上時(shí)，需要確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

3 計(jì)量方向

燃?xì)庥?jì)量研究是智慧燃?xì)獾闹攸c(diǎn)領(lǐng)域，而燃?xì)獗韯t是燃?xì)庥?jì)量的核心之一，近年來利用智慧科技與燃?xì)獗斫Y(jié)合的案例逐漸增多。段平剛等[9]采用一種無線智能燃?xì)馕锫?lián)網(wǎng)的能量感知路由算法，能夠有效平衡能量消耗，進(jìn)而增加網(wǎng)絡(luò)生命期和不增加路由跳數(shù)。宋洪儒等[10]通過測試指出利用NB-IoT 技術(shù)的燃?xì)獗砜捎行У挚垢蓴_，實(shí)現(xiàn)覆蓋區(qū)域大和長距離數(shù)據(jù)信息傳遞，并且提供了控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)流程。王浩[11]開發(fā)出可適用于多種計(jì)量設(shè)備的智能燃?xì)獗砜刂破鳎讯嘤?jì)量方式的電路集成在計(jì)量板并且開發(fā)控制器的嵌入式底層程序，設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)主控板與計(jì)量板間穩(wěn)定傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議，最終能夠通過測試。李玉[12]通過集成燃?xì)獗淼亩鄠€(gè)核心模塊至一個(gè)檢測裝置，并且進(jìn)行系統(tǒng)程序開發(fā)，能夠通過性能測試，實(shí)現(xiàn)自動化檢測和提升工作效率。翁慶武[13]針對基于NB-IoT 的終端燃?xì)獗泶嬖谌狈υL問認(rèn)證機(jī)制、缺乏固件的完整性驗(yàn)證機(jī)制、易產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)威脅、系統(tǒng)信息易泄漏、數(shù)據(jù)傳輸存在隱患等問題，采用SOTP 技術(shù)和構(gòu)建移動安全基礎(chǔ)架構(gòu)，對燃?xì)獗硗瓿绍浖壐脑欤瑢?shí)現(xiàn)信息認(rèn)證與數(shù)據(jù)加密，對燃?xì)獾陌踩雷o(hù)提供了保障。盧其倫等[14]提出一種AI 機(jī)器人燃?xì)獗碇腔蹤z定系統(tǒng)，具有提高檢定效率、降低人工成本、達(dá)到無紙化電子記錄、系統(tǒng)可復(fù)制推廣等優(yōu)點(diǎn)，并且實(shí)現(xiàn)燃?xì)獗韽膫}儲至裝箱的全過程檢測。范金暉等[15]以武漢市燃?xì)馄髽I(yè)為背景，指出IC 卡容易丟失、無法預(yù)測用氣規(guī)律、氣量超用等問題，提出物聯(lián)網(wǎng)表具有氣量模擬準(zhǔn)確、結(jié)算便捷、遠(yuǎn)傳閥控等優(yōu)點(diǎn)。張子霖等[16]以某市試掛超聲波物聯(lián)網(wǎng)為例，結(jié)果表明采用超聲波物聯(lián)網(wǎng)燃?xì)獗淼某x成功率為96.77%，抄表準(zhǔn)確率100%，設(shè)備完好率99%，抄表時(shí)間極短。此外結(jié)合國家、設(shè)備商、運(yùn)營商的角度分析試掛過程中的運(yùn)行問題與經(jīng)驗(yàn)。

采用物聯(lián)網(wǎng)與新工藝結(jié)合的方法，能夠有效提升燃?xì)獗淼氖褂觅|(zhì)量。不論是采用路由算法、集成電路、程序開發(fā)和信息安全防護(hù)等方法，還是依托物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等方法，均取得了較大的研究進(jìn)展，在后續(xù)研究中，可以采用數(shù)字化、智能化手段來降低燃?xì)獗淼闹圃斐杀尽⑻嵘?jì)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和優(yōu)化燃?xì)獗砉に嚦绦颍瑥亩鴶[脫傳統(tǒng)方式的不足，實(shí)現(xiàn)智能燃?xì)獗淼膭?chuàng)新發(fā)展。但需要注意的是通信傳輸問題，在一些燃?xì)獗砉收蠙z測中，會出現(xiàn)此類情況，因此需要提升設(shè)備自身質(zhì)量和抵抗外部環(huán)境干擾的能力。

4 巡檢方向

燃?xì)獍踩矙z是燃?xì)馄髽I(yè)最重要的職責(zé)之一，人工巡檢會消耗較大的人力和資金成本，對某些燃?xì)庠O(shè)備設(shè)施巡檢，人工巡檢的效果不是十分理想，通過機(jī)器人的智能輔助便是有效提升巡檢效率和節(jié)約成本的方法之一。劉華等[17]將巡檢機(jī)器人應(yīng)用在燃?xì)鈴S站中，通過搭載激光甲烷遙測儀和四合一氣體檢測儀，可實(shí)現(xiàn)全區(qū)域氣體檢測，當(dāng)廠站或者城鎮(zhèn)管網(wǎng)進(jìn)行施工時(shí)，巡檢機(jī)器人可通過北斗達(dá)到現(xiàn)場，進(jìn)行作業(yè)現(xiàn)場氣體環(huán)境監(jiān)測，機(jī)器人還可以實(shí)時(shí)上傳巡檢數(shù)據(jù)和現(xiàn)場視頻，當(dāng)出現(xiàn)燃?xì)鈶?yīng)急事件，機(jī)器人可替代人工進(jìn)入危險(xiǎn)環(huán)境，有效降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。鐘君[18]提出一種翻轉(zhuǎn)內(nèi)襯法的管內(nèi)切割機(jī)器人測控系統(tǒng)總方案，并且進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，通過對切割機(jī)器人的通信穩(wěn)定性、運(yùn)行姿態(tài)和定位精度測試，結(jié)果表面此機(jī)器人具有100% 通信成功率、低于1°的姿態(tài)變化量和低于1 cm 的定位誤差，從而可在巡檢過程中快速精準(zhǔn)修復(fù)管道。韋遠(yuǎn)根等[19]結(jié)合管道機(jī)器人佩戴電磁超聲檢測設(shè)備對燃?xì)夤艿肋M(jìn)行在線檢測，其中以DN400、DN600 管道為研究對象，結(jié)果表明此方法能夠精確測得壁厚，誤差小于0.1 mm，因此可有效檢測出燃?xì)夤艿廊毕輪栴}。陳斌等[20]結(jié)合無人機(jī)、MAPGIS、智能機(jī)器人、車犬聯(lián)動高精準(zhǔn)檢測進(jìn)行巡檢，其中對比了燃?xì)鈾C(jī)器人與傳統(tǒng)巡檢的各自特點(diǎn)，指出燃?xì)鈾C(jī)器人具備有效節(jié)省巡查時(shí)間、高清捕捉設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、激光定點(diǎn)檢測、聯(lián)動控制等優(yōu)點(diǎn)。

利用智能機(jī)器人在日常的燃?xì)庋矙z工作中，能夠代替人力、優(yōu)化成本、提升工作效率和保障安全。智能機(jī)器人依據(jù)系統(tǒng)中GIS 設(shè)定好的路線軌跡進(jìn)行巡檢，代替人工進(jìn)行泄漏檢測、違章占壓巡查等工作，并且可以實(shí)時(shí)傳輸現(xiàn)場視頻。機(jī)器人通過安裝氣體檢測儀和5G 視頻傳輸盒，在巡檢中發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)可以進(jìn)行GIS 定位和發(fā)送至后臺，便于作業(yè)班組進(jìn)行現(xiàn)場復(fù)查檢測，發(fā)現(xiàn)燃?xì)夤芫€上存在違章占壓，可以將占壓房屋進(jìn)行視頻錄制，便于作業(yè)班組取證和復(fù)查。智能機(jī)器人還可以進(jìn)行三維掃描，對于老舊燃?xì)鈭稣净蛘呷細(xì)庠O(shè)備設(shè)施的圖紙復(fù)原，同樣可以依靠機(jī)器人攜帶的三維掃描功能獲取數(shù)字信息，再結(jié)合相關(guān)軟件進(jìn)行復(fù)原。此外，采用機(jī)器人進(jìn)行管道損傷和鑒定工作，效率、精準(zhǔn)度和成本相比于傳統(tǒng)方法都有優(yōu)化，能夠較好的完成任務(wù)。但需要注意的是燃?xì)鈾C(jī)器人工作狀態(tài)問題，對機(jī)器人在巡檢過程中，由于某些工況下灰塵較多或者惡劣天氣，會影響機(jī)器人的正常工作，因此導(dǎo)致巡檢數(shù)據(jù)獲取失敗和出現(xiàn)偏差，反而不如人工巡檢的正確率高。機(jī)器人遇到地面障礙物情況復(fù)雜時(shí)，不能較好的采取自動規(guī)避，會出現(xiàn)撞到障礙物傾倒的情況，從而需要人工將機(jī)器人復(fù)位。此外，機(jī)器人由于在巡檢中受到電池?fù)p耗和外部環(huán)境的影響，會出現(xiàn)在工作時(shí)電量不足以支撐一次完整的巡檢任務(wù)而直接關(guān)機(jī)的問題，這樣情況下也會需要人工依據(jù)最后一次定位信息搜尋機(jī)器人并且進(jìn)行充電。

5 結(jié)語

智慧燃?xì)獾陌l(fā)展方向眾多，本文總結(jié)了建設(shè)方向、運(yùn)營方向、計(jì)量方向、巡檢方向的研究進(jìn)展、應(yīng)用方法、技術(shù)特點(diǎn)并且分別指出各個(gè)方向在工程應(yīng)用中的不足之處。本文針對這四個(gè)方向的研究內(nèi)容主要為：(1)在建設(shè)方向中，可采用以BIM 技術(shù)為主的方法，但應(yīng)注意BIM 模型精準(zhǔn)度和BIM 模型標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問題；(2)在運(yùn)營方向中，可采用以多功能模塊互聯(lián)和融合平臺的方法，但應(yīng)注意運(yùn)營平臺穩(wěn)定性和安全性的問題；(3)在計(jì)量方向中，可采用以物聯(lián)網(wǎng)和優(yōu)化工藝技術(shù)相結(jié)合的方法，但應(yīng)注意智能燃?xì)獗硗ㄐ欧€(wěn)定的問題；(4)在巡檢方向中，可采用以智能機(jī)器人技術(shù)為主的方法，但應(yīng)注意智能機(jī)器人異常工作狀態(tài)和電量不足的問題。