摘" " 要：隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，國家管網(wǎng)集團(tuán)工程建設(shè)實(shí)施了數(shù)字化設(shè)計(jì)、智能供應(yīng)鏈、智能工地、數(shù)字化交付等智慧管道建設(shè)，現(xiàn)有的工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)無法適應(yīng)新時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)化工作的要求，需要進(jìn)行優(yōu)化和完善。梳理了國內(nèi)及國外智慧管網(wǎng)工程建設(shè)現(xiàn)狀，秉承繼承性、創(chuàng)新性與實(shí)用性的原則，研究了智慧管網(wǎng)工程建設(shè)體系概念模型和分層架構(gòu)，構(gòu)建了智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系的總體框架，提出了數(shù)字化設(shè)計(jì)、智慧供應(yīng)鏈、智能施工、項(xiàng)目管理信息化4個(gè)專業(yè)方向的標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方案。研究成果可為智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：智慧管網(wǎng)； 標(biāo)準(zhǔn)體系；架構(gòu)設(shè)計(jì)；建設(shè)方案

Research for standard system framework and construction scheme of smart pipe network engineering construction

YANG Yang HAN Mingyi HE Jinbao HUANG Li DAI Bingtao

1. National Pipeline Network Group Southwest Pipeline Co.， Ltd.， Chengdu 610000， China

2. China Petroleum Longway Engineering Project Management Co.， Ltd.， Langfang 065000， China

Abstract：With the development of information technology， smart pipe construction such as digital design， intelligent supply chain， intelligent construction site， and digital delivery has been implemented in the construction of PipeChina projects. The existing engineering construction standard system no longer meets the requirements of standardization in the new era and needs to be optimized and improved. This paper reviews the current situation of smart pipe network construction at home and abroad. Adhering to the principles of inheritance， innovation， and practicality， it studies the conceptual model and hierarchical architecture of the construction system of the smart pipe network construction project. It builds the overall architecture of the construction project′s standard system. It proposes the standard construction scheme covering four professional directions of digital design， intelligent supply chain， intelligent construction， and informatized project management. The research results can to some extent provide a reference for the system construction of the smart pipe network construction project.

Keywords：smart pipe network; standard system; architecture design; construction scheme

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，智慧管網(wǎng)建設(shè)在國內(nèi)不斷發(fā)展和實(shí)踐，形成了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)、智慧供應(yīng)鏈、智能施工等新管理方法和技術(shù)。國家管網(wǎng)集團(tuán)提出了智慧管網(wǎng)“十四五規(guī)劃”，明確了工程建設(shè)智能化以 “全面支撐智能化運(yùn)營” 為總體目標(biāo)，開展數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)平臺和智能工地建設(shè)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工全過程管控，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化虛擬資產(chǎn)的實(shí)時(shí)交付和具備泛在感知能力的實(shí)體資產(chǎn)的同步交付。隨著智慧管網(wǎng)工程建設(shè)階段的發(fā)展，原有標(biāo)準(zhǔn)體系已經(jīng)無法適應(yīng)新時(shí)期智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化工作的需要，亟須對原有標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行補(bǔ)充完善，提出智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)及建設(shè)方案。

1" " 智慧管網(wǎng)工程建設(shè)現(xiàn)狀

1.1" " 國內(nèi)現(xiàn)狀

中俄東線是我國開展的第一條試點(diǎn)智慧管道工程，圍繞“全數(shù)字化移交、全智能化運(yùn)營、全生命周期管理”開展了工程實(shí)踐、示范性應(yīng)用及信息化建設(shè)，形成了天然氣管道智能化技術(shù)[1-4]。中俄東線開展了數(shù)字化設(shè)計(jì)，搭建了線路、站場、建筑設(shè)計(jì)云平臺，滿足了多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)移交。通過采購共享服務(wù)平臺，將物資需求、采購計(jì)劃、招標(biāo)等業(yè)務(wù)過程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)進(jìn)展信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化移交；運(yùn)用電子標(biāo)簽統(tǒng)一標(biāo)識設(shè)備材料，實(shí)現(xiàn)管道物資物流過程數(shù)據(jù)全面采集、實(shí)時(shí)傳輸和跟蹤、數(shù)字化移交，同時(shí)集成設(shè)計(jì)、采購環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，支持施工、運(yùn)行階段數(shù)據(jù)讀寫。部署現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)“智能工地”，通過部署工業(yè)級無線路由器，搭建施工現(xiàn)場無線網(wǎng)絡(luò)，各類智能設(shè)備通過局域網(wǎng)連接項(xiàng)目管理系統(tǒng)前置服務(wù)器，基于通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、過程數(shù)據(jù)存檔、現(xiàn)場監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了焊接、補(bǔ)口等施工數(shù)據(jù)全自動(dòng)采集及移交，例如自動(dòng)焊機(jī)設(shè)備直接輸出焊接層數(shù)、電流、電壓、送絲速度、擺寬、擺動(dòng)頻率等參數(shù)信息，且外焊機(jī)具備存儲(chǔ)功能。建立了人員、設(shè)備等資源數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了資源入庫、使用、出庫評價(jià)等全過程信息化管理。

1.2" " 國外現(xiàn)狀

目前，國外石油企業(yè)尚未對管網(wǎng)智能化建設(shè)進(jìn)行系統(tǒng)研究和實(shí)踐，但國外公司對智慧管網(wǎng)某些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究和實(shí)踐。

美國Williams Gas 公司采用GIS技術(shù)系統(tǒng)將管道本體數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，可對管道建設(shè)和運(yùn)行進(jìn)行智慧管理[5]。加拿大TransCanada 公司開發(fā)了GeoFind 跨業(yè)務(wù)信息共享數(shù)據(jù)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)管道設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、采辦數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、竣工驗(yàn)收數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)[6]。哥倫比亞管道公司建立了管道完整性管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了基于風(fēng)險(xiǎn)的管道全生命周期管理方案，工程建設(shè)期采集關(guān)鍵設(shè)計(jì)和施工數(shù)據(jù)，對高后果區(qū)和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)進(jìn)行識別，優(yōu)化線路，降低管道風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)行期采用內(nèi)檢測技術(shù)對管道的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評估，進(jìn)而提出風(fēng)險(xiǎn)削減措施[7-8]。Enbridge 管道公司應(yīng)用管道數(shù)字孿生技術(shù)，建立虛擬管道，可以通過3D視圖查看管道實(shí)體，包括管道本體參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，其管轄的6 條管道已應(yīng)用了該技術(shù)[9]。意大利SNAM 公司與挪威船級社、歐洲能源研究院等機(jī)構(gòu)合作，開發(fā)了無人機(jī)巡檢系統(tǒng)、管道應(yīng)變監(jiān)測系統(tǒng)、站場泄漏檢測技術(shù)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警技術(shù)等，確保了管道運(yùn)行更加安全[10]。

2" " 智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

2.1" " 一般原則

智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)是以智慧管網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展規(guī)劃為指導(dǎo)，圍繞油氣管網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)，瞄準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)智慧管網(wǎng)工程科學(xué)建設(shè)，提高建設(shè)效率，規(guī)范智慧管網(wǎng)建設(shè)，保障管道本質(zhì)安全，提升智慧管網(wǎng)建設(shè)水平和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。其建設(shè)需遵循以下原則。

1）先進(jìn)性。智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系應(yīng)體現(xiàn)油氣儲(chǔ)運(yùn)工程建設(shè)的先進(jìn)技術(shù)。

2）系統(tǒng)性。智慧管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系覆蓋油氣管道、LNG接收和儲(chǔ)氣庫各專業(yè)，相關(guān)系列標(biāo)準(zhǔn)配合成套。針對油氣儲(chǔ)運(yùn)工程成套技術(shù)，形成與之相適應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，做到智慧管網(wǎng)全專業(yè)鏈、全過程有標(biāo)準(zhǔn)可用。

3）科學(xué)性。智慧管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系專業(yè)劃分科學(xué)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量和層級設(shè)置合理。標(biāo)準(zhǔn)體系分級設(shè)置的依據(jù)和主線清晰，整個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范樹狀結(jié)構(gòu)合理。

4）實(shí)用性。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)劃遵從需求和問題導(dǎo)向，便于油氣管網(wǎng)建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位、檢測單位等多業(yè)務(wù)使用，著眼于規(guī)范油氣管網(wǎng)智能建設(shè)，提高建設(shè)質(zhì)量、建設(shè)水平和管理效率。

2.2" " 概念模型

首先，智慧管網(wǎng)三維業(yè)務(wù)構(gòu)架借鑒歐美主要標(biāo)準(zhǔn)化研究機(jī)構(gòu)對智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)架構(gòu)模型的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，參考智能電網(wǎng)平面橫豎向設(shè)置業(yè)務(wù)流程“領(lǐng)域”和信息管理“區(qū)域”、縱軸構(gòu)建互操作層級的三維立體設(shè)計(jì)思路，明確三維業(yè)務(wù)構(gòu)架維度[12-13]；其次，采用系統(tǒng)工程分析方法中的自頂而下法，確認(rèn)三維業(yè)務(wù)構(gòu)架各維度組成要素；最后，通過需求工程中用例方法展現(xiàn)三維構(gòu)架中各域內(nèi)/外部的交互功能和信息通路，從而完成智慧管網(wǎng)三維業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)，見圖1。三維架構(gòu)模型是研究智慧型體系經(jīng)常采用的一種方法，具有較好的先進(jìn)性、系統(tǒng)性、科學(xué)性和實(shí)用性，在智能電網(wǎng)和智能制造的體系梳理和構(gòu)建中廣泛應(yīng)用，并取得了良好成效[11]。

智慧管網(wǎng)架構(gòu)模型維度主要包括對象維度、時(shí)間維度以及互操作維度。對象維度主要對智慧管網(wǎng)本體所包含的主要業(yè)務(wù)對象進(jìn)行描述；時(shí)間維度主要對智慧管網(wǎng)本體信息管理的不同階段進(jìn)行區(qū)分；互操作維度主要對智慧管網(wǎng)的數(shù)據(jù)流走向和信息交互進(jìn)行描述。對象維度主要包括線路、站場、LNG接收站、儲(chǔ)氣庫，對象可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)一步劃分，例如站場再劃分為總圖、工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等。時(shí)間維度主要包括可研與設(shè)計(jì)、采辦、施工驗(yàn)收等?；ゲ僮骶S度主要包括感知層、交互層、應(yīng)用層；應(yīng)用層主要包括數(shù)字化協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)移交；交互層主要包括數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺系統(tǒng)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及模型等；感知層主要包括設(shè)計(jì)硬件及軟件等。

2.3" " 架構(gòu)設(shè)計(jì)

通過構(gòu)建三維體系框架，立體展示油氣管網(wǎng)的智慧化業(yè)務(wù)，再按照一定的方法和邏輯進(jìn)行一系列的二維映射分析，就能夠?qū)⑷S體系中的內(nèi)容全面扁平化、清晰化、可視化展示；二維平面能夠清晰地展示各業(yè)務(wù)的位置、邏輯關(guān)系、層次結(jié)構(gòu)等?；趯χ腔酃芫W(wǎng)建設(shè)期各項(xiàng)業(yè)務(wù)的基本流程和關(guān)鍵技術(shù)梳理，分析提取智慧管網(wǎng)主要標(biāo)準(zhǔn)化對象，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化要素在互操作層級中相互作用的映射關(guān)系，形成了智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系標(biāo)準(zhǔn)框架，智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)如圖2所示。

智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)包含數(shù)字化設(shè)計(jì)、智慧供應(yīng)鏈、智能施工、項(xiàng)目管理信息化4個(gè)模塊。

1）數(shù)字化設(shè)計(jì)模塊主要包括：協(xié)同設(shè)計(jì)管理標(biāo)準(zhǔn)、三維模型設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)字化設(shè)計(jì)管理標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及模型交付標(biāo)準(zhǔn)等。

2）智慧供應(yīng)鏈模塊主要包括：工程各類物資材料編碼標(biāo)準(zhǔn)、工程物資采購全過程相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、二維碼等數(shù)字標(biāo)簽標(biāo)準(zhǔn)、采辦結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交付、駐廠監(jiān)造等。

3）智能施工模塊主要包括：智能工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交付、大數(shù)據(jù)分析、違章智能識別、無損檢測智能評定等。

4）項(xiàng)目管理信息化模塊主要包括：工程項(xiàng)目管理平臺管理標(biāo)準(zhǔn)、人員庫管理標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備庫管理標(biāo)準(zhǔn)、竣工資料電子化、智慧監(jiān)理等。

3" " 智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)方案

智慧管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)依據(jù)GB/T 13016—2009《標(biāo)準(zhǔn)體系表編制原則和要求》進(jìn)行搭建，根據(jù)不同階段劃分為數(shù)字化設(shè)計(jì)、智慧供應(yīng)鏈、智能工地、項(xiàng)目管理信息化4個(gè)門類。

3.1" " 數(shù)字化設(shè)計(jì)

數(shù)字化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要包括：三維模型設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)交付、數(shù)字化設(shè)計(jì)管理、智能選線、GIS技術(shù)等。目前國家管網(wǎng)集團(tuán)已全面推廣應(yīng)用數(shù)字化設(shè)計(jì)，建立了可研數(shù)據(jù)交付、初設(shè)數(shù)據(jù)交付、施工圖數(shù)據(jù)交付、專項(xiàng)評價(jià)數(shù)據(jù)交付等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并將數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、三維模型3類。

3.2" " 智能供應(yīng)鏈

智能供應(yīng)鏈主要包括：物資材料編碼、物資采購智能管控和采辦數(shù)據(jù)交付三大類標(biāo)準(zhǔn)。目前國家管網(wǎng)集團(tuán)已建立了油氣管道物資材料編碼、LNG接收站物資材料編碼和儲(chǔ)氣庫物資材料編碼、油氣管道采辦數(shù)據(jù)交付等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3" " 智能工地

智能工地標(biāo)準(zhǔn)主要包括：智能工地建設(shè)指南、施工數(shù)據(jù)采集及交付、違章智能識別技術(shù)、無損檢測智能評片技術(shù)、環(huán)焊縫質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析、無人機(jī)巡檢等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前國家管網(wǎng)集團(tuán)已全面推廣應(yīng)用智能工地，搭建了智能工地平臺，對施工現(xiàn)場進(jìn)行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控，對施工數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，配套建立油氣儲(chǔ)運(yùn)工程智能工地建設(shè)指南、油氣管道工程施工數(shù)據(jù)交付、LNG接收站工程施工數(shù)據(jù)交付、儲(chǔ)氣庫工程施工數(shù)據(jù)交付等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3.4" " 項(xiàng)目管理

項(xiàng)目管理標(biāo)準(zhǔn)主要包括：工程項(xiàng)目管理平臺、項(xiàng)目文件編碼、項(xiàng)目結(jié)構(gòu)編碼、組織分解、工作分解、實(shí)體分解、智慧管網(wǎng)監(jiān)理、施工資源管理準(zhǔn)則、竣工資料電子化等。目前國家管網(wǎng)集團(tuán)已全面應(yīng)用信息化技術(shù)對項(xiàng)目人員、材料、設(shè)備、體系進(jìn)行管理，配套建立了知識庫、典型案例庫、人員庫、材料庫、竣工資料電子化等企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4" " 結(jié)束語

通過智慧管網(wǎng)工程建設(shè)現(xiàn)狀分析及標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)研究，得出以下結(jié)論：

1）智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循先進(jìn)性、系統(tǒng)性、科學(xué)性、實(shí)用性的原則；

2）智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)模型可分為對象、時(shí)間以及互操作三個(gè)維度；

3）智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)可分為數(shù)字化設(shè)計(jì)、智慧供應(yīng)鏈、智能工地、管理信息化4部分，與實(shí)際工程建設(shè)分階段開展智慧管道建設(shè)相匹配，可有效指導(dǎo)工程實(shí)踐。

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作者簡介：

楊" " 旸（1989—），男，四川南充人，高級工程師，2012年畢業(yè)于西南石油大學(xué)過程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事智慧管網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)、油氣管道工程數(shù)字化移交研究工作。

Email：yangyang06@pipechina.com.cn

收稿日期：2024-05-09