摘  要： 結(jié)合西部管道工程開展“數(shù)字化管道”建設(shè)的實踐經(jīng)驗，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，為長輸管道建設(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年美國前副總統(tǒng)戈爾提出了“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 國內(nèi)外數(shù)字化管道技術(shù)現(xiàn)狀
　　美國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)；美國管道安全局已建立NPMS(National Pipeline Mapping System)國家管道地圖系統(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，制作全國的天然氣輸送管線的地圖，目前其管網(wǎng)長度已超過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的資料庫中，并向用戶提供GIS數(shù)據(jù)。
　　  在國內(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)管道運營商已經(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營商持續(xù)地對管道潛在的風(fēng)險因素進(jìn)行識別和評價，并采取相應(yīng)的風(fēng)險控制對策，將管道運行的風(fēng)險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價專業(yè)公司的評價流程如圖1所示，從中可了解國外管道完整性評價的程序和內(nèi)容[1]。

　　從圖1可以看出，完整性管理需要大量真實、詳盡的管道本體(包括線路、站場、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)作為分析評價的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)涵蓋管道可研、勘察、設(shè)計、施工和運營的全生命周期的數(shù)據(jù)，以及管道周邊自然、地理、人文環(huán)境數(shù)據(jù)。運用先進(jìn)的技術(shù)手段(如GIS等)實現(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)計和材料、操作系統(tǒng)和運營過程、應(yīng)力腐蝕開裂等基本失效模式為特征的統(tǒng)計分析和安全監(jiān)控管理信息系統(tǒng)，建立可以適應(yīng)未來評價需要的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和基本程式，搭建數(shù)據(jù)共享平臺。
　　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、施工、竣工到運營的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲和管理，并且在運營階段及時更新管道屬性數(shù)據(jù)和運營維護(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價提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
1.2.2 GIS技術(shù)
　　  地理信息系統(tǒng)(GIS)是一種利用計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)采集、處理、存儲、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)，是一門涉及測繪學(xué)、環(huán)境學(xué)、計算機(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)品可以用計算機(jī)實現(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、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。在國際市場上，占據(jù)市場主導(dǎo)地位的國外GIS軟件有ArcGis、GeoMedia、MapInfo、SmallWorld、MGE、MICROSTATION等，國內(nèi)的GIS軟件有MAPGIS、SuperMap、GeoStar等。
2 系統(tǒng)需求分析及方案設(shè)計
2.1 西部管道工程簡介
　　  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，對構(gòu)建我國西部地區(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鮮明特色。全線站場實現(xiàn)“有人值守，無人操作，遠(yuǎn)程控制”。如何使這樣一個工藝復(fù)雜、技術(shù)先進(jìn)、設(shè)備精良的長距離管道系統(tǒng)高效運轉(zhuǎn)，將是運營期面臨的嚴(yán)峻課題。
  　　管道建設(shè)屬于隱蔽工程，承接工程項目的單位分布在全國各地，工程實施人員流動性較高。如果在施工過程中不對管道施工數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行及時采集，待管道建成投產(chǎn)后，按照傳統(tǒng)的資料管理方式，項目竣工后為業(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。即使后期采用探測手段對部分?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，同時耗費的人力、物力成本也將成倍增加。
　　  近幾年，管道完整性評價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重要管理內(nèi)容，而完整性管理需要大量真實、詳盡的管道本體(包括線路、站場、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)作為分析評價的基礎(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、施工、竣工到運營的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲和管理，并且在運營階段及時更新管道屬性數(shù)據(jù)和運營維護(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價提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
　　  建設(shè)數(shù)字化管道是滿足管道運營階段生產(chǎn)管理的迫切需要，是管道完整性評價與完整性管理的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，是提高管道運營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
2.3.1 基礎(chǔ)構(gòu)架
　　  由于長輸管線的特點及數(shù)字管道的全生命周期管理的要求，系統(tǒng)用戶在時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)運營的全生命周期，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，實現(xiàn)管道空間走向圖和地下縱斷面圖的自動生成和相互對照。
　　  (2)可研管理系統(tǒng)：管理可研、評估報告電子資料的數(shù)據(jù)入庫和查詢檢索。
  　　(3)勘察管理系統(tǒng)：管理勘察電子資料的數(shù)據(jù)入庫和查詢檢索。
　　  (4)設(shè)計管理系統(tǒng)：管理設(shè)計說明書、圖紙等電子資料的數(shù)據(jù)入庫和查詢檢索。
  　　(5)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：對管道施工過程中的線路工程、穿越工程、站場工程、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、校驗、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)入庫和查詢檢索。
  　　(7)與工程信息平臺、工程計劃管理項目管理系統(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、儲運技術(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。從滿足管道運營管理的要求出發(fā)，依據(jù)管道設(shè)計、施工和竣工驗收規(guī)范，參考國際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、核對和審批的質(zhì)量保證體系，實現(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、準(zhǔn)確、及時、完整地進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，為長距離輸送管道的勘察設(shè)計和生產(chǎn)運營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)實用的數(shù)字化系統(tǒng)
　　  針對施工單位現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的特點，組織中油龍慧公司設(shè)計開發(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個子系統(tǒng)的建設(shè)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)錄入、檢查、審批、查詢、統(tǒng)計以及可視化展示等多項功能，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)計及施工等各階段的數(shù)據(jù)庫
　　  利用數(shù)字化系統(tǒng)對施工過程中產(chǎn)生的線路工程、穿越工程、站場工程、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)計方面，利用衛(wèi)星遙感與航拍數(shù)字?jǐn)z影測量技術(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，綜合分析線路長度、征地、施工難度、施工賠償?shù)纫蛩兀嘟嵌冗M(jìn)行管道線路優(yōu)化和施工圖設(shè)計，減少由于設(shè)計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)計及施工圖設(shè)計的成果全部入庫，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)場施工方面，施工單位和檢測單位對施工現(xiàn)場的線路、穿越、站場、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)校驗及自動比對功能，檢查施工單位上報的各項數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性及一致性，防止出現(xiàn)竣工資料與實際情況不符、管道線位不準(zhǔn)、管道技術(shù)數(shù)據(jù)錯誤等問題，為西部管道的運營管理提供真實準(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，實現(xiàn)對工程參建隊伍、各標(biāo)段基本情況、施工計劃、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現(xiàn)電子公文收發(fā)和無紙化辦公。自動匯總生成工程進(jìn)度、質(zhì)量等過程控制報表，并用地理信息系統(tǒng)等圖形化的方式展示。通過設(shè)計數(shù)據(jù)與施工過程數(shù)據(jù)的對比查詢功能，保證施工單位嚴(yán)格按照設(shè)計線路走向施工，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劃，實現(xiàn)對巡線人員的實時監(jiān)督管理，準(zhǔn)確及時地定位發(fā)現(xiàn)事故點位置，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、永登支線設(shè)計、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)和運營管理水平的大課題，本文僅是結(jié)合西部管道工程開展“數(shù)字化管道”建設(shè)的實踐經(jīng)驗，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)和運營階段應(yīng)用的不斷深入，對傳統(tǒng)管道建設(shè)和管理方法將帶來一次深層次的變革。
參考文獻(xiàn)
[1] 楊祖佩，王維斌.油氣管道完整性管理體系研究進(jìn)展[J]. 油氣儲運，2006，25(8).