復(fù)雜環(huán)境下移動式輸油管線運(yùn)力測算模型研究

廖 微， 伊 鳴， 戴 健

（1. 北京油料研究所 北京102300； 2. 中國人民解放軍65133 部隊 遼寧 沈陽 110043）

現(xiàn)階段，特殊環(huán)境的移動式輸油管線運(yùn)力設(shè)計及鋪設(shè)方案的制定依賴于人工經(jīng)驗(yàn)，制定出的鋪設(shè)方案往往與實(shí)際鋪設(shè)情況差距較大， 嚴(yán)重影響了輸油管線的機(jī)動性和保障效能，同時消耗了大量的人力物力[1]。

針對上述問題，本文旨在通過利用地理信息、運(yùn)籌學(xué)、數(shù)學(xué)建模等技術(shù)，構(gòu)建符合實(shí)際需要的運(yùn)力測算模型，輔助作業(yè)人員生成展開鋪設(shè)方案，滿足不同環(huán)境下移動式輸油管線快速展開需要，從而提高移動式輸油管線鋪設(shè)效率。

1 運(yùn)力設(shè)計流程分析

完成移動式管線工藝設(shè)計后，進(jìn)入鋪設(shè)實(shí)施階段，此時需要系統(tǒng)提供管線鋪設(shè)的工程管理功能， 包括運(yùn)力測算、資源分配、工程安排、車輛運(yùn)輸和進(jìn)度控制等，為用戶提供最優(yōu)的展開鋪設(shè)方案，合理布局人力物力資源。

移動式運(yùn)力計算流程如圖1 所示， 包括工作量計算、分組計算和運(yùn)力計算3 部分：

2 工作量計算模型的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

1）鋪設(shè)方式分析:常用的輸油管線鋪設(shè)作業(yè)方式分為3種：鋪管車、布管車和人工。 鋪管車鋪設(shè)的使用條件[2]：道路轉(zhuǎn)彎半徑大于120 m、路面寬度大于8 m、橫向坡度10°以內(nèi)；布管車鋪設(shè)的使用條件[3]：路面寬度6 m 以上、雙向通行；人工鋪設(shè)適用于所有作業(yè)條件。 通過北斗測量設(shè)備對管線鋪設(shè)作業(yè)區(qū)域進(jìn)行放樣測量， 然后對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維處理，并進(jìn)行采樣分析，從而生成不同道路的鋪設(shè)作業(yè)方式[4]。

2）環(huán)境影響因子:機(jī)械和人工運(yùn)力的作業(yè)效率受環(huán)境影響較大。 根據(jù)實(shí)際作業(yè)分析，溫度、晝夜、地形、沼澤、植被、是否污染區(qū)等條件是影響環(huán)境的關(guān)鍵因子[5]。 項(xiàng)目組通過反復(fù)試驗(yàn)設(shè)計一套多因子的環(huán)境參數(shù)模型做為設(shè)計基礎(chǔ)。 當(dāng)用戶在不同地形條件下應(yīng)用時， 根據(jù)實(shí)際影響因子進(jìn)行參數(shù)選擇，會返回相應(yīng)的因子參數(shù),通過各環(huán)境因子參數(shù)求積，得出實(shí)際人工或機(jī)械鋪設(shè)效率。

3 分組計算模型的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

對鋪設(shè)作業(yè)方式和鋪設(shè)作業(yè)效率分析完成后，即可進(jìn)入分組計算階段，分組計算目的是為了計算管線所消需的人力和作業(yè)車輛數(shù)據(jù)以及如何對管線鋪設(shè)人員的優(yōu)化分組。 分析流程如圖2 所示。

圖1 運(yùn)力計算流程Fig. 1 Process design of capacity

圖2 分組計算流程Fig. 2 Process of grouping calculation

1）設(shè)計每組的鋪設(shè)線路:分組信息調(diào)整完成后，系統(tǒng)自動計算每個組的施工段，并在電子地圖上顯示。 計算方式為將所有的工作量除以分組數(shù)為每個組的工作量， 從起點(diǎn)開始，每個采樣距離的工作量依次相加，直至達(dá)到該組的工作量要求。 2）計算需要分組情況:用戶輸入工期后，系統(tǒng)格局線路的工作量自動計算需要鋪設(shè)組的數(shù)量。 計算依據(jù)為在保證工期的情況下，使用最少的工作組完成線路鋪設(shè)工作。 3）調(diào)整分組:根據(jù)自動分組的情況，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況對分組信息進(jìn)行調(diào)整，使分組信息更符合工作需要。

4 運(yùn)力籌劃模型的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

運(yùn)力籌劃設(shè)計是為了得到每個裝備運(yùn)輸車輛從裝備堆垛點(diǎn)的出發(fā)時間、行駛路徑、返程路徑，從而求得整個展開鋪設(shè)階段的詳細(xì)作業(yè)流程，如圖3 所示。

圖3 車輛運(yùn)力籌劃模型Fig. 3 The capacity planning model

根據(jù)求得的各組鋪設(shè)速度、 用戶輸入的運(yùn)輸車行駛速度、裝備堆垛點(diǎn)利用GIS 最短路徑分析模型求得最優(yōu)路徑[6]。然后根據(jù)計算得出的最優(yōu)路徑、車輛行駛速度、吊裝時間、工作組休息時間，制定每天的鋪設(shè)計劃[7]。

工作量信息和分組信息確定后， 就可以進(jìn)行運(yùn)力計算。步驟如下：

1）設(shè)定鋪設(shè)開始時間。 用戶首先設(shè)定開始鋪設(shè)的日期，以后所有的日期安排均以此日期為基準(zhǔn)。

2）對每組分別進(jìn)行運(yùn)力計算。 遍歷每個組，對每個組分別作運(yùn)力計算。 對于每個組的運(yùn)力計算均包括以下流程。

3）確定采樣距離內(nèi)的鋪設(shè)方式和速度。 在該組的施工段內(nèi)，讀取采樣距離單位下的鋪設(shè)（布管、和鋪管）方式和速度和鋪設(shè)時間。

4）計算每段距離內(nèi)需要的管件數(shù)量。 根據(jù)裝備計算的信息獲取采樣距離內(nèi)需要的管件數(shù)量。

5）計算運(yùn)輸車輛?？康攸c(diǎn)和時間。 根據(jù)運(yùn)輸車輛裝載管件的數(shù)量及鋪設(shè)時間首先計算運(yùn)輸車輛到達(dá)的位置及時間要求， 再根據(jù)倉儲地點(diǎn)到達(dá)位置的道路信息計算運(yùn)輸時間，可以估算運(yùn)輸車輛的出發(fā)時間、到達(dá)地點(diǎn)及到達(dá)時間等信息。

6）計算布管、鋪管車輛使用的時間和地段。 從系統(tǒng)中讀取從系統(tǒng)中讀取采用機(jī)械鋪管、布管方式的采樣段信息，并確定布管、鋪管車輛的使用時間和地點(diǎn)。 采用機(jī)械鋪管、布管方式的采樣段信息，并確定布管、鋪管車輛的使用時間和地點(diǎn)。

7）計算人工鋪設(shè)的時間和地段。 從系統(tǒng)中讀取采用人工鋪管、布管方式的采樣段信息，人工鋪管、布管的時間和地點(diǎn)。

8）全部線路的工期計劃。 根據(jù)以上信息可以得到所有分組的施工計劃及運(yùn)力安排。

5 結(jié)束語

以文中所描述的運(yùn)力測算模型為基礎(chǔ)，項(xiàng)目組研制了一套移動式輸油管線運(yùn)力測算輔助系統(tǒng)，并在新疆、西藏等復(fù)雜環(huán)境條件下進(jìn)行了移動式輸油管線實(shí)際鋪設(shè)作業(yè)試驗(yàn)。 通過試驗(yàn)分析，該測算模型較原人工算法，展開鋪設(shè)效率提高30%以上，每100 公里移動式輸油管線節(jié)約經(jīng)費(fèi)20～30 萬元。

[1] 蒲家寧. 輸油管道新理論與新技術(shù)[M]. 北京:科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2002.

[2] 尹旭，李平，李貞培. 基于ERDAS和ArcGIS的數(shù)字管道系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[J]. 管道技術(shù)與設(shè)備，2010（5）:2－3.

YIN Xu，LI Ping，LI Zhen-pei. Design and implentation of digital pipeline system based on erdas and arcgis[J]. Pipeline Technology and Eguipment，2010（5）:2－3.

[3] 蔣華義. 輸油管道設(shè)計及管理[M]. 北京：石油工業(yè)出版社2010.

[4] 中國石油天然氣集團(tuán)公司.GB50253－2006. 輸油管道工程設(shè)計規(guī)范[S]. 北京:中國計劃出版社，2006.

[5] 袁恩熙 工程流體力學(xué)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2010.

[6] 王博，王榮敏，孟鵬，等. 長慶油田黃土濕陷地區(qū)管道設(shè)計技術(shù)與發(fā)展趨勢[J]. 內(nèi)蒙古石油化工，2010（4）:47－48.

WANG Bo，WANG Rong-min，MENG Peng，et al. Changqing Oilfield loess collapsibility design technology and development trend of Area Pipeline[J]. Nei Monggol Petroleum Chemical Industry，2010（4）:47－48.

[7] 曾勇捷. 等溫長輸油管道的工藝設(shè)計[J]. 石油和化工設(shè)備，2010（6）:33－34.

ZENG Yong-jie. Process design temperature of pipeline[J].Petroleum and Chemical Equipment，2010（6）:33－34.