管道全生命周期數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)

李麟 西之華(中國石油天然氣管道工程有限公司 河北 廊坊 065000)

1 引言

近年來，國際油氣儲運(yùn)設(shè)施建設(shè)總體處于高峰期，市場潛力巨大，為我國石油管道建設(shè)企業(yè)國際化提供了難得的市場機(jī)遇,且國內(nèi)油氣管網(wǎng)建設(shè)已由高峰期轉(zhuǎn)向成熟期，隨著西氣東輸一線、西氣東輸二線、西部原油成品油管道、蘭州-鄭州-長沙成品油管線、陜京一線至陜京三線、中緬天然氣管道、中亞天然氣管道等油氣管網(wǎng)的建設(shè)完工，形成了國內(nèi)能源管網(wǎng)大動脈，基礎(chǔ)干線管網(wǎng)建設(shè)已趨于穩(wěn)定。在該背景下，要求石油管道工程建設(shè)單位調(diào)整發(fā)展思路，兼顧國內(nèi)管道建設(shè)同時(shí)，積極開拓海外市場，并在該過程中結(jié)合自身優(yōu)勢將設(shè)計(jì)、建設(shè)、管理等水平提高，并且提出有自身特點(diǎn)及市場競爭力的管理方法、設(shè)計(jì)技術(shù)。

油氣管道設(shè)計(jì)工作在管道建設(shè)、運(yùn)維階段為所有工作的源頭，有著舉足輕重的作用，因此從設(shè)計(jì)階段入手探尋新方法、新技術(shù)對提高自身技術(shù)管理水平，縮小與國際石油管道工程建設(shè)單位技術(shù)的差距及開拓國際化市場具有十分重要的意義，并且設(shè)計(jì)管理水平的進(jìn)步對于石油管道建設(shè)單位節(jié)約內(nèi)部開支，增收企業(yè)效益有其自身便捷性和易實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。

油氣管道全生命周期管理是石油、化工、水利、電力等行業(yè)未來建設(shè)管理發(fā)展趨勢，本文從油氣管道全生命周期管理入手，簡述了油氣管道全生命周期數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)的理念，同時(shí)對該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行了解釋，并總結(jié)性提出要重視油氣管道全生命周期數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)，以信息化、數(shù)據(jù)化為核心開展整體技術(shù)管理工作。

中國文獻(xiàn)中較早記載染發(fā)的歷史人物，是公元1世紀(jì)的王莽。王莽53歲篡奪王位后，自封為“新朝”皇帝。當(dāng)他68歲時(shí)，天下大亂，各地起義連綿不絕，風(fēng)起云涌。面對綠林軍的大舉進(jìn)軍，王莽不甘心失敗，作最后的抵抗。為了穩(wěn)定民心，讓人看到自己還很年輕，身板還很硬朗，還有足夠的精力來穩(wěn)定政局，力挽狂瀾，應(yīng)付農(nóng)民起義軍，經(jīng)過搜索枯腸，王莽想到了通過大辦婚禮來粉飾太平的法子。經(jīng)過層層篩選，王莽最后選定杜陵史家的女兒為皇后，聘黃金三萬斤，車馬奴婢雜帛珍寶以巨萬計(jì)。

按比例分配與一到五年級學(xué)生接觸到的平均分配截然不同，學(xué)生一時(shí)難以接受。所以我在問題解決第一、二課時(shí)，除了引導(dǎo)學(xué)生自主探索出按比例分配問題的常用三種解決方法(列方程，常規(guī)解法，分?jǐn)?shù)解法），還重在引導(dǎo)學(xué)生找到新舊知識的聯(lián)系，讓學(xué)生認(rèn)識到，以前我們所學(xué)的平均分也是一種按比例分配，只不過它是一種特殊的按比例分配，是按1∶1分配，是每份分得一樣多。按比例分配是平均分的拓展，平均分是按比例分配的特例，讓學(xué)生體會兩者之間的辯證關(guān)系。

2 管道全生命周期管理

從管道建設(shè)方案階段開始分析，首先需要對市場需求進(jìn)行調(diào)研、調(diào)研技術(shù)條件等滿足后，對財(cái)務(wù)可行性指標(biāo)分析(需要考慮資金的時(shí)間價(jià)值)，主要包括該管道建設(shè)的靜態(tài)回收期、總投資收益率、凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率等。核算總投資是需要對該設(shè)備清單進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以設(shè)備清單編制對應(yīng)的設(shè)備清單及概預(yù)算清單，從此時(shí)開始就應(yīng)當(dāng)建立相應(yīng)的文檔作為記錄手段，將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)記錄，并納入數(shù)據(jù)庫，主要有設(shè)備的基本情況(主要為設(shè)備編號、設(shè)備類型、價(jià)格)；初步設(shè)計(jì)階段主要關(guān)注設(shè)備與采購相關(guān)的技術(shù)屬性要求(主要為設(shè)備編號、壓力等級、量程、精度等)；施工圖階段設(shè)備已完成訂貨此時(shí)主要關(guān)注的為設(shè)備的實(shí)際信息(主要為設(shè)備編號、產(chǎn)品型號、生產(chǎn)廠家等)；采辦階段主要為設(shè)備物資移交信息做準(zhǔn)備其中包含設(shè)備的技術(shù)屬性和產(chǎn)品信息(主要為設(shè)備編號、出廠編號、產(chǎn)地、設(shè)計(jì)壽命、出廠時(shí)間等)；施工階段在設(shè)計(jì)采辦的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)上主要關(guān)注設(shè)備安裝后的初次檢驗(yàn)信息(主要為設(shè)備編號、校驗(yàn)時(shí)間、校驗(yàn)結(jié)果)；待運(yùn)維階段主要關(guān)注運(yùn)行周期內(nèi)該設(shè)備的使用情況(主要為設(shè)備編號、維護(hù)信息)；回收階段該階段為管道全生命周期結(jié)束后，對該設(shè)備做相應(yīng)的處理和記錄(主要為設(shè)備編號、處理方式、物資流向)。

圖1 管道全生命周期管理示意圖

3 數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)

目前油氣管道全生命周期數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)已在多條輸氣管道設(shè)計(jì)上應(yīng)用，其整體業(yè)務(wù)構(gòu)架及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型主要基于三個(gè)方面:線路工程，站場工程和經(jīng)濟(jì)分析等范圍，各專業(yè)采用的數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件及數(shù)據(jù)間的交互構(gòu)成了多專業(yè)協(xié)同的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺設(shè)計(jì)技術(shù)。

(1)鼓勵(lì)大學(xué)生走入鄉(xiāng)村擔(dān)任村官，運(yùn)用自己在大學(xué)里學(xué)到的知識，使鄉(xiāng)村發(fā)展適應(yīng)時(shí)代需要.這樣可以改善目前農(nóng)村干部文化程度低、信息技術(shù)運(yùn)用水平不高的現(xiàn)狀，使鄉(xiāng)村發(fā)展緊跟時(shí)代步伐.

管道全生命周期管理是指管道從需求、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、采購、建設(shè)、運(yùn)行、使用、維修、保養(yǎng)、直至報(bào)廢或回收再利用處置的全生命周期中的信息與過程。對于管道類實(shí)體，它是一種技術(shù)，也是一種建設(shè)理念，它支持并行設(shè)計(jì)、制造，通過先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或軟件為實(shí)現(xiàn)手段(如圖1所示)。

經(jīng)過統(tǒng)計(jì)和分析(如圖2所示)管道全生命周期管理開始于設(shè)計(jì)階段，并且設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型數(shù)量及比重最大，該部分?jǐn)?shù)據(jù)為今后各階段數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，以PLM數(shù)據(jù)庫為管道運(yùn)維提供了完整的數(shù)據(jù)模型，為后期建設(shè)、運(yùn)維提供了大量可檢索、復(fù)用的數(shù)據(jù)環(huán)境，相對于傳統(tǒng)的紙質(zhì)材料，信息利用的便捷性大大提高。

圖2 各階段的關(guān)鍵數(shù)據(jù)項(xiàng)所占比重

4 管道全生命周期數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用

4.1 整體構(gòu)架

數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)以統(tǒng)一建立的PBS(Project Break?down Structure 項(xiàng)目分解)、WBS(Work Breakdown Structure 工作任務(wù)分解)體系與管道標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建了“管道全生命周期信息化業(yè)務(wù)”的兩條基本主線。該技術(shù)與上世紀(jì)末繪圖方式的革命——繪圖板設(shè)計(jì)向計(jì)算機(jī)制圖的轉(zhuǎn)變相似，但其設(shè)計(jì)技術(shù)的變革更進(jìn)一步。

設(shè)計(jì)單位通過構(gòu)建基于管道全生命周期數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺和管理平臺為PLM(Pipeline Life Mangement管道生命周期管理又稱管道全生命周期管理)業(yè)務(wù)提供了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與成果；同時(shí)將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)逐步流轉(zhuǎn)至采辦、施工、運(yùn)維方。各方在設(shè)計(jì)所提供的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)不斷的完善、添加，最終形成基于管道全生命周期管理的數(shù)據(jù)庫。對于設(shè)計(jì)而言，數(shù)據(jù)的不斷添加和完善對于設(shè)計(jì)工作的檢驗(yàn)和今后的再設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)支持、進(jìn)一步提高了設(shè)計(jì)和服務(wù)水平。

4.2 站場工程設(shè)計(jì)平臺技術(shù)

4.6.1.從管道全生命周期管理開始階段保證數(shù)據(jù)模型的客觀真實(shí)性，從設(shè)計(jì)階段開始創(chuàng)建數(shù)據(jù)源至運(yùn)行階段數(shù)據(jù)的最終完善，該過程都是在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的要求下建立的，各階段均無法對業(yè)務(wù)流程外數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，對業(yè)務(wù)流程內(nèi)數(shù)據(jù)的修改能夠通過數(shù)據(jù)的版次及歷史記錄進(jìn)行查詢和比對；

生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)平臺技術(shù)主要以流程繪圖軟件、儀表自控軟件、電力設(shè)計(jì)軟件、三維繪圖軟件、材料管理軟件及信息管理軟件為依托，涉及工藝、儀表、電力、消防/給排水、暖通、熱工、陰保、配管、設(shè)備等專業(yè)。上述專業(yè)在設(shè)計(jì)過程中由工藝專業(yè)為龍頭通過信息管理軟件將結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與下游專業(yè)分享，下游專業(yè)接收數(shù)據(jù)后開展各自專業(yè)的工作，整體完成工作后將數(shù)據(jù)返回信息管理軟件，通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口流轉(zhuǎn)至信息管理平臺，然后將該部分?jǐn)?shù)據(jù)及模型提交給業(yè)主，真正意義上做到了數(shù)據(jù)的一次錄入多次使用。

輔助用房設(shè)計(jì)平臺技術(shù)主要采用建筑類三維軟件、結(jié)構(gòu)類計(jì)算軟件、負(fù)荷計(jì)算軟件及建筑性能分析類軟件構(gòu)成，以建筑三維軟件作為專業(yè)建?；A(chǔ)，建筑、結(jié)構(gòu)、儀表、電力、通信、設(shè)備等專業(yè)在建筑物內(nèi)部進(jìn)行實(shí)體設(shè)計(jì)工作，并最終在該平臺上進(jìn)行數(shù)據(jù)及模型輸出。

線路工程設(shè)計(jì)平臺技術(shù)基于AcrGIS技術(shù)平臺與AutoCAD技術(shù)平臺，涉及勘察、線路、線路通信、水工保護(hù)、穿跨越、陰極保護(hù)專業(yè)。該平臺統(tǒng)一了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、搭建了對應(yīng)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)路、建立了WebGIS平臺，完善了設(shè)計(jì)知識庫及線路數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)并且實(shí)現(xiàn)了勘察測量數(shù)字化，形成了基于項(xiàng)目PBS體系的、符合數(shù)據(jù)定義標(biāo)準(zhǔn)的線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，并且達(dá)到了通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊，半自動設(shè)計(jì)自動計(jì)算穿越長度，并將最終成果錄入數(shù)據(jù)庫的水平。

4.3 線路工程設(shè)計(jì)平臺技術(shù)

從站場工程上能夠完成多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，并按照需求統(tǒng)一從模型中提取需要的圖紙或數(shù)據(jù)。

并且線路數(shù)據(jù)均能夠通過Map關(guān)系直接移交至關(guān)系數(shù)據(jù)庫。

4.4 經(jīng)濟(jì)分析平臺技術(shù)

從全生命周期的角度考慮，經(jīng)濟(jì)分析在管道建設(shè)的前期非常重要，是判斷是否進(jìn)行管道建設(shè)的重要階段，對此，將經(jīng)濟(jì)的范疇涵蓋在全生命周期中非常必要，以滿足建設(shè)期各階段費(fèi)用信息的信息化計(jì)算和信息傳承，形成費(fèi)用信息流，以定額庫WBS編碼、物料編碼為核心從可研階段的估算軟件、初設(shè)階段的概算軟件到生成工程量清單、項(xiàng)目結(jié)束后進(jìn)行工程結(jié)算，將數(shù)據(jù)形成了環(huán)裝流轉(zhuǎn)，并能夠做到前后不同階段的對比工作。

以上數(shù)據(jù)表明，四省市之間ESI高被引論文和熱點(diǎn)論文的產(chǎn)出和占比存在較大的差距。其中，江蘇省穩(wěn)居四省區(qū)第一位，廣東省的ESI高被引論文和熱點(diǎn)論文產(chǎn)出排第二位，遠(yuǎn)高于北京市和上海市，但與江蘇省相比，還存在較大的差距，熱點(diǎn)論文數(shù)僅為江蘇省的一半，高被引論文則不足江蘇省的一半；此外，廣東省的ESI高被引論文產(chǎn)出率也不及上海市?？梢?，廣東省自然科學(xué)基金資助SCI論文質(zhì)量有待進(jìn)一步提升。

4.6 先進(jìn)性和創(chuàng)新性

管道站場工程設(shè)計(jì)包括生產(chǎn)設(shè)施設(shè)計(jì)和輔助用房設(shè)計(jì)等。

4.6.2.將設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化，避免了非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非編碼工廠結(jié)構(gòu)各階段數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、避免工廠結(jié)構(gòu)編碼差異造成數(shù)據(jù)不可溯源，提高了數(shù)據(jù)的完整性和可靠性；從項(xiàng)目開始籌備至項(xiàng)目運(yùn)行直到管道運(yùn)行壽命的結(jié)束所有管道內(nèi)單體、設(shè)備均有代碼及編號，在業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)過程及環(huán)節(jié)中無論管理實(shí)體的變化或空間、時(shí)間的改變，均能夠通過唯一的編碼機(jī)制進(jìn)行實(shí)體結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的溯源；

A：因?yàn)閯?chuàng)業(yè)人做的是奢侈品的包裝，客戶提出的要求比普通客戶要高很多，超前很多，所以創(chuàng)業(yè)人的技術(shù)也要走在行業(yè)的前列。如今，創(chuàng)業(yè)人與客戶聯(lián)合開發(fā)產(chǎn)品，客戶提出需求與想法，我們想方法幫其實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，創(chuàng)業(yè)人自身也有科研計(jì)劃，每年我們會定一些指標(biāo)，讓研究人員自由地發(fā)揮，開發(fā)新技術(shù)與新材料。這些新工藝、新材料研制成功后，會被寄到世界各地的高端用戶手中，供其參考使用。

4.6.3.通過設(shè)計(jì)階段對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模型的統(tǒng)一約束及規(guī)定，做到了數(shù)據(jù)的一次錄入各階段、各使用方的多次利用，提高了數(shù)據(jù)使用的效率，通過數(shù)據(jù)的移交、傳遞減少了數(shù)據(jù)錄入降低了錄入、核對、校驗(yàn)等綜合管理成本；不同階段的數(shù)據(jù)均來自于管道全生命周期管理數(shù)據(jù)庫，從設(shè)計(jì)階段開始到采辦、施工、運(yùn)行達(dá)到了數(shù)據(jù)的共享，取用、完善、再共享；

為了加強(qiáng)航海類學(xué)生的畢業(yè)實(shí)習(xí)保障，學(xué)校應(yīng)該嚴(yán)格審核學(xué)生實(shí)習(xí)企業(yè)的資質(zhì)，選擇實(shí)力雄厚、發(fā)展前景好、員工福利待遇高的航海企業(yè)進(jìn)行合作，同時(shí)加強(qiáng)對學(xué)生的勞動權(quán)益教育培訓(xùn)，可以邀請航運(yùn)企業(yè)專家到校，給學(xué)生講解相關(guān)的勞動保護(hù)知識，或者通過宣傳櫥窗、印刷宣傳冊等，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)法律法規(guī)，豐富學(xué)生的權(quán)益保護(hù)知識，同時(shí)調(diào)整學(xué)生的實(shí)習(xí)心態(tài)，使學(xué)生敢于拿起法律武器來保護(hù)自身的權(quán)益。

4.7 易推廣

在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)要求的規(guī)則驅(qū)動下能夠保證個(gè)信息化系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層面的協(xié)同和共享，提高了全管到生命周期管理過程階段整體效率；由于定制了數(shù)據(jù)規(guī)則，給數(shù)據(jù)統(tǒng)一的約束，保證數(shù)據(jù)的客觀性、真實(shí)性、統(tǒng)一性達(dá)到了數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過程中的一次錄入多次利用，便于推廣更及應(yīng)用后整體效率的提高。

5 結(jié)語

綜上所述設(shè)計(jì)是全生命周期管理的源頭，是工程信息的最初締造者、所涉及的結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)是最多的、最重要的，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)也是最容易的，所以設(shè)計(jì)信息是全生命周期主要的信息來源。數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)能夠?yàn)楣こ毯罄m(xù)階段提供可靠的保障，因此管道全生命周期管理的發(fā)展，應(yīng)重視管道全生命周期數(shù)字化平臺設(shè)計(jì)技術(shù)的核心作用，將各種軟件、設(shè)計(jì)手段的發(fā)現(xiàn)為依托，實(shí)現(xiàn)以數(shù)據(jù)化、信息化為核心的管道全生命周期管理。

[1]王鵬,張效銘.以設(shè)計(jì)為源頭的管道全生命周期管理模式探索[J].2014(12):91-92.