管道完整性數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究進(jìn)展與發(fā)展對(duì)策

史建峰，王曉霖，帥 健

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順113001；2.中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院，遼寧 撫順113001；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京)機(jī)電工程學(xué)院，北京102249）

管道完整性數(shù)據(jù)管理技術(shù)的研究進(jìn)展與發(fā)展對(duì)策

史建峰1,2，王曉霖2，帥 健3

（1.遼寧石油化工大學(xué)，遼寧 撫順113001；2.中國(guó)石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院，遼寧 撫順113001；3.中國(guó)石油大學(xué)（北京)機(jī)電工程學(xué)院，北京102249）

概述了管道完整性管理中完整性數(shù)據(jù)管理的研究進(jìn)展及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，重點(diǎn)介紹了管道數(shù)據(jù)模型、管道數(shù)據(jù)采集與整合技術(shù)以及完整性數(shù)據(jù)管理的研究現(xiàn)狀，提出了完整性數(shù)據(jù)管理的發(fā)展對(duì)策和建議。指出，數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展核心，應(yīng)基于我國(guó)管道的基本國(guó)情，不斷加入新技術(shù)、新方法，使完整性數(shù)據(jù)完備、準(zhǔn)確、通用、持續(xù)有效，更好地服務(wù)于管道完整性管理，保證管道安全、長(zhǎng)久的運(yùn)營(yíng)。

管道完整性管理；數(shù)據(jù)管理；研究現(xiàn)狀；發(fā)展對(duì)策

1 概 述

我國(guó)長(zhǎng)輸油氣管道發(fā)展迅速，基本形成了輻射全國(guó)各地的長(zhǎng)輸管道網(wǎng)絡(luò)布局。我國(guó)現(xiàn)有多數(shù)油氣長(zhǎng)輸管道運(yùn)行多年，已進(jìn)入管道安全事故的頻發(fā)期，各大管道運(yùn)行企業(yè)對(duì)于管道完整性管理的重視程度與投入力度不斷加大，法律法規(guī)不斷完善。管道完整性即為管道能有效抵御各種危害因素并保持安全運(yùn)行的能力，以管道安全為最終目的，通過對(duì)復(fù)雜多變的管道風(fēng)險(xiǎn)源與事故受體進(jìn)行反復(fù)識(shí)別與評(píng)價(jià)，盡早發(fā)現(xiàn)并及時(shí)實(shí)施減緩風(fēng)險(xiǎn)因素的應(yīng)急措施，使管道的運(yùn)行過程基本處于可操控狀態(tài)。

管道完整性管理貫穿于管道服役的全過程，完整性數(shù)據(jù)管理是實(shí)施管道完整性管理閉環(huán)流程的第一步，數(shù)據(jù)的完整性直接制約著完整性管理過程后續(xù)階段的高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性分析評(píng)價(jià)等工作結(jié)果的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞直接決定了完整性管理流程的根基是否牢靠，因此極為關(guān)鍵。

對(duì)于一項(xiàng)龐大的長(zhǎng)輸管道工程，管道服役期間的數(shù)據(jù)管理工作特征明顯，分別是：

（1）協(xié)作的用戶種類多。如基層站隊(duì)、地區(qū)分公司、管理處、專業(yè)公司等多個(gè)業(yè)務(wù)部門。

（2）涉及的業(yè)務(wù)類別多。如高后果區(qū)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、巡線、自然災(zāi)害防治、維修維護(hù)、應(yīng)急搶險(xiǎn)、政府協(xié)調(diào)、民眾宣傳等。

（3）專業(yè)信息門類繁雜。如管道本體資料、運(yùn)維記錄、法律法規(guī)、體系文件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)分析、評(píng)價(jià)報(bào)告等。

管道信息的門類繁雜、數(shù)據(jù)保存格式的不一致、各管理單位管理方法和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的差異以及管道資料分散，容易造成部門間信息傳遞不及時(shí)、數(shù)據(jù)信息的重復(fù)采集錄入或無(wú)法實(shí)時(shí)更新等情況，削減了關(guān)鍵數(shù)據(jù)的有效使用率，無(wú)法達(dá)到管道完整性管理的需求，對(duì)管道的高效管理模式造成制約。因此，完整性數(shù)據(jù)管理是保障完整性管理順利進(jìn)行的關(guān)鍵手段。

2 管道完整性數(shù)據(jù)管理

長(zhǎng)輸管道工程具有涉及專業(yè)學(xué)科廣泛、基礎(chǔ)資料多樣、信息來(lái)源種類繁雜、運(yùn)營(yíng)信息動(dòng)態(tài)更新等特點(diǎn)，合理準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理機(jī)制對(duì)后續(xù)的識(shí)別評(píng)價(jià)結(jié)果將產(chǎn)生直接影響，進(jìn)而決定完整性管理模式的可信度水平和實(shí)際應(yīng)用效果。

石油行業(yè)的信息共享趨勢(shì)明顯，特別是管道管理方面的自動(dòng)化水平不斷提高。為滿足當(dāng)前大量油氣管道運(yùn)營(yíng)安全與持續(xù)性建設(shè)的需要，實(shí)施管道完整性管理應(yīng)將對(duì)管道信息數(shù)據(jù)的全方位、全過程采集作為首要任務(wù)來(lái)執(zhí)行。管道完整性管理應(yīng)利用地理信息系統(tǒng)（GIS）和現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為依托，將空間數(shù)據(jù)與實(shí)體數(shù)據(jù)進(jìn)行有效結(jié)合，進(jìn)一步提高完整性管理的智能化水平。

目前我國(guó)長(zhǎng)輸管道數(shù)據(jù)管理工作的專業(yè)程度和基于地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用程度普遍低于國(guó)外先進(jìn)水平，管道管理工作中對(duì)于數(shù)據(jù)資料的管理方式和應(yīng)用程度的要求在不斷提高。數(shù)據(jù)模型的通用性是數(shù)據(jù)管理的前提，數(shù)據(jù)模型必須同時(shí)服務(wù)于不同需求的管道管理者，并能在實(shí)際應(yīng)用中不斷對(duì)模型進(jìn)行拓展優(yōu)化，達(dá)到數(shù)據(jù)管理的最佳效果。完善數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，構(gòu)建科學(xué)合理的管道數(shù)據(jù)采集流程，并結(jié)合數(shù)據(jù)模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、入庫(kù)、管理，將使下一階段的高后果區(qū)識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等環(huán)節(jié)得以有效開展，為完整性管理提供有力支撐。

3 研究進(jìn)展

英國(guó)TRANSCO公司所轄27×104km管道已建立完整性管理組織機(jī)構(gòu)以及完整性管理體系，并投入使用。加拿大TransCanada公司設(shè)立的管道線路完整性部門、設(shè)施完整性部門和數(shù)據(jù)完整性管理部門等協(xié)同合作。美國(guó)Williams Gas公司具有120余人的完整性管理部門，已經(jīng)開發(fā)了60多套完整性管理程序，建立了集合GIS的完整性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)過多年的運(yùn)營(yíng)管理，管道事故率逐年降低。EI Paso管道集團(tuán)擁有北美最大的天然氣管道系統(tǒng)，在公司的完整性管理過程中，每個(gè)部門都能夠共享通用格式的GIS數(shù)據(jù)和完整性數(shù)據(jù)庫(kù)的使用權(quán)限。

中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司成立了相對(duì)完善的完整性管理技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)，如在管道科技中心下設(shè)完整性研究所，負(fù)責(zé)為專業(yè)公司及管道企業(yè)提供完整性管理技術(shù)支持。陜京管道率先啟用了完整性管理體系，管理系統(tǒng)完成了與地理信息系統(tǒng)的集成，可支持基于風(fēng)險(xiǎn)的維護(hù)決策方案的制定，并將整套完整性管理體系應(yīng)用于永唐秦管道的管理工作中。西氣東輸一線的完整性管理引用了APDM數(shù)據(jù)模型完成數(shù)據(jù)管理工作。中海油已經(jīng)成立了專項(xiàng)負(fù)責(zé)完整性管理的工作組，積極開展完整性管理體系建設(shè)和完整性管理工作，如海上設(shè)備設(shè)施、海底管道的完整性管理工作等，已經(jīng)完成部分海底管道的監(jiān)測(cè)和完整性評(píng)估研究。

3.1 管道數(shù)據(jù)模型研究

國(guó)內(nèi)管道數(shù)據(jù)模型的研究已經(jīng)開展多年，不斷有創(chuàng)新性的改進(jìn)思路和解決方法被提出。2006年，程仲元等[1]提出了中國(guó)管道數(shù)據(jù)模型CPDM，對(duì)管理對(duì)象的確定和模型組織方式進(jìn)行了詳細(xì)描述，為地理信息標(biāo)準(zhǔn)化及管道數(shù)據(jù)管理工作提供了借鑒。2008年，賈慶雷等[2]建立了APDM-CH管道模型，模型同時(shí)也包含了貫穿于管道業(yè)務(wù)的站場(chǎng)數(shù)據(jù)模型，并引入管道評(píng)價(jià)指標(biāo)。2009年，王雙等[3]結(jié)合APDM 4.0版本規(guī)范，提出了基于XML實(shí)現(xiàn)初始化APDM模型及對(duì)已有模型自定義修改的實(shí)施方法，保證了APDM模型同關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的順利轉(zhuǎn)換。2011年，張軼[4]設(shè)計(jì)了某天然氣管道和場(chǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)模型，詳細(xì)拆分了動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的分類，使之更加適用于生產(chǎn)管理。王揚(yáng)等[5]根據(jù)油氣管道站場(chǎng)工藝管道的特點(diǎn)建立ISPPDM模型，模型以幾何網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，連接點(diǎn)抽象為接口形式展示，模型描述了站內(nèi)設(shè)備與工藝管道的邏輯聯(lián)通關(guān)系。2013年，于鐵兵等[6]結(jié)合WBS結(jié)構(gòu)及編碼體系，建立管道數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)管道實(shí)體、參數(shù)設(shè)計(jì)和工程建設(shè)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)。

3.2 管道數(shù)據(jù)采集與整合技術(shù)研究

國(guó)外管道運(yùn)營(yíng)十分重視完整性數(shù)據(jù)的采集和存儲(chǔ)，并有專業(yè)的數(shù)據(jù)公司進(jìn)行輔助管理[7]。我國(guó)也在不斷進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與整合的先進(jìn)技術(shù)的研究。

2006年，李興國(guó)[8]給出系統(tǒng)性說明和誤差分析計(jì)算，提出了數(shù)字化管道建設(shè)中提高基礎(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)采集精度的做法。2009年，余海沖等[9]提出了提高定位數(shù)據(jù)精度的優(yōu)化方法。修改APDM 4.0中規(guī)定的中心線測(cè)量方式的屬性，結(jié)合傳統(tǒng)的里程樁和GPS精確測(cè)量，提高了管道中心線的空間位置準(zhǔn)確性。2010年，袁泉等[10]在分析了用常規(guī)方法進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫(kù)時(shí)出現(xiàn)的不符合模型要求的問題后，提出了數(shù)據(jù)三級(jí)入庫(kù)的作業(yè)方法，詳細(xì)劃分管道測(cè)繪數(shù)據(jù)、管道資料數(shù)據(jù)和管道沿線環(huán)境數(shù)據(jù)的不同入庫(kù)流程。劉陽(yáng)燕等[11]提出在數(shù)據(jù)入庫(kù)過程中利用Access數(shù)據(jù)庫(kù)屬性表存儲(chǔ)的方法優(yōu)化管道完整性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)過程，并制定了對(duì)管道模型不同要素?cái)?shù)據(jù)的入庫(kù)流程。2011年，韓小明等[12]利用GIS和GPS技術(shù)將各類管道數(shù)據(jù)整合，獲取管道特征的真實(shí)地理坐標(biāo)，再采用GPS直接放樣特征，實(shí)現(xiàn)整合后的管道數(shù)據(jù)集中查看管道同一位置發(fā)生的事件。該方法通過不同數(shù)據(jù)間的匹配點(diǎn)，空間對(duì)齊數(shù)據(jù)，獲得數(shù)據(jù)之間準(zhǔn)確的相對(duì)位置關(guān)系和真實(shí)的地理位置。2013年，唐建剛[13]根據(jù)西北某段數(shù)字化管道的建設(shè)，利用RTK測(cè)量法對(duì)管道建設(shè)期的數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了理論分析，指出高精度的RTK數(shù)據(jù)采集方法保障了管道竣工測(cè)量成果表數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確，保證了竣工資料與竣工圖的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。呂高峰等[14]提出應(yīng)用循環(huán)閉合模式對(duì)某天然氣管道完整性檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更新和建表的方法，對(duì)不同檢測(cè)數(shù)據(jù)關(guān)鍵字段進(jìn)行關(guān)聯(lián)，根據(jù)數(shù)據(jù)模型進(jìn)行存儲(chǔ)，通過對(duì)各管段檢測(cè)數(shù)據(jù)的分析評(píng)價(jià)來(lái)確定維修位置坐標(biāo)，并及時(shí)更新基礎(chǔ)信息。

3.3 完整性數(shù)據(jù)管理研究

應(yīng)用GIS軟件，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)管道空間信息的管理功能，還在實(shí)現(xiàn)管道空間位置關(guān)系的基礎(chǔ)上，解決了管道設(shè)施之間的邏輯關(guān)系、空間影像整合以及支持決策等問題，并以信息化集成軟件形式對(duì)完整性管理提供服務(wù)。

2008年，曹立軍[15]對(duì)APDM表進(jìn)行了要素修改、要素類型增加和線性參考字段增加，針對(duì)管道線路的二維、三維線路設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)了GIS輔助軟件。2010年，韓小明等[16]提出提高管道數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)可信度的管理方法。吳志鋒等[17]提出利用不可逆的坐標(biāo)降精度技術(shù)來(lái)處理管道完整性數(shù)據(jù)的方法。該方法利用兩套網(wǎng)絡(luò)之間數(shù)據(jù)交換的方式，解決數(shù)據(jù)保密與生產(chǎn)管理應(yīng)用數(shù)據(jù)的矛盾，針對(duì)APDM模型中的矢量數(shù)據(jù)要素，利用矢量數(shù)據(jù)壓縮及光滑處理的方法對(duì)坐標(biāo)精度進(jìn)行降級(jí)處理。郭磊等[18]針對(duì)GIS與CAD的數(shù)據(jù)互操作研究，結(jié)合APDM數(shù)據(jù)模型提出了一種實(shí)現(xiàn)ArcGIS/Auto CAD平臺(tái)下的管線數(shù)據(jù)互操作方案。

帥健等[19]于2005年開發(fā)了管道完整性評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)系統(tǒng)，2006年開發(fā)了適用于工程實(shí)用的油氣管道完整性評(píng)價(jià)與管理軟件（PIAM）[20]，軟件具有完善的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與剩余強(qiáng)度評(píng)價(jià)功能。2010年，開發(fā)了管道完整性數(shù)據(jù)庫(kù)[21]，以此管理和維護(hù)與管道完整性相關(guān)的設(shè)計(jì)、檢測(cè)、運(yùn)行和環(huán)境等大量管道數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)接口技術(shù)與外部數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)信息共享，并提供多種有效性評(píng)價(jià)功能模塊，滿足管道全面完整性管理與評(píng)價(jià)的基本需要。

魏立新等[22]對(duì)已有的數(shù)據(jù)庫(kù)管理模型進(jìn)行修改，提出了查詢插值的新方法，實(shí)現(xiàn)混輸管道壓降的預(yù)測(cè)以及改進(jìn)了混輸管道壓降的計(jì)算方法。盧世濤[23]對(duì)地下管線系統(tǒng)進(jìn)行了三維建模和軟件編制，應(yīng)用OpenGL技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維管線的可視化，設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng)剖面分析及事故分析功能。2011年，耿作孝等[24]對(duì)管道數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，增加了環(huán)境及地質(zhì)災(zāi)害影響因素、管道第三方破壞和外腐蝕信息，在GIS圖像處理中完善了顏色匹配功能。2012年，樊禹等[25]對(duì)中亞天然氣管道生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述，總結(jié)了解決跨時(shí)區(qū)交接運(yùn)行協(xié)調(diào)問題的經(jīng)驗(yàn)。2013年，胡翩等[26]開發(fā)了油氣管道數(shù)據(jù)管理與安全評(píng)價(jià)軟件，應(yīng)用嵌入并行處理技術(shù)、變權(quán)修正方法及內(nèi)置數(shù)據(jù)模板，提高軟件的數(shù)據(jù)處理能力。李寧[27]以APDM 4.0為技術(shù)基礎(chǔ)基于B/S結(jié)構(gòu)編制了WebGIS信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了管道防腐控制、災(zāi)害防治和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)功能。2014年，郭磊等[28-29]對(duì)現(xiàn)階段完整性管理數(shù)據(jù)集成應(yīng)用以及整體信息化建設(shè)的需求進(jìn)行了分析，介紹了現(xiàn)有中國(guó)石油管道完整性管理系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用情況。

4 發(fā)展對(duì)策

管道完整性管理推行至今，已取得業(yè)界廣泛認(rèn)可，成為國(guó)際上普遍認(rèn)同的管道管理模式和石油天然氣行業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要方向。我國(guó)的完整性管理普及工作開展較晚，雖然對(duì)油氣管道的檢測(cè)評(píng)估工作可依據(jù)國(guó)際通行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及推薦作法來(lái)實(shí)施，但仍有一些方面的方法規(guī)程并不適用于我國(guó)長(zhǎng)輸管道的實(shí)際情況，需要進(jìn)一步修改和完善。為此對(duì)完整性數(shù)據(jù)管理工作提出幾點(diǎn)建議：

（1）建全完整性數(shù)據(jù)管理體系，結(jié)合我國(guó)管道基本情況及管理人員自身素質(zhì)差別，靈活推廣應(yīng)用，總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，不斷完善體系建設(shè)。

（2）建立完整性數(shù)據(jù)管理流程，流程應(yīng)覆蓋數(shù)據(jù)管理的全部生命周期，包括制定適應(yīng)我國(guó)管道的完整性數(shù)據(jù)模型；制定完整性數(shù)據(jù)采集模板、采集原則、數(shù)據(jù)來(lái)源、采集周期；完善數(shù)據(jù)整合入庫(kù)技術(shù)，明確數(shù)據(jù)審核標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量要求、校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、入庫(kù)工具、更新周期、安全維護(hù)等環(huán)節(jié)。

（3）將各管道企業(yè)的完整性管理工作由公司個(gè)體上升為企業(yè)級(jí)管理平臺(tái)的綜合管理，加強(qiáng)完整性管理各步驟的數(shù)據(jù)融合、集成，使數(shù)據(jù)的有效利用率得到提升，推動(dòng)管道完整性管理與國(guó)家數(shù)字管網(wǎng)一體化建設(shè)的進(jìn)程。

5 結(jié) 語(yǔ)

管道完整性管理工作持續(xù)性強(qiáng)，覆蓋面廣，數(shù)據(jù)質(zhì)量要求嚴(yán)格，是管道完整性管理工作順利實(shí)施的前提。數(shù)據(jù)管理技術(shù)的發(fā)展核心應(yīng)基于我國(guó)管道的基本國(guó)情，不斷加入新技術(shù)、新方法，使完整性數(shù)據(jù)完備、準(zhǔn)確、通用、持續(xù)有效，更好地服務(wù)于管道完整性管理，保證管道安全、長(zhǎng)久的運(yùn)營(yíng)。

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Research Progress and Development Countermeasures of Pipeline Integrity Data Management Technology

SHI Jianfeng1,2，WANG Xiaolin2，SHUAI Jian3
（1.Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，Liaoning，China；2.Fushun Petrochemical Institute，China Petroleum&Chemical Corporation，F(xiàn)ushun 113001，Liaoning，China；3.School of Electromechanical Engineering，China University of Petroleum-Beijing，Beijing 102249，China）

In this article，it outlined the research progress and current status of the integrity of data management in pipeline integrity management at home and abroad，mainly introduced the research status of pipeline data model，data acquisition，integrated technology，and the integrity of data management，put forward the countermeasures and suggestion for the development of the integrity of data management.It pointed out that the development core of data management technology should be based on the basic national conditions of China.New technology，new method should be continuously added in to make the integrity of the data complete，accurate,in common use，continue effective，better service in pipeline integrity management，and ensure pipeline safe and long-term operation.

pipeline integrity management；data management；research status；countermeasures

TE973.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B DOI：10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.04.004

史建峰（1989—），男，碩士研究生，現(xiàn)就讀于遼寧石油化工大學(xué)石油天然氣工程學(xué)院。

2015－05－22

羅 剛