智能管道建設(shè)中的監(jiān)理管理方法研究與實(shí)踐

谷青悅，林智敏，張俊明，劉純婧，田瑞鵬

1.北京斯派克工程項(xiàng)目管理有限責(zé)任公司，北京 100083

2.莆田學(xué)院，福建莆田 351100

3.中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266100

4.中國(guó)石油管道公司，河北廊坊 065000

為了向管道運(yùn)營(yíng)人員提供有效的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，避免施工數(shù)據(jù)丟失而影響管道的安全運(yùn)行，我國(guó)的管道工程建設(shè)企業(yè)積極探索施工過程與信息技術(shù)相結(jié)合的施工管理新途徑，在2003 年冀寧聯(lián)絡(luò)線工程中首次提出了數(shù)字管道建設(shè)目標(biāo)，在2005年雙蘭管道建設(shè)中首次應(yīng)用全生命周期系統(tǒng)，在2008 年全面推廣了施工數(shù)據(jù)采集與項(xiàng)目管理的信息化，在2012 年啟動(dòng)了管道全生命周期的研究，在2017 年提出了全面建設(shè)智能管道新目標(biāo)[1-5]。

加強(qiáng)智能管道建設(shè)過程中的監(jiān)理管理能力能夠在根源上防止管道運(yùn)行階段的事故及損失。例如2017 年某天然氣管道發(fā)生泄漏事故，造成天然氣放空270 萬m3，經(jīng)濟(jì)損失約721 萬元。經(jīng)調(diào)查，發(fā)生天然氣泄漏的管道環(huán)焊縫在6 點(diǎn)鐘位置出現(xiàn)貫穿性裂紋。外觀檢測(cè)結(jié)果顯示：事故管段壁厚、管徑尺寸與公稱尺寸一致，說明開裂管段沒有受到外來載荷作用，且環(huán)焊縫開裂前沒有產(chǎn)生明顯的變形。裂紋檢測(cè)分析表明：根焊處存在未融合，6 點(diǎn)鐘位置焊道內(nèi)部存在原始裂紋，分析應(yīng)為焊接過程中產(chǎn)生的熱裂紋。

上述調(diào)查結(jié)果表明，運(yùn)營(yíng)過程中發(fā)生的事故均能溯源至施工階段，因此如何從施工源頭有效治理質(zhì)量隱患已成為項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)方、建設(shè)方以及各參建單位的共同研究課題。

為了加強(qiáng)管道建設(shè)質(zhì)量管理，中俄東線建設(shè)過程中通過二維碼、RFID、攝像頭、手機(jī)等終端設(shè)備建設(shè)智能工地，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程建設(shè)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)視、智能感知、數(shù)據(jù)采集，真實(shí)準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過程，及時(shí)完整進(jìn)行資料數(shù)字化移交歸檔，提高過程管控能力，確保工程建設(shè)質(zhì)量[6-7]。

1 建設(shè)階段智能管道功能

中俄東線智能管道建設(shè)參考物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及人工智能的結(jié)構(gòu)，采用“端+云+大數(shù)據(jù)”的實(shí)現(xiàn)方式，總體可分為感知層、傳輸層、數(shù)據(jù)層、算法層及應(yīng)用層，建立了管道全生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)，為管道建設(shè)方提供智能分析和決策支持，用信息化手段大幅提升質(zhì)量、進(jìn)度、安全管控能力[8-10]。

在物資管理方面，利用二維碼封裝鋼管制造信息，在調(diào)撥、施工環(huán)節(jié)，通過掃碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的識(shí)別和利用，提高了數(shù)據(jù)移交質(zhì)量和效率[11-13]。

在施工現(xiàn)場(chǎng)，將布控球安置在移動(dòng)板房上，進(jìn)行全天候、全方位監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)。將隱蔽式分離攝像機(jī)固定在焊接棚內(nèi)上方俯瞰自動(dòng)焊機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵工序的監(jiān)控錄像。

在焊接和防腐過程監(jiān)控方面，對(duì)施工設(shè)備進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)施工工況數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)輸出，通過掃描人員及焊口二維碼，建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，采用無線傳輸方式，將數(shù)據(jù)傳輸至PCM 系統(tǒng)，進(jìn)行工況實(shí)時(shí)監(jiān)視和歷史回放[14]。

2 智能管道建設(shè)監(jiān)理工作難點(diǎn)

2.1 傳統(tǒng)思維與智能管道碰撞激烈

中俄東線是國(guó)內(nèi)首條以“全數(shù)字化移交、全智能化運(yùn)營(yíng)、全生命周期管理”為理念的智能管道試點(diǎn)，由視頻監(jiān)控、機(jī)具工況系統(tǒng)和機(jī)組可視化三項(xiàng)子系統(tǒng)組成的智能管道對(duì)于參建人員而言非常陌生。智能工地的正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要監(jiān)理人員掌握施工機(jī)組視頻監(jiān)控、視頻采集、GPS 定位、VPN連接等設(shè)備的工作原理和狀態(tài)，對(duì)監(jiān)理人員的素質(zhì)提出了很高的要求，同時(shí)也增加了監(jiān)理人員的日常工作量。管理思維的巨大變革引發(fā)了監(jiān)理人員對(duì)新生技術(shù)的抵觸，如何使監(jiān)理人員從傳統(tǒng)的“巡視、平行檢驗(yàn)、旁站”管理模式轉(zhuǎn)為“借助智能工地進(jìn)行項(xiàng)目監(jiān)理”的管理模式成為亟需解決的一大難題[15]。

2.2 數(shù)據(jù)可信度和準(zhǔn)確度控制困難

在“端+云+大數(shù)據(jù)”的體系架構(gòu)下，端錄入數(shù)據(jù)的可信度是智能管道的基礎(chǔ)。一道焊口的數(shù)據(jù)需要現(xiàn)場(chǎng)操作人員使用掃碼槍（機(jī)組通） 對(duì)管材二維碼以及根焊、填充、蓋面等焊接人員二維碼、焊接設(shè)備二維碼進(jìn)行掃描，方可形成焊口二維碼。焊口二維碼是所有工況數(shù)據(jù)的歸集點(diǎn)。如果現(xiàn)場(chǎng)操作過程中執(zhí)行不到位將導(dǎo)致數(shù)據(jù)失效。由于現(xiàn)場(chǎng)操作人員工作任務(wù)繁重，出現(xiàn)漏掃、錯(cuò)掃、不掃的概率極高，這樣很容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)錄入端出現(xiàn)錯(cuò)誤；數(shù)據(jù)上傳至PCM 平臺(tái)后，監(jiān)理人員需要對(duì)每道焊口產(chǎn)生的焊接數(shù)據(jù)、無損檢測(cè)數(shù)據(jù)、防腐數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，數(shù)據(jù)體量大，因此準(zhǔn)確度控制方面也存在風(fēng)險(xiǎn)[16-18]。

2.3 監(jiān)理管理與智能管道接口困難

監(jiān)理單位自主開發(fā)的信息平臺(tái)及APP 軟件與智能管道建設(shè)出發(fā)點(diǎn)不同，導(dǎo)致兩個(gè)系統(tǒng)存在管理不銜接、數(shù)據(jù)不兼容的問題。在這種情況下勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致監(jiān)理人員在兩個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行工作，在一定程度上增加了管理難度。

2.4 利用數(shù)據(jù)管控QHSE 困難

據(jù)統(tǒng)計(jì)，焊接機(jī)組日平均焊接16 道焊口，防腐機(jī)組日平均補(bǔ)口25 道焊口。相應(yīng)的，每個(gè)焊口的焊接數(shù)據(jù)、防腐數(shù)據(jù)、相關(guān)影像資料以及每道焊口產(chǎn)生的約6 000 條工況采集數(shù)據(jù)都會(huì)被記錄在PCM平臺(tái)，生成了體量巨大的智能管道建設(shè)數(shù)據(jù)。如何使施工現(xiàn)場(chǎng)生成的“死”數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為能夠促進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)管控的“活”數(shù)據(jù)，是智能管道目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，也是監(jiān)理人員亟需解決的問題。

3 智能管道監(jiān)理工作難點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施

3.1 強(qiáng)化智能管道培訓(xùn)

為提高監(jiān)理人員對(duì)智能管道的理解，管能管道建設(shè)監(jiān)理部組織開展了一系列智能管道專項(xiàng)培訓(xùn)。宏觀方面，從智能管道發(fā)展歷程、智能管道優(yōu)勢(shì)等角度出發(fā)，促進(jìn)監(jiān)理人員對(duì)智能管道的理解；微觀層面，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工作原理、檢查重點(diǎn)等角度出發(fā)，提高監(jiān)理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的管控能力。在經(jīng)過多次專項(xiàng)培訓(xùn)后，智能管道現(xiàn)場(chǎng)管理已成為日常監(jiān)理管理重點(diǎn)內(nèi)容之一。

3.2 詳細(xì)過程數(shù)據(jù)監(jiān)控

為保障每個(gè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，監(jiān)理人員制訂每日巡檢清單，將二維碼、RFID、攝像頭、手機(jī)等終端設(shè)備納入檢查清單。每日對(duì)智能工地運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)審核，保證數(shù)據(jù)錄入的可信度；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工完畢后同步至全生命周期數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次審查，詳細(xì)檢查焊接、防腐施工數(shù)據(jù)以及相關(guān)影像記錄，保證數(shù)據(jù)錄入及時(shí)、真實(shí)、完整、準(zhǔn)確。對(duì)施工機(jī)組視頻監(jiān)控、視頻采集、GPS 定位、VPN 連接、現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)開啟等進(jìn)行遠(yuǎn)程查看，對(duì)達(dá)不到視頻監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集要求的施工機(jī)組下達(dá)停工令[19]。同時(shí)每個(gè)監(jiān)理區(qū)段配備經(jīng)過培訓(xùn)的數(shù)字化人員，輔助監(jiān)理工程師對(duì)施工單位的焊口坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集工作進(jìn)行監(jiān)督。

3.3 深入開發(fā)監(jiān)理平臺(tái)

為促進(jìn)監(jiān)理平臺(tái)與全生命周期平臺(tái)有效契合，達(dá)到互補(bǔ)的效果。監(jiān)理人員組織相關(guān)人員對(duì)監(jiān)理平臺(tái)進(jìn)行了深入開發(fā)，保證在智能管道建設(shè)中發(fā)揮監(jiān)理管控作用。

3.3.1 修正無損檢測(cè)管理流程

監(jiān)理人員在現(xiàn)場(chǎng)每日需接收施工承包商提交的焊口檢測(cè)申請(qǐng)，檢查確認(rèn)后向無損檢測(cè)單位發(fā)出無損檢測(cè)指令，無損檢測(cè)單位評(píng)判完成后將報(bào)告反饋監(jiān)理部。施工現(xiàn)場(chǎng)每日焊接工作量大，且檢測(cè)方式多樣化，導(dǎo)致監(jiān)理部無損檢測(cè)工程師工作量很大。

圖1 無損檢測(cè)申請(qǐng)-指令-報(bào)告流程示意

為了提高監(jiān)理人員的工作效率，監(jiān)理人員在監(jiān)理平臺(tái)中開發(fā)了無損檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)了無損檢測(cè)申請(qǐng)- 指令- 報(bào)告全流程在線流轉(zhuǎn)（見圖1），同時(shí)可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)每道焊口的缺陷位置和特征（見圖2）。該功能的實(shí)現(xiàn)一方面降低了監(jiān)理人員的重復(fù)勞動(dòng)，保證了無損檢測(cè)管理的有形化，利于現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量的監(jiān)控；另一方面焊口缺陷位置和特征的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能可以輔助監(jiān)理人員分析現(xiàn)場(chǎng)焊接情況，利于提高焊接質(zhì)量。

3.3.2 開展隱患辨識(shí)管理

為了便于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師開展工作，在監(jiān)理過程中突出管理重點(diǎn)，督促承包商項(xiàng)目部主動(dòng)履職，共同提高項(xiàng)目管理質(zhì)量及工程實(shí)體質(zhì)量，監(jiān)理人員開發(fā)了手機(jī)隱患辨識(shí)管理功能，實(shí)現(xiàn)了隱患辨識(shí)的實(shí)時(shí)發(fā)送和閉合?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師可直接采用手機(jī)發(fā)布辨識(shí)出的QHSE 隱患，由監(jiān)理部確認(rèn)發(fā)布后，責(zé)任單位落實(shí)整改，整改完畢后由現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師進(jìn)行確認(rèn)。該平臺(tái)的應(yīng)用提高了現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理管理效率，促進(jìn)了項(xiàng)目管理信息在各單位的有效傳遞。該平臺(tái)還能夠?qū)﹄[患類型、分布、趨勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見圖3），監(jiān)理人員在管理過程中可根據(jù)平臺(tái)的自動(dòng)分析功能，找準(zhǔn)管控重點(diǎn)。

圖2 焊口缺陷統(tǒng)計(jì)功能示意

圖3 隱患辨識(shí)統(tǒng)計(jì)功能示意

3.3.3 實(shí)現(xiàn)人員定位

為促進(jìn)監(jiān)理人員有效履職，監(jiān)理單位組織開發(fā)了人員定位統(tǒng)計(jì)功能（見圖4），同時(shí)要求監(jiān)理人員匯報(bào)檢查情況，比如：第一，某時(shí)某分到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)，附一張全景照片；第二，某時(shí)某分開展巡檢或關(guān)鍵工序監(jiān)督檢查內(nèi)容，附相應(yīng)檢查照片；第三，某時(shí)某分離開施工現(xiàn)場(chǎng)，可不附檢查照片；第四，某時(shí)某分完成當(dāng)日巡檢工作，開始返回監(jiān)理部（組）。該功能有效地促進(jìn)了監(jiān)理管理與現(xiàn)場(chǎng)管理聯(lián)動(dòng)，提高了信息共享程度和問題解決能力。

3.3.4 保證質(zhì)量驗(yàn)收與實(shí)體同步

監(jiān)理人員結(jié)合工程質(zhì)量驗(yàn)收相關(guān)規(guī)定及長(zhǎng)輸管道施工工序開發(fā)了質(zhì)量報(bào)驗(yàn)管理模塊，該模塊可以實(shí)現(xiàn)以下功能：詳細(xì)統(tǒng)計(jì)每個(gè)工序的質(zhì)量驗(yàn)收情況，并對(duì)驗(yàn)收情況進(jìn)行分析；根據(jù)焊口號(hào)對(duì)應(yīng)查驗(yàn)該道焊口完成時(shí)間、管材情況、外觀質(zhì)量情況、無損檢測(cè)申請(qǐng)、指令、報(bào)告以及焊接影像資料；對(duì)防腐施工過程關(guān)鍵參數(shù)以及防腐施工完成后的質(zhì)量驗(yàn)收情況進(jìn)行記錄；對(duì)返修、割口、剝離試驗(yàn)等關(guān)鍵控制點(diǎn)設(shè)置專欄管理，并將影像資料及現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收情況上傳[20]。

圖4 人員定位統(tǒng)計(jì)功能示意

由于工況數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只對(duì)焊接、防腐施工過程的工藝參數(shù)進(jìn)行了即時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)了過程質(zhì)量管控，但是未對(duì)施工完成后的外觀質(zhì)量檢查、無損檢測(cè)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。而本監(jiān)理平臺(tái)中質(zhì)量報(bào)驗(yàn)?zāi)K重點(diǎn)對(duì)成品質(zhì)量進(jìn)行管理，按施工工序?qū)艿腊惭b、防腐、下溝等工序進(jìn)行全過程跟蹤，并能對(duì)已經(jīng)完成質(zhì)量驗(yàn)收的工序進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，該模塊有效彌補(bǔ)了全壽命周期平臺(tái)的管理空白，便于全過程追蹤施工質(zhì)量。

3.4 開展工況數(shù)據(jù)驗(yàn)收

在傳統(tǒng)質(zhì)量檢查過程中，監(jiān)理人員只能實(shí)現(xiàn)對(duì)焊接電流、電壓等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行瞬時(shí)的點(diǎn)式管理，這些數(shù)據(jù)不能全面代表焊接工藝的執(zhí)行情況。工況數(shù)據(jù)采集每隔5 s 產(chǎn)生一組數(shù)據(jù)，能夠詳細(xì)記錄施工過程中工藝執(zhí)行情況，使焊口施工過程透明化。監(jiān)理人員到施工現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)不僅可以對(duì)已完焊口的外觀質(zhì)量進(jìn)行檢查，還可以使用工況采集系統(tǒng)對(duì)焊接過程中的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)量的連續(xù)線式管理，有效地提高了質(zhì)量管理可靠性[21]。

4 結(jié)論與建議

本文從中俄東線天然氣管道工程監(jiān)理實(shí)踐出發(fā)，分析了監(jiān)理管理過程中遇到的難題，提出了經(jīng)過驗(yàn)證的、切實(shí)可行的監(jiān)理工作方法。針對(duì)當(dāng)前智能管道建設(shè)過程中監(jiān)理管理中存在的問題，提出以下建議。

4.1 工況數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可讀

目前工況數(shù)據(jù)采集功能已基本實(shí)現(xiàn)，但筆者認(rèn)為其產(chǎn)生的數(shù)據(jù)仍為“死”數(shù)據(jù)，未能充分發(fā)揮工況數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的功能和優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于施工承包商而言，工況數(shù)據(jù)采集意義重大。如果焊接作業(yè)人員在作業(yè)時(shí)能夠?qū)崟r(shí)讀取工況參數(shù)，焊接作業(yè)人員結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)可以根據(jù)工況數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)整焊接作業(yè)方式，提高焊接質(zhì)量。對(duì)于監(jiān)理人員而言，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)瞬時(shí)點(diǎn)式檢查到連續(xù)線式檢查的轉(zhuǎn)變，提高了工藝執(zhí)行情況的監(jiān)控程度，質(zhì)量驗(yàn)收可靠性大幅提高。

4.2 開發(fā)監(jiān)理平臺(tái)數(shù)據(jù)分析功能

“全數(shù)字化移交，全智能化運(yùn)營(yíng)，全生命周期管理”是智能管道的核心理念，該理念對(duì)結(jié)果統(tǒng)計(jì)的重視程度有余，對(duì)施工過程QHSE 管控重視程度不足。監(jiān)理人員作為施工過程QHSE 管理的主要參與方，對(duì)理順現(xiàn)場(chǎng)管控程序，提高QHSE管理水平有著不可推卸的責(zé)任。

監(jiān)理平臺(tái)中的無損檢測(cè)管理、隱患辨識(shí)管理、質(zhì)量驗(yàn)收管理、進(jìn)度管理、投資管理、設(shè)計(jì)管理等管理模塊均側(cè)重于過程控制，是對(duì)智能管道建設(shè)的有益補(bǔ)充。因此，建議在后續(xù)建設(shè)中積極推動(dòng)監(jiān)理管理平臺(tái)開發(fā)，努力實(shí)現(xiàn)與全壽命周期平臺(tái)互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)管道建設(shè)全過程管控。

4.3 全面執(zhí)行竣工資料電子化

目前在資料管理方面各單位管理水平參差不齊，導(dǎo)致最終驗(yàn)收困難。在竣工資料管理方面，建議按照“現(xiàn)場(chǎng)采集、實(shí)時(shí)確認(rèn)、逐日歸檔、統(tǒng)一組卷”的思路，全面推廣竣工資料電子化。

隨著工程建設(shè)進(jìn)展，應(yīng)同步形成數(shù)字化的竣工資料，進(jìn)行集中統(tǒng)一化管理。在PCM 系統(tǒng)中將施工過程中采集的數(shù)據(jù)生成表單，使用移動(dòng)終端和電子簽名同步簽署形成竣工資料。這樣一方面可以避免各單位事后補(bǔ)做資料；另一方面實(shí)現(xiàn)竣工資料與施工過程同步完成，能夠在完工后快速完成資料移交[22-23]。

4.4 保證數(shù)據(jù)格式標(biāo)準(zhǔn)化

目前現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的CPP 焊接設(shè)備、CRC 焊接設(shè)備、熊谷焊接設(shè)備在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面標(biāo)準(zhǔn)不一，導(dǎo)致數(shù)據(jù)格式不一致。

監(jiān)理人員組織開展驗(yàn)收時(shí)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)需要逐條進(jìn)行整理，由于每道焊口采集的數(shù)據(jù)近6 000 條，工作量非常繁重。在后續(xù)智能管道建設(shè)中應(yīng)對(duì)焊機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的標(biāo)準(zhǔn)化，利于協(xié)同管理。

4.5 充分重視作業(yè)人員信譽(yù)管理

目前在全壽命周期平臺(tái)中已建立了工程人員信譽(yù)評(píng)定體系和施工單位信譽(yù)評(píng)價(jià)體系，建議在后續(xù)項(xiàng)目招標(biāo)時(shí)，招標(biāo)單位對(duì)以往項(xiàng)目的人員信譽(yù)和單位信譽(yù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將其作為技術(shù)標(biāo)內(nèi)投標(biāo)人業(yè)績(jī)信譽(yù)考評(píng)項(xiàng)目的重要組成部分，這樣有利于提升承包商對(duì)質(zhì)量管理的重視程度，促進(jìn)承包商自主管理和履職，最終達(dá)到保證工程質(zhì)量的目的。