智能管道建設(shè)數(shù)據(jù)整合方法及問題探討

丁楠，陳浩，孫靜，肖麗

1.浙江浙能天然氣運(yùn)行有限公司（浙江 杭州310052）

2.浙江浙能天然氣管網(wǎng)有限公司（浙江 杭州310052）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、油氣能源的需求在不斷增加、管道建設(shè)快速增長，管道的安全運(yùn)行管理面臨著諸多問題：一方面管道沿線地區(qū)城市化發(fā)展加快，管道高后果區(qū)增多，第三方施工管理難度加大，過程中增加的管道保護(hù)措施甚至管道遷改項(xiàng)目也逐年增長，圖紙檔案查詢效率低，施工資料未與運(yùn)營過程中的變化建立起連接；另一方面，管道智能內(nèi)檢測(cè)、外腐蝕檢測(cè)需要充分調(diào)查管道歷次檢測(cè)記錄、修復(fù)記錄、陰極保護(hù)情況等原始資料，資料分散無法系統(tǒng)描述管道的現(xiàn)狀。

智能管道[1]可有效解決管道數(shù)據(jù)完整度低、成果復(fù)用率低、信息貫通性弱等問題。數(shù)據(jù)整合以管道中心線為基準(zhǔn)，整合建設(shè)、運(yùn)行、廢棄階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，是智能管道建設(shè)的必經(jīng)過程。

1 現(xiàn)狀

油氣長輸管道信息化、智能化是管道技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，我國多個(gè)管道工程開展了智能管道的建設(shè)，數(shù)據(jù)整合工作積累了大量成果。西氣東輸冀寧聯(lián)絡(luò)段是國內(nèi)第一條在數(shù)字化平臺(tái)上進(jìn)行選定線、勘察設(shè)計(jì)和運(yùn)營管理的“數(shù)字輸氣管道”，管道上的每根鋼管都有完整的數(shù)據(jù)記錄，從煉鋼廠爐坯出廠到鋼管廠制管，再到中轉(zhuǎn)運(yùn)輸，最后到施工現(xiàn)場(chǎng)，每個(gè)環(huán)節(jié)都可以溯源[2]。川氣東送管道建設(shè)了一套基于完整性管理的數(shù)字化管道系統(tǒng)，系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、維搶修等環(huán)節(jié)進(jìn)行了整合，最大程度地消減了管道周邊環(huán)境復(fù)雜和氣質(zhì)含硫等諸多不利因素對(duì)管道安全運(yùn)行的影響[3]。長寧頁巖氣田集輸氣干線將勘察、設(shè)計(jì)、采購、施工、檢測(cè)、監(jiān)理等完整性數(shù)據(jù)體系化入庫，以及施工全過程數(shù)字化管理與一站式移交，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目建設(shè)全過程的管控一體化、決策智能化[4]。哈爾濱—沈陽輸氣管道線路工程結(jié)合地理信息數(shù)據(jù)庫和工程信息數(shù)據(jù)庫，以數(shù)字化的形式，整合管道線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道線路工程的直觀展示及資料的管理和分析，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化移交”[5]。中俄東線天然氣管道工程以“全數(shù)字化移交、全智能化運(yùn)營、全生命周期管理”的建設(shè)目標(biāo)，開始了“智能管道”示范工程建設(shè)[6]。

智能管道的研究主要起于管道設(shè)計(jì)和建設(shè)階段，在役管道如何開展智能化建設(shè)仍在嘗試和探索。金劍等[7]提出管道數(shù)據(jù)與環(huán)焊縫信息一一對(duì)應(yīng)；王波等[8]提出將內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)與施工數(shù)據(jù)對(duì)齊，但均未對(duì)數(shù)據(jù)整合中發(fā)現(xiàn)問題的處理作詳細(xì)描述。

2 數(shù)據(jù)整合

數(shù)據(jù)整合工作首先要建立管道數(shù)據(jù)模型，其次整合出管道中心線作為智能管道的基準(zhǔn)，之后采集施工、投產(chǎn)、運(yùn)行、廢棄各階段產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)全要素信息在管道中心線的可視化展示。

2.1 管道數(shù)據(jù)模型選用

常用的油氣管道數(shù)據(jù)模型[9]主要有3種：APDM（ArcGIS Pipeline Data Model）、PODS（Pipeline Open Data Standard）、ISAT（Integrated SpatialAnalysis Techniques）。APDM模型是ESRI公司開發(fā)的地理數(shù)據(jù)庫，依托Geodatabase空間數(shù)據(jù)庫構(gòu)建，將地理數(shù)據(jù)作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的要素進(jìn)行存儲(chǔ)的對(duì)象關(guān)系型框架，模型因擁有強(qiáng)大的GIS能力和較強(qiáng)的擴(kuò)展性、可靠性被管道行業(yè)認(rèn)可和選用[10]。管道數(shù)據(jù)矢量化可實(shí)現(xiàn)管道以及設(shè)備等信息的搜索、定位、查詢、分析等功能，方便可視化展示，為智能管道數(shù)據(jù)管理提供科學(xué)有效的方法。

2.2 管道中心線整合

控制點(diǎn)是管道中心線上具有已知地理位置坐標(biāo)和里程值的點(diǎn)，通過控制點(diǎn)可以明確的描述管線的走向?？刂泣c(diǎn)獲取的渠道主要有4類，其優(yōu)缺點(diǎn)見表1。

根據(jù)GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》要求，若管道進(jìn)行了內(nèi)檢測(cè)，對(duì)齊以內(nèi)檢測(cè)環(huán)焊縫編號(hào)為基準(zhǔn)，若沒有進(jìn)行過內(nèi)檢測(cè)，中心線對(duì)齊應(yīng)基于測(cè)繪數(shù)據(jù)，測(cè)繪數(shù)據(jù)精度不滿足要求，宜補(bǔ)充測(cè)繪結(jié)果更新中心線坐標(biāo)。數(shù)據(jù)整合做法如下：

1）規(guī)范管道數(shù)據(jù)模型。

2）抽取竣工資料管道中心線信息或者運(yùn)營期內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)，綜合得到相對(duì)準(zhǔn)確度和完整度高的管道中心線。

3）管道數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)到中心線的每一條管節(jié)。

4）疊加地理信息數(shù)據(jù)。

5）疊加施工、無損檢測(cè)、附屬設(shè)施等數(shù)據(jù)。

假設(shè)以上數(shù)據(jù)均有，優(yōu)先選擇用焊縫測(cè)繪成果對(duì)齊內(nèi)檢測(cè)環(huán)焊縫編號(hào)。首先排查焊縫測(cè)繪結(jié)果，有無焊縫編號(hào)重復(fù)、焊縫間距有無超過13 m、出現(xiàn)“飛點(diǎn)”或重復(fù)坐標(biāo)點(diǎn)等情況，其次通過智能內(nèi)檢測(cè)管道特征“閥門→三通→彎頭→短接”來縮小對(duì)齊范圍并完成線路部分的對(duì)齊工作，焊口編號(hào)統(tǒng)一參照竣工資料的焊口編號(hào)，對(duì)通過內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的焊口可作臨時(shí)編號(hào)，形成管道中心線。

假設(shè)缺少施工期間的現(xiàn)場(chǎng)焊縫測(cè)繪，優(yōu)先選擇埋地管道復(fù)測(cè)成果對(duì)齊智能內(nèi)檢測(cè)管道特征“閥門→三通→彎頭”完成線路部分的對(duì)齊工作，焊口編號(hào)統(tǒng)一參照管道施工記錄的焊口編號(hào)，對(duì)通過內(nèi)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)的焊口可作臨時(shí)編號(hào)，形成管道中心線。

假設(shè)缺少施工現(xiàn)場(chǎng)焊縫測(cè)繪和內(nèi)檢測(cè)成果，選擇埋地管道復(fù)測(cè)成果對(duì)齊管道施工記錄的焊口編號(hào)，按“閥室→穿跨越→彎頭”完成線路部分的對(duì)齊工作，形成管道中心線。

如果僅有竣工圖紙和施工記錄，數(shù)據(jù)不滿足要求，應(yīng)開展復(fù)測(cè)或智能內(nèi)檢測(cè)工作。

2.3 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)整合

管道中心線對(duì)齊后需要開展建設(shè)期和運(yùn)行期數(shù)據(jù)的整合工作，管道數(shù)據(jù)模型中的庫表是具有關(guān)聯(lián)性的，整合應(yīng)注意管道中心線由焊口編號(hào)和鋼管管號(hào)對(duì)齊，保證與鋼管出廠信息對(duì)應(yīng)。焊口編號(hào)關(guān)聯(lián)補(bǔ)口、無損檢測(cè)結(jié)果、焊縫返修、內(nèi)檢測(cè)結(jié)論、管體缺陷修復(fù)信息，樁號(hào)關(guān)聯(lián)穿跨越、隱蔽工程、試壓清管記錄等，錄入管道數(shù)據(jù)模型的離線點(diǎn)包括但不限于表2。

表2 主要管道數(shù)據(jù)一覽表

此外，考慮疊加地理信息數(shù)據(jù)，采集管道中心線兩側(cè)各2.5 km范圍內(nèi)的0.5 m分辨率數(shù)字正射影像（Digital Orthophoto Map，DOM）、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM)、管道沿線兩側(cè)200 m范圍內(nèi)的數(shù)字線劃地圖（Digital Line Graphic，DLG）和建筑物矢量數(shù)據(jù)，便于數(shù)據(jù)可視化展示以及后續(xù)高后果區(qū)和地質(zhì)災(zāi)害等完整性管理智能識(shí)別工作。

3 存在問題

1）數(shù)據(jù)來源多部門多系統(tǒng)，規(guī)則存在差異。管道物資采購、建設(shè)階段的數(shù)據(jù)一般在PIMS系統(tǒng)和檔案管理系統(tǒng)存儲(chǔ)，管道運(yùn)行、廢棄階段的數(shù)據(jù)在ERP和管道保護(hù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中存儲(chǔ)。不同系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)則不同、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)命名方式不統(tǒng)一，給數(shù)據(jù)整合帶來難度。例如固定墩存儲(chǔ)位置信息為樁號(hào)區(qū)間，缺少精確位置；圖片存儲(chǔ)以單個(gè)管道建設(shè)項(xiàng)目為單位，多個(gè)項(xiàng)目存儲(chǔ)時(shí)命名存在重復(fù)；管道保護(hù)業(yè)務(wù)系統(tǒng)第三方施工中的新建的第三方管道、新增的箱涵套管保護(hù)數(shù)據(jù)更新不同步。

續(xù)表2

2）原始資料存在記錄錯(cuò)誤。檔案管理系統(tǒng)存儲(chǔ)的技術(shù)資料記錄存在錯(cuò)誤。例如管道焊接施工示意圖、施工記錄、竣工測(cè)量成果表記錄錯(cuò)誤、重復(fù)、缺頁；施工記錄與管道線路工程道工程材料、構(gòu)配件、設(shè)備報(bào)審表中鋼管編號(hào)存在偏差；竣工測(cè)量成果表焊口坐標(biāo)偏離管道路由。此類數(shù)據(jù)歷時(shí)時(shí)間久遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)恢復(fù)難度大。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)是智能管道建設(shè)的的基礎(chǔ)，整合工作需要多部門、多系統(tǒng)之間的協(xié)作互通。通過確定管道數(shù)據(jù)模型，梳理技術(shù)資料來源、整合關(guān)鍵數(shù)據(jù)、建立統(tǒng)一的管道數(shù)據(jù)庫，完成管道數(shù)據(jù)的整合。但由于管道數(shù)據(jù)在不同時(shí)期的側(cè)重點(diǎn)不同，建議智能管道建設(shè)覆蓋管道全生命周期，在設(shè)計(jì)階段就同步考慮智能管道建設(shè)，竣工后做到實(shí)體管道和數(shù)字管道同步移交運(yùn)行，避免數(shù)據(jù)恢復(fù)的麻煩，保證數(shù)據(jù)連續(xù)性，對(duì)管道企業(yè)建設(shè)智能管道以及后續(xù)完整性管理數(shù)據(jù)采集與整合有著重要的意義。