基于數(shù)字化管道維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)的研究

汪嘉偉 李 召 周順榮 楊利崗 李 研 雷智杰

（國家管網(wǎng)集團(tuán)西南油氣管道有限責(zé)任公司昆明維搶修分公司）

隨著我國長(zhǎng)輸油氣管線的大發(fā)展，在役的油氣管道已經(jīng)達(dá)到100 000 km，且近年來油氣管道事故頻發(fā)，帶來了巨大的財(cái)產(chǎn)損失。對(duì)事故發(fā)生后如何及時(shí)有效地進(jìn)行搶險(xiǎn)作業(yè)，防止次生災(zāi)害的發(fā)生，一直是管道維搶修研究的方向［1］。中緬油氣管道大部分在山區(qū)，具有山多、河流多、地質(zhì)災(zāi)害多及社會(huì)依托條件差等特點(diǎn)，業(yè)務(wù)涉及地域大、范圍廣且安全隱患多，又因原油、成品油和天然氣管線三線并行，故搶險(xiǎn)難度極大。傳統(tǒng)的人工管理方式，已經(jīng)無法對(duì)當(dāng)前海量數(shù)據(jù)信息、內(nèi)外部應(yīng)急資源進(jìn)行高效的管理和調(diào)配。目前，中石油集團(tuán)公司擁有了PIS、ERP、PPS及HSE等系統(tǒng)，對(duì)管道資源、環(huán)境、社會(huì)及經(jīng)濟(jì)等各個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的數(shù)字化、數(shù)字整合及其仿真等信息進(jìn)行集成，推進(jìn)管道數(shù)字化，但在專業(yè)維搶修應(yīng)急管理的信息化應(yīng)用方面還存在不足。因而，基于數(shù)字化管道系統(tǒng)將各類應(yīng)急資源信息進(jìn)行有效整合，繼而集中統(tǒng)一管理，建立管道維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)，以便為管理層制定應(yīng)急搶險(xiǎn)方案提供經(jīng)濟(jì)可行的科學(xué)決策［2］。

1 管道維搶修應(yīng)急管理的現(xiàn)狀與目標(biāo)

管道維搶修應(yīng)急管理的現(xiàn)狀為：

a.管道的應(yīng)急信息缺乏系統(tǒng)管理。目前，長(zhǎng)輸油氣管道的基本信息、應(yīng)急資源及高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)等關(guān)鍵數(shù)據(jù)大多通過傳統(tǒng)的紙質(zhì)文檔或電子文檔保存，各個(gè)數(shù)據(jù)間孤立零散，查閱時(shí)需要翻閱多個(gè)文檔，效率低下，后續(xù)信息維護(hù)和更新的工作量巨大［3］。一旦管道突發(fā)應(yīng)急事件，無法快速在第一時(shí)間內(nèi)提供管道相關(guān)的應(yīng)急信息，且受人為因素的影響較大。

b.應(yīng)急信息顯示不直觀。管道的應(yīng)急信息種類多，數(shù)據(jù)和信息量大，當(dāng)遇到管道突發(fā)事件時(shí)，現(xiàn)有的資料只能通過文字、數(shù)據(jù)、圖片或視頻獲取，無法綜合立體直觀展示，對(duì)應(yīng)急決策的時(shí)效性和準(zhǔn)確性有較大影響。

c.應(yīng)急培訓(xùn)效果差。原始的紙質(zhì)應(yīng)急預(yù)案、演練方案和應(yīng)急手冊(cè)，內(nèi)容枯燥乏味，貫徹實(shí)施難度大；實(shí)地演練成本高，溝通協(xié)調(diào)復(fù)雜。

d.管道沿線的維搶修隊(duì)伍和應(yīng)急儲(chǔ)備資源的分布位置分散，靠人工實(shí)現(xiàn)資源的科學(xué)快速調(diào)度難度極大。

維搶修應(yīng)急管理的目標(biāo)為：

a.實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息數(shù)字化管理，對(duì)維搶修人員、設(shè)備、應(yīng)急資源和沿線高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)的信息進(jìn)行統(tǒng)一管理。搶險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)掌握事故點(diǎn)的地理信息、周邊應(yīng)急資源分布、管道本體及其附屬設(shè)施的信息，減少信息孤島，把區(qū)域中的內(nèi)外部維搶修力量、信息和資源進(jìn)行有效的整合并存入數(shù)據(jù)庫，縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間［4］。

b.具有科學(xué)、規(guī)范且實(shí)用的預(yù)案管理功能。包括預(yù)案的制作、預(yù)案數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)更新、預(yù)案與重大危險(xiǎn)源的關(guān)聯(lián)及其智能匹配。

c.維搶修信息化系統(tǒng)可提供三維應(yīng)急案例。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、無紙化、高效率且低成本的培訓(xùn)演練。

d.具備應(yīng)急調(diào)度和輔助決策的功能。管道一旦發(fā)生事故，根據(jù)管道的事故類型提供解決措施、人力及物力等資源的調(diào)遣方案，為事故提供應(yīng)急指揮、輔助決策和應(yīng)急響應(yīng)過程管理的保障［5］。

2 維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則與總體架構(gòu)

2.1 設(shè)計(jì)原則

維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)原則主要有系統(tǒng)性、實(shí)用性、先進(jìn)性、開放性和安全性，具體論述如下：

a.系統(tǒng)性。著眼于系統(tǒng)和長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，長(zhǎng)輸油氣管道維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)必須從整個(gè)區(qū)域考慮，保證底層基礎(chǔ)（三維地理基礎(chǔ)——數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)、模型基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)字典、開發(fā)環(huán)境、軟件環(huán)境及硬件環(huán)境等）統(tǒng)一，在統(tǒng)一的高標(biāo)準(zhǔn)下從底層逐級(jí)向上開發(fā)建設(shè)［6］，不同的管理層次既要相對(duì)獨(dú)立又要聯(lián)系密切，對(duì)各級(jí)信息化系統(tǒng)的建設(shè)必須統(tǒng)籌考慮、相互兼容且標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一。

b.實(shí)用性。長(zhǎng)輸油氣管道維搶修應(yīng)急系統(tǒng)的建設(shè)，要從有利于輔助應(yīng)急決策出發(fā)；信息平臺(tái)建設(shè)要針對(duì)管道維搶修業(yè)務(wù)的實(shí)際需求因地制宜，講求實(shí)效；能夠快速、直觀且系統(tǒng)地查閱和展示應(yīng)急信息；應(yīng)保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，操作簡(jiǎn)單且人性化，后期的維護(hù)方便快捷。

c.先進(jìn)性。隨著信息網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，讓許多以前難以實(shí)現(xiàn)或根本不可能實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)成為可能。因此在應(yīng)急平臺(tái)建設(shè)中，可考慮利用已經(jīng)成熟或即將應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)，如GIS、5G網(wǎng)絡(luò)及人工智能等［7］，使該系統(tǒng)具有更強(qiáng)的生命力。

d.開放性。長(zhǎng)輸油氣管道維搶修信息化平臺(tái)應(yīng)具備開放性，利于本身進(jìn)一步拓展、維護(hù)和完善，也可與原有的信息平臺(tái)和應(yīng)用系統(tǒng)相互訪問或集成。在信息平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)上統(tǒng)籌公司各個(gè)管理層和部門的需求，避免與現(xiàn)有系統(tǒng)重復(fù)建設(shè)，現(xiàn)有系統(tǒng)中的信息數(shù)據(jù)庫也可供維搶修信息化平臺(tái)調(diào)用，既可大幅減輕后期數(shù)據(jù)維護(hù)的工作量，也可避免信息系統(tǒng)對(duì)某個(gè)組織機(jī)構(gòu)和人員的依賴。

e.安全性。由于管道、地理及人員等信息涉及保密性，為保證長(zhǎng)輸油氣管道維搶修應(yīng)急系統(tǒng)的安全高效，該系統(tǒng)必須具備可靠完善的系統(tǒng)訪問權(quán)限機(jī)制、數(shù)據(jù)加密傳輸機(jī)制和數(shù)據(jù)備份機(jī)制。

2.2 總體架構(gòu)

應(yīng)急管理的核心環(huán)節(jié)是“監(jiān)測(cè)預(yù)警→應(yīng)對(duì)決策”，即在全面了解管道基礎(chǔ)信息和應(yīng)急救援的基礎(chǔ)上，對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)［8］，有針對(duì)性地做好典型事故的應(yīng)急預(yù)案，能及時(shí)根據(jù)事故管線地點(diǎn)和事故類型，在最短時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)程序，提出科學(xué)的解決方案，及時(shí)處理事故，將損失和影響減小到最小。

維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)以數(shù)字化管道為基礎(chǔ)，將各類信息處理并集成到系統(tǒng)中進(jìn)行調(diào)用，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各類應(yīng)急資源信息的有效整合與集中統(tǒng)一管理，將管道周邊基礎(chǔ)地理信息、管道本體信息、社會(huì)依托信息及高風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)信息等關(guān)鍵資源可視化展示，綜合利用各類應(yīng)急資源信息，輔助管理決策層制定科學(xué)合理的應(yīng)急搶險(xiǎn)方案［9］。同時(shí)，利用數(shù)字化平臺(tái)將應(yīng)急預(yù)案三維化、數(shù)字化和可視化，建立災(zāi)害模型，提供交互式培訓(xùn)演練平臺(tái)，提高應(yīng)急培訓(xùn)效率。維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)的總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)的總體架構(gòu)

長(zhǎng)輸油氣管道維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)的主要特點(diǎn)如下：

a.空間位置的海量數(shù)據(jù)管理。運(yùn)用地理信息系統(tǒng)技術(shù)對(duì)全線管道信息及其周邊環(huán)境、社會(huì)資源進(jìn)行全方位的監(jiān)管，該技術(shù)還可整合實(shí)現(xiàn)管道、場(chǎng)站閥室和地理環(huán)境的數(shù)據(jù)/圖形、社會(huì)依托及維搶修隊(duì)伍等信息于一體，為維搶修現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急作業(yè)提供支持。

b.三維可視化場(chǎng)景。利用計(jì)算機(jī)三維可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)站、管線模型及其周邊環(huán)境的等比例三維立體展示，應(yīng)急指揮人員和應(yīng)急搶險(xiǎn)人員能根據(jù)展示信息，直觀了解應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)模型及其周邊真實(shí)地形，可準(zhǔn)確快速做出判斷和決策。另外，還可在其中進(jìn)行仿真培訓(xùn)、桌面推演及制作三維動(dòng)畫案例等。

c.結(jié)構(gòu)靈活、信息豐富且針對(duì)性強(qiáng)的數(shù)字化預(yù)案。長(zhǎng)輸油氣管道維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)可將行業(yè)內(nèi)相對(duì)比較規(guī)范的預(yù)案、事故處理方法和流程制成模板供后期參考借鑒，也可根據(jù)單位自身的組織架構(gòu)、職責(zé)分工及應(yīng)急響應(yīng)流程等需求進(jìn)行靈活配置、修改模板和優(yōu)化流程［10］。將預(yù)案所針對(duì)的事故風(fēng)險(xiǎn)、影響區(qū)域、道路信息、所需物資、涉及的部門人員以及應(yīng)急程序規(guī)范等進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理，可使維搶修預(yù)案的靈活性和實(shí)用性更好，針對(duì)性更強(qiáng)。

d.綜合化、自動(dòng)化且智能化的輔助功能。基于數(shù)字化信息庫和應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫，當(dāng)管道發(fā)生突發(fā)事故時(shí)，可調(diào)取數(shù)據(jù)庫中地理、周圍環(huán)境、管道數(shù)據(jù)及維搶修隊(duì)伍資源等信息，結(jié)合系統(tǒng)中應(yīng)急預(yù)案和歷史案例進(jìn)行分析后，生成應(yīng)急調(diào)度指揮圖、現(xiàn)場(chǎng)布控方案和搶險(xiǎn)方案，為領(lǐng)導(dǎo)層提供輔助決策。

3 維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)功能模塊

維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)（圖2）主要包括管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、應(yīng)急資源管理、風(fēng)險(xiǎn)源管理、應(yīng)急資料庫、預(yù)案管理、三維應(yīng)急案例管理、應(yīng)急演練、路徑管理、應(yīng)急調(diào)度指揮與科學(xué)輔助決策9個(gè)功能模塊［10］。

圖2 維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)功能模塊

3.1 管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的主要功能是對(duì)管線、輸油站、穿跨越管道附屬設(shè)施的信息及其相關(guān)資料的管理。該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)事故點(diǎn)地理定位、管線樁號(hào)定位和站場(chǎng)閥室定位3個(gè)管道事故快速查詢定位的功能，同時(shí)還能進(jìn)行管線規(guī)格、壁厚焊縫及介質(zhì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的更新與維護(hù)。

3.2 應(yīng)急資源管理

應(yīng)急資源管理主要是對(duì)自然、社會(huì)環(huán)境和內(nèi)外部應(yīng)急資源信息的管理［11］，其資源主要包括管道沿線各種設(shè)施（含水系、交通、植被、地貌及地物等）的矢量地形圖、三維地面模型及航空/遙感影像，行政區(qū)域（地市、區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和街道）地名，水文、地質(zhì)、交通、土地權(quán)屬（利用）狀況、植被、環(huán)境、構(gòu)/建筑物及其他管道等自然或社會(huì)環(huán)境信息，醫(yī)院、警察局、消防隊(duì)、倉庫、消防車、搶維修人員、指揮車、管線設(shè)備儲(chǔ)備、應(yīng)急物資、搶修隊(duì)伍及專家?guī)斓葍?nèi)外部資源信息。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)源管理

事故的源頭大多數(shù)是已知的某些重大風(fēng)險(xiǎn)源引起的，監(jiān)測(cè)管理好這些風(fēng)險(xiǎn)源有助于提高災(zāi)害預(yù)防能力，消除事故隱患進(jìn)而將危險(xiǎn)扼殺在萌芽狀態(tài)。

風(fēng)險(xiǎn)源管理就是要對(duì)管道建設(shè)和運(yùn)行全過程的風(fēng)險(xiǎn)源狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，主要包括管道本體風(fēng)險(xiǎn)、第三方施工風(fēng)險(xiǎn)、高后果區(qū)及重點(diǎn)設(shè)備管理等風(fēng)險(xiǎn)源的監(jiān)控管理。

3.4 應(yīng)急資料庫

應(yīng)急資料庫主要基于GIS系統(tǒng)將線路管道［12］、站場(chǎng)或設(shè)備的基礎(chǔ)資料（工藝流程圖、生產(chǎn)設(shè)備布置圖、危險(xiǎn)區(qū)域劃分圖、應(yīng)急關(guān)斷圖、消防設(shè)施分布圖和建筑圖）與空間位置相關(guān)聯(lián)，可實(shí)現(xiàn)在三維地圖上直接查詢相關(guān)應(yīng)急資料。

3.5 預(yù)案管理

通過將預(yù)案采用面向?qū)ο笏枷脒M(jìn)行分解重構(gòu)，將其各部分內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，并采用信息化方式與空間地理信息、三維可視化技術(shù)及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等融合關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)預(yù)案的制作、預(yù)案數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)更新、預(yù)案和重大危險(xiǎn)源的關(guān)聯(lián)與智能匹配，將各專業(yè)之間、人員之間、工具之間的數(shù)據(jù)交換和協(xié)調(diào)過程進(jìn)行數(shù)字化。

預(yù)案管理主要是對(duì)預(yù)案模板的管理和預(yù)案制作、預(yù)案庫、搶維修手冊(cè)、工藝及其應(yīng)急修復(fù)程序等的管理。

3.6 三維應(yīng)急案例管理

從以前的事故中吸取經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，把事故案例的整個(gè)過程錄入系統(tǒng)，對(duì)這些事故案例進(jìn)行分類管理，并制作成三維動(dòng)畫，形成生動(dòng)形象的三維事故案例庫，事故案例可以播放展示，為日常的搶維修培訓(xùn)提供形象直觀的教材。

三維應(yīng)急案例管理主要是對(duì)事故案例和動(dòng)畫案例的管理。

3.7 應(yīng)急演練

存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中危險(xiǎn)因素眾多，可能發(fā)生的安全生產(chǎn)事故也很多，因此要針對(duì)一些危害比較大或發(fā)生頻率高的事故進(jìn)行培訓(xùn)與演練，使不同崗位的人員了解自己在應(yīng)急體系中的職責(zé)，當(dāng)事故發(fā)生時(shí)可以在短時(shí)間內(nèi)做出正確的應(yīng)急反應(yīng)并實(shí)施救援。

應(yīng)急演練主要包括演練計(jì)劃、桌面推演、推演回放及演練標(biāo)準(zhǔn)案例等。針對(duì)實(shí)戰(zhàn)演練組織困難、成本高、時(shí)間長(zhǎng)以及協(xié)調(diào)困難等問題，該模塊還具有電子沙盤功能，可在電子沙盤上進(jìn)行三維立體的桌面推演，讓應(yīng)急人員更加直觀了解演練的整個(gè)過程，互動(dòng)性強(qiáng)，也可根據(jù)演練預(yù)案中的職責(zé)分工，給不同參演人員進(jìn)行分工，類似多人互動(dòng)游戲，然后每個(gè)參與者都各司其職，明確自己在整個(gè)演習(xí)過程中的職責(zé)，大幅提高了演練的效果，節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本［13］。

3.8 路徑管理

救援過程中，無論是物資還是人員都需要通過交通工具進(jìn)行運(yùn)輸，只有最合理的行車路線才能保證人員和物資及時(shí)運(yùn)輸?shù)轿?。因此，科學(xué)合理地制定出行車路線對(duì)應(yīng)急搶險(xiǎn)的及時(shí)性至關(guān)重要。

路徑管理是通過提前錄入管道沿線道路基礎(chǔ)信息（包括寬度、承載重量等），實(shí)現(xiàn)路徑搜索和路徑智能規(guī)劃。

3.9 應(yīng)急調(diào)度指揮與科學(xué)輔助決策

一旦管道事故發(fā)生后，維搶修應(yīng)急綜合信息平臺(tái)根據(jù)管道的事故類型，調(diào)取數(shù)字化信息庫和應(yīng)急預(yù)案數(shù)據(jù)庫的人力、物力、地理、周圍環(huán)境、管道數(shù)據(jù)以及維搶修隊(duì)伍資源等信息，結(jié)合系統(tǒng)中應(yīng)急預(yù)案和歷史案例進(jìn)行分析，生成應(yīng)急調(diào)度指揮圖、現(xiàn)場(chǎng)布控方案和搶險(xiǎn)方案，為領(lǐng)導(dǎo)層決策提供輔助［10］。同時(shí)，針對(duì)某些險(xiǎn)情預(yù)估其影響范圍時(shí)，先通過模擬做出科學(xué)的推算和分析，再設(shè)置參數(shù)模擬不同類型和等級(jí)的災(zāi)害，從而起到輔助決策的作用。

應(yīng)急調(diào)度指揮與科學(xué)輔助決策模塊主要包括災(zāi)情上報(bào)、遠(yuǎn)程指揮、現(xiàn)場(chǎng)狀況、預(yù)案匹配、三維場(chǎng)景動(dòng)畫、電子沙盤、災(zāi)害模擬和輔助決策，其運(yùn)行模式如圖3所示。

圖3 應(yīng)急調(diào)度指揮、輔助決策運(yùn)行模式

4 結(jié)束語

目前，國內(nèi)石油/石化行業(yè)正在逐步推進(jìn)數(shù)字化管道工作，建立各類數(shù)字化系統(tǒng)，但由于管道維搶修涉及的專業(yè)繁多、時(shí)效要求高和軟硬件結(jié)合難度大，在其應(yīng)急綜合管理的信息化建設(shè)和應(yīng)用方面還存在不足。通過研究分析管道維搶修應(yīng)急管理現(xiàn)狀，針對(duì)管道維搶修應(yīng)急特點(diǎn)，基于數(shù)字化管道系統(tǒng)建立了維搶修應(yīng)急管理平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道風(fēng)險(xiǎn)的管理，增強(qiáng)管道運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)和事故災(zāi)難的處理能力，降低運(yùn)營單位和人民群眾的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，確保企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的最大化。