油氣管網(wǎng)領(lǐng)域機器可讀標準研究與實踐

劉冰 惠泉 譚笑 曹燕 張栩赫 孫大微 樊建春

摘 要：闡述了油氣管道標準數(shù)字化應(yīng)用研究工作以及機器可讀標準研究的重要意義，提出了制程一體的油氣管網(wǎng)標準機器可讀標準實現(xiàn)的總體思路和實施路徑，建立了油氣管道機器可讀標準標簽集，開展了機器可讀標準輔助工具設(shè)計與開發(fā)，研制了標準智能編寫與分析工具并進行了驗證與應(yīng)用，同時結(jié)合國際和國內(nèi)標準數(shù)字化技術(shù)發(fā)展趨勢對油氣管道機器標準的未來研究方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：標準，數(shù)字化，油氣管道，機器可讀標準，人工智能

0 引 言

數(shù)字經(jīng)濟已經(jīng)成為全球經(jīng)濟發(fā)展的主線，在推動數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展過程中，數(shù)字化轉(zhuǎn)型強力推進了各大行業(yè)實現(xiàn)顛覆性創(chuàng)新，需充分利用數(shù)字化技術(shù)，利用新流程和架構(gòu)，研究以數(shù)據(jù)、模型、程序、軟件工具等為重點的新標準形態(tài)，從而促進數(shù)字經(jīng)濟和傳統(tǒng)經(jīng)濟深度融合。標準數(shù)字化不僅關(guān)乎各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型能力和效力，也決定數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展動力和潛力，更決定未來參與國際合作的實力、融入國際貿(mào)易體系的競爭力、引領(lǐng)國際發(fā)展的領(lǐng)導(dǎo)力。黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視數(shù)字化發(fā)展，明確提出“十四五”時期要加快數(shù)字經(jīng)濟發(fā)展，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型整體驅(qū)動生產(chǎn)方式、生活方式和治理方式變革。2018年，習(xí)近平總書記在中國科學(xué)院第十九次院士大會等會上的講話中提出，要把握數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化融合發(fā)展的契機，推動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能和實體經(jīng)濟深度融合[1]。

2021年3月，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》中將加快數(shù)字化發(fā)展建設(shè)數(shù)字中國作為獨立篇章提出，其中標準數(shù)字化是數(shù)字經(jīng)濟、數(shù)字社會、數(shù)字政府建設(shè)的標準化基礎(chǔ)。2021年10月發(fā)布的《國家標準化發(fā)展綱要》中明確要求，發(fā)展機器可讀標準、開源標準，推動標準化工作向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型[2]。為落實國家戰(zhàn)略和黨中央數(shù)字化戰(zhàn)略決策部署，滿足國家管網(wǎng)集團公司標準化管理和研究的迫切需要，有必要整合和升級原有標準信息化技術(shù)，并應(yīng)用先進的數(shù)字化技術(shù)與智能化技術(shù)，逐漸形成油氣管網(wǎng)領(lǐng)域特色的標準數(shù)字化系列技術(shù)，為集團公司標準化業(yè)務(wù)高質(zhì)量發(fā)展提供支撐。

1 研究意義

1.1 開展油氣管道標準數(shù)字化研究工作的意義

（1）落實國家戰(zhàn)略和黨中央數(shù)字化戰(zhàn)略決策部署的最重要舉措

國家管網(wǎng)集團堅決貫徹黨中央決策部署，把數(shù)字化戰(zhàn)略作為公司發(fā)展的“四大戰(zhàn)略”之一，把數(shù)字化轉(zhuǎn)型作為事關(guān)全局的系統(tǒng)性變革、事關(guān)長遠發(fā)展的關(guān)鍵舉措、事關(guān)員工福祉的重點任務(wù)來謀劃和推動，以數(shù)字化轉(zhuǎn)型，也包括充分發(fā)揮標準數(shù)字化基礎(chǔ)支撐作用，支撐國家管網(wǎng)集團建設(shè)中國特色世界一流能源基礎(chǔ)設(shè)施運營商。

（2） 集團公司標準化管理和研究的迫切需要

《國家管網(wǎng)集團標準化業(yè)務(wù)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》提出的“123456”的總體思路明確指出“高質(zhì)量開展標準數(shù)字化和標準管理工作”，要求實現(xiàn)標準全生命周期數(shù)字化研編、管理和應(yīng)用，促進標準與業(yè)務(wù)的深度融合，全面提升標準數(shù)字化水平。在《國家管網(wǎng)集團標準化業(yè)務(wù)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》的指引下，需要研究最新的標準數(shù)字化技術(shù)，實現(xiàn)集團公司標準管理和標準研究全過程數(shù)字化。

（3）原有標準信息化技術(shù)迭代更新的需要

自2009年以來，科技中心逐步研發(fā)形成了標準內(nèi)容揭示技術(shù)、標準可視化技術(shù)、移動檢索技術(shù)等技術(shù)[3]，這些技術(shù)為管網(wǎng)標準化領(lǐng)域的發(fā)展提供了重要支撐，特別是標準信息的快速查詢和標準內(nèi)容與指標對比等檢索技術(shù)，處于國內(nèi)標準化領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。但隨著近年信息化、數(shù)字化技術(shù)的飛速發(fā)展，原有技術(shù)急需迭代升級、更新?lián)Q代。

1.2 機器可讀標準是標準數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容和關(guān)鍵難點

機器可讀標準是標準數(shù)字化轉(zhuǎn)型的核心內(nèi)容和關(guān)鍵難點，這種新型數(shù)字化標準以機器作為標準的直接使用對象，具有標準文本模塊化、內(nèi)容語義化、互操作化、訪問交互智能化等特征，可實現(xiàn)“標準即軟件”“標準即數(shù)據(jù)”“標準即服務(wù)”等新型標準應(yīng)用模式[4-6]。

《國家標準化發(fā)展綱要》中明確提出“發(fā)展機器可讀標準、開源標準，推動標準化工作向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型”。《中國標準2035》《全國標準化工作要點》等我國標準化頂層規(guī)劃文件中均提出推進標準數(shù)字化轉(zhuǎn)型，油氣管網(wǎng)領(lǐng)域開展機器可讀標準研究和試點工作，探索國家、行業(yè)、團體、企業(yè)各級標準新形式和新模式[4-6]。

2 油氣管網(wǎng)標準機器可讀標準實現(xiàn)的總體思路和實施路徑

該項研究與實踐的最終目標就是用科技和數(shù)字化推動轉(zhuǎn)型發(fā)展，圍繞打造智慧生態(tài)管網(wǎng)，推進管道設(shè)計、建設(shè)、運維、服務(wù)、管理等與大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算融合發(fā)展，實現(xiàn)服務(wù)方、資源方、客戶方、輸送方和消費者數(shù)據(jù)共享、生態(tài)共融、產(chǎn)業(yè)升級。在此基礎(chǔ)上應(yīng)用先進的標準數(shù)字化技術(shù)，給整個行業(yè)帶來全新的模式和體驗，總體技術(shù)框架和思路如圖1所示。

總體技術(shù)路徑和思路是以實現(xiàn)制程融合“三位一體”為最終目標，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施（如圖2所示），具體包括制程“管理機制”一體、制程“管理文件”一體和制程“管理平臺”一體。

2.1 制程“管理機制”一體的實現(xiàn)

通過梳理制程管理的組織架構(gòu)與職責(zé)分工詳細情況，將其整合為一套組織保障機制。全面梳理包括立項、起草、審核、審議與發(fā)布、實施、評價、監(jiān)督與考核等環(huán)節(jié)在內(nèi)的制程管理的運行機制，將其整合為一套運營管理機制。以制程管理為載體，并進一步明確與其他所有體系的關(guān)系。對全集團制程管理要求進行整合，形成一套工作規(guī)劃與實施路徑。

2.2 制程“管理文件”一體的實現(xiàn)

制程“管理文件”一體是對制程管理文件進行三方面的梳理和整合，即梳理制程架構(gòu)，將其整合為一套文件架構(gòu)；梳理授權(quán)要求，將其整合為一套授權(quán)機制；梳理制程成果，將其整合為一套管理文件。

2.3 制程“管理平臺”一體的實現(xiàn)

全面梳理整合制度流程管理的系統(tǒng)需求，將其統(tǒng)一到國家管網(wǎng)唯一的一個管理平臺上，同時將制度流程系統(tǒng)規(guī)劃路徑進行全面梳理、整合，實現(xiàn)集團制程系統(tǒng)規(guī)劃及實施路徑的統(tǒng)一。

制程融合過程可以分為4個階段：初步匹配階段、初級融合階段、中級融合階段以及高級融合階段，最終目標是要達到高級融合階段，實現(xiàn)制程融合一體。

3 機器可讀標準輔助工具設(shè)計與開發(fā)

標準機器可讀研究主要工作是為標準的數(shù)字化編輯和處理、標準信息單元的存儲和交換、標準文檔內(nèi)容的重組構(gòu)建本體庫，對標準架構(gòu)和元素的數(shù)字化表達，便于機器讀取、解析和執(zhí)行標準，為后續(xù)數(shù)字化應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3.1 油氣管道標準標簽集的建立

為了使機器能夠自主理解和處理標準，需對標準進行數(shù)字化表示，即標準的形式數(shù)字化。分析標準結(jié)構(gòu)和內(nèi)容要素，應(yīng)用XML等標記語言定義標準結(jié)構(gòu)層次、前文、主體和后文結(jié)構(gòu)，以及標準章節(jié)條、段落、列項、圖、表、公式、注等標準要素的標簽及屬性定義，構(gòu)建通用標準信息模型。在此基礎(chǔ)上，分析管道領(lǐng)域典型標準整體結(jié)構(gòu)（各章節(jié)目錄）、主要技術(shù)內(nèi)容、標準應(yīng)用場景等特征，構(gòu)建管道領(lǐng)域拓展標簽集?；诿嫦虮倔w的建模與表達方法，面向特定標準化對象的類和關(guān)系，拓展通用標準標簽集及屬性定義，形成標準框架和主要元素的結(jié)構(gòu)化表達。為標準的數(shù)字化編輯和處理、標準文檔內(nèi)容的存儲和交換、標準文檔內(nèi)容的重組構(gòu)建本體庫，為整體標準數(shù)字化奠定基礎(chǔ)。

標準標簽集可分為兩大類，即通用標簽集和擴展標簽集。

3.1.1 通用標簽集

基于ISO STS標準標簽集、GB/T 37967-2019《基于X M L的國家標準結(jié)構(gòu)化置標框架》、GB/ T42093.1-2022《標準文檔結(jié)構(gòu)化 元模型 第1部分：全文》、GB/T 42093.2-2022《標準文檔結(jié)構(gòu)化 元模型第2部分：技術(shù)指標》，構(gòu)建通用標準標簽集。通用標簽集可分為全文結(jié)構(gòu)化標簽和技術(shù)指標標簽。

全文結(jié)構(gòu)化標簽：對標準結(jié)構(gòu)進行拆解，基于標準結(jié)構(gòu)元素進行標準信息單元劃分（例如：章、節(jié)、術(shù)語、縮略語、圖、表等），應(yīng)用（如：檢索、重組等）可以根據(jù)標準結(jié)構(gòu)信息單元執(zhí)行。技術(shù)指標標簽：技術(shù)指標在結(jié)構(gòu)化單元基礎(chǔ)上進行更細顆粒度的識別，標準信息單元細化到標準指標對象（如：指標屬性、屬性值、屬性類型等），應(yīng)用（如：檢索、重組等）可以根據(jù)技術(shù)指標單元的語義執(zhí)行。標簽集架構(gòu)如圖3所示。

3.1.2 管網(wǎng)領(lǐng)域擴展標準標簽集

機器可讀標準拓展標簽集按對象和業(yè)務(wù)兩個維度構(gòu)建，通過自上而下和自下而上相結(jié)合，采用4級標簽架構(gòu)，具體對象和業(yè)務(wù)兩個維度層級數(shù)可不同，具體架構(gòu)如圖4所示。

機器可讀標準的對象應(yīng)結(jié)合油氣管道相關(guān)標準體系，并符合Q/GGW 01002-2022《油氣儲運工程項目結(jié)構(gòu)（EPS）編碼規(guī)范》、Q/GGW 01006.2-2022《油氣儲運工程實體分解結(jié)構(gòu)（PBS）編碼規(guī)范 第2部分：液化天然氣接收站》。

機器可讀標準的業(yè)務(wù)按設(shè)計施工、驗收、運營維護、安全健康、環(huán)保、數(shù)字化、綜合管理、其他進行劃分，據(jù)此細化進行業(yè)務(wù)標簽集的構(gòu)建。

3.2 油氣管道機器可讀標準輔助工具設(shè)計與開發(fā)

3.2.1 軟件總體架構(gòu)

圍繞油氣管道領(lǐng)域標準數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作，面向國家管網(wǎng)集團相關(guān)設(shè)計、施工、科研等標準使用方，依據(jù)標準結(jié)構(gòu)化、技術(shù)要素元模型設(shè)計，采用B/S體系架構(gòu)，并基于Web應(yīng)用開發(fā)主流的Java語言，形成了面向油氣管道領(lǐng)域的機器可讀標準輔助工具的設(shè)計方案，以實現(xiàn)機器可讀標準制修訂過程的數(shù)字化技術(shù)支撐和基于標準要素提取的智能化應(yīng)用服務(wù)。

工具軟件系統(tǒng)包括標準結(jié)構(gòu)化加工、數(shù)據(jù)管理等核心功能模塊，以及機器可讀標準數(shù)據(jù)庫，并支撐機器可讀標準服務(wù)的實現(xiàn)。其中，機器可讀標準服務(wù)支持標準內(nèi)容結(jié)構(gòu)和內(nèi)容元素的起草、分解、編輯、維護，標準內(nèi)容細顆粒度檢索、關(guān)鍵指標識別等功能，有效促進油氣管道領(lǐng)域標準數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的推進（如圖5所示）。

3.2.2 標準輔助工具軟件功能模塊

（1）標準結(jié)構(gòu)化加工

標準結(jié)構(gòu)化加工模塊用于實現(xiàn)標準原始資料管理、內(nèi)容碎片化、內(nèi)容校對、內(nèi)容預(yù)覽等功能，將原始標準文本中的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和部分非結(jié)構(gòu)化內(nèi)容映射至語義標簽集，為標準的機器可讀和進一步的智能應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

原始資料管理：操作人員可通過原始資料管理功能進行標準原始資料的管理，相關(guān)操作包含：查看、搜索、上傳資源；原始資料列表可顯示文件名、備注、導(dǎo)入方式、文件格式、文件大小、版本號、創(chuàng)建者、創(chuàng)建時間等資料相關(guān)信息；支持通過文件名、日期等關(guān)鍵字進行原始資料的查詢檢索；在上傳資料時，選中需要上傳的文件，輸入需要的資源信息。若文件不存在完成上傳操作，若文件存在確認是否需要覆蓋，選擇確定覆蓋，更新相關(guān)數(shù)據(jù)并完成上傳操作，選擇不覆蓋則不進行任何操作。

標準內(nèi)容碎片化：操作人員可通過標準內(nèi)容碎片化功能，對標準進行碎片化生成、查看和預(yù)覽；碎片化生成可處理Word、PDF等格式的標準原始資料，依據(jù)預(yù)定義的標準文件結(jié)構(gòu)與語義元模型標簽，生成標準相關(guān)的XML、圖片等文件，并提取數(shù)據(jù)，持久化到系統(tǒng)中；標準碎片化列表信息包含：文件名、標準號、標準名稱、發(fā)布日期、實施日期；相關(guān)操作包含：獲取碎片化文件、碎片化、重新提取、PDF閱讀、預(yù)覽；支持通過文件名+標簽名進行標準要素的查詢檢索；支持加載碎片化標準數(shù)據(jù)，查看標準文件的目錄、指標、圖片索引，并可以快速定位。

標準內(nèi)容校對：操作人員可通過標準校對功能對標準信息進行校對與編輯修改；支持通過標準號、標準名稱等關(guān)鍵字獲取符合條件的標準信息；加載標準信息后，章條信息、圖片信息、引用信息、術(shù)語信息、技術(shù)要素信息等均可通過軟件在線進行校對與編輯，從而有效提高標準機構(gòu)化數(shù)據(jù)庫的準確性。

標準內(nèi)容預(yù)覽：軟件支持對結(jié)構(gòu)化標準內(nèi)容的在線預(yù)覽，并可通過標準文件的目錄、指標、圖片索引對標準內(nèi)容進行快速定位，并支持標準間引用關(guān)系的可視化展示。

（2）標準數(shù)據(jù)管理

標準數(shù)據(jù)管理模塊用于實現(xiàn)標準標簽定義、標簽管理、XML轉(zhuǎn)換和流程管理等功能，在對標準通用結(jié)構(gòu)與編寫特點，以及油氣管道領(lǐng)域標準內(nèi)容的提煉抽象基礎(chǔ)上實現(xiàn)對語義標簽集的定義、標簽與流程管理，實現(xiàn)標準內(nèi)容的知識化。

標簽定義：操作人員可通過標簽定義功能，對標準語義標簽進行定義、查看和檢索；加載標準相關(guān)數(shù)據(jù)后，可對油氣管道領(lǐng)域各類標準進行通用語義和領(lǐng)域語義標簽進行新增和編輯操作；標簽定義列表信息包含：標準號、標準名稱；支持通過關(guān)鍵字進行標簽的模糊查詢和組合查詢。

標簽管理：操作人員可通過標簽管理功能對標準語義標簽進行修改與刪除操作；支持在選中標準后加載相應(yīng)的標簽信息，生成標簽信息列表，并對標簽信息進行修改與刪除；支持在選中標簽后顯示所有標記為該標簽的標準條款。

流程管理：流程管理信息包含：流程編號、流程節(jié)點名稱、備注；相關(guān)操作包含：搜索、詳細；支持通過流程名稱、流程編號等查詢項，獲取符合條件的流程樹信息。

4 標準智能編寫與分析工具研制、驗證與應(yīng)用

智能編寫工具利用標準結(jié)構(gòu)化技術(shù)及標準內(nèi)容揭示技術(shù)，在標準編制過程中，同步完成元數(shù)據(jù)標引、碎片化處理、指標抽取等數(shù)字化工作，提取題錄、段落、表格、圖片、標準化對象、指標項等特征，完成標準內(nèi)容和指標的揭示組織等相關(guān)加工工作，輸出結(jié)果為數(shù)字化文檔，機器可讀的標準庫，從源頭上實現(xiàn)機器可讀的標準知識庫動態(tài)更新。

標準編輯技術(shù)服務(wù)工具通過AI在線標準編寫的方式，幫助完成標準的編寫。標準編寫嚴格遵循文件表述的一致性原則、協(xié)調(diào)性原則、易用性原則，保證產(chǎn)出標準的智能性、便捷性、正確性、完整性。

4.1 油氣管道企業(yè)標準協(xié)同編寫的實現(xiàn)

在編寫過程中，自動提示補全引用標準信息、術(shù)語信息、單位信息，以及相關(guān)其他標準的指標內(nèi)容，或者文字描述，有效避免在編標準與已有標準的交叉矛盾或不協(xié)調(diào)。

4.2 面向油氣管網(wǎng)標準科技前沿、發(fā)展趨勢分析的實現(xiàn)

標準及標準化應(yīng)用場景分析輔助工具可量化分析標準起草單位對標準研制的貢獻，從多個維度進行現(xiàn)狀、趨勢、熱詞等分析，并以圖表等形式可視化顯示分析結(jié)果?；谥匾W(wǎng)站、新聞、微信公眾號、知乎等來源的數(shù)據(jù)，顯示了標準被論文、新聞、知乎、微信、博客等引用情況。

4.3 標準查重分析的實現(xiàn)

油氣管網(wǎng)標準內(nèi)容查重輔助工具借鑒科技論文查重技術(shù)，應(yīng)用標準內(nèi)容揭示技術(shù)和機器可讀關(guān)鍵技術(shù)，可進行標準段落的相似度計算，給出相似標準段落相識度分值。

5 油氣管道機器標準研究方向展望

標準機器可讀的技術(shù)發(fā)展迅速，雖然實現(xiàn)機器可執(zhí)行挑戰(zhàn)依然存在。

（1）繼續(xù)扎實推進油氣管網(wǎng)領(lǐng)域標準機器可讀研究

在實現(xiàn)機器可讀標準文件的基礎(chǔ)上，繼續(xù)開展更高層級機器可讀標準：機器可讀可執(zhí)行內(nèi)容（3級）、完全機器可解析標準（4級）。

（2）強力推進標準機器可讀標準應(yīng)用

通過示范工程加速推進標準機器可讀標準應(yīng)用，提升油氣管道標準數(shù)字化應(yīng)用水平。

（3）同步加快開展標準機器可讀標準化工作

總結(jié)標準數(shù)字化實踐，研制編寫油氣管網(wǎng)標準數(shù)字化系列技術(shù)標準，依托機器可讀標準國際合作組開展國際合作，積極參加國際標準化工作。

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