儲(chǔ)氣庫建設(shè)中數(shù)字化平臺(tái)的構(gòu)建——以S儲(chǔ)氣庫為例

摘" " 要：隨著儲(chǔ)氣庫業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，對(duì)工程建設(shè)期數(shù)據(jù)信息的采集、歸檔與應(yīng)用提出了更高的要求。S儲(chǔ)氣庫一期工程從建設(shè)與運(yùn)營的角度構(gòu)建了數(shù)字化平臺(tái)，內(nèi)容涵蓋數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理系統(tǒng)、三維模型、管道可視化管理、數(shù)字化移交四個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)與數(shù)字化建設(shè)同步，促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在儲(chǔ)氣庫建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，為未來實(shí)現(xiàn)智能化儲(chǔ)氣庫奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)介紹了數(shù)字化交付平臺(tái)的功能，平臺(tái)部署方式、系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)構(gòu)架，簡要介紹了階段性成果，歸納總結(jié)了平臺(tái)技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)，最后提出數(shù)字化交付中應(yīng)關(guān)注的問題。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)氣庫；數(shù)字化交付；組成；三維模型；數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

Construction of digital delivery platforms in the construction of gas storage

—Taking S gas storage as an example

WEI Xiaofeng LI Sitong WEI Minghui ZHUO Yueping HUANG Jianhua

1. Liaohe Oilfield （Panjin） Gas Storage Co.， Ltd.， Panjin 124200， China

2. Liaohe Oilfield Construction Co.， Ltd.， Panjin 124010， China

Abstract：With the rapid development of the gas storage business， higher requirements have been put forward for the collection， archiving， and application of data information during the project construction period. In the first phase of the S gas storage project， a digital delivery platform was constructed from the perspective of construction and operation， and covered four aspects of data asset management system， 3D model， pipeline visualization management， and digital transfer. The construction of the digital delivery platform has enabled the synchronization between engineering construction and digital construction， promoted the application and development of digital technology in the field of gas storage construction， and laid the foundation for the future realization of intelligent gas storage. This article first systematically introduces the functions of the platform， and its deployment methods， system architecture， and technical architecture， then briefly introduces the phased achievements and summarizes the innovation points of the platform technology， and finally proposes some issues that deserve attention from several aspects of the digital delivery.

Keywords：gas storage; digital delivery; composition; three-dimensional model; data basis

“十三五”以來，遼河油田建設(shè)了面向工程管理與應(yīng)用的數(shù)字化交付系統(tǒng)——S儲(chǔ)氣庫一期建設(shè)工程數(shù)字化交付平臺(tái)（簡稱數(shù)字化平臺(tái)）。該數(shù)字化平臺(tái)與地面工程同步建設(shè)，旨在將地面建設(shè)靜態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可供管理使用的數(shù)字孿生體，通過云端可視化輔助提升地面建設(shè)管理水平；構(gòu)建全面、完整、符合上游板塊要求，滿足運(yùn)行期需要的地面工程建設(shè)期數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為未來儲(chǔ)氣庫智能化發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[1-14]。

1" " 數(shù)字化平臺(tái)的組成和功能

數(shù)字化平臺(tái)實(shí)體依托S儲(chǔ)氣庫群一期注采井、井場平臺(tái)、站外管道、集注站內(nèi)注采氣裝置及配套（附屬）工程，分為數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理系統(tǒng)、三維模型、管道可視化管理和數(shù)字化移交四個(gè)部分。

1.1" " 數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理系統(tǒng)涵蓋整個(gè)工程項(xiàng)目所有數(shù)據(jù)，集成了項(xiàng)目運(yùn)行全過程的資料以及設(shè)備信息，包括前期設(shè)計(jì)文件、技術(shù)規(guī)格書、開工報(bào)告、檢測文件、PID文件、設(shè)備圖紙、變更單等。該系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)與三維模型完成關(guān)聯(lián)，并可隨時(shí)提取調(diào)用三維模型和相關(guān)數(shù)據(jù)，構(gòu)成完整的工程三維模型屬性信息基礎(chǔ)。

該系統(tǒng)為工程建設(shè)動(dòng)態(tài)管理提供信息技術(shù)支持，其中伴隨式施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)按照建設(shè)活動(dòng)的進(jìn)程對(duì)工程劃分實(shí)行動(dòng)態(tài)管理，明確了承包商、監(jiān)理單位、業(yè)主單位間工程劃分的業(yè)務(wù)審批關(guān)系。通過對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、入庫歸檔，保證了數(shù)據(jù)流的時(shí)效性、完整性、連續(xù)性，實(shí)現(xiàn)了“數(shù)據(jù)獲取+數(shù)據(jù)管理+數(shù)據(jù)應(yīng)用”的無縫銜接。

1.2" " 三維模型

站場三維模型采用PDMS軟件開發(fā)，將電氣、設(shè)備、暖通、自控、儀表、工藝、通信、土建等數(shù)據(jù)信息與模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)了站場內(nèi)外的等比例展示，為相關(guān)人員查看站場內(nèi)焊縫、儀表、閥門、管道元件等設(shè)備屬性信息提供便利，同時(shí)可以進(jìn)行界面分析、分解模型等操作。模型管理中的采購管理、施工管理、焊縫管理等系統(tǒng)，可以分別查詢各系統(tǒng)處于哪個(gè)階段，對(duì)材料物資的屬性、采購進(jìn)度、某一階段工程實(shí)體構(gòu)成狀態(tài)、工程實(shí)體焊縫信息等都可以做到快速精準(zhǔn)定位，實(shí)時(shí)調(diào)取掌握。

1.3" " 管道可視化管理

線路工程采用空間GIS三維場景構(gòu)建技術(shù)[15-16]，建立了可視化施工管理系統(tǒng)，支持遙感影像、航飛影像、DEM、管道專業(yè)數(shù)據(jù)、三維模型、沿線地理環(huán)境、地名數(shù)據(jù)等服務(wù)?？梢暬┕は到y(tǒng)對(duì)線路設(shè)計(jì)、工程計(jì)劃、焊縫施工數(shù)據(jù)進(jìn)行一體化二三維場景展示，通過對(duì)設(shè)計(jì)中線和施工中線比對(duì)，復(fù)核線路變更地段，也可通過三維場景下的距離、面積量算功能，為核算工程量提供參考依據(jù)。

可視化管理系統(tǒng)將多條注采氣管道區(qū)域內(nèi)的影像、數(shù)字高程、管道中線和設(shè)備矢量數(shù)據(jù)的真實(shí)坐標(biāo)進(jìn)行偏移，另外提供脫密坐標(biāo)，落實(shí)了對(duì)保密工作的要求。

1.4" " 數(shù)字化移交

數(shù)字化交付平臺(tái)包括總覽、文檔資料、屬性數(shù)據(jù)、模型管理及消息中心5個(gè)模塊。整合設(shè)計(jì)、采購、施工、檢測、驗(yàn)收等工程建設(shè)各方面產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將文檔、圖紙及相關(guān)數(shù)據(jù)與三維模型建立關(guān)聯(lián)關(guān)系，利用三維模型的可視化應(yīng)用，構(gòu)建了工程項(xiàng)目的全生命周期數(shù)字化孿生體[17]。

2" " 數(shù)字化平臺(tái)的部署和架構(gòu)

如圖1所示，數(shù)字化平臺(tái)使用前后端分離的方式進(jìn)行系統(tǒng)部署，其中數(shù)據(jù)庫部署在油田公司內(nèi)網(wǎng)，業(yè)務(wù)應(yīng)用程序部署在DMZ隔離區(qū)域[18]，用于支持對(duì)互聯(lián)網(wǎng)主頁提供服務(wù)。系統(tǒng)部署同時(shí)支持云發(fā)布環(huán)境和傳統(tǒng)非云化應(yīng)用場景，具備基于大數(shù)據(jù)背景下的大型計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。

2.1" " 系統(tǒng)架構(gòu)

如圖2所示，數(shù)字化平臺(tái)架構(gòu)分為采集層、交付層和應(yīng)用層。

1）采集層數(shù)據(jù)來自業(yè)主、設(shè)計(jì)、采購、施工、監(jiān)理、檢測等各參建方，采用接口采集、模板導(dǎo)入和手工錄入等混合模式，隨著數(shù)字化交付工作的深入和水平的提升，后期主要應(yīng)用接口采集模式。

2）交付層包括數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)和數(shù)據(jù)交付平臺(tái)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)用于存儲(chǔ)工程建設(shè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)），并面向應(yīng)用層進(jìn)行交付，支持后期過程管理和生產(chǎn)運(yùn)行智能化。數(shù)據(jù)交付平臺(tái)以數(shù)據(jù)交付、服務(wù)交付、組件交付的方式將存儲(chǔ)平臺(tái)中的數(shù)據(jù)交付給應(yīng)用層，支撐應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)的使用需求。數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理確保數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)字孿生體與標(biāo)準(zhǔn)及其應(yīng)用的融合，數(shù)據(jù)組織自主可控，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)透明。

3）應(yīng)用層的數(shù)據(jù)同源，實(shí)現(xiàn)了高價(jià)值數(shù)據(jù)的回存和二次應(yīng)用，包括建設(shè)管理類應(yīng)用系統(tǒng)、生產(chǎn)運(yùn)營類應(yīng)用系統(tǒng)及其他應(yīng)用系統(tǒng)。

2.2" " 技術(shù)架構(gòu)

如圖3所示，技術(shù)架構(gòu)采用模塊化設(shè)計(jì)，既滿足數(shù)字化平臺(tái)功能需求，又保證了架構(gòu)部署簡單、可靠、高效。同時(shí)通過支持橫向添加節(jié)點(diǎn)，增加了數(shù)據(jù)集成、保存和供給的橫向擴(kuò)展能力。平臺(tái)應(yīng)用到的主要軟件包括3D可視化引擎/GIS引擎、MYSQL、Mongo分布式計(jì)算和存儲(chǔ)相關(guān)軟件。

3" " 階段性成果

數(shù)字化平臺(tái)竣工模型如圖4所示，共采集關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)17萬條、1萬余份非結(jié)構(gòu)化文檔，移交三維模型對(duì)象30余萬個(gè)。標(biāo)準(zhǔn)化處理和存儲(chǔ)了100余個(gè)實(shí)體對(duì)象的16萬余條結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，解析完成半結(jié)構(gòu)化三維模型4版。

1）站場數(shù)字孿生體如圖5所示，共錄入數(shù)據(jù)5萬余條，非結(jié)構(gòu)化文檔近6千余份。通過三維模型中設(shè)備安裝狀態(tài)、焊縫施工信息與施工進(jìn)度計(jì)劃的結(jié)合，可視化呈現(xiàn)施工過程和場地狀況，實(shí)現(xiàn)了4D動(dòng)態(tài)現(xiàn)場管理[19]。

2）管道可視化系統(tǒng)如圖6、圖7所示，已完成影像數(shù)據(jù)處理、三維管道建模、焊口坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等工作。采用0.5 m遙感影像圖片，可捕捉沿管道兩側(cè)各2.5 km，近200 km2地面不同高度、不同譜段實(shí)況信息；可隨時(shí)瀏覽三維地形地貌、管道場景，快速定位和查詢焊口信息，展示焊縫完成數(shù)、一次檢測合格數(shù)、返修口數(shù)、完成公里數(shù)等進(jìn)度情況，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場重現(xiàn)[20]。

4" " 創(chuàng)新點(diǎn)

作為第一個(gè)正向執(zhí)行上游板塊《油氣田地面工程數(shù)字化交付技術(shù)規(guī)定》的數(shù)字化交付工程，實(shí)施中在數(shù)據(jù)采集處理、標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)、資產(chǎn)管理等方面進(jìn)行了大量實(shí)踐和探索，為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油氣田地面工程數(shù)字化交付規(guī)范》的研究與編制提供了實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)了板塊技術(shù)規(guī)定向集團(tuán)公司企標(biāo)的升級(jí)。

1）完整執(zhí)行《油氣田地面工程數(shù)字化交付技術(shù)規(guī)定》要求，利用滿足企標(biāo)的軟件工具體系組織開展數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、交付和數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理相關(guān)工作，構(gòu)建示范性、可持續(xù)發(fā)展的地面工程建設(shè)期靜態(tài)數(shù)據(jù)生態(tài)。

2）完整表達(dá)Q/SY 01015—2022《油氣田地面工程數(shù)字化交付規(guī)范》核心意涵，基于可拆分、可組裝、可配置理念，引入國產(chǎn)化自主可控的數(shù)字化交付平臺(tái)（DHAM），可更好地為儲(chǔ)氣庫數(shù)字化建設(shè)提供服務(wù)。

3）整合三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)核心成果和工程建設(shè)業(yè)務(wù)需求[21]，數(shù)據(jù)采集及存儲(chǔ)范圍覆蓋設(shè)計(jì)、采購、施工、交付、應(yīng)用各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、傳輸及處理分析。所有數(shù)據(jù)和信息一次錄入，多次使用，滿足地面工程建設(shè)各階段數(shù)據(jù)需求。

4）建立了詳細(xì)的工程邏輯模型、地理信息模型、三維模型及工程數(shù)據(jù)庫，為建設(shè)管理及投產(chǎn)后生產(chǎn)運(yùn)維提供核心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和虛擬仿真環(huán)境。以模型（邏輯模型和三維模型）為主要工作對(duì)象，以后臺(tái)數(shù)據(jù)為核心內(nèi)容，可以直觀查看現(xiàn)場施工進(jìn)度。提供線上施工圖設(shè)計(jì)審查、匯總、閉環(huán)跟蹤功能，輔助提升施工圖審查效率。

5）支持多種API數(shù)據(jù)集成和接入。集成多類型的原生數(shù)據(jù)庫，采用目前業(yè)界主流網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，包括：Syslog方式（支持Syslog協(xié)議的系統(tǒng)和設(shè)備）、ODBC/JDBC方式（支持與數(shù)據(jù)庫配套的系統(tǒng)和設(shè)備）、SNMP Trap方式（支持SNMP協(xié)議的系統(tǒng)和設(shè)備）、XML方式（支持HTTP協(xié)議的系統(tǒng)和設(shè)備）等。

6）數(shù)字化信息完整，具備數(shù)據(jù)“敏捷交付”能力。經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和加密、授權(quán)后，可通過網(wǎng)頁進(jìn)行油田內(nèi)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的雙線訪問；具備向遼河油田指定平臺(tái)及已建、待建系統(tǒng)數(shù)據(jù)交付能力，實(shí)現(xiàn)彼此數(shù)據(jù)共享、模型共享。在未來可根據(jù)實(shí)際需求，接入動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)源，對(duì)智能應(yīng)用所需的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行登記、注冊(cè)、轉(zhuǎn)發(fā)，全面支撐智能應(yīng)用及“智能生態(tài)”發(fā)展[22-25]。

5" " 結(jié)束語

S儲(chǔ)氣庫一期建設(shè)工程以實(shí)體對(duì)象為核心，通過交付策劃、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)交付和孿生體構(gòu)建等一系列數(shù)字化交付體系工程，形成了符合板塊規(guī)定的建設(shè)期數(shù)據(jù)資產(chǎn)。數(shù)字化平臺(tái)的構(gòu)建，重新定義了數(shù)字化系統(tǒng)與應(yīng)用的交付關(guān)系，規(guī)范了數(shù)據(jù)采集來源，提高了數(shù)據(jù)交付效率，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的跨平臺(tái)對(duì)接，既滿足地面建設(shè)期靜態(tài)數(shù)據(jù)需求，也為運(yùn)營期智能化應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐基礎(chǔ)。

在數(shù)字化交付實(shí)施過程中，要關(guān)注以下幾個(gè)方面，出現(xiàn)問題及時(shí)糾正。

1）及時(shí)解決現(xiàn)場數(shù)據(jù)錄入滯后問題。數(shù)字化數(shù)據(jù)的錄入和審核人員需要經(jīng)過專門培訓(xùn)并相對(duì)固定，一般參建單位配置較少。受季節(jié)、環(huán)境限制，現(xiàn)場常有突擊性施工，伴有大量數(shù)據(jù)短期集中發(fā)生，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集和審核錄入滯后。因此在項(xiàng)目啟動(dòng)階段，要提前考慮參建各方數(shù)字化項(xiàng)目管理和移交的基礎(chǔ)配置費(fèi)用，在建設(shè)過程中及時(shí)調(diào)整數(shù)字化人員數(shù)量。

2）重視數(shù)據(jù)安全管理。儲(chǔ)氣庫工程建設(shè)周期長，從前期規(guī)劃、圖紙?jiān)O(shè)計(jì)到采購施工、驗(yàn)收移交，數(shù)據(jù)信息龐雜，數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲(chǔ)鏈條長，涉及單位、人員多，需要嚴(yán)格控制交付平臺(tái)訪問權(quán)限和層級(jí)，建立強(qiáng)密碼機(jī)制，做好各層級(jí)保密培訓(xùn)和檢查落實(shí)；建立多地點(diǎn)數(shù)據(jù)備份中心，定期進(jìn)行漏洞測試，委托專業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全廠商做安全滲透測試，提高數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）加強(qiáng)供貨商數(shù)據(jù)交付管理，提高數(shù)字孿生體關(guān)聯(lián)率。由廠家提供的設(shè)備、管材等出廠結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表單質(zhì)量相差較大，有的位號(hào)編碼直接空缺，且沒有經(jīng)過采購、監(jiān)理等專業(yè)人員審核，新進(jìn)場的結(jié)構(gòu)化出廠信息也沒有及時(shí)準(zhǔn)確提供，導(dǎo)致數(shù)字孿生體關(guān)聯(lián)率較低。因此需要加強(qiáng)供貨商出廠數(shù)據(jù)的收集、校對(duì)、審核管理，根據(jù)4D狀態(tài)信息查找和解決數(shù)據(jù)缺漏和數(shù)據(jù)質(zhì)量問題，提高數(shù)據(jù)入庫和關(guān)聯(lián)率，從而確保數(shù)據(jù)資產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效。

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作者簡介：

魏曉峰（1968—），男，遼寧錦縣人，高級(jí)工程師，2003年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院石油工程專業(yè)，現(xiàn)從事儲(chǔ)氣庫地面工程技術(shù)研究工作。Email：370525313@qq.com

收稿日期：2024-05-29