數字化管道技術在寶雞—漢中輸氣管道施工建設中的應用

李謙益

（陜西省天然氣股份有限公司 陜西 西安 710016）

管道運輸已成為我國繼鐵路、公路、水路、航運之后的第五大運輸業，近年來，中國管道運輸業的發展呈現出了勃勃生機。伴隨著管道運輸業的快速發展，數字化管道技術也越來越多的應用到了管道工程設計、工程建設施工管理以及管道生產運營管理的各個階段之中。

“數字化管道”即在工程勘察設計、施工管理及運營管理過程中，全面實現以先進的3S技術（地理信息系統GIS、衛星定位系統GPS、遙感RS）應用為標志的全數字化建設和管理[1]。數字化管道在建設中充分采用國家空間數據及坐標系基礎設施數據，并利用航空攝影測量、衛星遙感影像獲得管道周邊的地形、環境等數據，與以往的管道數據采集管理方式相比，具有內容更加豐富，更新速度更快，數據描述更加完整準確，使用簡潔方便等諸多優勢，大大提高了對管道的監控能力[2]。數字化管道將成為長輸管道管理的必然趨勢。

1 “寶漢線數字化管道”建設的必要性

寶雞至漢中天然氣輸氣管道工程（簡稱“寶漢線”）是陜西省天然氣股份有限公司IPO發行股票募集資金最大的一個投資項目，也是該公司實施“氣化陜西”工程中建設的重要管線之一。管道工程起于陜西省寶雞市的眉縣首站，途經眉縣、岐山、太白、留壩至終點漢中末站，管線全長228 km，管徑φ323.9，設計壓力4.0 MPa；沿線設有眉縣、太白、南河、漢中4座場站和新軍營、上寺院等8座閥室。管線翻越秦嶺，穿越大中小型河流百余次，工程環境復雜，施工難度較大，管線運營管理的難度也較大。采用傳統的勘察設計和施工管理方法已經不能滿足“寶漢線”管道建設和運營管理的需要，因此，在管線的規劃初期就引入了建設數字化管道的理念，確定了建立數字化管道的目標，同時要求對于數字化管道建設采用“總體規劃，分步實施”的建設思想，在工程設計階段就將數字管道系統與自控、通信、工藝管道等密切相關的專業結合起來，進行統一地規劃和設計，避免相互脫節或彼此沖突及重復進行設計和施工工作，使數字化管道系統在管道施工過程中及管道投入運營一開始就能發揮其功能和效益[3]。采用數字化管道技術方法，解決管道設計和施工中的很多問題。

1）采用數字化的勘查手段（如航空攝影測量、數字化測繪技術），可以快速、準確地采集管道沿線的地形地貌、HSE設施數據，并同時獲得矢量化的地形圖、航空影像和數字地面模型數據，這些數字化成果可直接用于管道設計[4]。

2）基于數字化勘查成果的管道設計，一方面可以提高設計效率和設計質量、另一方面可以直接輸出數字化的設計成果，便于施工和今后運營時的數字化查詢。

3）施工過程的數字化，一方面可以采集很多在施工結束后無法收集到的數據，便于管道后期的運營維護，另一方面通過施工過程的信息化，可以提高施工過程的管理水平。

4）通過建立完整性數據庫管理系統，將管道從設計、勘察、施工、竣工各個階段數據完整的收集及建庫，為運營期管道安全決策系統及其它應用系統提供數據支撐。

2 “寶漢線”數字化管道系統建設總體目標與結構

2.1 總體目標

“寶漢線”數字化管道建設總體目標是全面實現管道建設信息化管理和管線運營全程自動控制。建立覆蓋管道整個生命周期的信息數據庫，存儲各種靜態和動態信息，為實現管道整個生命周期自動控制奠定基礎；實現管道運行預警、管道周邊、自然災害預警和環境評估，最大限度預防管線生產事故和自然災害對管道安全造成的危害?！皩殱h線”數字化管道建設最終要形成一個以GIS為展示層，以數據庫為基礎支持，包含管道設計、管道施工、自動化運營管理和應急風險管理，集網絡化、真實三維可視化和數字自控為一體的系統[5]。

2.2 系統總體結構

“寶雞至漢中天然氣輸氣管道數字化管道系統”是以地理信息、管道建設、管道運營各類數據庫為基礎，以數字化管道信息網絡為紐帶，以標準、制度和安全體系為保障，以管道各項管理業務流程為主線，以支撐管道決策為核心的一個互聯互通、貫穿管道建設和運營階段，提供決策支持和信息發布的綜合系統。

整個系統可分為4個層次，基礎設施層、數據中心層、應用系統層和信息門戶層，系統的總體結構如圖1所示。

圖1 系統總體結構圖Fig.1 Overall structure diagram of system

基礎設施層是系統建設和運行分析的基礎，包括軟硬件系統、網絡、通訊、自動控制系統等。數據中心層是整個系統的數據管理與輸入輸出交換中心。存儲了基礎地形圖數據、遙感影像數據、管道設計數據、施工過程數據、竣工數據、管道運營數據等各類數據。數據中心依托成熟的數據庫管理軟件和GIS平臺，按照統一的標準建立管道完整性數據庫，實現數據的集中存儲與管理，為應用系統提供數據支撐。應用系統層是系統建設的核心，包括了建設期和運營期各個相對獨立的專業應用子系統，該層是一個開放式的結構，對于運營期的其它應用系統可以不斷添加構建，共同組成應用系統層。信息門戶層通過建立統一的管理服務平臺，為各業務模塊提供數據操作、用戶管理、安全認證管理、工作流引擎、數據交換、Web信息發布等標準模塊，實現各種業務模塊的快速搭建和集成，同時為未來系統的擴充與升級打下良好的基礎。

3 “寶漢線”數字化管道系統建設內容與功能

3.1 系統建設內容

按照“總體規劃、分步實施”的建設原則，系統建設內容可分為建設期和運營期兩個階段，本文主要描述建設期（施工期）的主要內容與技術方法，其建設內容主要有以下幾項：

1）基礎地理數據采集建庫 以國家基礎測繪成果為依據，輔以衛星遙感影像、航空攝影資料，建設一套適用的、覆蓋“寶漢線”所經區域的空間信息數據庫，為“寶漢線”的高效施工和后期的安全運營管理提供空間基礎數據。具體內容如下：

①管道沿線省份1:25萬數字線劃圖、數字高程模型及ETM遙感影像；

②管道兩側各約5 km范圍內1:5萬數字線劃圖，數字高程模型及2.5 m分辨率SPOT5遙感影像；

③ 管道兩側各約300 m范圍的1:2 000數字線劃圖、數字高程模型、數字正射影像圖。

2）管道專題數據采集建庫 一方面是將管道建設前期的勘察資料、設計圖紙等資料按照統一的數據標準和格式進行整理入庫；另一方面是對管道施工建設過程中的陰保、焊口、彎頭、管道樁、穿跨越、水工保護、站場、進出站出入點信息、第三方油氣管道、伴行光纜、其它管道及公共設施共11類專題數據進行采集。特別是現場施工數據，很多數據不可逆或可逆性很差，因此一定要做好現場數據的復測與檢核工作，保證入庫數據的精確性與完整性[6]。

3）應用軟件系統開發 建設期應用系統主要圍繞管道設計及施工建設進行，包括施工項目管理系統、管道完整性數據采集維護系統、管道地理信息系統三個子系統。運營期首要建設的應用系統包括管道巡檢系統、管道三維模擬系統、生產運營管理系統、管道安全應急決策系統等等。

3.2 系統功能描述

這里主要描述的是施工建設期開發的應用系統，這些系統在管道的施工建設中發揮了重要的作用。

1）施工項目管理系統 為業主各部門提供掌握工程項目具體情況，有效監管施工、監理、檢測等分包商工作的管理工具。同時也為項目建設各方搭建起了一座溝通交流的橋梁，通過施工項目管理系統完成信息的錄入與交換。系統功能主要包括進度管理、安全管理、質量管理、工程文件管理、投資管理、工程溝通管理、信息管理（門戶網站）等功能模塊。

2）完整性數據采集維護系統 為建設輸氣管道完整性數據庫，將管道生命周期各階段的數據進行統一采集和分類管理，通過采集和維護系統制定規范的審核流程對入庫數據進行檢驗和審核，確保數據的正確性，提供對入庫數據的查詢、瀏覽、匯總、統計、綜合分析等功能，輔助工程建設過程管理，為下一階段的管道運營、維護、管理提供真實有效的數據。

3）管道地理信息系統 利用地理信息技術，將管線及周邊環境電子地圖矢量化處理，形成集管線屬性信息和空間信息為一體的空間數據庫系統，并與運營管理系統等其它子系統連接，形成可視化的業務處理管理平臺。系統基于ArcGIS Server和Oracle 10g構建而成，采用C/S與B/S相結合的架構，提供了地圖瀏覽、空間查詢、檢索、定位、統計分析、數據轉換、橫縱斷面、量測等功能。系統主界面見圖2。

圖2 管道地理信息系統主界面Fig.2 The main interface of pipeline geographic information systems

4 結束語

數字化管道的概念徹底改變了傳統的工作模式，對管道勘探設計、管道施工建設和管道運營管理的每一個環節都將產生深遠的影響[7]。但數字化管道系統的建設在我國仍處于起步階段，還存在一些亟待解決的問題，特別是管道數據采集還沒有形成統一的標準?！皩殱h線”數字化管道系統是陜西省天然氣股份有限公司建立的第一條數字化管道系統，該系統不僅為項目的施工建設管理發揮了重要的作用，也為整個天然氣公司的數字化管道建設在系統框架、數據標準、功能設置以及施工管理等各環節形成了框架體系，為后續規劃建設的輸氣管道現代化、信息化管理，實現管理方式根本性轉變，提高工作效率等提供了有力保障。

[1]陳靜，秦興述.數字化管道技術在勘察設計領域的應用[J]，石油工業技術監督， 2005， 21（5）:59-61.CHEN Jing，QIN Xing-shu.Application of digital pipeline technology in survey design[J].Technology Supervision in Petroleun Industry， 2005， 21（5）:59-61.

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