GIS在煉化企業廠區外管道安全管理中的應用研究

姜頑強 張靜淑

[摘 要] 吸取國內輸油管道爆炸事故教訓，為解決部分煉化企業廠區外管道存在的安全問題，參照GIS技術在煉化廠區地下管網安全管理中的應用模式，提出利用GIS技術建立廠區外管道地理信息管理系統，利用GIS可視化、空間分析、管道數據綜合分析等功能及時發現隱患并為消除措施制定提供基礎數據，同時監督廠區外管道基礎管理工作的落實并降低風險，整體提升廠區外管道安全管理水平。

[關鍵詞] 安全管理；地理信息系統；管道；煉化企業；應用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 11. 036

[中圖分類號] F270.7；TB2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2014）11- 0057- 03

0 前 言

近幾年，不論是輸油管線、輸氣管線，還是煉化企業廠區間原料輸送管線，石油行業因管線破裂而導致的事故頻繁發生，造成人員傷亡、財產損失，給企業造成了嚴重的經濟損失和社會影響，尤其是，2013年“11·22”青島輸油管道爆炸事故的發生，引起了國家高度重視和社會高度關注。按照國務院安全生產委員會《安委[2013]9號》文件精神要求，石油天然氣、危險化學品等各種易燃易爆品輸送管線管理應全方位夯實制度、科技、培訓、管理、設備、現場等各項安全生產基礎，建立統一、完整的管道分布圖和安全管理信息系統，及時發現并消除隱患，做好風險辨識與風險評估，完善企業應急預案并加強演練，真正做到“安全第一，預防為主、治理為輔”。

GIS（地理信息系統）技術不僅在我國城市管網管理中得到了廣泛應用，而且在部分煉化企業廠區地下管網安全管理中也發揮了重要作用，因此，將GIS技術應用于煉化企業廠區外管道管理方面，技術比較成熟，并具有廣泛的應用前景，同時為煉化企業廠區外管道安全管理提供新模式。

1 現狀與分析

煉化企業主要以石油為主要原料，以水、電、氣、風為輔助原料，開展石油煉制與化學品加工生產。石油煉制與加工是一個產品種類繁多、工藝鏈較長的產業，受產品不同特性及相互作用的影響，不同產品的儲存與加工必須符合相關安全距離標準要求，從而導致煉化企業廠區布置分散，無論是原料，還是成品、半成品，廠區之間大部分采用管道進行輸送。經過對國內多家煉化企業周邊情況現場查看，根據相關法律法規要求，目前煉化企業廠區外管線管理普遍存在的問題如下：

（1）廠區外管線安全距離不能滿足規范要求。如管線橫跨河流和城市排洪溝、橫穿居民住宅區、管線緊貼廠房而過等。

（2）部分埋地管線走向不明。

（3）局部區域未設有檢修通道和消防通道。存在部分巡檢盲區、防范措施不到位。

（4）現場缺乏警示標志和緊急處置措施。如管道橫跨或橫埋馬路時，馬路進出口未設置限重和限高標示牌；現場未設置緊急情況聯系電話和應急處置措施等。

（5）管線基礎管理薄弱。如部分管廊上管線密集，現場未掛設管廊管線分布截面圖，緊急情況下無法快速啟動關閉閥；管線基礎資料管理分散，無法有效判斷管線完好狀態等。

參照GIS技術在廠區地下管網安全管理中的應用模式，利用GIS技術建立廠區外管道地理信息管理系統，將管道基礎資料、日常管理、管道地理位置和周邊環境分布集于一體，通過信息化技術進行管線數據融合分析，整體提升廠區外管線管理的日常監管水平。

2 地理信息系統

2.1 GIS定義

地理信息系統（GIS）是指在計算機軟件、硬件及網絡支持下，把各種地理信息按照空間分布及屬性，以一定的格式輸入、存貯、檢索、更新、顯示、制圖、綜合分析的計算機技術系統[1]。也可以簡單定義為“用于采集、模擬、處理、檢索、分析和表達地理空間數據的計算機信息系統”[2]。

2.2 GIS特點

GIS具有顯著的三大特性：地域性、多維結構、時序特征。地域性：地理信息屬于空間信息，位置的識別與數據相聯系，它的這種定位特征是通過公共的地理基礎來體現的。這是地理信息區別于其他類型信息的最顯著標志。多維結構：在二維空間編碼基礎上，實現多專題的第三維信息結構的組合，為地理信息各圈層之間的綜合研究提供可能，也為地理系統多層次的分析和信息的傳輸與篩選提供方便。時序特征：時空的動態變化引起地理信息的屬性數據或空間數據的變化[3]。

2.3 GIS技術優勢

GIS的技術優勢在于它的混合數據結構和有效的數據集成、獨特的地理空間分析能力、快速的空間定位搜索和復雜的查詢功能、強大的圖形創造和可視化表達手段，以及地理過程的動態模擬和空間決策支持功能等[4]。

3 GIS在煉化廠區地下管網安全管理中的應用

隨著企業對裝置“安、穩、長、滿、優”運行要求，逐步加強了對猶如企業生命線的廠區地下管網的管理，部分企業利用 GIS技術建立地下管網動土安全管理系統，實現地下管線屬性信息與空間分布相集成。同時，組建專門的系統維護隊伍，對廠區新增管線及時探測、測量、錄入系統，對廢除管線及時核對、刪除，對棄用管線及時更新管線的使用狀態，實現地下管網動態管理。有效地解決了以前廠區動土施工因不明施工區域地下管網分布情況而盲目施工挖斷管線、電纜的難題，同時融合應用屬性信息和空間信息，為地下管網的檢修和改擴建項目的規劃、設計與施工提供地下管網基礎數據。

從企業管理制度制定來看，挖掘作業制度明確規定廠區挖掘作業參照地下管網動土管理系統出具的施工區域地下管網分布圖，根據施工區域地下管網具體分布情況（如：管線走向、埋深、材質、輸送介質、周邊環境分布等），選擇挖掘工具及作業方式，并制定有效的防范措施，保證了廠區挖掘作業無一起挖斷管線、電纜事故的發生，延續十多年保持動土安全，為裝置的長周期運行奠定了基礎。

4 廠區外管道地理信息管理系統建設

地理信息應用系統建設過程一般包括系統設計、空間數據采集、屬性數據采集、數據優化處理、系統集成開發、系統應用等幾部分組成。

4.1 系統設計

廠區外管道地理信息管理系統選擇ArcGIS軟件作為基礎平臺。ArcGIS ArcInfo對數據進行加工、組織、存儲與管理，ArcGIS Server應用服務進行發布，ArcGIS Engine進行系統功能開發，Oracle進行數據存儲與管理。整個系統采用數據層、服務層和應用層三層系統架構。數據層包含管線、管線上的輔助物、管廊、房屋等三維模型數據和屬性數據，數據統一存儲在GeoDataBase中，方便用戶管理。服務層提供面向應用滿足OGC標準的地圖服務、查詢服務、量測服務、空間分析（網絡分析、緩沖區分析、統計分析等）、專題圖輸出服務等。應用層采用B/S與C/S方式相結合， B/S結構為安全、環保、機動、規劃、決策等不同部門提供服務，C/S結構為系統維護人員提供空間數據更新、開發功能集成、場景展現、定制服務、系統維護接口。系統整體架構如圖1所示。

4.2 空間數據采集

管線及周邊環境空間數據采集范圍包括進出廠區各類管線、電纜及周邊環境的市政管網、電纜、河流、排洪溝、住宅、廠房（油罐）、農田、樹木、鐵路、公路、消防設施、管線檢修通道等，重點關注管線、電纜走向、消防設施及管線上輔助物的空間位置，河流、溝渠、住宅、廠房、農田、樹木、鐵路、公路只獲取具體位置及平面尺寸等空間信息。

由于廠區外管線跨度范圍大，為了將大范圍的實物納入同一系統中來管理，并減少管線及周邊實物空間數據采集時所產生的測量誤差，同時考慮可與廠內地下管網動土管理系統集成，以廠內控制點為基礎，采用GPS對廠外管線及周邊環境分布范圍布設控制網，為后期單個實物測量建立測量基準。

煉化企業廠區外管線、電纜布置主要以空中管架、沿地面鋪設、管溝敷設、地下埋設或幾種方式相結合。對于管線密集度較高的管廊采用三維掃描儀進行數據采集；對于地面管線、電纜、房屋等實物的空間數據的獲取采用GPS或全站儀進行采集；對于埋地管線、電纜等，先采用探測設備進行走向、埋深探測，再按照地面實物進行數據采集；對于管溝敷設的管線與電纜進行現場查看與核對，再按照地面實物進行數據采集。

4.3 屬性數據獲取

根據煉化企業廠區外管線及周邊環境管理關注重點，對管線周邊環境實物屬性信息進行分類設計（詳見表1）。由于部分企業建設年代較早，屬性數據的獲取主要通過設計資料、運維資料、現場查看等方式相結合進行獲取與收集。

4.4 數據優化處理與系統集成開發

數據優化處理包括空間數據成圖及三維模型優化處理、圖層設計、屬性表結構設計、空間數據與屬性數據的集成等。空間數據成圖主要包括三維掃描儀獲取的點云數據的處理、GPS和全站儀獲取的特征點坐標按照其走向進行圖形化處理；三維模型優化處理，對已成圖的圖形按照管線的管徑大小、高程、顏色及輔助物進行精細化建模（其結果如圖2所示）；圖層設計按照管理重點對實物類別進行分類存儲，考慮后期擴展應用，圖層劃分堅持細劃原則，管線根據不同輸送介質、壓力大小等屬性進行分層存儲，便于根據不同管理和關注對象進行圖層疊加開展更多的應用；屬性表設計指對收集的屬性信息規定儲存于計算機中的格式如字符類型、字符大小存儲結構等。

系統集成開發，利用ArcGIS Engine進行系統二次開發，建立空間模型數據與屬性數據關聯關系，并根據管線管理工作開展進行功能開發。實現不同的空間數據模型對象調用不同的屬性表，開發網絡分析功能、面積計算、距離量算、統計功能、查詢功能、緩沖區分析、拓撲分析、專題地圖輸出、系統權限管理等GIS基本應用功能，根據不同部門的管理需求進行功能定制。

5 系統應用分析

該系統應用可以將廠區外管道管理與周邊環境結合起來，挖掘分析現有數據，實現管道基礎管理、隱患消除、風險控制等全方位管理，整體提升廠區外管道安全管理水平。

該系統應用主要提供如下功能：①管道及輔助物、周邊環境分布、屬性數據等直觀可視，消除管理盲區，落實責任管理；②多元數據歸一管理，建立完整、統一的管道管理資料；③根據巡檢信息標注近期關注重點，查詢統計管線及輔助物的型號、材質、建設年代等屬性信息，為檢維修方案制訂提供可靠依據；④實時分析管線周邊環境存在的危險因素，及時發現隱患并為治理方案的制訂提供依據；⑤模擬分析局部點泄漏擴散范圍，并對可能造成的環境影響進行分析、預測和評估，提出預防或者減輕不良影響的對策和措施；⑥分析救援最短路徑、周邊可利用資源及潛在危險，制訂最佳救援方案，完善應急預案；⑦實現“一次投入、多次產出”。根據不同部門不同需求，生成專題地圖，開展專題應用，為安全、環保、規劃、決策、地面建設等部門提供服務。

6 結束語

目前由于地理環境限制而無法徹底消除廠區外管線存在的隱患，本文提出利用GIS空間數據綜合分析及時發現管道存在的隱患和管理中存在的問題，制定消減措施及時處理，控制風險，減少隱患，不斷完善應急預案，整體提升廠區外管道安全管理水平。后期可將廠區外管線視頻監控系統接入該系統，實現實時數據與周邊地理環境相結合，進一步提升廠區外管線安防水平和應急處置能力。就系統實效性而言，需借鑒廠區地下管網動土管理系統的運維模式，明確空間數據維護、管線日常維護信息錄入、檢修資料錄入、巡檢信息錄入等部門的職責，并寫入廠區外管線管理制度中，實現動態更新管理，確保系統長久有效運行，真正做到“安全第一、預防為主、綜合治理為輔”。

主要參考文獻

[1]國家環境保護總局.中華人民共和國環境保護行業標準.HJ/T 416-2007 環境信息術語[S].2007.

[2]陳述彭，魯學軍，周成虎.地理信息系統導論[M].北京：科學出版社，1995.

[3]胡鵬，黃杏元，華一新. 地理信息系統教程[M]. 武漢：武漢大學出版社，2007.

[4]黃杏元，馬勁松.地理信息系統概論[M].第3版.北京：高等教育出版社，2008.