基于完整性管理的油氣長輸管道施工信息管理系統(tǒng)的設(shè)計

李玉杏，章建棟，郁驍

(中國石油化工股份有限公司浙江石油分公司，杭州 310008)

油氣長輸管道是現(xiàn)代物流儲運體系的重要組成部分，它具有運營成本低、輸送效率高、運輸損耗和風險小等多項其他運輸方式所不具有的優(yōu)點。截至2012年上半年，國內(nèi)已建成的油氣管道總長度達9.3×104km，覆蓋全國的油氣管網(wǎng)初步形成。管道安全平穩(wěn)運行不僅關(guān)系到管道運營企業(yè)的正常生產(chǎn)，而且關(guān)系到國民經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定，如何保證管道運行安全已成為社會和企業(yè)關(guān)注的焦點。在這種情況下，管道完整性管理應(yīng)運而生。

管道完整性管理的本質(zhì)是指管道始終處于安全可靠的工作狀態(tài)[1]。數(shù)據(jù)是完整性管理的基礎(chǔ)，全面收集、存儲、整合管道在設(shè)計、施工、運行、維護、檢修和管理等各個階段的數(shù)據(jù)，是開展管道完整性管理的重要基礎(chǔ)。由于大多數(shù)管道事故均發(fā)生在埋地部分，因而管道完整性管理的數(shù)據(jù)采集重點應(yīng)集中在地下管道部分；而地下管道本體數(shù)據(jù)采集工作最宜在施工階段開展，這樣可以避免運營期數(shù)據(jù)采集時遇到的管溝開挖及沿線群眾阻工帶來的工作效率低下、投資增加等問題[2]。此外，根據(jù)相關(guān)工程規(guī)范[3-4]要求，建設(shè)期所產(chǎn)生的管道屬性數(shù)據(jù)、施工過程數(shù)據(jù)和部分環(huán)境數(shù)據(jù)要遠高于完整性管理的數(shù)據(jù)要求。因此，在管道建設(shè)階段對施工信息進行有效管理，不僅有助于提高工程質(zhì)量，而且能為管道完整性管理提供各類可供分析的有效數(shù)據(jù)。

然而，目前國內(nèi)管道完整性管理在施工期的實踐仍處于起步階段[5]，施工數(shù)據(jù)的管理及有效應(yīng)用還存在以下問題： 數(shù)據(jù)記錄形式多種多樣，且以文檔形式保存為主；各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)在不同部門保存管理，施工數(shù)據(jù)模型不統(tǒng)一；尚未建立統(tǒng)一完整的數(shù)據(jù)采集控制管理程序，數(shù)據(jù)質(zhì)量難以保證；管道工程規(guī)范要求與現(xiàn)有的完整性管理數(shù)據(jù)標準和模型相去甚遠，對施工過程數(shù)據(jù)進行完整性管理整合難度較大。因此，迫切需要開發(fā)符合國內(nèi)管道施工實際情況的施工信息管理系統(tǒng)，以便及時、準確地將管道施工數(shù)據(jù)整合到數(shù)據(jù)庫，不僅為施工的調(diào)度決策提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，而且有助于保障運營期管道完整性管理對管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求。

1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)是施工信息管理系統(tǒng)的核心內(nèi)容，建設(shè)期的施工數(shù)據(jù)應(yīng)嚴格按照規(guī)范要求填報，并作為數(shù)據(jù)源，經(jīng)數(shù)據(jù)接口集成到管道完整性管理數(shù)據(jù)庫中。

1.1 施工數(shù)據(jù)

施工數(shù)據(jù)包括施工過程數(shù)據(jù)、施工文檔資料數(shù)據(jù)和施工環(huán)境數(shù)據(jù)。

1.1.1施工過程數(shù)據(jù)

施工過程數(shù)據(jù)是施工管理的主要內(nèi)容，也是管道完整性管理的主要數(shù)據(jù)源。文獻[6]指出，為正確評價工程質(zhì)量，建筑工程驗收應(yīng)劃分為單位工程、分部工程、分項工程和檢驗批。按照文獻[6]提出的劃分要求，文獻[4]又對油氣長輸管道的單位工程、分部工程、分項工程和檢驗批明確了定義，且油氣長輸管道施工過程數(shù)據(jù)的記錄應(yīng)根據(jù)文獻[4]的工程劃分執(zhí)行。

長輸管道的單位工程包括劃定的主管線施工標段、陰極保護工程，需同溝敷設(shè)光纜的管道單位工程還包括光纜敷設(shè)工程。主管線施工標段的分部工程包括管道工程和線路截斷閥室工程；陰極保護工程和光纜敷設(shè)工程的分部工程可按相鄰站之間或獨立施工單位承包區(qū)段進行劃分，各分部工程所包含的分項工程如圖1所示。檢驗批則按工程量對分項工程進行了進一步細化。施工過程數(shù)據(jù)的記錄以分項工程所規(guī)定的內(nèi)容組織，按管道工程規(guī)范要求，由施工方、無損檢測方等參建單位定期填報，由監(jiān)理方和設(shè)計方進行數(shù)據(jù)審核，以確保管道施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性和準確性。

圖1 成品油管道工程的分部、分項工程邏輯示意

1.1.2施工文檔資料數(shù)據(jù)

施工文檔資料數(shù)據(jù)是施工管理的重要對象，也是管道完整性管理體系中不可或缺的基本內(nèi)容。它是工程建設(shè)過程中的指導文件，是工程檢查、驗收、移交、使用、管理、維修、改建和擴建的原始依據(jù)。

文檔資料的具體內(nèi)容包括： 可研資料、專題評價報告、立項審批報告等；勘察資料、初步設(shè)計圖紙、施工設(shè)計圖紙等；綜合資料、管理報告、過程記錄、材料設(shè)備資料、安全管理資料、竣工圖紙等；會議通知、會議紀要等。

1.1.3施工環(huán)境數(shù)據(jù)

施工環(huán)境數(shù)據(jù)是施工管理的輔助工具，也是管道完整性管理體系中高后果區(qū)分析和風險評估的重要依據(jù)。施工環(huán)境數(shù)據(jù)包括勘察設(shè)計時獲得的管道中心線兩側(cè)地形地貌、土壤類型、行政區(qū)劃以及主要公路、鐵路、河流、湖泊等周邊環(huán)境的基本信息，也可根據(jù)需要從專業(yè)數(shù)據(jù)供應(yīng)商中采購數(shù)字正射影像圖(DOM)、數(shù)字高程模型(DEM)、數(shù)字線劃地圖(DLG)、數(shù)字柵格影像(DRG)等遙感測繪數(shù)據(jù)。

1.2 基于GIS的管道完整性管理數(shù)據(jù)模型

管道完整性管理涉及管道屬性數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)，有必要借助計算機科學、地理信息科學等方法對管道進行科學有效地管理和維護[7]。根據(jù)長輸管道的特點，管道完整性管理要處理的大量數(shù)據(jù)中最常見的是空間數(shù)據(jù)，因而最佳的方法是利用地理信息系統(tǒng)(GIS)作為平臺進行完整性管理[8]。目前，國際上成熟的管道模型主要有： 集成空間分析技術(shù)(ISAT)、管線開放數(shù)據(jù)標準(PODS)以及ArcGIS管道數(shù)據(jù)模型(APDM)。其中，PODS的應(yīng)用最為廣泛[9]。PODS是一個與GIS平臺無關(guān)的數(shù)據(jù)模型，可以參考PODS建立基于GIS的管道完整性數(shù)據(jù)庫，它是專門針對油氣長輸管道行業(yè)而設(shè)計的關(guān)系數(shù)據(jù)庫模型，由美國天然氣研究中心組織開發(fā)，并在ISAT數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上做了進一步擴展，以滿足管道完整性管理的需求[10]。

PODS使用中心線模型定義長輸管道的位置，記錄了中心線的x，y，z坐標，是管道在GIS平臺上定位的關(guān)鍵元素。PODS使用層級關(guān)系來管理長輸管道，定義了管線(Line)、線路(Route)、站列(Series)三個模型。管線表示整個長輸管道，線路表示根據(jù)管理需要而設(shè)置的一段管道，站列表示兩個站場之間的管道。通常一個管線由幾個線路組成，一個線路由幾個站列組成。

PODS定義了管道本體(包括鋼管、焊口、套管、彎頭、補口等)模型，管道設(shè)備(包括儀表、閥門、執(zhí)行機構(gòu)等)模型，站場模型，陰極保護模型，管道泄漏及維修模型，管道安全壓力模型，管道操作壓力模型，管道周邊設(shè)施(包括建筑物、其他管道、鐵路、公路、河流等)模型，風險評估模型，外部文檔模型等。另外，PODS還允許各管道公司根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求修改模型中已有的要素。管道各種要素以數(shù)據(jù)表格的形式存儲，表格間通過主、外鍵的方式建立關(guān)系。施工信息管理系統(tǒng)主要將管道本體、管道設(shè)備、陰極保護、外部文檔等施工過程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)進行入庫。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體結(jié)構(gòu)

管道施工信息管理系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖2所示。該系統(tǒng)基于三維GIS平臺，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中構(gòu)建了基于GIS的管道完整性數(shù)據(jù)庫，各操作終端根據(jù)預設(shè)權(quán)限，將以管道工程規(guī)范為準的施工過程數(shù)據(jù)及施工文檔資料數(shù)據(jù)經(jīng)Web服務(wù)器上傳至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。此類施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)與管道完整性數(shù)據(jù)庫的共享，并可經(jīng)過應(yīng)用服務(wù)器處理，為施工調(diào)度決策提供數(shù)據(jù)支持。

圖2 管道施工信息管理系統(tǒng)總體構(gòu)架示意

系統(tǒng)基于Intranet/Internet結(jié)構(gòu)，采用C/S模式與B/S模式相結(jié)合的體系架構(gòu)。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)平臺能滿足各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用的需要，在內(nèi)外部局域網(wǎng)上進行信息交互，實現(xiàn)施工方和檢測方錄入數(shù)據(jù)、監(jiān)理方和設(shè)計方審核數(shù)據(jù)、建設(shè)方發(fā)布和管理數(shù)據(jù)的施工信息管理平臺的應(yīng)用功能。

2.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)數(shù)據(jù)入庫及應(yīng)用流程如圖3所示。該系統(tǒng)從功能上可分為執(zhí)行層和管理層。執(zhí)行層是施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)錄入和審核平臺，它是聯(lián)系管理層和施工現(xiàn)場的信息紐帶，參建方負責將現(xiàn)場采集到的第一手資料錄入數(shù)據(jù)庫，經(jīng)監(jiān)理方和設(shè)計方審核后上傳至管理層。管理層在數(shù)據(jù)終審后，發(fā)布執(zhí)行層上傳的施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，作為基于PODS數(shù)據(jù)模型的管道完整性數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)源，為工程管理者及時掌握施工現(xiàn)場情況提供數(shù)據(jù)支持。系統(tǒng)提供查詢?yōu)g覽功能，簡化了管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的追溯性查詢，并可根據(jù)施工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對參建單位工程進度及工程質(zhì)量進行統(tǒng)計分析。

圖3 施工信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)入庫及應(yīng)用流程示意

隨著GIS技術(shù)的發(fā)展和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用，能夠顯示三維地景、地貌以及設(shè)備、設(shè)施實體的三維GIS逐漸成為管道管理的新支撐。管理層可利用三維GIS平臺，對基于PODS管道數(shù)據(jù)模型的管道完整性數(shù)據(jù)庫進行可視化分析，實現(xiàn)在三維場景中進行各類數(shù)據(jù)查詢，豐富了施工信息統(tǒng)計和文檔資料管理的展示方式，并且能完成基于真實場景的施工進度、施工質(zhì)量和施工環(huán)境分析，有助于提高管理人員的調(diào)度決策水平。

3 結(jié)束語

隨著完整性管理的進一步發(fā)展，施工期間管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集已越來越受管道公司的重視。通過在成品油管道工程中的實踐，基于完整性管理的管道施工信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用取得了初步成果，該系統(tǒng)從施工的源頭開始將完整性管理的理念付諸實施，是保證建設(shè)期數(shù)據(jù)真實、準確、完整的一次有益嘗試。但是目前還存在一些問題，尤其是要加強參建各方的管道完整性管理理念，增強建設(shè)期管道信息管理的科學性。另外還需要根據(jù)規(guī)范要求優(yōu)化施工過程數(shù)據(jù)錄入內(nèi)容，進一步完善施工管理信息系統(tǒng)的技術(shù)標準，以使更多的管道參建方能接受基于完整性管理的管道施工管理方式，提升系統(tǒng)的推廣價值。

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