復雜環境下移動式輸油管線運力測算模型研究

廖 微， 伊 鳴， 戴 健

（1. 北京油料研究所 北京102300； 2. 中國人民解放軍65133 部隊 遼寧 沈陽 110043）

現階段，特殊環境的移動式輸油管線運力設計及鋪設方案的制定依賴于人工經驗，制定出的鋪設方案往往與實際鋪設情況差距較大， 嚴重影響了輸油管線的機動性和保障效能，同時消耗了大量的人力物力[1]。

針對上述問題，本文旨在通過利用地理信息、運籌學、數學建模等技術，構建符合實際需要的運力測算模型，輔助作業人員生成展開鋪設方案，滿足不同環境下移動式輸油管線快速展開需要，從而提高移動式輸油管線鋪設效率。

1 運力設計流程分析

完成移動式管線工藝設計后，進入鋪設實施階段，此時需要系統提供管線鋪設的工程管理功能， 包括運力測算、資源分配、工程安排、車輛運輸和進度控制等，為用戶提供最優的展開鋪設方案，合理布局人力物力資源。

移動式運力計算流程如圖1 所示， 包括工作量計算、分組計算和運力計算3 部分：

2 工作量計算模型的設計與實現

1）鋪設方式分析:常用的輸油管線鋪設作業方式分為3種：鋪管車、布管車和人工。 鋪管車鋪設的使用條件[2]：道路轉彎半徑大于120 m、路面寬度大于8 m、橫向坡度10°以內；布管車鋪設的使用條件[3]：路面寬度6 m 以上、雙向通行；人工鋪設適用于所有作業條件。 通過北斗測量設備對管線鋪設作業區域進行放樣測量， 然后對測量的數據進行三維處理，并進行采樣分析，從而生成不同道路的鋪設作業方式[4]。

2）環境影響因子:機械和人工運力的作業效率受環境影響較大。 根據實際作業分析，溫度、晝夜、地形、沼澤、植被、是否污染區等條件是影響環境的關鍵因子[5]。 項目組通過反復試驗設計一套多因子的環境參數模型做為設計基礎。 當用戶在不同地形條件下應用時， 根據實際影響因子進行參數選擇，會返回相應的因子參數,通過各環境因子參數求積，得出實際人工或機械鋪設效率。

3 分組計算模型的設計與實現

對鋪設作業方式和鋪設作業效率分析完成后，即可進入分組計算階段，分組計算目的是為了計算管線所消需的人力和作業車輛數據以及如何對管線鋪設人員的優化分組。 分析流程如圖2 所示。

圖1 運力計算流程Fig. 1 Process design of capacity

圖2 分組計算流程Fig. 2 Process of grouping calculation

1）設計每組的鋪設線路:分組信息調整完成后，系統自動計算每個組的施工段，并在電子地圖上顯示。 計算方式為將所有的工作量除以分組數為每個組的工作量， 從起點開始，每個采樣距離的工作量依次相加，直至達到該組的工作量要求。 2）計算需要分組情況:用戶輸入工期后，系統格局線路的工作量自動計算需要鋪設組的數量。 計算依據為在保證工期的情況下，使用最少的工作組完成線路鋪設工作。 3）調整分組:根據自動分組的情況，用戶可以根據實際情況對分組信息進行調整，使分組信息更符合工作需要。

4 運力籌劃模型的設計與實現

運力籌劃設計是為了得到每個裝備運輸車輛從裝備堆垛點的出發時間、行駛路徑、返程路徑，從而求得整個展開鋪設階段的詳細作業流程，如圖3 所示。

圖3 車輛運力籌劃模型Fig. 3 The capacity planning model

根據求得的各組鋪設速度、 用戶輸入的運輸車行駛速度、裝備堆垛點利用GIS 最短路徑分析模型求得最優路徑[6]。然后根據計算得出的最優路徑、車輛行駛速度、吊裝時間、工作組休息時間，制定每天的鋪設計劃[7]。

工作量信息和分組信息確定后， 就可以進行運力計算。步驟如下：

1）設定鋪設開始時間。 用戶首先設定開始鋪設的日期，以后所有的日期安排均以此日期為基準。

2）對每組分別進行運力計算。 遍歷每個組，對每個組分別作運力計算。 對于每個組的運力計算均包括以下流程。

3）確定采樣距離內的鋪設方式和速度。 在該組的施工段內，讀取采樣距離單位下的鋪設（布管、和鋪管）方式和速度和鋪設時間。

4）計算每段距離內需要的管件數量。 根據裝備計算的信息獲取采樣距離內需要的管件數量。

5）計算運輸車輛停靠地點和時間。 根據運輸車輛裝載管件的數量及鋪設時間首先計算運輸車輛到達的位置及時間要求， 再根據倉儲地點到達位置的道路信息計算運輸時間，可以估算運輸車輛的出發時間、到達地點及到達時間等信息。

6）計算布管、鋪管車輛使用的時間和地段。 從系統中讀取從系統中讀取采用機械鋪管、布管方式的采樣段信息，并確定布管、鋪管車輛的使用時間和地點。 采用機械鋪管、布管方式的采樣段信息，并確定布管、鋪管車輛的使用時間和地點。

7）計算人工鋪設的時間和地段。 從系統中讀取采用人工鋪管、布管方式的采樣段信息，人工鋪管、布管的時間和地點。

8）全部線路的工期計劃。 根據以上信息可以得到所有分組的施工計劃及運力安排。

5 結束語

以文中所描述的運力測算模型為基礎，項目組研制了一套移動式輸油管線運力測算輔助系統，并在新疆、西藏等復雜環境條件下進行了移動式輸油管線實際鋪設作業試驗。 通過試驗分析，該測算模型較原人工算法，展開鋪設效率提高30%以上，每100 公里移動式輸油管線節約經費20～30 萬元。

[1] 蒲家寧. 輸油管道新理論與新技術[M]. 北京:科學技術文獻出版社，2002.

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YIN Xu，LI Ping，LI Zhen-pei. Design and implentation of digital pipeline system based on erdas and arcgis[J]. Pipeline Technology and Eguipment，2010（5）:2－3.

[3] 蔣華義. 輸油管道設計及管理[M]. 北京：石油工業出版社2010.

[4] 中國石油天然氣集團公司.GB50253－2006. 輸油管道工程設計規范[S]. 北京:中國計劃出版社，2006.

[5] 袁恩熙 工程流體力學[M]. 北京：石油工業出版社，2010.

[6] 王博，王榮敏，孟鵬，等. 長慶油田黃土濕陷地區管道設計技術與發展趨勢[J]. 內蒙古石油化工，2010（4）:47－48.

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