管道完整性數據管理技術的研究進展與發展對策

史建峰，王曉霖，帥 健

（1.遼寧石油化工大學，遼寧 撫順113001；2.中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院，遼寧 撫順113001；3.中國石油大學（北京)機電工程學院，北京102249）

管道完整性數據管理技術的研究進展與發展對策

史建峰1,2，王曉霖2，帥 健3

（1.遼寧石油化工大學，遼寧 撫順113001；2.中國石油化工股份有限公司撫順石油化工研究院，遼寧 撫順113001；3.中國石油大學（北京)機電工程學院，北京102249）

概述了管道完整性管理中完整性數據管理的研究進展及國內外現狀，重點介紹了管道數據模型、管道數據采集與整合技術以及完整性數據管理的研究現狀，提出了完整性數據管理的發展對策和建議。指出，數據管理技術的發展核心，應基于我國管道的基本國情，不斷加入新技術、新方法，使完整性數據完備、準確、通用、持續有效，更好地服務于管道完整性管理，保證管道安全、長久的運營。

管道完整性管理；數據管理；研究現狀；發展對策

1 概 述

我國長輸油氣管道發展迅速，基本形成了輻射全國各地的長輸管道網絡布局。我國現有多數油氣長輸管道運行多年，已進入管道安全事故的頻發期，各大管道運行企業對于管道完整性管理的重視程度與投入力度不斷加大，法律法規不斷完善。管道完整性即為管道能有效抵御各種危害因素并保持安全運行的能力，以管道安全為最終目的，通過對復雜多變的管道風險源與事故受體進行反復識別與評價，盡早發現并及時實施減緩風險因素的應急措施，使管道的運行過程基本處于可操控狀態。

管道完整性管理貫穿于管道服役的全過程，完整性數據管理是實施管道完整性管理閉環流程的第一步，數據的完整性直接制約著完整性管理過程后續階段的高后果區識別、風險評價、完整性分析評價等工作結果的準確性，數據質量的好壞直接決定了完整性管理流程的根基是否牢靠，因此極為關鍵。

對于一項龐大的長輸管道工程，管道服役期間的數據管理工作特征明顯，分別是：

（1）協作的用戶種類多。如基層站隊、地區分公司、管理處、專業公司等多個業務部門。

（2）涉及的業務類別多。如高后果區識別、風險評價、完整性評價、巡線、自然災害防治、維修維護、應急搶險、政府協調、民眾宣傳等。

（3）專業信息門類繁雜。如管道本體資料、運維記錄、法律法規、體系文件、技術標準、技術分析、評價報告等。

管道信息的門類繁雜、數據保存格式的不一致、各管理單位管理方法和應用標準的差異以及管道資料分散，容易造成部門間信息傳遞不及時、數據信息的重復采集錄入或無法實時更新等情況，削減了關鍵數據的有效使用率，無法達到管道完整性管理的需求，對管道的高效管理模式造成制約。因此，完整性數據管理是保障完整性管理順利進行的關鍵手段。

2 管道完整性數據管理

長輸管道工程具有涉及專業學科廣泛、基礎資料多樣、信息來源種類繁雜、運營信息動態更新等特點，合理準確的數據處理機制對后續的識別評價結果將產生直接影響，進而決定完整性管理模式的可信度水平和實際應用效果。

石油行業的信息共享趨勢明顯，特別是管道管理方面的自動化水平不斷提高。為滿足當前大量油氣管道運營安全與持續性建設的需要，實施管道完整性管理應將對管道信息數據的全方位、全過程采集作為首要任務來執行。管道完整性管理應利用地理信息系統（GIS）和現有數據庫技術作為依托，將空間數據與實體數據進行有效結合，進一步提高完整性管理的智能化水平。

目前我國長輸管道數據管理工作的專業程度和基于地理信息系統的應用程度普遍低于國外先進水平，管道管理工作中對于數據資料的管理方式和應用程度的要求在不斷提高。數據模型的通用性是數據管理的前提，數據模型必須同時服務于不同需求的管道管理者，并能在實際應用中不斷對模型進行拓展優化，達到數據管理的最佳效果。完善數據的標準化，構建科學合理的管道數據采集流程，并結合數據模型對數據進行整合、入庫、管理，將使下一階段的高后果區識別及風險評價等環節得以有效開展，為完整性管理提供有力支撐。

3 研究進展

英國TRANSCO公司所轄27×104km管道已建立完整性管理組織機構以及完整性管理體系，并投入使用。加拿大TransCanada公司設立的管道線路完整性部門、設施完整性部門和數據完整性管理部門等協同合作。美國Williams Gas公司具有120余人的完整性管理部門，已經開發了60多套完整性管理程序，建立了集合GIS的完整性基礎數據庫，經過多年的運營管理，管道事故率逐年降低。EI Paso管道集團擁有北美最大的天然氣管道系統，在公司的完整性管理過程中，每個部門都能夠共享通用格式的GIS數據和完整性數據庫的使用權限。

中國石油天然氣集團公司成立了相對完善的完整性管理技術研發機構，如在管道科技中心下設完整性研究所，負責為專業公司及管道企業提供完整性管理技術支持。陜京管道率先啟用了完整性管理體系，管理系統完成了與地理信息系統的集成，可支持基于風險的維護決策方案的制定，并將整套完整性管理體系應用于永唐秦管道的管理工作中。西氣東輸一線的完整性管理引用了APDM數據模型完成數據管理工作。中海油已經成立了專項負責完整性管理的工作組，積極開展完整性管理體系建設和完整性管理工作，如海上設備設施、海底管道的完整性管理工作等，已經完成部分海底管道的監測和完整性評估研究。

3.1 管道數據模型研究

國內管道數據模型的研究已經開展多年，不斷有創新性的改進思路和解決方法被提出。2006年，程仲元等[1]提出了中國管道數據模型CPDM，對管理對象的確定和模型組織方式進行了詳細描述，為地理信息標準化及管道數據管理工作提供了借鑒。2008年，賈慶雷等[2]建立了APDM-CH管道模型，模型同時也包含了貫穿于管道業務的站場數據模型，并引入管道評價指標。2009年，王雙等[3]結合APDM 4.0版本規范，提出了基于XML實現初始化APDM模型及對已有模型自定義修改的實施方法，保證了APDM模型同關系型數據庫的順利轉換。2011年，張軼[4]設計了某天然氣管道和場站數據庫的數據模型，詳細拆分了動態數據的分類，使之更加適用于生產管理。王揚等[5]根據油氣管道站場工藝管道的特點建立ISPPDM模型，模型以幾何網絡為基礎，連接點抽象為接口形式展示，模型描述了站內設備與工藝管道的邏輯聯通關系。2013年，于鐵兵等[6]結合WBS結構及編碼體系，建立管道數據模型，實現管道實體、參數設計和工程建設活動的關聯。

3.2 管道數據采集與整合技術研究

國外管道運營十分重視完整性數據的采集和存儲，并有專業的數據公司進行輔助管理[7]。我國也在不斷進行數據采集與整合的先進技術的研究。

2006年，李興國[8]給出系統性說明和誤差分析計算，提出了數字化管道建設中提高基礎測量數據采集精度的做法。2009年，余海沖等[9]提出了提高定位數據精度的優化方法。修改APDM 4.0中規定的中心線測量方式的屬性，結合傳統的里程樁和GPS精確測量，提高了管道中心線的空間位置準確性。2010年，袁泉等[10]在分析了用常規方法進行數據入庫時出現的不符合模型要求的問題后，提出了數據三級入庫的作業方法，詳細劃分管道測繪數據、管道資料數據和管道沿線環境數據的不同入庫流程。劉陽燕等[11]提出在數據入庫過程中利用Access數據庫屬性表存儲的方法優化管道完整性數據的存儲過程，并制定了對管道模型不同要素數據的入庫流程。2011年，韓小明等[12]利用GIS和GPS技術將各類管道數據整合，獲取管道特征的真實地理坐標，再采用GPS直接放樣特征，實現整合后的管道數據集中查看管道同一位置發生的事件。該方法通過不同數據間的匹配點，空間對齊數據，獲得數據之間準確的相對位置關系和真實的地理位置。2013年，唐建剛[13]根據西北某段數字化管道的建設，利用RTK測量法對管道建設期的數據采集進行了理論分析，指出高精度的RTK數據采集方法保障了管道竣工測量成果表數據的真實準確，保證了竣工資料與竣工圖的數據統一。呂高峰等[14]提出應用循環閉合模式對某天然氣管道完整性檢測數據進行更新和建表的方法，對不同檢測數據關鍵字段進行關聯，根據數據模型進行存儲，通過對各管段檢測數據的分析評價來確定維修位置坐標，并及時更新基礎信息。

3.3 完整性數據管理研究

應用GIS軟件，不但實現了對管道空間信息的管理功能，還在實現管道空間位置關系的基礎上，解決了管道設施之間的邏輯關系、空間影像整合以及支持決策等問題，并以信息化集成軟件形式對完整性管理提供服務。

2008年，曹立軍[15]對APDM表進行了要素修改、要素類型增加和線性參考字段增加，針對管道線路的二維、三維線路設計優化設計了GIS輔助軟件。2010年，韓小明等[16]提出提高管道數據集數據可信度的管理方法。吳志鋒等[17]提出利用不可逆的坐標降精度技術來處理管道完整性數據的方法。該方法利用兩套網絡之間數據交換的方式，解決數據保密與生產管理應用數據的矛盾，針對APDM模型中的矢量數據要素，利用矢量數據壓縮及光滑處理的方法對坐標精度進行降級處理。郭磊等[18]針對GIS與CAD的數據互操作研究，結合APDM數據模型提出了一種實現ArcGIS/Auto CAD平臺下的管線數據互操作方案。

帥健等[19]于2005年開發了管道完整性評價數據系統，2006年開發了適用于工程實用的油氣管道完整性評價與管理軟件（PIAM）[20]，軟件具有完善的管道風險評價與剩余強度評價功能。2010年，開發了管道完整性數據庫[21]，以此管理和維護與管道完整性相關的設計、檢測、運行和環境等大量管道數據，采用數據接口技術與外部數據庫實現信息共享，并提供多種有效性評價功能模塊，滿足管道全面完整性管理與評價的基本需要。

魏立新等[22]對已有的數據庫管理模型進行修改，提出了查詢插值的新方法，實現混輸管道壓降的預測以及改進了混輸管道壓降的計算方法。盧世濤[23]對地下管線系統進行了三維建模和軟件編制，應用OpenGL技術實現三維管線的可視化，設計系統軟件實現了管網剖面分析及事故分析功能。2011年，耿作孝等[24]對管道數據庫設計進行了設計，增加了環境及地質災害影響因素、管道第三方破壞和外腐蝕信息，在GIS圖像處理中完善了顏色匹配功能。2012年，樊禹等[25]對中亞天然氣管道生產數據管理系統的方案設計進行了論述，總結了解決跨時區交接運行協調問題的經驗。2013年，胡翩等[26]開發了油氣管道數據管理與安全評價軟件，應用嵌入并行處理技術、變權修正方法及內置數據模板，提高軟件的數據處理能力。李寧[27]以APDM 4.0為技術基礎基于B/S結構編制了WebGIS信息管理系統，實現了管道防腐控制、災害防治和風險評價功能。2014年，郭磊等[28-29]對現階段完整性管理數據集成應用以及整體信息化建設的需求進行了分析，介紹了現有中國石油管道完整性管理系統的建設和應用情況。

4 發展對策

管道完整性管理推行至今，已取得業界廣泛認可，成為國際上普遍認同的管道管理模式和石油天然氣行業發展的一個重要方向。我國的完整性管理普及工作開展較晚，雖然對油氣管道的檢測評估工作可依據國際通行的標準、規范以及推薦作法來實施，但仍有一些方面的方法規程并不適用于我國長輸管道的實際情況，需要進一步修改和完善。為此對完整性數據管理工作提出幾點建議：

（1）建全完整性數據管理體系，結合我國管道基本情況及管理人員自身素質差別，靈活推廣應用，總結應用經驗，不斷完善體系建設。

（2）建立完整性數據管理流程，流程應覆蓋數據管理的全部生命周期，包括制定適應我國管道的完整性數據模型；制定完整性數據采集模板、采集原則、數據來源、采集周期；完善數據整合入庫技術，明確數據審核標準、質量要求、校驗標準、入庫工具、更新周期、安全維護等環節。

（3）將各管道企業的完整性管理工作由公司個體上升為企業級管理平臺的綜合管理，加強完整性管理各步驟的數據融合、集成，使數據的有效利用率得到提升，推動管道完整性管理與國家數字管網一體化建設的進程。

5 結 語

管道完整性管理工作持續性強，覆蓋面廣，數據質量要求嚴格，是管道完整性管理工作順利實施的前提。數據管理技術的發展核心應基于我國管道的基本國情，不斷加入新技術、新方法，使完整性數據完備、準確、通用、持續有效，更好地服務于管道完整性管理，保證管道安全、長久的運營。

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Research Progress and Development Countermeasures of Pipeline Integrity Data Management Technology

SHI Jianfeng1,2，WANG Xiaolin2，SHUAI Jian3
（1.Liaoning Shihua University，Fushun 113001，Liaoning，China；2.Fushun Petrochemical Institute，China Petroleum&Chemical Corporation，Fushun 113001，Liaoning，China；3.School of Electromechanical Engineering，China University of Petroleum-Beijing，Beijing 102249，China）

In this article，it outlined the research progress and current status of the integrity of data management in pipeline integrity management at home and abroad，mainly introduced the research status of pipeline data model，data acquisition，integrated technology，and the integrity of data management，put forward the countermeasures and suggestion for the development of the integrity of data management.It pointed out that the development core of data management technology should be based on the basic national conditions of China.New technology，new method should be continuously added in to make the integrity of the data complete，accurate,in common use，continue effective，better service in pipeline integrity management，and ensure pipeline safe and long-term operation.

pipeline integrity management；data management；research status；countermeasures

TE973.6 文獻標志碼：B DOI：10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.04.004

史建峰（1989—），男，碩士研究生，現就讀于遼寧石油化工大學石油天然氣工程學院。

2015－05－22

羅 剛