長寧頁巖氣田數(shù)字化管道建設(shè)創(chuàng)新與實(shí)踐

寧永喬

中國石油西南油氣田分公司基建工程處

長寧頁巖氣田集輸氣干線是長寧—昭通頁巖氣區(qū)塊重要的天然氣外輸通道，管道直徑D813 mm，總長119.1 km，設(shè)計(jì)規(guī)模40×108m3/a，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa。工程于2016年11月2日批復(fù)，2017年2月27日動(dòng)工，11月24日完工并投產(chǎn)試運(yùn)行。為達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先數(shù)字化管道總目標(biāo)，工程建立了一套覆蓋設(shè)計(jì)、采購、施工、運(yùn)營全生命周期的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了工程建設(shè)和管道運(yùn)營一體化的全數(shù)字化管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目建設(shè)全過程數(shù)字化管理[1-3]。

1 方案策劃

國內(nèi)已建成的數(shù)字化管道基本側(cè)重于管道運(yùn)行管理[4-6]，管道建設(shè)全過程數(shù)字化管理尚無成功案例可借鑒。通過考察國家能源局和國家安監(jiān)總局構(gòu)建的國家油氣輸送管道地理信息系統(tǒng)，了解行業(yè)主管部門對(duì)管道運(yùn)營管理的重點(diǎn)要求；考察了中國石化智能化管網(wǎng)平臺(tái)所使用的3D GIS核心技術(shù)；調(diào)研了陜京四線管道建設(shè)CDP標(biāo)準(zhǔn)文件，提出了長寧頁巖氣集輸氣干線構(gòu)建工程建設(shè)和管道運(yùn)營一體化技術(shù)路線。基于GIS構(gòu)建站場(chǎng)與線路三維模型，基于3D GIS搭建建設(shè)和管道運(yùn)營數(shù)字化平臺(tái)，通過二維碼關(guān)聯(lián)，將項(xiàng)目建設(shè)過程數(shù)據(jù)采集植入并體系化入庫，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)全過程數(shù)字化管理，并為管道完整性管理提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[7-8]。

2 數(shù)字化管道建設(shè)

該工程建立了以油氣儲(chǔ)運(yùn)項(xiàng)目CDP文件為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，制定了數(shù)字化管道建設(shè)方案，頒布了數(shù)字化管道建設(shè)管理相關(guān)制度。通過勘察、設(shè)計(jì)、采購、施工、檢測(cè)、監(jiān)理等完整性數(shù)據(jù)體系化入庫，以及施工全過程數(shù)字化管理與一站式移交，工程建設(shè)實(shí)現(xiàn)了管控一體化、決策智能化，促進(jìn)了油氣田地面建設(shè)管理方式的轉(zhuǎn)變，提升了項(xiàng)目管理水平，并為管道后期生產(chǎn)運(yùn)行、應(yīng)急管理提供了全方位的信息保障。

2.1 六項(xiàng)核心技術(shù)

2.1.1 基于高精度遙感信息實(shí)現(xiàn)管道線路路由優(yōu)化

衛(wèi)星遙感影像像素分辨率為0.6 m，高程誤差為5 m；而采用無人機(jī)攜載遙感影像，分辨率可以達(dá)到0.1 m，高程誤差在1 m以內(nèi)，能夠真實(shí)清晰展現(xiàn)管道沿線地理信息、地形地貌和地面場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)階段，引入全新高精度遙感影像進(jìn)行選線、定線，結(jié)合管道沿線地勘調(diào)查單戶居民、敏感信息、高風(fēng)險(xiǎn)源等數(shù)據(jù)，為選線定線提供精準(zhǔn)地形和豐富地籍?dāng)?shù)據(jù)支撐，極大地縮減了現(xiàn)場(chǎng)踏勘的工作量，提升了設(shè)計(jì)的符合性和有效性。圖1為基于高精度遙感成果的選線定線與優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1.2 基于二維碼標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)人、機(jī)、材料信息交互和傳遞

通過二維碼將設(shè)備材料、作業(yè)人員、作業(yè)過程數(shù)據(jù)等進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)全過程數(shù)據(jù)的高效、真實(shí)傳遞，并可追溯；設(shè)備材料采用二維碼關(guān)聯(lián)，記錄采購、制造、倉庫、調(diào)撥、質(zhì)量信息；作業(yè)人員HSE培訓(xùn)、特殊工種持證上崗等基礎(chǔ)信息采用二維碼進(jìn)行記錄；焊縫兩端材料信息、焊接臺(tái)班及施焊人員信息、現(xiàn)場(chǎng)焊縫圖片、焊縫質(zhì)量以及焊縫GPS坐標(biāo)，采用二維碼關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)管道焊縫全數(shù)字化管理。圖2為采用二維碼關(guān)聯(lián)的管道焊縫數(shù)字化管理。

圖1 基于高精度遙感成果的選線定線與優(yōu)化設(shè)計(jì)Fig.1 Line selection and optimum design based on high precision remote sensing results

圖2 采用二維碼關(guān)聯(lián)的管道焊縫數(shù)字化管理Fig.2 Digital management of pipe welds by using twodimensional code association

2.1.3 基于RTK定位實(shí)現(xiàn)管道焊縫和周邊環(huán)境精準(zhǔn)定位

施工班組利用APP采集管道焊縫施工、檢測(cè)數(shù)據(jù)以及拐點(diǎn)、穿跨越、地下障礙物的信息，及時(shí)上傳；采用RTK伴隨測(cè)量焊縫坐標(biāo)和高程，經(jīng)加密處理，線下上傳服務(wù)器；對(duì)管線周邊200 m范圍的單戶居民、500 m范圍的敏感目標(biāo)、10 km范圍的應(yīng)急救援力量進(jìn)行調(diào)繪。實(shí)現(xiàn)了管道焊縫精確定位以及管線周邊應(yīng)急信息采集，為突發(fā)狀況下應(yīng)急指揮、決策提供數(shù)據(jù)支撐。圖3為管道焊縫和周邊環(huán)境信息精準(zhǔn)定位。

2.1.4 基于影像可視化實(shí)現(xiàn)施工質(zhì)量與安全管控

通過采集施工過程中照片、視頻，并與GPS位置關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)重要部位和關(guān)鍵工序“點(diǎn)點(diǎn)有照片、處處有視頻”，通過720°全景影像還原施工過程，追溯工程質(zhì)量與安全管控。圖4為施工過程影像可視化記錄。

圖3 管道焊縫和周邊環(huán)境信息精準(zhǔn)定位Fig.3 Precise localization of pipeline weld and surrounding environmental information

圖4 施工過程影像可視化記錄Fig.4 Visual recording of construction process images

2.1.5 基于三維掃描技術(shù)建立場(chǎng)站精確模型

對(duì)于設(shè)備、工藝管道以及埋地管網(wǎng)、電纜等，通過三維掃描與RTK輔助測(cè)量，實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)精細(xì)化場(chǎng)景構(gòu)建，精準(zhǔn)反映管線和設(shè)備的位置、尺寸以及空間數(shù)據(jù)，服務(wù)于工程后期改造與檢維修。圖5為構(gòu)建站場(chǎng)精細(xì)化場(chǎng)景。

圖5 構(gòu)建站場(chǎng)精細(xì)化場(chǎng)景Fig.5 Constructs a refinement scenario for the station yard

2.1.6 基于3D GIS引擎構(gòu)建建設(shè)和管道運(yùn)營數(shù)字化平臺(tái)

基于3D GIS構(gòu)建三維工地沙盤，通過采集測(cè)量、照片、視頻等帶有空間特性的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在管理平臺(tái)上動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)工程進(jìn)度、物資采辦、施工質(zhì)量等信息，實(shí)現(xiàn)工程進(jìn)度追蹤、機(jī)組臺(tái)班工效分析、施工工序預(yù)警、施工過程可視化、風(fēng)險(xiǎn)管控等項(xiàng)目管理數(shù)字化。圖6為管道建設(shè)全過程數(shù)字化管理。

圖6 管道建設(shè)全過程數(shù)字化管理Fig.6 Digital management of entire pipeline construction process

2.2 四項(xiàng)管理創(chuàng)新

2.2.1 全員參與數(shù)字化管道建設(shè)

該項(xiàng)目采用以項(xiàng)目部為主導(dǎo)、參建單位全員參與、專業(yè)化隊(duì)伍全過程支撐的數(shù)字化管道建設(shè)模式。建設(shè)項(xiàng)目部制定建設(shè)方案、管理制度、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；設(shè)計(jì)單位生成可視化設(shè)計(jì)成果；采購單位采用二維碼標(biāo)準(zhǔn)對(duì)設(shè)備材料采購、制造、倉儲(chǔ)、出入庫等進(jìn)行數(shù)字化管理；施工單位完成人、機(jī)、材料、焊縫等施工過程數(shù)據(jù)錄入；檢測(cè)單位通過移動(dòng)端實(shí)時(shí)填報(bào)焊縫檢測(cè)質(zhì)量；監(jiān)理單位審核各類數(shù)據(jù)并體系化入庫；數(shù)字化集成單位搭建數(shù)字化平臺(tái)，做好全過程技術(shù)支撐。

2.2.2 構(gòu)建四大應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理

現(xiàn)場(chǎng)施工人員通過移動(dòng)端采集施工數(shù)據(jù)；各參建單位文控人員通過PC端上傳和管理數(shù)據(jù)；管理人員通過移動(dòng)端查詢物資采辦、施工進(jìn)度等關(guān)鍵指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)進(jìn)行工程數(shù)字化管理；通過PC端大屏結(jié)合三維GIS，查詢項(xiàng)目整體進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)指揮與決策的數(shù)字化。

2.2.3 工程數(shù)據(jù)三層核準(zhǔn)確保準(zhǔn)確可靠

施工班組通過掃碼上傳現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)；監(jiān)理單位對(duì)施工班組采集上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督檢查，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；數(shù)字化集成單位平行抽查采集數(shù)據(jù)，并對(duì)施工班組上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行校核；建設(shè)項(xiàng)目部對(duì)所有上報(bào)數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集專項(xiàng)抽查。管道施工班組焊縫掃碼核查一次合格率達(dá)98.7%，焊縫返修信息掃碼核查合格率達(dá)100%，所有數(shù)據(jù)復(fù)核后合格率為100%。

2.2.4 實(shí)現(xiàn)工程數(shù)字化移交

實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)圖紙、施工文檔等電子化移交；管道焊接等施工過程數(shù)字化移交；工程實(shí)體矢量化移交；工程建設(shè)過程動(dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)一體化移交。累計(jì)形成各類數(shù)據(jù)113 690條，關(guān)鍵施工地段與質(zhì)量關(guān)鍵控制點(diǎn)可視化圖片57 343張、視頻1 538個(gè)，總?cè)霂鞌?shù)據(jù)506 GB，采集完整率100%，準(zhǔn)確率100%，關(guān)鍵工序100%可追溯。

3 數(shù)字化建設(shè)展望

隨著數(shù)字化建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)與不斷完善，以提升地面工程建設(shè)質(zhì)量、工效、管控風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，以應(yīng)用為導(dǎo)向、數(shù)字化為支撐，打造貼合勘察設(shè)計(jì)、物資采辦、施工組織、進(jìn)度管控、質(zhì)量監(jiān)督、安全作業(yè)等業(yè)務(wù)流程的智能化建設(shè)項(xiàng)目管理平臺(tái)，將成為今后工程建設(shè)的發(fā)展方向。

（1）智能協(xié)同設(shè)計(jì)。通過三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)在線協(xié)同設(shè)計(jì)，并為甲方在線審圖、返圖、工藝推演、施工進(jìn)度查詢提供一體化平臺(tái)；依據(jù)三維設(shè)計(jì)物料編碼以及物資供貨二維碼標(biāo)識(shí)，實(shí)現(xiàn)材料采購、物流跟蹤、倉儲(chǔ)管理、出入庫調(diào)撥等數(shù)字化管理。

（2）智慧施工管理。通過WBS任務(wù)分解，從設(shè)備材料到貨與出庫精確管控、施工進(jìn)度實(shí)時(shí)掌控、WBS任務(wù)在線跟蹤、施工質(zhì)量反向舉證與追溯、施工現(xiàn)場(chǎng)可視化監(jiān)管等各環(huán)節(jié)開展智慧管理。

（3）在線歸檔與數(shù)字化移交。通過建立數(shù)字化移交規(guī)范，伴隨全過程數(shù)據(jù)采集，在整理、組卷、審核后，歸檔數(shù)據(jù)自動(dòng)加載，提交至中石油E6系統(tǒng)中，項(xiàng)目建設(shè)完成后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整移交給運(yùn)維單位。