智能化信息技術在京津第二輸油管道完整性建設中的應用實踐

中航油京津冀物流有限公司

隨著社會經濟技術的發展，國家對管道安全運行的要求也越來越高。近年來管道安全事故頻發，給社會造成了很大經濟損失，因此消除管道安全隱患，確保管道安全運行的管道完整性管理理念被普遍接受和應用[1-6]。2015年國家頒布了GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規范》，完整性管理成為管道建設管理的新要求[7-12]。津京第二輸油管道處于京津冀經濟相對發達地區，作為大興國際機場和首都國際機場兩大機場最重要的供油管道，其安全、可靠運行顯得尤為重要，規劃、設計、施工、運行和安全、質量、環保都提高到了新的臺階[13-15]。該管道作為國家重點工程大興國際機場重要的配套設施，是中國航油的“天字一號”工程，在規劃之初就定位建設“國際一流、國內領先、行業標桿”工程，引入國內外先進的管道建設技術，利用的最新信息技術成果，開展管道完整性管理。消除隱患、加強管道安全，建設智能航油管道，對于其他管道的建設有借鑒意義。

1 完整性管理平臺開發

2016 年津京第二輸油管道正式啟動前期規劃工作，在管道項目建設規劃初期引入完整性管理理念，按照國家新規范的要求開展管道項目建設。傳統管道建設、施工、運行管理是由不同單位分別實施，采用建管分離模式，工程竣工后移交給管道運行單位管理。建設單位前期資料和施工過程資料可能會遺落丟失，尤其是竣工多年后，圖紙存在丟失、掉色、損毀等問題，且紙質竣工圖不方便查閱，因此，管道完整性管理首先要保證管道全生命周期數據信息的完整，信息可追溯。記錄管道全生命周期信息，形成數字化管道數據庫，方便后期管理運行，建立管道完整性信息系統勢在必行。首先啟動科研項目，基于Oracle 數據庫和ArcGIS Server地理信息軟件開發了中航油管道完整性管理系統。在管道完整性管理的基礎上開發數據信息系統平臺，信息系統是存貯管道全生命周期數據的載體，資源可共享，信息可追溯，從而實現完整性管理的目標。通過國內運行管道的實地調研，參照國外管道先進的管理理念，結合航油管道的特點及實際需要，制定了完整性管理系統文件。根據管道建設不同階段采集錄入的數據資料，開發建設兩大子系統，分別為建設期完整性管理和運行期完整性管理。每個子系統根據管道建設流程劃分不同模塊，根據先進管道建設經驗，調研各階段工作具體內容，設計了各式數據錄入表單，為管道完整性管理搭建了系統化的平臺。建設期完整性管理分成三個子模塊，分別為項目可研階段、初步設計階段、施工階段模塊。運行期完整性管理包含腐蝕防護、高后果區管理、管道內檢測、地質災害防治、應急信息管理、風險評價等。

管道完整性管理系統平臺分為四個層次，基礎設施層、數據層、服務層及應用層。基礎設施主要是硬件設施，如服務器、磁盤存貯陣列、防火墻、移動端設備、傳感器等；數據層記錄存儲管道數據信息，是管道的數據中心；服務層是數據計算中心，負責處理各類管道信息，根據需要開發了相應的軟件程序以滿足管道管理需要；應用層是面向用戶應用界面，負責數據采集、上傳、查看、審閱等。京津第二輸油管道完整性平臺架構如圖1所示。

2 完整性平臺在項目建設中的應用

2.1 輔助優化設計

圖1 完整性系統平臺架構圖Fig.1 Integrity system platform architecture diagram

管道完整性管理目的就在于為管道的建設運行提供信息指導決策，其貫穿于管道全生命周期，突出的特點就是滾動建設應用。可研階段的信息數據可以指導初步設計。可研階段子菜單包括安全預評價、環境影響評價、地震影響評價、地質災害評價、社會穩定性調查、文物調查、壓覆礦產調查等，同時文檔子菜單用于錄入和項目可研相關文件，如可研報告及批復、項目選址意見書及政府各部門批復意見、往來函件、重要會議記錄等。完整性系統上傳前期評價報告，并分析解讀報告內容，利用地理信息系統標注關鍵位置，可直觀指導管道詳細設計，規避人口密集區、環境敏感區、地震斷裂帶等，同時記錄保存了設計過程資料和依據文件。津京第二輸油管道前期規劃選址靠近大黃堡生態保護區，管道線位進入大黃堡生態保護區黃線范圍約500 m。將線位導入完整性平臺，加載前期各類評價信息，平臺可自動顯示與評價沖突位置，因此可借助于完整性平臺實現前期評價信息集成，對施工線位進行優化調整，避開生態保護區，同時避開董莊減少征拆（圖2）。

設計階段子模塊中包含管道基礎信息、線路、站場、穿跨越、通信、自控、防腐等各類關鍵設計信息，便于查閱管道線位走向、穿越位置、施工場地布置、土石方測算、評估工程量、測算工程概算，方便安排部署招標采購工作。

2.2 物資采購數字化，追蹤生產、存貯、施工全過程

津京第二輸油管道設備采購采取二維碼技術，詳細記錄了管材的信息，便于追蹤管材的各個流程。每根鋼管和閥門均貼有包含各自身份信息的二維碼，通過完整性信息平臺移動端APP 掃描二維碼，可獲取管道生產、防腐、檢測等信息，同時也可進行自動識別入庫出庫，監理現場掃描校驗。現場施工過程中通過掃描二維碼，記錄每一根鋼管安裝位置、時間、作業人，每一道焊口有唯一的編號，焊口前后鋼管都是唯一的編碼（圖3）。每根鋼管有確定的編碼，每道焊口有確定的編號，可有序、高效地進行設備、材料的存儲、安裝。將采購的管材與焊接施工對應連接起來，既可以核查物資使用情況，跟蹤入庫管材使用，排除未入庫校驗的物資設備，更重要是避免“黑口”發生，從而加強質量的監管。設備二維碼還可記錄設備生產使用的詳細信息，安裝和運行人員通過掃碼獲取產品安裝、維修、保養基本知識，指導日常作業。

圖2 利用完整性平臺輔助設計避讓環境敏感點Fig.2 Using the integrity platform to assist design to avoid environmental sensitive points

3 應用效果

3.1 施工數據采集智能化

完整性管理系統施工數據采集模塊存儲了電子版施工圖，便于參建各方及時查閱指導施工作業，更主要是采集施工過程數據，完整詳細地記錄施工過程信息，以便竣工數據數字化移交，為管道運行管理、質量追蹤、維修檢測提供依據。

圖3 鋼管二維碼追溯生產施工過程Fig.3 Steel pipe QR code retrospecting production and construction process

完整性信息系統中錄入詳細的圖紙和準確的管道線位，在地理信息系統中配置了1∶2 000 測繪路徑底圖、1∶500 站場閥室地形圖、0.5 m 衛星影像圖以及常規的行政區域圖和谷歌衛星影像圖，并開發有距離、面積統計測算功能，同時還能分類統計各類土地、建（構）筑物面積，輔助征地拆遷工作。多種高精度地圖可準確顯示設計管道線位及周邊環境信息，核對施工單位是否按圖施工。管道下溝回填前會采集焊口的埋深和坐標，系統會根據坐標和埋深生成竣工中線及縱剖面，將竣工中線與施工圖中線對比就會發現實際施工與設計圖紙差異。

施工班組都配備了專門的完整性管理人員，通過移動端APP 在現場及時、詳細采集數據。施工過程中會采集錄入焊口詳細信息，包括施工單位、機組、焊接人員、焊接工序（根焊、填充焊、蓋面焊）、溫度、時間、地點、氣象、無損檢測、噴砂除銹、防腐等（圖4）。同時還必須將無損檢測拍片掃描作為附件上傳至完整性管理系統，射線拍片與焊口一一對應，便于隨時查閱復核，永久保存。焊口噴砂除銹后的照片、漆膜厚度檢測照片、防腐成品照片也上傳保存，記錄施工詳細過程以便于復核，同時可從工序上監督施工單位嚴把質量關，這就是管道完整性工作重要作用和意義。施工過程每一步都要有信息記錄上傳，施工信息與施工人員綁定，對施工人員是一種監督，有利于提高施工質量。完整性信息平臺的應用提高了數據的采集錄入效率，及時、準確、完整地記錄施工過程數據，便于及時發現施工問題，提高工程質量。管材和設備生產采用二維碼追溯生產、運輸、進場校驗，從源頭上確保管道完整性以及管道本體安全。

3.2 施工現場管理自動化

管道建設屬于線性工程，距離跨度大，施工具有流動性，跑工地費時、費力，幾百千米的施工長度很難以做到隨時監督查看。津京第二輸油管道利用物聯網技術實現了施工現場監督遠程自動化。完整性信息系統開發了視頻接口，在重點穿越施工地段和機組處設置可移動監控設備，通過4G 網絡將施工現場情況傳到完整性信息系統，在辦公室可以隨時查看現場施工情況，回放還可以查看歷史施工作業過程，APP 端則可以隨地查看現場施工，還可以下達不符合項、在線開具罰單，業主和監理都能時時共享，隨時隨地監督施工，做好質量管控，掌握施工最新進度情況，實現了施工現場管理的高效化、智能化。

圖4 施工過程數據記錄及錄入信息圖Fig.4 Construction process data recording and information inputting diagram

3.3 竣工資料移交數字化

管道基礎信息數據完整是管道開展完整性管理的基石和根本。津京第二輸油管道聘請專業的設計單位統一對各標段進行竣工圖編制，參照民航行業要求，結合石油石化行業特點，制定了工程竣工資料移交標準。各參建單位按照標準要求編制竣工資料，紙質版和電子版保持一致，蓋章文件逐一掃描刻盤。紙質版文件資料存入檔案室保管，電子版文件統一上傳至管道完整性信息系統。津京第二輸油管道完整性建設從項目規劃到施工、竣工，每一步詳細信息都記錄在完整性信息系統，為以后管道的改造、維修、運行提供依據。

3.4 巡檢智能化

開發智能巡檢模塊，配置物聯網巡檢設備。每臺巡檢車輛安裝GPS，每個巡檢人員佩帶手持巡檢儀，巡檢設備通過安裝的物聯網通信卡，使用4G網絡實時定位，上傳巡檢軌跡（圖5）。系統自由設定巡檢任務和必經點，自動考核巡檢人員到達情況。巡檢APP 能夠在巡檢設備故障情況替代使用，并能夠上傳圖片、語音，上傳巡檢發現問題，方便尋求技術人員和領導協助解決。

津京第二輸油管道與通信光纖同溝鋪設，上線了智能光纖震動預警系統。管道沿線的人工和機械挖掘施工都會觸發光纖震動報警，軟件會定位震動詳細位置，巡檢系統會安排最近巡線人員到現場查看，及時制止破壞管道的行為。光纖震動預警軟件采用人工智能學習算法，根據巡檢人員查看結果對震動報警信息進行分類并存貯到數據庫，再有新的震動會根據震動波的強度頻率與數據庫存貯的各類震動波進行匹配來確認報警類型。通過一段時間大量震動數據的搜集確認，光纖震動預警能夠自動識別管道沿線各類生產、生活活動引起的震動，進行有區別的精確報警，減少誤報率，提高管道安全管理效率。

圖5 智能巡檢系統監控巡檢軌跡圖Fig.5 Intelligent inspection system monitors patrol track chart

泵機是管道輸送最主要的設備，泵機的安全穩定運行關系到航油供應保障。津京第二輸油管道對泵機也進行在線震動監測，調控隨時查看泵機運行情況，系統設定了不同方向位置的溫度、震動報警值，確保設備安全穩定運行。所有的閥室都采用RTU，無人值守、遠程監控、自動控制，配備視頻監控和入侵報警，確保安全。采用智能測試樁，自動采集電流、點位信息，通過物聯網4G 通信傳輸信息，軟件自動記錄、分析陰極保護數據，實現對管道腐蝕防護智能化管理。

智能巡檢有利于加強管道巡護管理，監督巡線人員的日常巡護工作，確保巡檢到位，從而及時發現、制止危害管道的行為，確保管道不受第三方施工破壞。光纖震動預警系統從技術層面辨別各類震動信息，24 h 無死角、全覆蓋監控管道異常情況，是管道的安全衛士。光纖震動和巡檢結合便于及時發現問題，隨時通知最近的巡檢人員到達現場處置突發情況，確保管道安全運行。泵機在線震動監測系統對重要設備進行監控預警，給設備安全運行提供了防護網。這些智能化技術的應用，提高了管道自動化水平，可從技術層面降低管道風險。

4 結論

津京第二輸油管作為專業的航油輸送管道，在規劃建設起始就根據最近管道完整性管理規范開展管道完整性建設工作，開發了航油管道完整性管理系統，詳細搜集錄入管道各階段數據信息，建立了從可研、設計、施工、竣工、運行管道全生命周期的數據庫，數據在管道設計、采購、施工、運行管理中發揮了指導作用，樹立了航油管道完整性管理的標桿。利用現狀物聯網、電子信息技術，實現施工和運行數據自動采集、分析、預警，提高了管道的自動化、智能化水平，降低了管道風險。京津第二輸油管道是第一條開發完整性管理的航油管道，對其他管道建設運行具有借鑒意義。