信息化管理在石油化工項目管道預制中的應用及未來發展

李 悅 陳 超

中國石油天然氣第七建設有限公司 山東青島 266100

管道工廠化預制既能將部分管道施工作業內容前置從而縮短施工工期，又能消除現場環境對施工進度和質量的不利影響，在石油化工EPC 項目組織設計中已被普遍采用。在管道工廠化預制過程中應用好信息化管理手段，可以實現上下游、各工序、多部門之間的高效協同，從而加大預制深度、加快預制進度，為項目增值。阿布扎比BAB 油田綜合設施項目（以下稱BIFP項目）采用Amogh 系統作為管道預制的信息管理平臺，實現材料到貨驗收與發放、管道預制及與安裝、管道現場試壓、法蘭管理等管道施工全過程管理。

1 信息采集

信息采集是信息化管理的基礎，管道預制信息主要包括目標管段信息、物料信息和過程信息。其中目標管段信息和物料信息的采集方法一般包括上游數據直接導入，過程信息手工錄入。BIFP 項目使用的Amogh平臺是一套完整的工業工程項目管理系統，文件導入和手工錄入均能便捷操作，已在中東地區的多個項目得到應用。

1.1 目標管段信息導入

目標管段信息主要包括管道拆分信息、管段信息和優先級信息，這些信息主要來源于工廠預制管段圖和預制進度計劃。工廠預制管段圖是對設計單線圖深化設計的結果，其體現的是各管段的加工目標。在系統中錄入管段信息和優先級，相當于在系統中明確了各管段預制的材料需求和目標計劃。在BIFP 項目中，管道單線圖的深化設計采用的是Spoolgen 軟件，這是美國鷹圖公司基于Isogen 引擎的一款管道加工設計軟件，它能直接利用PDS、PDMS、AutoPlant 等三維建模成果，拆分出預制管段圖、標注焊道并形成信息數據包。將數據包和各管道的預制優先級直接導入Amough 系統，可快速完成目標管段信息的導入工作。

1.2 物料信息導入

物料信息反應的是管道主材在施工全過程中的狀態。其中采購和物管信息，如物料訂單狀態、到貨狀態、驗收狀態、存放位置、領用狀態、缺陷物料處置狀態等，主要來自相關主管部門報表。BIFP 項目的物料采購和到貨驗收信息是由平臺管理人員收集匯總后以Excel格式直接導入平臺的，收錄后的物料均通過信息管理平臺進行調撥，材料狀態可以通過平臺快速查找。

1.3 預制過程信息錄入

預制過程信息主要包括管道預制進度、焊口信息、現場見證資料、釋放許可等，這部分信息來自管段預制加工的各個工序，由專人收集整理。BIFP 項目在管道預制中還應用了條形碼技術。各管段的條形碼在拆圖階段使用Spoolgen 軟件嵌入工廠預制圖紙，在預制過程中打印并粘貼在管段上。目前在預制車間的信息收集過程中，操作人員通過移動終端掃碼識別管段身份，大大提高了現場管道辨認和數據錄入效率和準確性。預制過程信息一般由專人采集整理后上傳Amogh 系統，通過提前導入的資料模板，報驗人員可通過系統直接導出并打印過程資料，用于現場報驗和資料交工。Amogh 系統信息采集流程示意圖見圖1。

圖1 Amogh 系統信息采集流程

2 信息分析

基于信息管理平臺和互聯網，所有錄入數據均在第一時間儲存并共享，各客戶端可以通過信息管理平臺對管道預制信息進行模擬和分析，完成項目決策。

在過去，管道預制的很多工作是無法做到精細化的。比如在成品管道釋放過程中，由于無法快速知道每一個預制管段在現場是否具備安裝條件，通常是將所有預制完的管段分區域打包運輸至現場后，由人工核對圖紙逐一挑選進行安裝，這樣不僅耗費大量人力，而且長時間占用現場場地，對施工組織造成不利影響。還有一種方案是相同線號管段同時排產、同時預制、同時進入現場，此方案的缺點是經常出現缺少單個管件而導致整個管線無法排產的情況。而應用信息化管理平臺，決策者可以通過對已預制完成管段的模擬分析，結合現場信息得出具備安裝條件的管段清單和相應的工程量，從而按需向現場釋放管段，這樣可以減少現場管段的積壓，減少人力和堆場方面的投入。在這一過程中，信息化管理平臺還可以根據現場安裝情況，對關鍵管道進行分析，呈現關鍵管段，方便決策者調整預制優先級。

在BIFP 項目管道預制過程中，管理者可以利用Amogh 系統對庫存材料和預制圖紙進行匹配分析，快速得到具備預制條件的管段清單和焊接工程量；在預制過程中，Amogh 系統可以計算各區域、類型管道的預制進度，并顯示每個管段的預制狀態；完成預制的管段通過Amogh 軟件向現場釋放，可以幫助實現分區分批，防止出現不具備安裝條件的管道進入施工現場的情況。

此外，信息管理平臺也簡化了管道預制過程質量管理的工作。傳統的焊接追溯性管理經常出現錄入形式不統一、錯誤較難發現、數據質量依賴錄入人員工作態度和水平、數據不能即時共享等問題。而Amogh 軟件的焊口追蹤功能和無損檢測分析功能大大方便了管道預制的質量管理，一方面大部分錯誤數據在錄入時可以被系統甄別，另一方面質量管理人員通過系統可以快速地調取或追蹤焊口信息、焊工合格率、現場焊接報告、質量趨勢分析等，實現對管道預制質量的總體把控。

3 信息交互

管道預制管理是一個動態管理的過程，不但圖紙和材料狀態會隨項目推進不斷變化，而且預制各環節也相互影響和制約。利用好信息管理平臺能在對決策目標進行快速分解的同時，使參與各方高效完成信息交換，從而在在各工序之間、各決策方和執行方之間、各管理主體之間形成良好的信息交互，避免多命令源相互干擾，有效降低信息流通的時間成本。

仍然以BIFP 項目為例，管道預制的信息管理流程涉及決策者、設計部門、采購部門、倉儲部門、預制工廠、運輸隊和現場安裝隊等，各單位、部門在Amogh 系統設定的流程內完成信息的輸出和輸入，完成整個預制的動態管理過程。

在各批管道的預制準備階段，設計部門、采購部門和倉儲部門通過Amogh 平臺共享圖紙和材料信息，決策者根據圖紙和材料的匹配結果調整管道預制計劃，并下發“預制任務單”和“材料領用單”。“材料領用單”的信息反饋到倉儲部門完成材料鎖定，“預制任務單”的信息進入到預制系統進行排產。對于現場反饋的高施工優先級管道，應用Amogh 可以快速定位所缺的圖紙或材料，然后通知采辦部門或設計部門催交。在管道預制過程中，管道下料、組對焊接、熱處理、無損檢測、除銹、防腐等各環節信息均上傳Amogh 平臺，預制車間能迅速定位管道位置，作業人員能方便查詢管道信息，使得預制環節高效協調統一，防止不必要的窩工和資源浪費。預制過程的主要信息流程見圖2。

圖2 預制過程主要信息流程

4 未來發展方向

工業管道工廠化預制帶來了預制深度和精度的提高，從而提升了整體施工效率和工程質量。在未來，隨著預制廠異地化、自動化的發展，勢必會對工廠信息化管理提出新的要求。5G 通信技術，正切合了工業設備互聯和遠程交互應用需求。未來，基于企業自建專網和運行商公網，通過5G 技術的超低延遲和超大帶寬，使高清晰工業攝像頭和大規模傳感器組群充分得到利用，從而實現管道預制過程中的信息自動采集、線上深度協同、移動終端有效應用。此外，5G 通訊與智能AI的結合必然帶來自動化升級和信息技術的融合提升，使得數字孿生和信息一體化管理成為可能。圖3 為預制工廠5G 專網示意圖。

圖3 預制工廠5G專網示意圖

4.1 信息采集

受人工參與程度、設備接口差異、數據量巨大等特點的影響，目前管道預制過程中的大部分初始信息通過人工手動錄入。未來隨著5G 網絡的發展，包括光電、熱敏、氣敏、力敏、磁敏、聲敏和濕敏等不同類別的工業傳感器組群將得到充分應用，工廠設備、工器具、流水線運輸系統、預制管道本身均接入工業物聯網網關，各種自動化設備參數、運輸信息、物料狀態、環境監測數據將在管道預制過程中自動被采集傳輸到云端或者服務器進行存儲分析，從而實現信息采集自動化。

管道預制過程信息自動采集的實現不僅能節省信息錄入的資源投入，還能實時獲取信息，消除自動化孤島現象，充分發揮工廠化預制的最大作用。

4.2 線上協作式管道交付

如今利用信息管理平臺可以完成指令傳達、文件審批和信息共享等工作，但要實現線上協作式產品交付仍有較大難度，其中最大阻礙就是線上質量監督驗收難以實現。因為線上監視和測量需要實時調用超高清工業攝像頭和大規模傳感器組群信息，這對數據傳輸能力的要求非常高。

5G 通訊技術的發展使質量檢驗由線下轉入線上成為可能。依托極低延時、超大帶寬、高可靠性的數據傳輸，質檢人員在線上可以通過調用攝像頭實現對工件外觀的全面檢查，得到清晰可靠的產品影像和過程視頻；大規模傳感器組群的運用，使各工序工件得到多維度識別，通過信息管理系統對識別數據與目標模型對比，輔助完成質檢工作。管道預制各參與方運用線上信息管理平臺進行交互協作，完成各環節的管道驗收與釋放，最終實現線上協作式管道交付。

4.3 移動終端的豐富使用場景

手機作為常見的移動終端設備，已經在管道預制信息管理中得到應用，比如在BIFP 項目可以通過手機APP 調取或錄入部分Amogh 平臺數據。但受限于手機運算能力和網絡帶寬的限制，較大的數據模擬運算或3D 圖形調取仍是在移動終端無法實現的。

隨著未來5G 網絡的普及和云計算的發展，信息化管理的移動終端設備將在更廣的場景里得到應用。首先基于5G 核心網絡，云計算的設備接入規模大大增加，云計算的算力得到指數級提升；再者，通過5G 網絡大量數據也能實現低延時調取，云端計算結果可以快速傳輸到終端設備；最后，5G 網絡還具備多個移動終端設備長時間穩定在線的特點。所有移動終端實時在線，通過向云端發送請求后調取云端反饋數據，最終實現三維圖像可視、即時指令、信息數據模擬等，極大地豐富了移動終端設備在管道預制過程中的使用場景。

4.4 數字孿生和信息一體化

數字孿生（Digital Twin）也被稱為數字映射、數字鏡像，簡單的說就是真實系統的虛擬化展現。通過數字孿生，可以在信息化平臺上直觀了解實體的真實狀態。管道預制過程中的“數字孿生”不同于一般的3D 建模圖紙，它是對實體對象的動態仿真，即能根據傳感器反饋的數據實現數據模型的動態變化。

在未來管道工廠化預制中，隨著5G 通訊技術和智能AI 的應用和發展，數據能夠可靠采集和傳輸，管道建模的兼容性增強，數據和模型能夠高精度融合，影響數字孿生的技術瓶頸必然能被突破，從而使管道預制實現超精細化管理，虛擬環境下的過程檢測必將代替物理環境。與此同時，項目全壽命周期的信息化管理成為趨勢，管道工廠化預制必然與項目信息管理平臺高度兼容，真正實現全過程、一體化信息管理。項目決策者對管道預制評估的信息基礎也不限于預制環節本身，而是著眼于整個項目管理資源。管道預制過程中收集到的信息也不單在預制階段形成交互，而是可以參與到整個項目模擬和評估中，促進項目施工、采購，以及施工的進度、成本、質量、合同的整體管控。

5 結束語

石油化工項目管道預制的信息化管理極大地拓展了管道預制管理的深度和廣度，使預制工作在充分考慮項目整體資源調配的同時，與其上下游緊密聯系。在BIFP 項目，得益于Amogh 信息管理平臺的使用，項目總體管道預制深度超過71%，極大降低了現場施工效率低下給項目帶來的影響。利用Amogh 系統，各相關部門高效配合、各預制環節緊密協調，使項目資源得到有效利用，充分發揮了管道工廠化預制應有的作用。

展望未來，管道工廠化預制仍有很大潛力可挖。隨著5G 移動互聯網、云計算、人工智能等領域取得新突破，基于信息物理系統的智能工廠、智能制造已經開始引領變革。管道工廠化預制過程中的信息自動采集、線上深度協同、移動終端辦公等場景也將得以實現，預制質量、進度、成本控制水平將上升到新的高度。