智慧管網對標策略研究

薛魯寧 李莉 陳鉆 崔秀國 侯學瑞

摘 要：本文在分析智慧管網建設關鍵技術的基礎上，結合對標管理的一般方法，提出了智慧管網對標的基本策略。智慧管網對標涵蓋管理和技術兩方面內容，管理對標包括智慧系統的定義內涵、發展戰略、建設目標、智慧化水平評價、企業組織架構改革、科研投入、投資收益以及標準體系等內容；技術對標包括物聯網技術、數字孿生技術和知識庫建設技術3類通用技術和智能化提升技術。對于管理對標和通用技術對標以一般性對標和行業對標為主，輔以競爭性對標，對于智能化提升技術對標，以競爭性對標為主，輔以一般性對標和行業對標。

關鍵詞：智慧管網，對標，物聯網，數字孿生，知識庫

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2024.04.004

0 引 言

對標是一種科學的管理方法，其概念起源于美國施樂公司，其認為對標是持續不斷地將自己的產品、服務及管理實踐活動與最強的競爭對手或那些被公認為是行業領袖的組織進行對比分析的過程，目的是通過不斷地取長補短，最終在相關領域獲得競爭優勢。對標是企業快速找到自身差距和改進措施的有效途徑，通過選擇行業優勢企業開展對標學習，一方面可以找到困擾企業發展問題的解決方案，另一方面可以使企業發現原來沒有發現的差距，進而全面提升企業競爭力。因此對標已成為企業成長必不可少的管理工具。智慧管網建設目前整體上處于起步階段，有必要明確相關對標策略，通過系統開展對標工作，全面分析相關技術研究和應用情況，學習先進企業的相關管理實踐，為高質量開展智慧管網研究和建設工作提供依據。

1 對標的一般方法

按照對標的對象，對標可以分為內部對標、競爭性對標、行業對標和一般性對標[1]。

內部對標是在企業內部開展的，將業績突出的某一部門或者子公司作為標桿對象開展對標，使企業的最佳實踐做法能成為通用做法，以提升企業整體管理和技術水平。

競爭性對標是指對標與本企業有競爭優勢的同類企業，是最有效的對標方法，優點是可以快速高效地獲得本企業的短板和改進措施，缺點是除了產品信息之外，生產工藝、流程管理等關鍵信息獲取較為困難。

行業對標是與按照通用標準所劃分的行業中的優勢企業開展對標，由于沒有直接的競爭關系，信息獲取往往較為容易，且獲取的先進實踐做法與本企業的相關性較強，也是一種常用的對標方法。

一般性對標是指對標與本公司業務不相關的企業，對標的具體內容一般是宏觀層面的戰略、文化、組織架構等，或者專項對標，比如：工程項目管理。

按照對標的內容，對標可以分為技術對標和管理對標。技術對標是對產品性能、生產工藝、技術實現成本等技術內容開展對標，是企業微觀層面的對標。管理對標是對企業戰略、規劃、機構設置、管理體系、制度文化等內容開展對標，是企業宏觀層面的對標。

對標的實施一般分為7個步驟，即前期準備、確定對標范圍和標桿單位、信息收集與分析、差距和適用性分析、制定優化提升方案、實施改進和效果評估[2]。

（1）前期準備，該階段主要任務是建立對標工作小組，明確對標的具體工作目標和原則，制定工作計劃。

（2）確定對標范圍和標桿單位，明確開展對標的具體業務范圍，建立對標指標體系，確定對標的標桿企業。在這一階段，要根據對標業務范圍建立詳細的對標，為后續開展針對性數據和資料搜集奠定基礎。

（3）信息收集與分析，根據建立的指標體系，搜集相關標桿企業的信息，并與本企業開展對比分析，該階段可以通過文獻調研、專家咨詢、現場調研、技術交流等形式開展，必要時可以通過第三方咨詢公司協助開展。

（4）差距和適用性分析，根據搜集到的信息，對比公司現狀，從技術、管理等多個方面分析存在的差距，同時分析標桿企業采用的技術和先進做法對本公司的適用性。

（5）制定優化提升方案，根據分析得出的差距和相關做法對本公司的適用性，制定本公司優化提升方案，明確優化內容、采用的技術和管理手段、責任部門等。

（6）實施改進，根據優化提升方案，開展本公司改進提升行動。

（7）效果評估，評估實施改進效果，明確是否達到對標目標，根據評估情況決定是否需要開展新的對標工作。該階段一般需要在實施改進一段時間后開展。

2 智慧管網建設的對標需求

隨著智能化技術的發展和在工業領域的推廣應用，目前在油氣管道行業智能化技術應用也越來越多，典型的如：管網仿真、無人機巡檢、智能工地、焊片智能識別等，以及深度學習越來越多地應用于各類感知信息分析計算。這些技術的應用，正逐步提升油氣管網的智能化水平，但與其他行業相比，智慧管網建設整體上處于起步探索階段，對于未來智慧管網功能特點、建設技術路線等，需要充分吸收已有智慧化系統（或部分具有智慧化功能的系統）的建設研究經驗。因此，有必要開展對標研究，集成目前智慧化系統的最優做法，最大限度降低未來建設技術風險，保障技術的先進性和可擴展性。具體對標需求包括以下幾項。

（1）智慧管網的概念、內涵尚不明確，有必要通過對照其他行業或企業相關定義，給出智慧管網科學定義、應具備的功能、相對傳統管網的特征等內容，統一對智慧管網的認識，明確智慧管網的建設目標。

（2）覆蓋管道全業務流程的智能化專項技術的應用尚未實現統一化和規范化。智慧管網的構建，涉及大型工業物聯網建設、泛在感知體系建設、數字孿生體模型構建、知識網絡構建與知識庫等諸多專項技術，技術實現方式多樣，目前尚無統一的技術方案和技術規范，有必要開展全面對標，選取先進可靠、可擴展性強的技術實現方案。

（3）智慧化技術的適用性及效能和效益評價尚需進一步研究。無論是智能管道建設還是智慧管網的構建，會涉及大量的信息化和數字化技術，尤其是其他行業形成的諸多成熟的技術成果，是否可以用于指導智慧管網的構建，由于缺乏系統的對比和分析，目前尚不能對眾多智能技術在智慧管網構建上的適用性和有效性作出判定；另一方面，智能和智慧化技術的應用會造成大量投資，對于技術應用的投入產出比目前尚未開展系統的評估，從而不利于各項技術選用和優化。

（4）智慧管網的建設，將使管道業務管理和運行模式發生根本變化，除涉及具體的技術研究之外，也需要建立配套的研究機構、管理體系等內容，有必要參考其他行業已有經驗，建立順應智慧管網建設需求的科研和管理體系。

3 智慧管網建設對標策略研究

智慧管網的對標策略應包括開展哪種類型的對標、標桿對象的選取和對標內容的確定。根據目前智慧管網建設進展，智慧管網對標類型主要以一般性對標、行業對標和競爭性對標為主，由于智慧管網建設一般由公司統一部署，因此內部對標內容涉及較少。在對標內容上，應該是以技術對標為主，兼顧管理對標。下文結合智慧管網的關鍵技術，提出智慧對標策略。

3.1 智慧管網建設關鍵技術及相關行業發展概述

（1）管道物聯網技術

根據國際電信聯盟（ITU）的定義，物聯網是通過二維碼識讀設備、射頻識別（RFID）裝置、紅外感應器、全球定位系統和激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡[3]。傳感器技術和網絡通信技術是物聯網技術的兩個核心技術。國家電網公司提出泛在電力物聯網（ubiquitous power Internetof Things，UPIoT）的理念，并將電力物聯網建設作為智能電網建設的重點工作。張曉華等[4]提出了包含物理層、感知層、網絡層、平臺層、應用層和交互層在內的電力物聯網功能框架，并提出了依托電力物聯網打造智能電力物聯網協同創新生態圈。目前管道物聯網建設尚未開展系統研究，陳朋超[5]提出以管道本體、管道線路及管道站場為對象，以業務場景為切入點，系統梳理了安全監測技術的工程需求，剖析了油氣管網安全監測面臨的挑戰與關鍵科學問題，提出管道本體精準檢測、管道線路智能監測、管道站場多源監測以及構建面向智慧管網的一體化智能監測系統，為管道物聯網建設提供了重要參考。

（2）管道數字孿生技術

數字孿生（Digital Twin）以數字化的方式建立物理實體的多維、多時空尺度、多學科、多物理量的動態虛擬模型來仿真和刻畫物理實體在真實環境中的屬性、行為、規則等[6]。進入21世紀20年代以來，數字孿生已廣泛應用于十多個行業，除了在制造領域開展了較多的應用探索和實踐外，還在電力、醫療、鐵路、汽車、船舶、建筑等領域展現出巨大的應用潛力。陶飛等人[6]認為數字孿生技術落地應用應基于物聯網的虛實互聯與集成，云模式的數字孿生數據存儲與共享，大數據與人工智能的數據分析、融合及智能決策，基于虛擬現實（VR）與增強現實（AR）的虛實映射與可視化顯示等，并提出了包括物理實體、虛擬實體、服務、孿生數據和各組成部分間的連接在內的五維模型。數字孿生體的建設要基于設計建造期數字化移交建立的靜態三維數字孿生體，對于運行期數據的加載和狀態評價，主要用于單體設備的故障診斷和健康監測[7]，對于復雜網絡系統，全系統數字孿生體的建設尚未有成熟案例。目前管道數字孿生體在中緬管道部分管段開展了相關研究和應用，通過數據收集、校驗及對齊，對管道建設期的設計、采辦、施工及部分運行期的數據進行恢復，對站場及管道的設備、建筑等構建數字三維模型，實現了管道可視化運行、設備拆解培訓、指導維檢修作業及應急搶險作業等。

（3）油氣管網知識庫建設技術

智慧系統最顯著的特點就是具備智能決策能力，知識管理水平的高低決定了智能決策水平。知識圖譜技術是目前知識庫建設熱點技術，其本質是連接實體間關系的圖，即揭示實體之間關系的語義網絡[8]。知識圖譜的構建主要包括知識抽取與表示、知識融合和知識推理[9]，知識抽取是指自動化地從文本中發現和抽取相關信息，將非結構化數據轉換為結構化數據。知識融合是面向知識服務和決策的問題，以多源異構數據為基礎，在本體庫和規則庫的支持下[10]，通過知識抽取和轉換獲得隱藏在數據資源中的知識因子及其關聯關系，進而在語義層次上組合、推理、創造出新知識的過程。知識推理是指按照某種策略，根據已有知識推出新知識的過程，用于對知識圖譜進行補全和質量檢測。蒲天驕等人[10]提出了基于NoDKG 思想的電力領域知識圖譜應用架構，提供了一種領域知識圖譜與現有專家數據庫有機融合的途徑。石油行業通過網絡爬蟲爬取大量油氣勘探開發相關的論文、成果和網頁，利用自然語言處理技術、深度學習和機器學習技術，將這些非結構化知識成果進行分類整理，并通過人工標注、自動抽取相結合的方式，收集大量的油氣勘探開發知識，基于油氣勘探開發業務的本體模型，構建了油氣上游綜合性的勘探開發知識圖譜庫，并基于知識圖譜庫和業務痛點，研發了產量預測、油氣藏類比、油氣層識別等油氣認知智能應用。

（4）專項智能化技術

除了物聯網、數字孿生和知識管理技術外，與其他智慧化系統一樣，無人機巡檢、機器人巡檢、智能工地等跨行業通用技術的應用也是智慧管網建設的重要內容，同樣也是開展對標工作的重要內容。

3.2 智慧管網建設對標策略

通過廣泛開展行業調研，本文提出的智慧管網建設的對標策略可以用圖1來表示。

（1）對標內容

智慧管網的對標內容包括管理對標和技術對標。管理對標包括智慧系統的定義內涵，發展戰略、建設目標、智慧化水平評價、企業組織架構改革、科研投入、投資收益以及標準體系等內容。

技術對標包括物聯網技術、數字孿生技術、知識庫建設技術和智能化提升技術4個方面。物聯網技術方面包括企業物聯網建設的整體架構、智能感知技術的應用、邊緣計算、云邊協同技術、網絡傳輸技術和系統安全保障；數字孿生技術包括數字孿生體的總體架構設計、三維可視技術、數字輕量化技術、數據治理技術和動態仿真技術；知識庫建設技術包括知識庫的總體建設架構、知識抽取、知識融合、知識推理和語言大模型的研究等；智能化提升技術包括智能工地建設、智能巡檢、無人值守、智能倉儲、遠程運維、輔助決策等技術。

（2）對標類型

在對標類型選取上，管理對標和物聯網、數字孿生、知識庫等智慧管網建設的關鍵通用技術應以一般性對標和行業對標為主，輔助以競爭性對標。管理對標可重點對標我國智能化鐵路的建設實踐，物聯網技術可重點對標國家電網公司，數字孿生技術可重點對標智能制造和電力系統，知識庫建設可重點對標電力領域和石油行業。智能化提升技術方面，由于具有一定的行業特點，應以競爭性對標為主，輔以行業對標和一般性對標。國外公司可重點對標加拿大TransCanada公司和En br idge公司，美國哥倫比亞管道集團、意大利SNAM集團等。

（3）對標手段

對標的手段應綜合采用文獻調研、技術交流、調研訪談、第三方咨詢等手段，全面獲取相關信息，同時應重點關注文獻調研的局限性。

（4）對標的組織管理

智慧管網建設對標，應按照本文第1節給出的對標步驟開展，在信息收集與分析后，重點開展行業差距及相關實踐的適用性分析，必要時可通過科研立項開展研究，形成智慧管網建設優化提升方案。由于人工智能技術的快速發展，相關對標工作應持續開展，確保相關技術的先進性。

4 結論與展望

本文通過分析智慧化系統建設的關鍵技術，結合對標管理的類型和內容，研究提出了智慧管網的對標策略，對于指導智慧管網的對標工作有參考意義。本文給出的對標內容，需要結合具體對標任務進行細化，隨著新型感知技術、網絡傳輸技術、虛擬現實技術、大模型技術的創新發展，智慧管網建設的對標內容也將逐步更新。

參考文獻

[1]趙穎. 公交企業對標管理的實踐探究——以北京公交為例[J]. 城市公共交通，2023（10）：29-33.

[2]李寧，張娟玲，孫廣輝，等. 化工過程風險評估對標管理應用實踐[J]. 化工安全與環境，2023，36（08）：3-5.

[3]姚萬華. 關于物聯網的概念及基本內涵[J]. 中國信息界，2010（05）：22-23.

[4]張曉華，劉道偉，李柏青，等. 智能電力物聯網功能架構體系設計及創新模式探討[J]. 電網技術，2022，46（05）：1633-1640.

[5]陳朋超. 油氣管網安全狀態監測傳感系統構建與創新發展[J]. 油氣儲運， 2023，42（09）：998-1008.

[6]陶飛，劉蔚然，張萌，等. 數字孿生五維模型及十大領域應用[J]. 計算機集成制造系統，2019，25（01）：1-18.

[7]高士根，周敏，鄭偉，等. 基于數字孿生的高端裝備智能運維研究現狀與展望[J]. 計算機集成制造系統，2022，28（07）：1953-1965.

[8]張吉祥，張祥森，武長旭，等.知識圖譜構建技術綜述[J].計算機工程，2022，48（03）：23-37.

[9]馬忠貴，倪潤宇，余開航.知識圖譜的最新進展、關鍵技術和挑戰[J]. 工程科學學報，2020，42（10）：1254-1266.

[10]蒲天驕，談元鵬，彭國政，等.電力領域知識圖譜的構建與應用[J]. 電網技術，2021，45（06）：2080-2091.

[11]王同軍. 智能高速鐵路戰略研究： 第1卷 智能高速鐵路體系架構與標準體系[M]. 北京： 中國鐵道出版社有限公司， 2020：2-74.