中亞D線智能管道建設的探討

向熠星 程 瑩 杜通林 陳 靜 向 波 杜 毅 向玉琪

1. 中國石油工程建設有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 中國石油集團工程有限公司北京項目管理分公司， 北京 100029

0 前言

21世紀以來,基于地理信息系統(tǒng)開發(fā)的數(shù)字管道技術逐步在油氣管道工程中推廣應用。建設數(shù)字化管道系統(tǒng),即在工程勘察設計、施工管理及運行管理過程中,全面實現(xiàn)以先進的3S技術(衛(wèi)星遙感RS、衛(wèi)星定位GPS、地理信息系統(tǒng)GIS)和4D數(shù)據(jù)(數(shù)字高程模型DEM、數(shù)字正攝影像圖DOM、數(shù)字刪格圖DRG、數(shù)字線劃圖DLG)應用為標志的全數(shù)字化建設和管理[1-6]。近年來,在油氣管網(wǎng)規(guī)模建設過程中,隨著標準化、模塊化、信息化水平不斷提高,完成了從傳統(tǒng)管道向數(shù)字管道的轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)了設計數(shù)字化、施工機械化、物采電子化、管理信息化,中國部分長輸管道基本實現(xiàn)了數(shù)字化管道建設的目標[7-16]。

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動網(wǎng)絡、云計算等新一輪信息技術迅速發(fā)展和深入應用,智能管道建設已具備一定基礎,智能化發(fā)展已成為必然趨勢[17]。長輸管道發(fā)展變遷將隨著新一輪的技術發(fā)展產(chǎn)生重大變革,2017年中國石油管道有限責任公司提出了建設智能管道、構(gòu)建智慧管網(wǎng)的目標要求。基于智能管道建設發(fā)展的趨勢和重要性,國內(nèi)各管道建設單位和參建方也都在智能管道建設方面開展研究和布局工作。

1 中亞D線項目建設特點與建設要求

中國石油中亞D線輸氣管道(以下簡稱中亞D線)是繼中亞A、B、C線后新規(guī)劃的1條進口中亞地區(qū)天然氣的管道,對于中國具有極其重要的戰(zhàn)略意義。管道全長約966 km,干線管徑1 219mm,途經(jīng)4個國家,屬世界大型管道項目之一。中國石油工程建設有限公司西南分公司(以下簡稱CPECC西南分公司)經(jīng)過多年對中亞D線持續(xù)不斷地深入工作,對中亞D線項目建設的特點有如下認識:

1)安全形勢嚴峻:管道沿線部分國家社會安全形勢較差,安保和安防形勢較嚴峻。

2)政治環(huán)境復雜:部分過境國政治環(huán)境復雜,中央政府對地方政府管控能力不足,特別是吉爾吉斯南部的泛民主化。

3)人文環(huán)境多樣:過境國均為穆斯林國家,宗教信仰存在一定禁忌,當?shù)鼐用竦木S權意識強,土地私有化嚴重。

4)自然環(huán)境惡劣:管道沿線依托自然條件和社會條件差,建設物資短缺。

5)法規(guī)制度建設程序風險高:過境國勞工制度、財務稅收制度、海關制度、建設審批程序等復雜多樣且執(zhí)行隨意性較大,給項目建設實施帶來不可控風險。

6)工程建設難點多、管理難度大:管道途經(jīng)4個國家,過境國對管道執(zhí)行標準的要求不同;管道沿線地形地貌復雜多樣,地質(zhì)災害數(shù)量多;復雜地質(zhì)條件下隧道眾多,且集中分布;管道多通過9度地震烈度區(qū),部分區(qū)域為高寒高海拔地區(qū);沿線無外電利用,壓氣站的環(huán)境溫度較高;管道分期建設等特點,給設計、采購、施工、運營提出新要求、帶來新挑戰(zhàn)。

綜合以上項目建設特點和管道設計、建設、運營管理水平提高的要求,以及長輸管道發(fā)展的新趨勢,按照智能管道建設的要求開展中亞D線的設計、建設、運營管理已成為各方共識。中油國際管道有限公司也提出了將中亞D線建設成為智能管道，創(chuàng)建國家優(yōu)質(zhì)工程金獎的目標要求。

2 CPECC西南分公司數(shù)字化建設成果

如前文所述,數(shù)字化技術已在我國油氣管道及油氣田建設中得到廣泛應用。CPECC西南分公司作為國內(nèi)天然氣行業(yè)的指導性設計院,2005年在羅家寨內(nèi)部集輸工程中首次采用數(shù)字管道設計技術,理順了數(shù)字管道設計從航攝、成圖、數(shù)字化線路勘察設計到成果入庫的一體化作業(yè)流程；2007年在川渝氣田北內(nèi)環(huán)南西段輸氣管道工程中實施數(shù)字化設計和數(shù)字化施工管理,構(gòu)建了基礎地理信息系統(tǒng)、施工數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、施工進度管理系統(tǒng)、文檔管理系統(tǒng)[18]；2008年承擔完成的川渝氣區(qū)龍崗氣田是中國石油第一個“數(shù)字氣田”,通過工程建設與應用管理的系統(tǒng)集成、巡檢系統(tǒng)、應急指揮系統(tǒng)、動態(tài)數(shù)據(jù)展示系統(tǒng)的構(gòu)建,實現(xiàn)了龍崗氣田內(nèi)部集輸、凈化廠、凈化氣外輸?shù)臄?shù)字化設計、數(shù)字化施工管理和數(shù)字化運行管理,并以此為基礎,構(gòu)建了川渝數(shù)字管網(wǎng)。

CPECC西南分公司依托中油工程公司重大科研專項研究完成的“油氣管道數(shù)字化空間設計平臺”，運用計算機技術、網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫管理技術,采用工作流設計方式,實現(xiàn)了從航測與遙感成圖、測量、地質(zhì)、通訊、陰保、管道工藝等多專業(yè)設計的一體化,成為數(shù)字管道線路工程設計的重要工具?；诙鄬I(yè)協(xié)同設計的三維設計平臺(COMOS+PDMS/BIM/SP)實現(xiàn)了場站工程的數(shù)字化設計。線路、場站工程的設計成果完全可以滿足數(shù)字化移交的要求,并可為智能管道的建設、運行管理奠定堅實的基礎。

3 中亞D線智能管道建設的探討

綜合分析判斷,未來十年,中國油氣長輸天然氣管道將迎來新一輪建設高峰。按照中國石油天然氣集團公司整體要求,中油管道已確定全面有序推進智能管道建設,并提出“建設智能管道、構(gòu)建智慧管網(wǎng)”的總體發(fā)展要求和頂層設計[20-21]。

綜合各方對智能管道的探討研究,智能管道的建設目標是:通過業(yè)務系統(tǒng)的重構(gòu),實現(xiàn)企業(yè)提質(zhì)、降本、增效的本質(zhì)目標,促進管道工程規(guī)劃、建設、運營全產(chǎn)業(yè)鏈及附帶產(chǎn)業(yè)鏈技術和管理水平的提升,促進油氣管道產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)全數(shù)字化移交、全智能化運營、全生命周期管理。

數(shù)字化管道實現(xiàn)了管道及周邊環(huán)境資料數(shù)字化、可視化,管道運行綜合應用SCADA、生產(chǎn)管理、完整性管理等信息系統(tǒng)。而智能管道就是通過“端+云+大數(shù)據(jù)”的體系架構(gòu)集成管道全生命周期數(shù)據(jù),提供智能分析和決策支持,用信息化手段大幅提升質(zhì)量、進度、安全管控能力,實現(xiàn)管道的可視化、網(wǎng)絡化、智能化管理,最終形成具有全面感知、自動預判、智能優(yōu)化、自我調(diào)整能力,且安全高效運行的智能管道,實現(xiàn)管道、社會、企業(yè)等要素在建設和運營管理過程中的優(yōu)化配置,達到數(shù)據(jù)全面統(tǒng)一、感知交互可視、系統(tǒng)融合互聯(lián)、供應精準匹配、運行智能高效、預測預警可控,智能管道是數(shù)字化管道在新技術和新時代條件下的新發(fā)展和升級。

根據(jù)中亞D線的特點,從設計的角度對中亞D線智能管道建設提出探討與建議。

3.1 建設目標

1)一流水準:對標國際先進的大型管道公司,建立面向智能管道的、覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈及附帶產(chǎn)業(yè)鏈信息的一流水平的管道。

2)自主可控:中亞D線智能管道系統(tǒng)的建設以自行設計、自主建造、自主管理為思路開展,以達到自主可控的目的。

3)提供標準:通過中亞D線管道項目的智能化建設,建立一系列標準,為智能管道規(guī)劃與建設提供指引。

4)按需擴展:在業(yè)務部門構(gòu)建業(yè)務系統(tǒng)時,可以按照需要實時擴展。

3.2 系統(tǒng)構(gòu)架

根據(jù)數(shù)字化管道、數(shù)字化氣田建設的經(jīng)驗,建議中亞D線智能管道系統(tǒng)由主數(shù)據(jù)平臺、業(yè)務平臺、數(shù)據(jù)/信息源三大核心部分構(gòu)成。主數(shù)據(jù)平臺的核心是數(shù)據(jù)范圍、標準、規(guī)則;業(yè)務平臺的核心是基于價值模型/經(jīng)濟模型的應用系統(tǒng)的研發(fā);數(shù)據(jù)/信息源包括管道建設數(shù)據(jù)、管道運行數(shù)據(jù)兩大部分。

3.3 重點工作

根據(jù)中亞D線的特點,建議將中亞D線智能化管道系統(tǒng)建設的重點放在以下三方面。

3.3.1 企業(yè)級/項目級主數(shù)據(jù)平臺的規(guī)劃與建設

主數(shù)據(jù)平臺主要進行數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)支撐,數(shù)據(jù)庫的選型及結(jié)構(gòu)要與業(yè)務需求相適應并具有可擴展性,在主數(shù)據(jù)平臺的規(guī)劃中要考慮將中亞A、B、C線一并納入統(tǒng)一管理的需要。數(shù)據(jù)平臺建議由業(yè)主牽頭、專業(yè)承包商承建,數(shù)據(jù)資產(chǎn)由業(yè)主負責運維管理。

3.3.2 業(yè)務平臺的開發(fā)

業(yè)務平臺的開發(fā)需由業(yè)主牽頭,系統(tǒng)梳理智能管道的管理需求,以價值模型/經(jīng)濟模型的構(gòu)建為導向集成研發(fā)業(yè)務管理軟件,通過大數(shù)據(jù)、人工智能等技術綜合運用,推動中亞輸氣管網(wǎng)優(yōu)化運行,管道風險高效洞察,生產(chǎn)經(jīng)營科學決策,實現(xiàn)管道全智能化運營管理,促進管網(wǎng)的經(jīng)濟高效運行。

3.3.3 數(shù)據(jù)/信息源數(shù)據(jù)倉庫建設

數(shù)據(jù)/信息源的完整準確性、數(shù)據(jù)/信息源的高效共享是智能化運營管理的基礎,需要重點解決好數(shù)據(jù)標準統(tǒng)一、提高數(shù)據(jù)分析挖掘的能力、管道及場站實體可視化應用及綜合展示等問題。對設計成果數(shù)字化移交、采辦階段的數(shù)字化移交、施工階段的數(shù)字化移交進行統(tǒng)一規(guī)范。管道建設數(shù)據(jù)倉庫和管道運行數(shù)據(jù)倉庫建議與主數(shù)據(jù)平臺建設統(tǒng)一優(yōu)化考慮,設計、采購、施工的數(shù)據(jù)倉庫可提前部署使用以滿足工程建設期間對數(shù)據(jù)收集的需要。

4 結(jié)論與建議

隨著全球物聯(lián)網(wǎng)、新一代移動網(wǎng)絡、云計算等新一輪信息技術迅速發(fā)展和深入應用,智能管道建設已成為必然趨勢。綜合分析中亞D線項目建設特點和管道設計、建設、運營管理水平的高要求,將中亞D線建設成為智能管道和國家優(yōu)質(zhì)工程是十分必要和可行的。

基于對中亞D線管道設計的認識,以及多年數(shù)字化管道、數(shù)字化氣田設計建設的經(jīng)驗,對中亞D線智能管道系統(tǒng)建設提出如下建議:

1)業(yè)主牽頭、頂層設計、統(tǒng)籌兼顧、業(yè)務驅(qū)動、價值導向

業(yè)主牽頭:基于中亞管道跨境跨國、多種標準規(guī)范、多語言等特點,需業(yè)主牽頭、理清智能管道建設和運行管理的本質(zhì)需求,研究形成中亞管道D線智能管道管理系統(tǒng)建設的總體目標、工作思路、組織方法與實施原則、總體架構(gòu)、實施路線圖等。

頂層設計:針對智能管道的定義、內(nèi)容、架構(gòu)、方案、實施計劃等統(tǒng)一開展頂層設計,指導智能管道信息化工作開展。

統(tǒng)籌兼顧:針對中亞D線途徑4個國家的特點,全面分析工程建設、生產(chǎn)經(jīng)營、管道管理所涉及的業(yè)務信息化需求,統(tǒng)籌兼顧中亞A、B、C線的管理需要,有針對性地制定建設方案。

業(yè)務驅(qū)動:根據(jù)中亞天然氣管道的特點,充分借鑒國內(nèi)外同行業(yè)和相似行業(yè)的先進實踐,使智能管道建設能夠適應未來管道業(yè)務管理模式變革,在創(chuàng)新生產(chǎn)經(jīng)營管理模式、優(yōu)化資源配置、提高工作效率等方面充分發(fā)揮信息化重要價值。

價值導向:以價值為導向,進一步發(fā)揮信息化價值;重點考慮對管道本質(zhì)安全可控和調(diào)運高效運行方面有重大促進作用的需求。

2)優(yōu)先規(guī)劃與搭建中亞D線智能管道的主數(shù)據(jù)平臺

根據(jù)中亞D線智能管道建設的本質(zhì)需求,參考中油管道已初步形成的管道全生命周期管理平臺,搭建中亞D線智能管道主數(shù)據(jù)平臺,統(tǒng)一建設階段和管道運營階段的數(shù)據(jù)錄入要求。主要包括:主數(shù)據(jù)平臺的規(guī)劃與評審,標準與規(guī)則的制訂與發(fā)布,與數(shù)據(jù)上下交付關系的確定與實現(xiàn),建設方式與運行維護模式的評估與選擇,基礎設施的租用或自建等。

3)提早展開數(shù)字化交付體系的規(guī)劃

數(shù)字化交付不僅牽涉到各類承包商,也牽涉到未來管道運行的現(xiàn)場數(shù)據(jù)交付,對中亞D線數(shù)字化交付所涵蓋的范圍、深度、方式、規(guī)則等關鍵問題的研究與規(guī)劃,是確保智能管道建設目標得以實現(xiàn)的重要條件,并深刻影響系統(tǒng)底層的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、站控系統(tǒng)、上層主數(shù)據(jù)平臺及基礎設施、頂層業(yè)主業(yè)務系統(tǒng)的構(gòu)建方式等,建議提早展開數(shù)字化交付體系的規(guī)劃。

4)充分發(fā)揮設計在智能管道建設中的作用

設計在數(shù)字化管道、全生命周期數(shù)據(jù)庫建設中發(fā)揮了龍頭主導作用,已積累了豐富的理論與實踐經(jīng)驗。在智能管道、智慧管網(wǎng)的建設過程中,應充分發(fā)揮設計的作用。設計單位可根據(jù)自身的成果和經(jīng)驗,參與業(yè)主主導的智能管道建設的總體規(guī)劃工作;參與主數(shù)據(jù)平臺建設架構(gòu)的規(guī)劃、評價與優(yōu)化工作,參與數(shù)據(jù)標準、通信標準、數(shù)據(jù)規(guī)則的制定與優(yōu)化工作;參與智能業(yè)務需求梳理、價值模型適應性審核工作,參與業(yè)務系統(tǒng)軟件需求架構(gòu)、IT架構(gòu)審查工作;可在統(tǒng)一站場三維數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一模型深度、統(tǒng)一設備材料編碼、提供數(shù)據(jù)集成方案、設備材料采購的數(shù)字化管理等方面提供服務和支持;可根據(jù)需要為業(yè)主構(gòu)建并交付可靈活擴展的數(shù)據(jù)倉庫,實現(xiàn)設計、采購、施工等不同來源數(shù)據(jù)的有效整合管理。

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