長寧頁巖氣田數(shù)字化管道建設創(chuàng)新與實踐

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，設計規(guī)模40×108m3/a，設計壓力6.3 MPa。工程于2016年11月2日批復，2017年2月27日動工，11月24日完工并投產(chǎn)試運行。為達到國內(nèi)領先數(shù)字化管道總目標，工程建立了一套覆蓋設計、采購、施工、運營全生命周期的靜態(tài)、動態(tài)、實時數(shù)據(jù)標準，構建了工程建設和管道運營一體化的全數(shù)字化管控平臺，實現(xiàn)了項目建設全過程數(shù)字化管理[1-3]。

1 方案策劃

國內(nèi)已建成的數(shù)字化管道基本側重于管道運行管理[4-6]，管道建設全過程數(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)主管部門對管道運營管理的重點要求；考察了中國石化智能化管網(wǎng)平臺所使用的3D GIS核心技術；調(diào)研了陜京四線管道建設CDP標準文件，提出了長寧頁巖氣集輸氣干線構建工程建設和管道運營一體化技術路線。基于GIS構建站場與線路三維模型，基于3D GIS搭建建設和管道運營數(shù)字化平臺，通過二維碼關聯(lián)，將項目建設過程數(shù)據(jù)采集植入并體系化入庫，實現(xiàn)項目建設全過程數(shù)字化管理，并為管道完整性管理提供了基礎數(shù)據(jù)[7-8]。

2 數(shù)字化管道建設

該工程建立了以油氣儲運項目CDP文件為基礎的數(shù)據(jù)采集標準，制定了數(shù)字化管道建設方案，頒布了數(shù)字化管道建設管理相關制度。通過勘察、設計、采購、施工、檢測、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，工程建設實現(xiàn)了管控一體化、決策智能化，促進了油氣田地面建設管理方式的轉變，提升了項目管理水平，并為管道后期生產(chǎn)運行、應急管理提供了全方位的信息保障。

2.1 六項核心技術

2.1.1 基于高精度遙感信息實現(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；而采用無人機攜載遙感影像，分辨率可以達到0.1 m，高程誤差在1 m以內(nèi)，能夠真實清晰展現(xiàn)管道沿線地理信息、地形地貌和地面場景。在設計階段，引入全新高精度遙感影像進行選線、定線，結合管道沿線地勘調(diào)查單戶居民、敏感信息、高風險源等數(shù)據(jù)，為選線定線提供精準地形和豐富地籍數(shù)據(jù)支撐，極大地縮減了現(xiàn)場踏勘的工作量，提升了設計的符合性和有效性。圖1為基于高精度遙感成果的選線定線與優(yōu)化設計。

2.1.2 基于二維碼標識實現(xiàn)人、機、材料信息交互和傳遞

通過二維碼將設備材料、作業(yè)人員、作業(yè)過程數(shù)據(jù)等進行有效關聯(lián)，實現(xiàn)項目建設全過程數(shù)據(jù)的高效、真實傳遞，并可追溯；設備材料采用二維碼關聯(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、特殊工種持證上崗等基礎信息采用二維碼進行記錄；焊縫兩端材料信息、焊接臺班及施焊人員信息、現(xiàn)場焊縫圖片、焊縫質(zhì)量以及焊縫GPS坐標，采用二維碼關聯(lián)，實現(xiàn)管道焊縫全數(shù)字化管理。圖2為采用二維碼關聯(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)化設計Fig.1 Line selection and optimum design based on high precision remote sensing results

圖2 采用二維碼關聯(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定位實現(xiàn)管道焊縫和周邊環(huán)境精準定位

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

2.1.4 基于影像可視化實現(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位置關聯(lián)，實現(xiàn)重要部位和關鍵工序“點點有照片、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 基于三維掃描技術建立場站精確模型

對于設備、工藝管道以及埋地管網(wǎng)、電纜等，通過三維掃描與RTK輔助測量，實現(xiàn)站場精細化場景構建，精準反映管線和設備的位置、尺寸以及空間數(shù)據(jù)，服務于工程后期改造與檢維修。圖5為構建站場精細化場景。

圖5 構建站場精細化場景Fig.5 Constructs a refinement scenario for the station yard

2.1.6 基于3D GIS引擎構建建設和管道運營數(shù)字化平臺

基于3D GIS構建三維工地沙盤，通過采集測量、照片、視頻等帶有空間特性的實時數(shù)據(jù)，在管理平臺上動態(tài)呈現(xiàn)工程進度、物資采辦、施工質(zhì)量等信息，實現(xiàn)工程進度追蹤、機組臺班工效分析、施工工序預警、施工過程可視化、風險管控等項目管理數(shù)字化。圖6為管道建設全過程數(shù)字化管理。

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

2.2 四項管理創(chuàng)新

2.2.1 全員參與數(shù)字化管道建設

該項目采用以項目部為主導、參建單位全員參與、專業(yè)化隊伍全過程支撐的數(shù)字化管道建設模式。建設項目部制定建設方案、管理制度、相關標準規(guī)范；設計單位生成可視化設計成果；采購單位采用二維碼標準對設備材料采購、制造、倉儲、出入庫等進行數(shù)字化管理；施工單位完成人、機、材料、焊縫等施工過程數(shù)據(jù)錄入；檢測單位通過移動端實時填報焊縫檢測質(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，做好全過程技術支撐。

2.2.2 構建四大應用系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化管理

現(xiàn)場施工人員通過移動端采集施工數(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)；管理人員通過移動端查詢物資采辦、施工進度等關鍵指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)，實時進行工程數(shù)字化管理；通過PC端大屏結合三維GIS，查詢項目整體進展，實現(xiàn)工程建設指揮與決策的數(shù)字化。

2.2.3 工程數(shù)據(jù)三層核準確保準確可靠

施工班組通過掃碼上傳現(xiàn)場數(shù)據(jù)；監(jiān)理單位對施工班組采集上傳的數(shù)據(jù)進行監(jiān)督檢查，保證數(shù)據(jù)準確性；數(shù)字化集成單位平行抽查采集數(shù)據(jù)，并對施工班組上傳的數(shù)據(jù)進行校核；建設項目部對所有上報數(shù)據(jù)進行現(xiàn)場采集專項抽查。管道施工班組焊縫掃碼核查一次合格率達98.7%，焊縫返修信息掃碼核查合格率達100%，所有數(shù)據(jù)復核后合格率為100%。

2.2.4 實現(xiàn)工程數(shù)字化移交

實現(xiàn)了設計圖紙、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；工程實體矢量化移交；工程建設過程動、靜態(tài)數(shù)據(jù)一體化移交。累計形成各類數(shù)據(jù)113 690條，關鍵施工地段與質(zhì)量關鍵控制點可視化圖片57 343張、視頻1 538個，總入庫數(shù)據(jù)506 GB，采集完整率100%，準確率100%，關鍵工序100%可追溯。

3 數(shù)字化建設展望

隨著數(shù)字化建設的持續(xù)推進與不斷完善，以提升地面工程建設質(zhì)量、工效、管控風險為目標，以應用為導向、數(shù)字化為支撐，打造貼合勘察設計、物資采辦、施工組織、進度管控、質(zhì)量監(jiān)督、安全作業(yè)等業(yè)務流程的智能化建設項目管理平臺，將成為今后工程建設的發(fā)展方向。

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

（2）智慧施工管理。通過WBS任務分解，從設備材料到貨與出庫精確管控、施工進度實時掌控、WBS任務在線跟蹤、施工質(zhì)量反向舉證與追溯、施工現(xiàn)場可視化監(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)自動加載，提交至中石油E6系統(tǒng)中，項目建設完成后，系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整移交給運維單位。