管道線路工程“數字化移交”技術在哈沈線中的應用

田姍姍 馬金鳳 倪斌

（中國石油管道局工程有限公司設計分公司）

0 引言

隨著油氣儲運行業的不斷發展，管道建設中傳統的資料移交方式逐漸顯露出一些弊端：一是，應急搶修時，翻閱查詢圖紙的效率低。二是，各類資料之間是孤立的，不能在圖紙與現場之間建立起有效融合。三是，展示手段不夠直觀，無法快速簡潔地提煉出主要信息。四是，數據復用率低，無法為管道運營、維護提供有效的數據支撐［1-5］。

為了全面實現管道的全生命周期建設，加快建設智慧管網，創新管道建設移交模式，在“哈爾濱—沈陽輸氣管道線路工程（長春—沈陽段）”（以下簡稱哈沈線）建設中，中國石油管道局工程有限公司設計分公司對“數字化移交”技術進行了研究試點，首次采用數字化方式貫穿設計、施工和運行過程，以信息化手段輔助工程本體移交管理，實現從紙質版到電子版、從傳統手段到數字化手段的轉變。

“數字化移交”是結合地理信息數據庫和工程信息數據庫，以數字化的形式，整合管道線路設計數據，實現對管道線路工程的直觀展示及資料的管理和分析。在項目設計、施工階段，收集整理設計成果，實現設計成果的可視化，提高管理效率；在管道運行、維護階段，“數字化移交”的各類成果是運行、維護的數據基礎，同時也為管道的全生命周期管理提供了重要的數據保障。

1 研究目的

哈沈線包括站場和線路工程兩部分，此次應用“數字化移交”的范圍為哈沈線的線路工程部分：從空間角度，包括線路部分、水工保護部分、穿跨越部分和沿線的地形地貌等；從時間維度，包括線路工程的設計、采辦、施工、運行、維護和驗收等階段。

“數字化移交”利用網絡通信、數據庫、3S（遙感技術、地理信息系統和全球定位系統）等技術，開發一個開放的、以管道全生命周期管理為中心的Web GIS系統——“數字化移交”平臺，隨時獲取管道相關空間和屬性的信息，為管道設計、施工和運行、維護提供及時的信息支持，系統管理管道相關的基礎地理數據、設計數據、施工數據和相關文檔，且方便查閱［6-7］。

“數字化移交”在哈沈線中的應用目標：一是，通過搭建數字化移交平臺，實現設計數據和地理信息數據的 GIS（地理信息系統）展示，對哈沈線建設期各階段信息成果進行統一、科學的管理。二是，為哈沈線的運營管理提供科學、全面的數據積累和信息化服務。三是，為智慧管網的建設提供強有力的信息化支撐和數據基礎。

2 “數字化移交”整體框架

以數字化設計為源頭，以全生命周期數據庫建設為紐帶，向采辦、施工、驗收、運行、維護等環節延伸，實現管道全生命周期的“數字化移交”。借助智能移動終端、智能感知設備和電子標簽等工具，強化管道全生命周期的數據采集、存儲、移交和利用。“數字化移交”的整體框架見圖1。

圖1 “數字化移交”整體框架

3 數據庫設計

數據庫是“數字化移交”的基礎。根據 Q/SY 1180.6—2014《管道完整性管理規范 第6部分：數據采集》的規定，“數字化移交”應當準確移交包括管道本體數據在內的56個數據項。

根據各類數據的來源和結構特點，結合GIS技術，將“數字化移交”數據庫劃分為基礎地理數據庫和工程數據庫。

3.1 基礎地理數據庫設計

3.1.1 數據分類

基礎地理數據庫主要包括管道沿線各種比例尺的數字線劃圖、遙感影像、數字高程模型、數字正射影像，以及水文、地震帶和道路等專題數據［8-9］。按照數據類型，基礎地理數據大致分為三類：空間數據、屬性數據和關系類數據［10-11］。空間數據主要包括矢量數據和柵格數據；屬性數據包括數據本身的元數據；關系類數據主要是指對地理數據的定義和一些完整性的規則和行為，比如地理要素的坐標系統、拓撲規則、相互關系和域值定義等。

3.1.2 數據存儲機制

基礎地理數據庫采用廣泛使用的 ArcGIS管道數據模型（APDM）。該模型融合了地理數據和線性管道專業數據，通過在空間數據庫中嵌入線性參考系，使地理要素能在關系數據庫中存儲、管理［12-14］。

基礎地理數據庫中的屬性數據只要利用單一的數據管理系統（DBMS）表即可存儲。

關系類數據根據地理要素的存放組織進行確定。如果反映的是同一個數據集（DataSet）內的要素間的關系，那么存儲在該數據集中；如果反映的是不同數據集要素間的關系或要素類和屬性間的關系，則直接存儲在地理數據庫（Geodatabase）下。關系類數據主要是利用空間數據庫引擎（ArcSDE）用戶下的系統表進行存儲，系統表是不直接面向用戶的，由ArcSDE本身進行維護和管理，但ArcSDE會通過程序界面給用戶提供建立和修改這些模式的接口。

空間數據通過各自的多個關聯表進行存儲。創建關聯表的過程就是把普通數據庫表的字段賦予空間屬性，使其成為空間可用，存儲空間實體數據。

3.2 工程數據庫設計

3.2.1 數據來源分析

以線路設計數據為例，在工程的不同階段，數據描述方式不同、來源不同，具體詳情見表1。

表1 設計數據來源分析*

3.2.2 數據存儲機制

工程數據庫采用SQL Server2012進行搭建、管理和維護，按照數據產生的不同時期，分階段保存。在關系數據庫中，數據結構用單一的二維表結構表示實體和實體間的關系，表中的“列”表示屬性、“行”表示記錄。通過規定每類數據的屬性個數、屬性值和值域，實現數據的唯一存儲［15］。以彎管信息為例，其在數據庫中存儲的數據結構如表2所示。

表2 彎管信息數據結構*

4 數據結構設計

4.1 結構層次

數據結構層次主要分為四層：工程、階段、管線和管段，各自均有唯一的編碼進行標識，具體情況見圖 2。項目文檔以階段為管理單元，包括設計技術文件、專篇文件、技術規格書、專題報告和支持性文件等文件類型。

圖2 數據結構層次示意

4.2 編碼規則

根據CDP-G-OGP-OP-019-2014-1《油氣管道工程項目工作分解結構編碼規則》，按照 WBS（工作分解結構）的方法對某一具體工程進行分解編碼。將工程設計階段分為可研階段、初步設計階段和施工圖階段，在每一階段將線路工程分為干線、支干線和支線等，并以唯一的編碼與其相對應（見表3）。為便于全線資料統一管理、項目交竣工驗收和工程決算，要求設計、施工和監理單位填報的所有資料均采用相應編碼，形成一一對應，方便歸檔和查詢。

表3 工程編碼規則

5 功能設計

根據管道線路工程全生命周期管理的需求和“數字化移交”及其平臺結構化的功能設計方法，遵循每個功能之間邏輯清晰獨立、通過接口相聯的原則，數字化移交平臺的業務功能可以劃分為工程移交、工程展示以及數據分析3個模塊（見圖3）。

圖3 “數字化移交”平臺功能劃分

5.1 工程移交模塊

工程移交模塊可以移交非結構化數據（圖紙、技術規格書和設備材料表等）、結構化數據（基礎數據、敏感點數據和技術參數等）和三維模型（環境地理信息、線路三維模型等）等，提供數據表移交和數據庫移交兩種方式。同時，為了滿足全生命周期數據管理的需求，提供Oracle、SQL Server、SDE（空間數據庫引擎）等主流數據庫格式的定制和移交。

5.2 工程展示模塊

工程展示是在地圖上，將包括線劃圖、掃描地形圖、數字高程模型、遙感影像、環境專題數據、管道專業數據在內的信息進行展示、瀏覽的一個功能模塊。可研、初設和施工圖三個階段的線路走向、線路周邊的基礎信息可以按階段分別展現，也可以同時展現，方便對比分析管線設計。

5.3 數據分析模塊

數據分析模塊是整個平臺的支撐模塊，通過基于Web GIS技術的網頁地理信息界面，實現所有設計模型的信息查詢、設計各階段的數據匯總和數據分項統計分析。通過對不同階段、不同工程、不同地形地貌等的數據進行多維度、多角度的對比分析，為后續工程設計提供豐富的信息化支撐和數據基礎。

6 工程應用

哈沈線“數字化移交”技術試點歷時5個月，完成全線364.2 km的10個標段的線路、通信、防腐施工圖的數字化設計。除了提交傳統設計成果（圖紙、文檔）外，還向業主提供了滿足全生命周期數據庫要求的37個管道實體數據表格（包括中線樁、管材、水工保護信息、光纜穿跨越附屬裝置等），共18 000條記錄，均錄入全生命周期數據庫中。同時，經過測算，應用平臺對全線土石方量、熱煨彎管和冷彎管進行自動統計分析，相較于傳統手動統計分析，顯著提高了設計效率。工程應用實踐表明，“數字化移交”技術對管道建設具有重要意義。

1）創新移交新模式，提升管道設計的標準化和信息化水平。通過研究“數字化移交”技術，實現線路設計成果的GIS展現，使設計成果有效地向下游傳遞，建立起直觀的數字化檢索，使業主在竣工驗收階段，不但能接收1個完整的實體工程，而且能接收1個數字化工程，實現移交手段的創新與突破。“數字化移交”在提升工程信息化水平的同時，通過相應標準、規范的制定與執行，提高了管道設計的標準化水平。

2）利用移交平臺為載體，服務業主。以數字化形式呈現的地理信息數據、管道實體數據和設計資料成果以平臺為載體實現移交，確保設計成果向下游無縫傳遞，同時，預留了數據庫接口，可以實現數據向下游的整體持續移植。

3）打造完備的數據庫，為管道全生命周期管理提供數據支撐。“數字化移交”后，大量的基礎地理信息數據、管道實體數據、原始的設計圖紙和各種專題報告等能夠為智慧管道建設提供強大的數據支撐，提高數據的可利用率，實現管道相關數據在整個工程階段間的傳遞。“數字化移交”平臺不但為設計及管理人員提供了可以檢索的資源庫，而且為后續管道工程項目的開展提供了寶貴經驗，為更好地開展管道全生命周期業務奠定了基礎。

7 結束語

采用“數字化移交”方式，在工程設計、施工、運行和維護中發揮積極作用，是管理方式和設計方式的創新體現。同時，通過制定標準的數據結構，提高設計的標準化程度，是智慧管網統一規劃、統一標準、統一建設的具體應用。隨著管道全生命周期管理業務的深入，進一步總結、完善和推廣“數字化移交”，有利于更好地服務于長輸油氣管道的建設與運行。