智能化信息技術(shù)在京津第二輸油管道完整性建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)踐

中航油京津冀物流有限公司

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)管道安全運(yùn)行的要求也越來(lái)越高。近年來(lái)管道安全事故頻發(fā)，給社會(huì)造成了很大經(jīng)濟(jì)損失，因此消除管道安全隱患，確保管道安全運(yùn)行的管道完整性管理理念被普遍接受和應(yīng)用[1-6]。2015年國(guó)家頒布了GB 32167—2015《油氣輸送管道完整性管理規(guī)范》，完整性管理成為管道建設(shè)管理的新要求[7-12]。津京第二輸油管道處于京津冀經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)地區(qū)，作為大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)和首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)兩大機(jī)場(chǎng)最重要的供油管道，其安全、可靠運(yùn)行顯得尤為重要，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和安全、質(zhì)量、環(huán)保都提高到了新的臺(tái)階[13-15]。該管道作為國(guó)家重點(diǎn)工程大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)重要的配套設(shè)施，是中國(guó)航油的“天字一號(hào)”工程，在規(guī)劃之初就定位建設(shè)“國(guó)際一流、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、行業(yè)標(biāo)桿”工程，引入國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的管道建設(shè)技術(shù)，利用的最新信息技術(shù)成果，開展管道完整性管理。消除隱患、加強(qiáng)管道安全，建設(shè)智能航油管道，對(duì)于其他管道的建設(shè)有借鑒意義。

1 完整性管理平臺(tái)開發(fā)

2016 年津京第二輸油管道正式啟動(dòng)前期規(guī)劃工作，在管道項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃初期引入完整性管理理念，按照國(guó)家新規(guī)范的要求開展管道項(xiàng)目建設(shè)。傳統(tǒng)管道建設(shè)、施工、運(yùn)行管理是由不同單位分別實(shí)施，采用建管分離模式，工程竣工后移交給管道運(yùn)行單位管理。建設(shè)單位前期資料和施工過(guò)程資料可能會(huì)遺落丟失，尤其是竣工多年后，圖紙存在丟失、掉色、損毀等問(wèn)題，且紙質(zhì)竣工圖不方便查閱，因此，管道完整性管理首先要保證管道全生命周期數(shù)據(jù)信息的完整，信息可追溯。記錄管道全生命周期信息，形成數(shù)字化管道數(shù)據(jù)庫(kù)，方便后期管理運(yùn)行，建立管道完整性信息系統(tǒng)勢(shì)在必行。首先啟動(dòng)科研項(xiàng)目，基于Oracle 數(shù)據(jù)庫(kù)和ArcGIS Server地理信息軟件開發(fā)了中航油管道完整性管理系統(tǒng)。在管道完整性管理的基礎(chǔ)上開發(fā)數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)平臺(tái)，信息系統(tǒng)是存貯管道全生命周期數(shù)據(jù)的載體，資源可共享，信息可追溯，從而實(shí)現(xiàn)完整性管理的目標(biāo)。通過(guò)國(guó)內(nèi)運(yùn)行管道的實(shí)地調(diào)研，參照國(guó)外管道先進(jìn)的管理理念，結(jié)合航油管道的特點(diǎn)及實(shí)際需要，制定了完整性管理系統(tǒng)文件。根據(jù)管道建設(shè)不同階段采集錄入的數(shù)據(jù)資料，開發(fā)建設(shè)兩大子系統(tǒng)，分別為建設(shè)期完整性管理和運(yùn)行期完整性管理。每個(gè)子系統(tǒng)根據(jù)管道建設(shè)流程劃分不同模塊，根據(jù)先進(jìn)管道建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，調(diào)研各階段工作具體內(nèi)容，設(shè)計(jì)了各式數(shù)據(jù)錄入表單，為管道完整性管理搭建了系統(tǒng)化的平臺(tái)。建設(shè)期完整性管理分成三個(gè)子模塊，分別為項(xiàng)目可研階段、初步設(shè)計(jì)階段、施工階段模塊。運(yùn)行期完整性管理包含腐蝕防護(hù)、高后果區(qū)管理、管道內(nèi)檢測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害防治、應(yīng)急信息管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等。

管道完整性管理系統(tǒng)平臺(tái)分為四個(gè)層次，基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層及應(yīng)用層。基礎(chǔ)設(shè)施主要是硬件設(shè)施，如服務(wù)器、磁盤存貯陣列、防火墻、移動(dòng)端設(shè)備、傳感器等；數(shù)據(jù)層記錄存儲(chǔ)管道數(shù)據(jù)信息，是管道的數(shù)據(jù)中心；服務(wù)層是數(shù)據(jù)計(jì)算中心，負(fù)責(zé)處理各類管道信息，根據(jù)需要開發(fā)了相應(yīng)的軟件程序以滿足管道管理需要；應(yīng)用層是面向用戶應(yīng)用界面，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、上傳、查看、審閱等。京津第二輸油管道完整性平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

2 完整性平臺(tái)在項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用

2.1 輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖1 完整性系統(tǒng)平臺(tái)架構(gòu)圖Fig.1 Integrity system platform architecture diagram

管道完整性管理目的就在于為管道的建設(shè)運(yùn)行提供信息指導(dǎo)決策，其貫穿于管道全生命周期，突出的特點(diǎn)就是滾動(dòng)建設(shè)應(yīng)用。可研階段的信息數(shù)據(jù)可以指導(dǎo)初步設(shè)計(jì)。可研階段子菜單包括安全預(yù)評(píng)價(jià)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)、地震影響評(píng)價(jià)、地質(zhì)災(zāi)害評(píng)價(jià)、社會(huì)穩(wěn)定性調(diào)查、文物調(diào)查、壓覆礦產(chǎn)調(diào)查等，同時(shí)文檔子菜單用于錄入和項(xiàng)目可研相關(guān)文件，如可研報(bào)告及批復(fù)、項(xiàng)目選址意見書及政府各部門批復(fù)意見、往來(lái)函件、重要會(huì)議記錄等。完整性系統(tǒng)上傳前期評(píng)價(jià)報(bào)告，并分析解讀報(bào)告內(nèi)容，利用地理信息系統(tǒng)標(biāo)注關(guān)鍵位置，可直觀指導(dǎo)管道詳細(xì)設(shè)計(jì)，規(guī)避人口密集區(qū)、環(huán)境敏感區(qū)、地震斷裂帶等，同時(shí)記錄保存了設(shè)計(jì)過(guò)程資料和依據(jù)文件。津京第二輸油管道前期規(guī)劃選址靠近大黃堡生態(tài)保護(hù)區(qū)，管道線位進(jìn)入大黃堡生態(tài)保護(hù)區(qū)黃線范圍約500 m。將線位導(dǎo)入完整性平臺(tái)，加載前期各類評(píng)價(jià)信息，平臺(tái)可自動(dòng)顯示與評(píng)價(jià)沖突位置，因此可借助于完整性平臺(tái)實(shí)現(xiàn)前期評(píng)價(jià)信息集成，對(duì)施工線位進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，避開生態(tài)保護(hù)區(qū)，同時(shí)避開董莊減少征拆（圖2）。

設(shè)計(jì)階段子模塊中包含管道基礎(chǔ)信息、線路、站場(chǎng)、穿跨越、通信、自控、防腐等各類關(guān)鍵設(shè)計(jì)信息，便于查閱管道線位走向、穿越位置、施工場(chǎng)地布置、土石方測(cè)算、評(píng)估工程量、測(cè)算工程概算，方便安排部署招標(biāo)采購(gòu)工作。

2.2 物資采購(gòu)數(shù)字化，追蹤生產(chǎn)、存貯、施工全過(guò)程

津京第二輸油管道設(shè)備采購(gòu)采取二維碼技術(shù)，詳細(xì)記錄了管材的信息，便于追蹤管材的各個(gè)流程。每根鋼管和閥門均貼有包含各自身份信息的二維碼，通過(guò)完整性信息平臺(tái)移動(dòng)端APP 掃描二維碼，可獲取管道生產(chǎn)、防腐、檢測(cè)等信息，同時(shí)也可進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別入庫(kù)出庫(kù)，監(jiān)理現(xiàn)場(chǎng)掃描校驗(yàn)。現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中通過(guò)掃描二維碼，記錄每一根鋼管安裝位置、時(shí)間、作業(yè)人，每一道焊口有唯一的編號(hào)，焊口前后鋼管都是唯一的編碼（圖3）。每根鋼管有確定的編碼，每道焊口有確定的編號(hào)，可有序、高效地進(jìn)行設(shè)備、材料的存儲(chǔ)、安裝。將采購(gòu)的管材與焊接施工對(duì)應(yīng)連接起來(lái)，既可以核查物資使用情況，跟蹤入庫(kù)管材使用，排除未入庫(kù)校驗(yàn)的物資設(shè)備，更重要是避免“黑口”發(fā)生，從而加強(qiáng)質(zhì)量的監(jiān)管。設(shè)備二維碼還可記錄設(shè)備生產(chǎn)使用的詳細(xì)信息，安裝和運(yùn)行人員通過(guò)掃碼獲取產(chǎn)品安裝、維修、保養(yǎng)基本知識(shí)，指導(dǎo)日常作業(yè)。

圖2 利用完整性平臺(tái)輔助設(shè)計(jì)避讓環(huán)境敏感點(diǎn)Fig.2 Using the integrity platform to assist design to avoid environmental sensitive points

3 應(yīng)用效果

3.1 施工數(shù)據(jù)采集智能化

完整性管理系統(tǒng)施工數(shù)據(jù)采集模塊存儲(chǔ)了電子版施工圖，便于參建各方及時(shí)查閱指導(dǎo)施工作業(yè)，更主要是采集施工過(guò)程數(shù)據(jù)，完整詳細(xì)地記錄施工過(guò)程信息，以便竣工數(shù)據(jù)數(shù)字化移交，為管道運(yùn)行管理、質(zhì)量追蹤、維修檢測(cè)提供依據(jù)。

圖3 鋼管二維碼追溯生產(chǎn)施工過(guò)程Fig.3 Steel pipe QR code retrospecting production and construction process

完整性信息系統(tǒng)中錄入詳細(xì)的圖紙和準(zhǔn)確的管道線位，在地理信息系統(tǒng)中配置了1∶2 000 測(cè)繪路徑底圖、1∶500 站場(chǎng)閥室地形圖、0.5 m 衛(wèi)星影像圖以及常規(guī)的行政區(qū)域圖和谷歌衛(wèi)星影像圖，并開發(fā)有距離、面積統(tǒng)計(jì)測(cè)算功能，同時(shí)還能分類統(tǒng)計(jì)各類土地、建（構(gòu)）筑物面積，輔助征地拆遷工作。多種高精度地圖可準(zhǔn)確顯示設(shè)計(jì)管道線位及周邊環(huán)境信息，核對(duì)施工單位是否按圖施工。管道下溝回填前會(huì)采集焊口的埋深和坐標(biāo)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)坐標(biāo)和埋深生成竣工中線及縱剖面，將竣工中線與施工圖中線對(duì)比就會(huì)發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工與設(shè)計(jì)圖紙差異。

施工班組都配備了專門的完整性管理人員，通過(guò)移動(dòng)端APP 在現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)、詳細(xì)采集數(shù)據(jù)。施工過(guò)程中會(huì)采集錄入焊口詳細(xì)信息，包括施工單位、機(jī)組、焊接人員、焊接工序（根焊、填充焊、蓋面焊）、溫度、時(shí)間、地點(diǎn)、氣象、無(wú)損檢測(cè)、噴砂除銹、防腐等（圖4）。同時(shí)還必須將無(wú)損檢測(cè)拍片掃描作為附件上傳至完整性管理系統(tǒng)，射線拍片與焊口一一對(duì)應(yīng)，便于隨時(shí)查閱復(fù)核，永久保存。焊口噴砂除銹后的照片、漆膜厚度檢測(cè)照片、防腐成品照片也上傳保存，記錄施工詳細(xì)過(guò)程以便于復(fù)核，同時(shí)可從工序上監(jiān)督施工單位嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，這就是管道完整性工作重要作用和意義。施工過(guò)程每一步都要有信息記錄上傳，施工信息與施工人員綁定，對(duì)施工人員是一種監(jiān)督，有利于提高施工質(zhì)量。完整性信息平臺(tái)的應(yīng)用提高了數(shù)據(jù)的采集錄入效率，及時(shí)、準(zhǔn)確、完整地記錄施工過(guò)程數(shù)據(jù)，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工問(wèn)題，提高工程質(zhì)量。管材和設(shè)備生產(chǎn)采用二維碼追溯生產(chǎn)、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)校驗(yàn)，從源頭上確保管道完整性以及管道本體安全。

3.2 施工現(xiàn)場(chǎng)管理自動(dòng)化

管道建設(shè)屬于線性工程，距離跨度大，施工具有流動(dòng)性，跑工地費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，幾百千米的施工長(zhǎng)度很難以做到隨時(shí)監(jiān)督查看。津京第二輸油管道利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督遠(yuǎn)程自動(dòng)化。完整性信息系統(tǒng)開發(fā)了視頻接口，在重點(diǎn)穿越施工地段和機(jī)組處設(shè)置可移動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，通過(guò)4G 網(wǎng)絡(luò)將施工現(xiàn)場(chǎng)情況傳到完整性信息系統(tǒng)，在辦公室可以隨時(shí)查看現(xiàn)場(chǎng)施工情況，回放還可以查看歷史施工作業(yè)過(guò)程，APP 端則可以隨地查看現(xiàn)場(chǎng)施工，還可以下達(dá)不符合項(xiàng)、在線開具罰單，業(yè)主和監(jiān)理都能時(shí)時(shí)共享，隨時(shí)隨地監(jiān)督施工，做好質(zhì)量管控，掌握施工最新進(jìn)度情況，實(shí)現(xiàn)了施工現(xiàn)場(chǎng)管理的高效化、智能化。

圖4 施工過(guò)程數(shù)據(jù)記錄及錄入信息圖Fig.4 Construction process data recording and information inputting diagram

3.3 竣工資料移交數(shù)字化

管道基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)完整是管道開展完整性管理的基石和根本。津京第二輸油管道聘請(qǐng)專業(yè)的設(shè)計(jì)單位統(tǒng)一對(duì)各標(biāo)段進(jìn)行竣工圖編制，參照民航行業(yè)要求，結(jié)合石油石化行業(yè)特點(diǎn)，制定了工程竣工資料移交標(biāo)準(zhǔn)。各參建單位按照標(biāo)準(zhǔn)要求編制竣工資料，紙質(zhì)版和電子版保持一致，蓋章文件逐一掃描刻盤。紙質(zhì)版文件資料存入檔案室保管，電子版文件統(tǒng)一上傳至管道完整性信息系統(tǒng)。津京第二輸油管道完整性建設(shè)從項(xiàng)目規(guī)劃到施工、竣工，每一步詳細(xì)信息都記錄在完整性信息系統(tǒng)，為以后管道的改造、維修、運(yùn)行提供依據(jù)。

3.4 巡檢智能化

開發(fā)智能巡檢模塊，配置物聯(lián)網(wǎng)巡檢設(shè)備。每臺(tái)巡檢車輛安裝GPS，每個(gè)巡檢人員佩帶手持巡檢儀，巡檢設(shè)備通過(guò)安裝的物聯(lián)網(wǎng)通信卡，使用4G網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)定位，上傳巡檢軌跡（圖5）。系統(tǒng)自由設(shè)定巡檢任務(wù)和必經(jīng)點(diǎn)，自動(dòng)考核巡檢人員到達(dá)情況。巡檢APP 能夠在巡檢設(shè)備故障情況替代使用，并能夠上傳圖片、語(yǔ)音，上傳巡檢發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，方便尋求技術(shù)人員和領(lǐng)導(dǎo)協(xié)助解決。

津京第二輸油管道與通信光纖同溝鋪設(shè)，上線了智能光纖震動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)。管道沿線的人工和機(jī)械挖掘施工都會(huì)觸發(fā)光纖震動(dòng)報(bào)警，軟件會(huì)定位震動(dòng)詳細(xì)位置，巡檢系統(tǒng)會(huì)安排最近巡線人員到現(xiàn)場(chǎng)查看，及時(shí)制止破壞管道的行為。光纖震動(dòng)預(yù)警軟件采用人工智能學(xué)習(xí)算法，根據(jù)巡檢人員查看結(jié)果對(duì)震動(dòng)報(bào)警信息進(jìn)行分類并存貯到數(shù)據(jù)庫(kù)，再有新的震動(dòng)會(huì)根據(jù)震動(dòng)波的強(qiáng)度頻率與數(shù)據(jù)庫(kù)存貯的各類震動(dòng)波進(jìn)行匹配來(lái)確認(rèn)報(bào)警類型。通過(guò)一段時(shí)間大量震動(dòng)數(shù)據(jù)的搜集確認(rèn)，光纖震動(dòng)預(yù)警能夠自動(dòng)識(shí)別管道沿線各類生產(chǎn)、生活活動(dòng)引起的震動(dòng)，進(jìn)行有區(qū)別的精確報(bào)警，減少誤報(bào)率，提高管道安全管理效率。

圖5 智能巡檢系統(tǒng)監(jiān)控巡檢軌跡圖Fig.5 Intelligent inspection system monitors patrol track chart

泵機(jī)是管道輸送最主要的設(shè)備，泵機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到航油供應(yīng)保障。津京第二輸油管道對(duì)泵機(jī)也進(jìn)行在線震動(dòng)監(jiān)測(cè)，調(diào)控隨時(shí)查看泵機(jī)運(yùn)行情況，系統(tǒng)設(shè)定了不同方向位置的溫度、震動(dòng)報(bào)警值，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。所有的閥室都采用RTU，無(wú)人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)控制，配備視頻監(jiān)控和入侵報(bào)警，確保安全。采用智能測(cè)試樁，自動(dòng)采集電流、點(diǎn)位信息，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)4G 通信傳輸信息，軟件自動(dòng)記錄、分析陰極保護(hù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道腐蝕防護(hù)智能化管理。

智能巡檢有利于加強(qiáng)管道巡護(hù)管理，監(jiān)督巡線人員的日常巡護(hù)工作，確保巡檢到位，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)、制止危害管道的行為，確保管道不受第三方施工破壞。光纖震動(dòng)預(yù)警系統(tǒng)從技術(shù)層面辨別各類震動(dòng)信息，24 h 無(wú)死角、全覆蓋監(jiān)控管道異常情況，是管道的安全衛(wèi)士。光纖震動(dòng)和巡檢結(jié)合便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，隨時(shí)通知最近的巡檢人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)處置突發(fā)情況，確保管道安全運(yùn)行。泵機(jī)在線震動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)重要設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控預(yù)警，給設(shè)備安全運(yùn)行提供了防護(hù)網(wǎng)。這些智能化技術(shù)的應(yīng)用，提高了管道自動(dòng)化水平，可從技術(shù)層面降低管道風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

津京第二輸油管作為專業(yè)的航油輸送管道，在規(guī)劃建設(shè)起始就根據(jù)最近管道完整性管理規(guī)范開展管道完整性建設(shè)工作，開發(fā)了航油管道完整性管理系統(tǒng)，詳細(xì)搜集錄入管道各階段數(shù)據(jù)信息，建立了從可研、設(shè)計(jì)、施工、竣工、運(yùn)行管道全生命周期的數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)在管道設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、運(yùn)行管理中發(fā)揮了指導(dǎo)作用，樹立了航油管道完整性管理的標(biāo)桿。利用現(xiàn)狀物聯(lián)網(wǎng)、電子信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)施工和運(yùn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、分析、預(yù)警，提高了管道的自動(dòng)化、智能化水平，降低了管道風(fēng)險(xiǎn)。京津第二輸油管道是第一條開發(fā)完整性管理的航油管道，對(duì)其他管道建設(shè)運(yùn)行具有借鑒意義。