基于數字化管道維搶修應急管理平臺的研究

汪嘉偉 李 召 周順榮 楊利崗 李 研 雷智杰

（國家管網集團西南油氣管道有限責任公司昆明維搶修分公司）

隨著我國長輸油氣管線的大發展，在役的油氣管道已經達到100 000 km，且近年來油氣管道事故頻發，帶來了巨大的財產損失。對事故發生后如何及時有效地進行搶險作業，防止次生災害的發生，一直是管道維搶修研究的方向［1］。中緬油氣管道大部分在山區，具有山多、河流多、地質災害多及社會依托條件差等特點，業務涉及地域大、范圍廣且安全隱患多，又因原油、成品油和天然氣管線三線并行，故搶險難度極大。傳統的人工管理方式，已經無法對當前海量數據信息、內外部應急資源進行高效的管理和調配。目前，中石油集團公司擁有了PIS、ERP、PPS及HSE等系統，對管道資源、環境、社會及經濟等各個復雜系統的數字化、數字整合及其仿真等信息進行集成，推進管道數字化，但在專業維搶修應急管理的信息化應用方面還存在不足。因而，基于數字化管道系統將各類應急資源信息進行有效整合，繼而集中統一管理，建立管道維搶修應急管理平臺，以便為管理層制定應急搶險方案提供經濟可行的科學決策［2］。

1 管道維搶修應急管理的現狀與目標

管道維搶修應急管理的現狀為：

a.管道的應急信息缺乏系統管理。目前，長輸油氣管道的基本信息、應急資源及高風險點等關鍵數據大多通過傳統的紙質文檔或電子文檔保存，各個數據間孤立零散，查閱時需要翻閱多個文檔，效率低下，后續信息維護和更新的工作量巨大［3］。一旦管道突發應急事件，無法快速在第一時間內提供管道相關的應急信息，且受人為因素的影響較大。

b.應急信息顯示不直觀。管道的應急信息種類多，數據和信息量大，當遇到管道突發事件時，現有的資料只能通過文字、數據、圖片或視頻獲取，無法綜合立體直觀展示，對應急決策的時效性和準確性有較大影響。

c.應急培訓效果差。原始的紙質應急預案、演練方案和應急手冊，內容枯燥乏味，貫徹實施難度大；實地演練成本高，溝通協調復雜。

d.管道沿線的維搶修隊伍和應急儲備資源的分布位置分散，靠人工實現資源的科學快速調度難度極大。

維搶修應急管理的目標為：

a.實現應急信息數字化管理，對維搶修人員、設備、應急資源和沿線高風險點的信息進行統一管理。搶險時，及時掌握事故點的地理信息、周邊應急資源分布、管道本體及其附屬設施的信息，減少信息孤島，把區域中的內外部維搶修力量、信息和資源進行有效的整合并存入數據庫，縮短應急響應時間［4］。

b.具有科學、規范且實用的預案管理功能。包括預案的制作、預案數據的動態關聯更新、預案與重大危險源的關聯及其智能匹配。

c.維搶修信息化系統可提供三維應急案例。實現數字化、智能化、無紙化、高效率且低成本的培訓演練。

d.具備應急調度和輔助決策的功能。管道一旦發生事故，根據管道的事故類型提供解決措施、人力及物力等資源的調遣方案，為事故提供應急指揮、輔助決策和應急響應過程管理的保障［5］。

2 維搶修應急管理平臺的設計原則與總體架構

2.1 設計原則

維搶修應急管理平臺的設計原則主要有系統性、實用性、先進性、開放性和安全性，具體論述如下：

a.系統性。著眼于系統和長遠目標，長輸油氣管道維搶修應急管理平臺必須從整個區域考慮，保證底層基礎（三維地理基礎——數據接口標準、模型基礎、數據字典、開發環境、軟件環境及硬件環境等）統一，在統一的高標準下從底層逐級向上開發建設［6］，不同的管理層次既要相對獨立又要聯系密切，對各級信息化系統的建設必須統籌考慮、相互兼容且標準統一。

b.實用性。長輸油氣管道維搶修應急系統的建設，要從有利于輔助應急決策出發；信息平臺建設要針對管道維搶修業務的實際需求因地制宜，講求實效；能夠快速、直觀且系統地查閱和展示應急信息；應保證系統的穩定性，操作簡單且人性化，后期的維護方便快捷。

c.先進性。隨著信息網絡的快速發展，讓許多以前難以實現或根本不可能實現的目標成為可能。因此在應急平臺建設中，可考慮利用已經成熟或即將應用的先進技術，如GIS、5G網絡及人工智能等［7］，使該系統具有更強的生命力。

d.開放性。長輸油氣管道維搶修信息化平臺應具備開放性，利于本身進一步拓展、維護和完善，也可與原有的信息平臺和應用系統相互訪問或集成。在信息平臺的整體設計上統籌公司各個管理層和部門的需求，避免與現有系統重復建設，現有系統中的信息數據庫也可供維搶修信息化平臺調用，既可大幅減輕后期數據維護的工作量，也可避免信息系統對某個組織機構和人員的依賴。

e.安全性。由于管道、地理及人員等信息涉及保密性，為保證長輸油氣管道維搶修應急系統的安全高效，該系統必須具備可靠完善的系統訪問權限機制、數據加密傳輸機制和數據備份機制。

2.2 總體架構

應急管理的核心環節是“監測預警→應對決策”，即在全面了解管道基礎信息和應急救援的基礎上，對各類風險進行監測［8］，有針對性地做好典型事故的應急預案，能及時根據事故管線地點和事故類型，在最短時間內啟動應急響應程序，提出科學的解決方案，及時處理事故，將損失和影響減小到最小。

維搶修應急管理平臺以數字化管道為基礎，將各類信息處理并集成到系統中進行調用，可實現對各類應急資源信息的有效整合與集中統一管理，將管道周邊基礎地理信息、管道本體信息、社會依托信息及高風險點信息等關鍵資源可視化展示，綜合利用各類應急資源信息，輔助管理決策層制定科學合理的應急搶險方案［9］。同時，利用數字化平臺將應急預案三維化、數字化和可視化，建立災害模型，提供交互式培訓演練平臺，提高應急培訓效率。維搶修應急管理平臺的總體架構如圖1所示。

圖1 維搶修應急管理平臺的總體架構

長輸油氣管道維搶修應急管理平臺的主要特點如下：

a.空間位置的海量數據管理。運用地理信息系統技術對全線管道信息及其周邊環境、社會資源進行全方位的監管，該技術還可整合實現管道、場站閥室和地理環境的數據/圖形、社會依托及維搶修隊伍等信息于一體，為維搶修現場應急作業提供支持。

b.三維可視化場景。利用計算機三維可視化技術，實現場站、管線模型及其周邊環境的等比例三維立體展示，應急指揮人員和應急搶險人員能根據展示信息，直觀了解應急現場真實模型及其周邊真實地形，可準確快速做出判斷和決策。另外，還可在其中進行仿真培訓、桌面推演及制作三維動畫案例等。

c.結構靈活、信息豐富且針對性強的數字化預案。長輸油氣管道維搶修應急管理平臺可將行業內相對比較規范的預案、事故處理方法和流程制成模板供后期參考借鑒，也可根據單位自身的組織架構、職責分工及應急響應流程等需求進行靈活配置、修改模板和優化流程［10］。將預案所針對的事故風險、影響區域、道路信息、所需物資、涉及的部門人員以及應急程序規范等進行結構化管理，可使維搶修預案的靈活性和實用性更好，針對性更強。

d.綜合化、自動化且智能化的輔助功能。基于數字化信息庫和應急預案數據庫，當管道發生突發事故時，可調取數據庫中地理、周圍環境、管道數據及維搶修隊伍資源等信息，結合系統中應急預案和歷史案例進行分析后，生成應急調度指揮圖、現場布控方案和搶險方案，為領導層提供輔助決策。

3 維搶修應急管理平臺功能模塊

維搶修應急管理平臺（圖2）主要包括管道基礎數據管理、應急資源管理、風險源管理、應急資料庫、預案管理、三維應急案例管理、應急演練、路徑管理、應急調度指揮與科學輔助決策9個功能模塊［10］。

圖2 維搶修應急管理平臺功能模塊

3.1 管道基礎數據管理

管道基礎數據管理的主要功能是對管線、輸油站、穿跨越管道附屬設施的信息及其相關資料的管理。該模塊是整個系統的核心，主要實現事故點地理定位、管線樁號定位和站場閥室定位3個管道事故快速查詢定位的功能，同時還能進行管線規格、壁厚焊縫及介質等基礎數據信息的更新與維護。

3.2 應急資源管理

應急資源管理主要是對自然、社會環境和內外部應急資源信息的管理［11］，其資源主要包括管道沿線各種設施（含水系、交通、植被、地貌及地物等）的矢量地形圖、三維地面模型及航空/遙感影像，行政區域（地市、區縣、鄉鎮和街道）地名，水文、地質、交通、土地權屬（利用）狀況、植被、環境、構/建筑物及其他管道等自然或社會環境信息，醫院、警察局、消防隊、倉庫、消防車、搶維修人員、指揮車、管線設備儲備、應急物資、搶修隊伍及專家庫等內外部資源信息。

3.3 風險源管理

事故的源頭大多數是已知的某些重大風險源引起的，監測管理好這些風險源有助于提高災害預防能力，消除事故隱患進而將危險扼殺在萌芽狀態。

風險源管理就是要對管道建設和運行全過程的風險源狀態進行監控，主要包括管道本體風險、第三方施工風險、高后果區及重點設備管理等風險源的監控管理。

3.4 應急資料庫

應急資料庫主要基于GIS系統將線路管道［12］、站場或設備的基礎資料（工藝流程圖、生產設備布置圖、危險區域劃分圖、應急關斷圖、消防設施分布圖和建筑圖）與空間位置相關聯，可實現在三維地圖上直接查詢相關應急資料。

3.5 預案管理

通過將預案采用面向對象思想進行分解重構，將其各部分內容結構化，并采用信息化方式與空間地理信息、三維可視化技術及移動互聯網等融合關聯，實現預案的制作、預案數據的動態關聯更新、預案和重大危險源的關聯與智能匹配，將各專業之間、人員之間、工具之間的數據交換和協調過程進行數字化。

預案管理主要是對預案模板的管理和預案制作、預案庫、搶維修手冊、工藝及其應急修復程序等的管理。

3.6 三維應急案例管理

從以前的事故中吸取經驗和教訓，把事故案例的整個過程錄入系統，對這些事故案例進行分類管理，并制作成三維動畫，形成生動形象的三維事故案例庫，事故案例可以播放展示，為日常的搶維修培訓提供形象直觀的教材。

三維應急案例管理主要是對事故案例和動畫案例的管理。

3.7 應急演練

存儲和運輸過程中危險因素眾多，可能發生的安全生產事故也很多，因此要針對一些危害比較大或發生頻率高的事故進行培訓與演練，使不同崗位的人員了解自己在應急體系中的職責，當事故發生時可以在短時間內做出正確的應急反應并實施救援。

應急演練主要包括演練計劃、桌面推演、推演回放及演練標準案例等。針對實戰演練組織困難、成本高、時間長以及協調困難等問題，該模塊還具有電子沙盤功能，可在電子沙盤上進行三維立體的桌面推演，讓應急人員更加直觀了解演練的整個過程，互動性強，也可根據演練預案中的職責分工，給不同參演人員進行分工，類似多人互動游戲，然后每個參與者都各司其職，明確自己在整個演習過程中的職責，大幅提高了演練的效果，節約經濟成本和時間成本［13］。

3.8 路徑管理

救援過程中，無論是物資還是人員都需要通過交通工具進行運輸，只有最合理的行車路線才能保證人員和物資及時運輸到位。因此，科學合理地制定出行車路線對應急搶險的及時性至關重要。

路徑管理是通過提前錄入管道沿線道路基礎信息（包括寬度、承載重量等），實現路徑搜索和路徑智能規劃。

3.9 應急調度指揮與科學輔助決策

一旦管道事故發生后，維搶修應急綜合信息平臺根據管道的事故類型，調取數字化信息庫和應急預案數據庫的人力、物力、地理、周圍環境、管道數據以及維搶修隊伍資源等信息，結合系統中應急預案和歷史案例進行分析，生成應急調度指揮圖、現場布控方案和搶險方案，為領導層決策提供輔助［10］。同時，針對某些險情預估其影響范圍時，先通過模擬做出科學的推算和分析，再設置參數模擬不同類型和等級的災害，從而起到輔助決策的作用。

應急調度指揮與科學輔助決策模塊主要包括災情上報、遠程指揮、現場狀況、預案匹配、三維場景動畫、電子沙盤、災害模擬和輔助決策，其運行模式如圖3所示。

圖3 應急調度指揮、輔助決策運行模式

4 結束語

目前，國內石油/石化行業正在逐步推進數字化管道工作，建立各類數字化系統，但由于管道維搶修涉及的專業繁多、時效要求高和軟硬件結合難度大，在其應急綜合管理的信息化建設和應用方面還存在不足。通過研究分析管道維搶修應急管理現狀，針對管道維搶修應急特點，基于數字化管道系統建立了維搶修應急管理平臺，可實現對管道風險的管理，增強管道運營風險和事故災難的處理能力，降低運營單位和人民群眾的財產損失和人員傷亡，確保企業經濟效益與社會效益的最大化。