探索天然氣長輸管道高后果區數字孿生技術應用與展望

＊敬紅波 馬賽 余海坤 毛建

（國家管網西氣東輸分公司銀川輸氣分公司 寧夏 750001）

1.孿生管道可視化管控平臺登錄及操作

（1）平臺登錄。首先，打開瀏覽器，輸入實際部署地址，將進入孿生管道可視化管控平臺登錄頁面。其次，在輸入正確的用戶名和密碼后，點擊“登錄”按鈕即可進入項目展示頁面。然后，密碼輸入框下方有顯存設置條，可根據自身需求和電腦配置進行設置：第一種，默認顯存設置為2G，表示最高使用2G顯存；第二種，最高顯存設置為20G，表示使用20G顯存。最后，可選擇自動登錄。當勾選“自動登錄”選項后，平臺會存儲賬號密碼，當刷新頁面或退出瀏覽器后再次進入平臺的網址時會記住登錄狀態，不需要再次輸入賬號密碼即可進入平臺。

（2）功能操作。單擊右上角“設置”按鈕，展開設置功能詳情（再次點擊可收回）。

①自動加載模型功能：在頁面中點擊“模型設置—自動加載模型”旁的控制開關，開啟狀態下即進入項目后自動勾選所有模型節點加載三維模型至主視圖頁面。

②三維標記功能：開啟“可被模型遮擋”選項后，用戶所設定的三維標記圖標則會被模型遮擋，如所設三維標記位置處于廠房內，當視角移動到廠房外后，該標記則不會漂浮在三維場景中。

③模型選中功能：開啟“自動聚焦模型”選項后，選中樹節點時對應的三維模型會自動縮放并居中顯示。

④項目首頁功能：選擇不同的視圖作為首頁，進入項目后默認頁面則為選擇的視圖，默認為“三維視圖”，即可查看三維模型的視圖。不同的工作角色關注的項目信息不同，因此可將項目首頁設置為“駕駛艙視圖”“三維視圖”和“工作臺視圖”[1-3]。

⑤三維效果功能：一是，高光：勾選“高光”選項后會在三維場景中增加照射光源，使設備設施等模型具有金屬光澤，并使三維更貼近于真實場景；二是，陰影：勾選“陰影”選項后，模型的陰影會互相投射，使得廠區更加趨近于現實場景；三是，線框：勾選“線框”選項后會將三維視圖中的三維模型使用線條描繪出來，“線框”模式開啟時默認取消“高光”和“陰影”選項的勾選；四是，光影效果：勾選“光影效果”選項即開啟屏幕環境光遮罩效果，開啟寫實效果后，模型的角落處會渲染出陰影效果，使廠區更接近于現實場景。

⑥模型選中效果功能：可對選中模型的填充顏色和輪廓線顏色進行設置；操作中可點擊顏色塊后彈出顏色配置控件，可通過在調色盤中點選顏色選擇需要的顏色，也可通過設置RGB值獲取相應的顏色。顏色條下方為透明度設置條，通過拖動透明度條設置顏色的透明度，也可輸入數字調節，透明度數值越高則越不透明，最大值為1，最小值為0。

⑦填充功能：設置填充顏色即選中模型時的顏色。

⑧輪廓線功能：設置輪廓線顏色即選中模型時模型邊框的顏色，輪廓線的線寬數值為1，為保證最好的顯示效果，線寬數值為平臺默認寬度不允許調節。線條類型為實體直線，如需關閉輪廓線效果，線條類型選擇“無”即可。顏色設置時，下方的“logo模型”會實時更換顏色，以便預覽設置的顏色效果。之后要點擊“確定”按鈕，保存設置并關閉顏色控件，點擊“取消”按鈕，取消設置并關閉顏色控件，從而完成操作。

（3）平臺操作。①模塊切換。點擊功能模塊菜單欄中的“孿生高后果區”可切換至孿生高后果區模塊，該模塊又分為三個小模塊，分別為基本信息、應急管控以及孿生高后果區臺賬。

平臺切換至孿生高后果區模塊時自動加載GIS模型與楊灘高后果區建筑的傾斜攝影模型。

②應急管控。首先，用戶在菜單欄點擊“應急管控”切換至應急管控界面。然后，切換至應急管控界面后，點擊楊灘高后果區面板，應急管控標簽在三維界面顯示，用戶點擊該標簽可在右側面板查看應急管控的操作界面，點擊播放后，操作步驟全部顯示在右側面板，同時在三維模型中進行警戒點、著火點、緊急集合點、緊急疏散路線、救援路線的展示。用戶可選擇語音播放或屏蔽語音播放，也可以選擇停止當前播放。在實踐中，第一步要展示演練腳本流程；第二步要展示著火點、警戒點、緊急集合點、緊急疏散路線、救援路線等[1]。

2.識別天然氣長輸管道高后果區的方法

（1）以衛星地圖定位為依據進行劃分。實踐操作中，需要在衛星地圖中將管道所在的位置標記出來；同時，利用地圖軟件，將管道視作中心，并在管道兩旁依照高后果區識別要求對帶狀圖實施規劃，然后采用對帶狀圖里面的建構筑物識別的方式對高后果區進行劃分。

另外，管道數據資料應滿足以下要求：①管道地圖影響時限要在一年之內，方可為管道沿線信息精確性提供保障；②可選擇航拍圖、遙感圖亦或通過公開地圖選定地圖影像；③具備的管道中心線數據信息必須精準、無誤，應嚴格審查、校驗管道中心線，保證其標準符合現場需求；④具備的管道三樁數據需精準無誤，同時和地圖中重疊的三樁位置及實際位置相同。

（2）天然氣長輸管道管高后果區現場識別劃分。負責管道巡邏、維護的人員利用激光測距儀對建構筑物及管道距離進行檢測，根據要求對高后果區進行識別、劃分的行為被稱為現場識別劃分。

工作人員經過檢測得到高后果區識別結果，必須經現場審查、確認后，才可收錄臺賬、實施上報；通常現場內容的確認包含（但不僅限于）如下內容：①輸氣管道高后果區識別示意圖；②高后果區識別匯總表；③高后果區識別結果分類統計表。

（3）高后果區識別數據填寫要求。①高后果區編號：根據獨立管道沿著氣流走向實施編號；②時間的更新及識別：根據“XXXX/XX/XX”填報格式填寫，審查日期為確定時間，且每年應進行1次以上更新；③識別依據：以“GB 32167-2015”為統一依據；④高后果區的起點、終點、長度：填報形式為“數字/樁+偏移量”，根據獨立管道沿著氣流走向確定絕對里程；⑤地名：完成精準地名填寫，最低要填寫到村、社單位。

（4）識別高后果區后產生的報告。高后果區識別報告包括概述與識別結果兩部分。首先，概述涉及的要素如下：①識別高后果區工作狀況簡介，涵蓋識別單位、時間等；②獲取管道參數與信息的方法；③管道附近范圍的人口、自然環境狀況；其次，識別結果應涉及如下要素：①識別高后果區管段的統計表；②高后果區管段長度比例圖；③再識別的日期；④減緩舉措。

（5）高后果區識別注意事項。①通過三、四級地區對高后果區識別期間，判定時要依據管道兩側各200m范圍，絕非影響半徑；②一些和“管徑＞672mm，且壓力＜6.9MPa”的管道四周的特定場所標準不相符的，在識別時會選擇潛在影響半徑，此時，要根據“其它管道兩側各200m以內由特定場所的區域”標準進行識別；③準確填寫高后果區長度、做好分級等；④對高后果區實施拆分、合并期間，若區段的重疊或之間的距離小于50m，則應劃歸成統一的高后果區段并實施管理，要防止高后果區十分零碎的現象；⑤若有連片區域，應根據道路及里程樁界限分隔，方使管理更加便捷；⑥凡是人群高密集場所，如工廠、學校等，均視作固定場所，判定標準以建筑層數、人員聚集數量為主；⑦辨別是不是高后果區時，需將廠內人數轉換為戶數，轉換時根據“GB50028-2006中條文解釋的定義”，將3人轉換為1戶；⑧若管道周邊存在臨時搭建的建構物，且存在短期可以聚集人員的場所，同時這些短期聚集人群可能受到管道泄露影響時，若比150人多，應將其劃定為高后果區，并基于分戶標準（超過50戶的區域則應識別為高后果區），若沒有人在建構筑里居住，則不計算在列；⑨若產房建設的十分密集，應直接根據地區等級劃分標準確定成4級地區。

3.西氣東輸孿生管道高后果區HCA識別方法

（1）識別與分級標準。Ⅰ～Ⅲ級的最小及最大嚴重程度，構成了高后果區HAC。

這里的特定場所Ⅰ包括醫院、商場、學校等難以進行人員疏散的區域。

所謂特定場所Ⅱ，即每年存在50天以上（無需連貫）聚集超過30人以上的市場、廣場、劇院等場地[2]。

表1 天然氣管道HCA識別分級表

同時，應以潛在影響半徑為依據對影響區域實施計算，從而將輸氣管道潛在影響區域精準劃分而出。輸氣管道的潛在影響半徑計算公式：

式中：d—管道外徑，mm；

P—管段最大準入操作壓力，MPa；

r—受影響區域半徑，m。

系數0.099僅在天然氣孿生管道適用。

（2）識別流程與管理方法。基于孿生管道高后果區識別標準及現場狀況，制備高后果區識別流程圖，如圖1所示。

圖1 高后果區識別流程圖

①調研管道基礎資料。收集、整理西氣東輸銀川楊灘天然氣管道高后果區資料，如高后果區第三方破壞、地質災害、管道本體缺陷臺賬等信息。在提高現場識別操作效果、改善高后果區信息搜集規范性方面，要制作、編寫高后果區調查表，管道巡檢工作者要結合現場現狀客觀填寫，確保“一區一表”，并通過奧維地圖在現存管道路由中標識原有高后果區段并初步調查管道四周狀況。

②現場調查與高后果區再識別。在高后果區現場展開調查，通過拍照等方式將高后果區里面的管道四周自然環境與敷設狀況記錄在案。同時，結合現場調查結果與專家建議，適當增減原有高后果區、修改特定場所識別及起終點[3]。

③制備高后果區分析報告。利用西氣東輸風險評估軟件對高后果區基線、環境、第三方破壞、地質災害等風險等級進行評估。高后果區分析報告由一區一案、風險評價過程及風險評價報告組成，報告內容包含更新后的高后果區概述、風險等級、應急處置方案、現場等。

4.結束語

綜上所述，依托天然氣長輸管道高后果區數字孿生技術，以衛星地圖定位為依據、采用現場識別等高后果區識別方法，提高了天燃氣長輸管道高后果區識別效果。同時，詳細闡述了孿生管道可視化管控平臺的登錄及操作方法，為高后果區識別工作的開展提供了平臺支撐。另外，又對高后果區HCA識別方法進行了詳細闡述，充分解決了西氣東輸階段孿生管道高后果區識別難的問題，為識別高后果區工作的開展提供了方法保障。放眼未來，西氣東輸項目必然成為國家解決能源問題的重點，而數字孿生技術的出現，有效解決了天然氣長輸管道高后果區的識別問題，為高后果區識別工作的開展及天然氣長輸管道的穩定運行提供了有益探索及技術保障，未來勢必會成為重點發展、創新的技術之一。