智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系架構(gòu)及建設(shè)方案研究

摘" " 要：隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，國家管網(wǎng)集團工程建設(shè)實施了數(shù)字化設(shè)計、智能供應鏈、智能工地、數(shù)字化交付等智慧管道建設(shè)，現(xiàn)有的工程建設(shè)標準體系已經(jīng)無法適應新時期標準化工作的要求，需要進行優(yōu)化和完善。梳理了國內(nèi)及國外智慧管網(wǎng)工程建設(shè)現(xiàn)狀，秉承繼承性、創(chuàng)新性與實用性的原則，研究了智慧管網(wǎng)工程建設(shè)體系概念模型和分層架構(gòu)，構(gòu)建了智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系的總體框架，提出了數(shù)字化設(shè)計、智慧供應鏈、智能施工、項目管理信息化4個專業(yè)方向的標準建設(shè)方案。研究成果可為智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系建設(shè)提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：智慧管網(wǎng)； 標準體系；架構(gòu)設(shè)計；建設(shè)方案

Research for standard system framework and construction scheme of smart pipe network engineering construction

YANG Yang HAN Mingyi HE Jinbao HUANG Li DAI Bingtao

1. National Pipeline Network Group Southwest Pipeline Co.， Ltd.， Chengdu 610000， China

2. China Petroleum Longway Engineering Project Management Co.， Ltd.， Langfang 065000， China

Abstract：With the development of information technology， smart pipe construction such as digital design， intelligent supply chain， intelligent construction site， and digital delivery has been implemented in the construction of PipeChina projects. The existing engineering construction standard system no longer meets the requirements of standardization in the new era and needs to be optimized and improved. This paper reviews the current situation of smart pipe network construction at home and abroad. Adhering to the principles of inheritance， innovation， and practicality， it studies the conceptual model and hierarchical architecture of the construction system of the smart pipe network construction project. It builds the overall architecture of the construction project′s standard system. It proposes the standard construction scheme covering four professional directions of digital design， intelligent supply chain， intelligent construction， and informatized project management. The research results can to some extent provide a reference for the system construction of the smart pipe network construction project.

Keywords：smart pipe network; standard system; architecture design; construction scheme

隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、人工智能等關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展，智慧管網(wǎng)建設(shè)在國內(nèi)不斷發(fā)展和實踐，形成了數(shù)字化協(xié)同設(shè)計、智慧供應鏈、智能施工等新管理方法和技術(shù)。國家管網(wǎng)集團提出了智慧管網(wǎng)“十四五規(guī)劃”，明確了工程建設(shè)智能化以 “全面支撐智能化運營” 為總體目標，開展數(shù)字化協(xié)同設(shè)計平臺和智能工地建設(shè)，實現(xiàn)設(shè)計、施工全過程管控，實現(xiàn)數(shù)字化虛擬資產(chǎn)的實時交付和具備泛在感知能力的實體資產(chǎn)的同步交付。隨著智慧管網(wǎng)工程建設(shè)階段的發(fā)展，原有標準體系已經(jīng)無法適應新時期智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準化工作的需要，亟須對原有標準體系進行補充完善，提出智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系架構(gòu)及建設(shè)方案。

1" " 智慧管網(wǎng)工程建設(shè)現(xiàn)狀

1.1" " 國內(nèi)現(xiàn)狀

中俄東線是我國開展的第一條試點智慧管道工程，圍繞“全數(shù)字化移交、全智能化運營、全生命周期管理”開展了工程實踐、示范性應用及信息化建設(shè)，形成了天然氣管道智能化技術(shù)[1-4]。中俄東線開展了數(shù)字化設(shè)計，搭建了線路、站場、建筑設(shè)計云平臺，滿足了多專業(yè)協(xié)同設(shè)計，同時實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)移交。通過采購共享服務平臺，將物資需求、采購計劃、招標等業(yè)務過程中產(chǎn)生的動態(tài)進展信息和數(shù)據(jù)進行數(shù)字化移交；運用電子標簽統(tǒng)一標識設(shè)備材料，實現(xiàn)管道物資物流過程數(shù)據(jù)全面采集、實時傳輸和跟蹤、數(shù)字化移交，同時集成設(shè)計、采購環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，支持施工、運行階段數(shù)據(jù)讀寫。部署現(xiàn)場網(wǎng)絡，建設(shè)“智能工地”，通過部署工業(yè)級無線路由器，搭建施工現(xiàn)場無線網(wǎng)絡，各類智能設(shè)備通過局域網(wǎng)連接項目管理系統(tǒng)前置服務器，基于通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸、過程數(shù)據(jù)存檔、現(xiàn)場監(jiān)控，實現(xiàn)了焊接、補口等施工數(shù)據(jù)全自動采集及移交，例如自動焊機設(shè)備直接輸出焊接層數(shù)、電流、電壓、送絲速度、擺寬、擺動頻率等參數(shù)信息，且外焊機具備存儲功能。建立了人員、設(shè)備等資源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了資源入庫、使用、出庫評價等全過程信息化管理。

1.2" " 國外現(xiàn)狀

目前，國外石油企業(yè)尚未對管網(wǎng)智能化建設(shè)進行系統(tǒng)研究和實踐，但國外公司對智慧管網(wǎng)某些關(guān)鍵技術(shù)進行了較深入的研究和實踐。

美國Williams Gas 公司采用GIS技術(shù)系統(tǒng)將管道本體數(shù)據(jù)與地理數(shù)據(jù)進行融合，可對管道建設(shè)和運行進行智慧管理[5]。加拿大TransCanada 公司開發(fā)了GeoFind 跨業(yè)務信息共享數(shù)據(jù)平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)管道設(shè)計數(shù)據(jù)、采辦數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)、竣工驗收數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)的采集與存儲[6]。哥倫比亞管道公司建立了管道完整性管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于風險的管道全生命周期管理方案，工程建設(shè)期采集關(guān)鍵設(shè)計和施工數(shù)據(jù)，對高后果區(qū)和風險區(qū)進行識別，優(yōu)化線路，降低管道風險，運行期采用內(nèi)檢測技術(shù)對管道的風險進行評估，進而提出風險削減措施[7-8]。Enbridge 管道公司應用管道數(shù)字孿生技術(shù)，建立虛擬管道，可以通過3D視圖查看管道實體，包括管道本體參數(shù)、環(huán)境參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)，其管轄的6 條管道已應用了該技術(shù)[9]。意大利SNAM 公司與挪威船級社、歐洲能源研究院等機構(gòu)合作，開發(fā)了無人機巡檢系統(tǒng)、管道應變監(jiān)測系統(tǒng)、站場泄漏檢測技術(shù)、地質(zhì)災害預警技術(shù)等，確保了管道運行更加安全[10]。

2" " 智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系架構(gòu)

2.1" " 一般原則

智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系架構(gòu)設(shè)計是以智慧管網(wǎng)業(yè)務發(fā)展規(guī)劃為指導，圍繞油氣管網(wǎng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)，瞄準國際標準，引導智慧管網(wǎng)工程科學建設(shè)，提高建設(shè)效率，規(guī)范智慧管網(wǎng)建設(shè)，保障管道本質(zhì)安全，提升智慧管網(wǎng)建設(shè)水平和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。其建設(shè)需遵循以下原則。

1）先進性。智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系應體現(xiàn)油氣儲運工程建設(shè)的先進技術(shù)。

2）系統(tǒng)性。智慧管網(wǎng)標準體系覆蓋油氣管道、LNG接收和儲氣庫各專業(yè)，相關(guān)系列標準配合成套。針對油氣儲運工程成套技術(shù)，形成與之相適應的標準，做到智慧管網(wǎng)全專業(yè)鏈、全過程有標準可用。

3）科學性。智慧管網(wǎng)標準體系專業(yè)劃分科學，標準數(shù)量和層級設(shè)置合理。標準體系分級設(shè)置的依據(jù)和主線清晰，整個標準規(guī)范樹狀結(jié)構(gòu)合理。

4）實用性。標準規(guī)劃遵從需求和問題導向，便于油氣管網(wǎng)建設(shè)單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)理單位、檢測單位等多業(yè)務使用，著眼于規(guī)范油氣管網(wǎng)智能建設(shè)，提高建設(shè)質(zhì)量、建設(shè)水平和管理效率。

2.2" " 概念模型

首先，智慧管網(wǎng)三維業(yè)務構(gòu)架借鑒歐美主要標準化研究機構(gòu)對智能電網(wǎng)業(yè)務架構(gòu)模型的建設(shè)經(jīng)驗，參考智能電網(wǎng)平面橫豎向設(shè)置業(yè)務流程“領(lǐng)域”和信息管理“區(qū)域”、縱軸構(gòu)建互操作層級的三維立體設(shè)計思路，明確三維業(yè)務構(gòu)架維度[12-13]；其次，采用系統(tǒng)工程分析方法中的自頂而下法，確認三維業(yè)務構(gòu)架各維度組成要素；最后，通過需求工程中用例方法展現(xiàn)三維構(gòu)架中各域內(nèi)/外部的交互功能和信息通路，從而完成智慧管網(wǎng)三維業(yè)務架構(gòu)設(shè)計，見圖1。三維架構(gòu)模型是研究智慧型體系經(jīng)常采用的一種方法，具有較好的先進性、系統(tǒng)性、科學性和實用性，在智能電網(wǎng)和智能制造的體系梳理和構(gòu)建中廣泛應用，并取得了良好成效[11]。

智慧管網(wǎng)架構(gòu)模型維度主要包括對象維度、時間維度以及互操作維度。對象維度主要對智慧管網(wǎng)本體所包含的主要業(yè)務對象進行描述；時間維度主要對智慧管網(wǎng)本體信息管理的不同階段進行區(qū)分；互操作維度主要對智慧管網(wǎng)的數(shù)據(jù)流走向和信息交互進行描述。對象維度主要包括線路、站場、LNG接收站、儲氣庫，對象可以根據(jù)實際情況進一步劃分，例如站場再劃分為總圖、工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等。時間維度主要包括可研與設(shè)計、采辦、施工驗收等。互操作維度主要包括感知層、交互層、應用層；應用層主要包括數(shù)字化協(xié)調(diào)設(shè)計、數(shù)據(jù)移交；交互層主要包括數(shù)字化設(shè)計平臺系統(tǒng)、設(shè)計數(shù)據(jù)及模型等；感知層主要包括設(shè)計硬件及軟件等。

2.3" " 架構(gòu)設(shè)計

通過構(gòu)建三維體系框架，立體展示油氣管網(wǎng)的智慧化業(yè)務，再按照一定的方法和邏輯進行一系列的二維映射分析，就能夠?qū)⑷S體系中的內(nèi)容全面扁平化、清晰化、可視化展示；二維平面能夠清晰地展示各業(yè)務的位置、邏輯關(guān)系、層次結(jié)構(gòu)等。基于對智慧管網(wǎng)建設(shè)期各項業(yè)務的基本流程和關(guān)鍵技術(shù)梳理，分析提取智慧管網(wǎng)主要標準化對象，結(jié)合標準化要素在互操作層級中相互作用的映射關(guān)系，形成了智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系標準框架，智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)如圖2所示。

智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)包含數(shù)字化設(shè)計、智慧供應鏈、智能施工、項目管理信息化4個模塊。

1）數(shù)字化設(shè)計模塊主要包括：協(xié)同設(shè)計管理標準、三維模型設(shè)計標準、數(shù)字化設(shè)計管理標準結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及模型交付標準等。

2）智慧供應鏈模塊主要包括：工程各類物資材料編碼標準、工程物資采購全過程相關(guān)標準、二維碼等數(shù)字標簽標準、采辦結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交付、駐廠監(jiān)造等。

3）智能施工模塊主要包括：智能工地建設(shè)標準、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交付、大數(shù)據(jù)分析、違章智能識別、無損檢測智能評定等。

4）項目管理信息化模塊主要包括：工程項目管理平臺管理標準、人員庫管理標準、設(shè)備庫管理標準、竣工資料電子化、智慧監(jiān)理等。

3" " 智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系建設(shè)方案

智慧管網(wǎng)標準體系結(jié)構(gòu)依據(jù)GB/T 13016—2009《標準體系表編制原則和要求》進行搭建，根據(jù)不同階段劃分為數(shù)字化設(shè)計、智慧供應鏈、智能工地、項目管理信息化4個門類。

3.1" " 數(shù)字化設(shè)計

數(shù)字化設(shè)計標準主要包括：三維模型設(shè)計、設(shè)計數(shù)據(jù)交付、數(shù)字化設(shè)計管理、智能選線、GIS技術(shù)等。目前國家管網(wǎng)集團已全面推廣應用數(shù)字化設(shè)計，建立了可研數(shù)據(jù)交付、初設(shè)數(shù)據(jù)交付、施工圖數(shù)據(jù)交付、專項評價數(shù)據(jù)交付等企業(yè)標準，并將數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、三維模型3類。

3.2" " 智能供應鏈

智能供應鏈主要包括：物資材料編碼、物資采購智能管控和采辦數(shù)據(jù)交付三大類標準。目前國家管網(wǎng)集團已建立了油氣管道物資材料編碼、LNG接收站物資材料編碼和儲氣庫物資材料編碼、油氣管道采辦數(shù)據(jù)交付等企業(yè)標準。

3.3" " 智能工地

智能工地標準主要包括：智能工地建設(shè)指南、施工數(shù)據(jù)采集及交付、違章智能識別技術(shù)、無損檢測智能評片技術(shù)、環(huán)焊縫質(zhì)量大數(shù)據(jù)分析、無人機巡檢等技術(shù)標準。目前國家管網(wǎng)集團已全面推廣應用智能工地，搭建了智能工地平臺，對施工現(xiàn)場進行遠程視頻監(jiān)控，對施工數(shù)據(jù)進行自動采集，配套建立油氣儲運工程智能工地建設(shè)指南、油氣管道工程施工數(shù)據(jù)交付、LNG接收站工程施工數(shù)據(jù)交付、儲氣庫工程施工數(shù)據(jù)交付等企業(yè)標準。

3.4" " 項目管理

項目管理標準主要包括：工程項目管理平臺、項目文件編碼、項目結(jié)構(gòu)編碼、組織分解、工作分解、實體分解、智慧管網(wǎng)監(jiān)理、施工資源管理準則、竣工資料電子化等。目前國家管網(wǎng)集團已全面應用信息化技術(shù)對項目人員、材料、設(shè)備、體系進行管理，配套建立了知識庫、典型案例庫、人員庫、材料庫、竣工資料電子化等企業(yè)標準。

4" " 結(jié)束語

通過智慧管網(wǎng)工程建設(shè)現(xiàn)狀分析及標準體系架構(gòu)設(shè)計研究，得出以下結(jié)論：

1）智慧管網(wǎng)工程建設(shè)標準體系架構(gòu)設(shè)計應遵循先進性、系統(tǒng)性、科學性、實用性的原則；

2）智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)模型可分為對象、時間以及互操作三個維度；

3）智慧管網(wǎng)工程建設(shè)子體系架構(gòu)可分為數(shù)字化設(shè)計、智慧供應鏈、智能工地、管理信息化4部分，與實際工程建設(shè)分階段開展智慧管道建設(shè)相匹配，可有效指導工程實踐。

參考文獻

[1]" 姜昌亮. 中俄東線天然氣管道工程管理與技術(shù)創(chuàng)新[J]. 油氣儲運，2020，39（2）：121-129.

[2]" 王振聲，陳朋超，王巨洪. 中俄東線天然氣管道智能化關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與思考[J].油氣儲運，2020，39（7）：730-739.

[3]" 程萬洲，王巨洪，王學力，等. 我國智慧管道建設(shè)現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)探討[J]. 石油科技論壇，2018，37（3）：34-40.

[4]" 宮敬，徐波，張微波. 中俄東線智能化工藝運行基礎(chǔ)與實現(xiàn)的思考[J]. 油氣儲運，2020，39（2）：130-139.

[5]" 董紹華，張河葦. 基于大數(shù)據(jù)的全生命周期智能管網(wǎng)解決方案[J]. 油氣儲運，2017，36（1）：28-36.

[6]" 董紹華．中外智慧管網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與對策方案[J]．油氣儲運，2021，40（1）：249—255．

[7]" Accenture. Accenture and GE[EB/OL].（2018-05-21）[2020-11-20]. https：//www.accenture.com/us-en/insights/industry-x-0/accenture-ge-alliance.

[8]" HOCHSTEIN A，HORN E，PALOMINO M. Intelligent pipeline solution： leveraging breakthrough industrial internet technologies and big data analytics for safer， more efficient oil and gas pipeline operations[C]//Proceedings of Pipeline Technology Conference 2015.Berlin： Pipeline Technology Conference 2015，2015：1-12.

[9]" Enbridge. Virtual reality project goes underground forpipelinesafety[EB/OL].（2018-03-06）[2020-09-29]. http：//www.enbridge.com/stories/2018/march/virtual-reality-3d-holographicpipeline-digital-twin.

[10] Snam Global Solutions. AI for market development - Neuralnetworks for state-of-the-art modeling tools[EB/OL]. [2020-06-25].

[11] 張晶，代攀，吳天京，等. 新一代智能電網(wǎng)技術(shù)標準體系架構(gòu)設(shè)計及需求分析[J]. 電力系統(tǒng)自動化，2020，10（44）：12-20.

[12] 張東霞，姚良忠，馬文媛. 中外智能電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略[J]. 中國電機工程學報，2013，33（31）：1-15.

[13] MIAO X，CHEN X，MA X M，et al. Comparing smart grid technology standards roadmap of the IEC，NIST and SGCC[C]// Proceedings of 2012 China International Conference on Electricity Distribution.Shanghai：2012 China International Conference on Electricity Distribution，2012：104-108.

作者簡介：

楊" " 旸（1989—），男，四川南充人，高級工程師，2012年畢業(yè)于西南石油大學過程裝備與控制工程專業(yè)，現(xiàn)從事智慧管網(wǎng)標準、油氣管道工程數(shù)字化移交研究工作。

Email：yangyang06@pipechina.com.cn

收稿日期：2024-05-09