中亚D线智能管道建设的探讨

向熠星 程 莹 杜通林 陈 静 向 波 杜 毅 向玉琪

1. 中国石油工程建设有限公司西南分公司, 四川 成都 610041;2. 中国石油集团工程有限公司北京项目管理分公司， 北京 100029

0 前言

21世纪以来,基于地理信息系统开发的数字管道技术逐步在油气管道工程中推广应用。建设数字化管道系统,即在工程勘察设计、施工管理及运行管理过程中,全面实现以先进的3S技术(卫星遥感RS、卫星定位GPS、地理信息系统GIS)和4D数据(数字高程模型DEM、数字正摄影像图DOM、数字删格图DRG、数字线划图DLG)应用为标志的全数字化建设和管理[1-6]。近年来,在油气管网规模建设过程中,随着标准化、模块化、信息化水平不断提高,完成了从传统管道向数字管道的转变,实现了设计数字化、施工机械化、物采电子化、管理信息化,中国部分长输管道基本实现了数字化管道建设的目标[7-16]。

随着全球物联网、新一代移动网络、云计算等新一轮信息技术迅速发展和深入应用,智能管道建设已具备一定基础,智能化发展已成为必然趋势[17]。长输管道发展变迁将随着新一轮的技术发展产生重大变革,2017年中国石油管道有限责任公司提出了建设智能管道、构建智慧管网的目标要求。基于智能管道建设发展的趋势和重要性,国内各管道建设单位和参建方也都在智能管道建设方面开展研究和布局工作。

1 中亚D线项目建设特点与建设要求

中国石油中亚D线输气管道(以下简称中亚D线)是继中亚A、B、C线后新规划的1条进口中亚地区天然气的管道,对于中国具有极其重要的战略意义。管道全长约966 km,干线管径1 219mm,途经4个国家,属世界大型管道项目之一。中国石油工程建设有限公司西南分公司(以下简称CPECC西南分公司)经过多年对中亚D线持续不断地深入工作,对中亚D线项目建设的特点有如下认识:

1)安全形势严峻:管道沿线部分国家社会安全形势较差,安保和安防形势较严峻。

2)政治环境复杂:部分过境国政治环境复杂,中央政府对地方政府管控能力不足,特别是吉尔吉斯南部的泛民主化。

3)人文环境多样:过境国均为穆斯林国家,宗教信仰存在一定禁忌,当地居民的维权意识强,土地私有化严重。

4)自然环境恶劣:管道沿线依托自然条件和社会条件差,建设物资短缺。

5)法规制度建设程序风险高:过境国劳工制度、财务税收制度、海关制度、建设审批程序等复杂多样且执行随意性较大,给项目建设实施带来不可控风险。

6)工程建设难点多、管理难度大:管道途经4个国家,过境国对管道执行标准的要求不同;管道沿线地形地貌复杂多样,地质灾害数量多;复杂地质条件下隧道众多,且集中分布;管道多通过9度地震烈度区,部分区域为高寒高海拔地区;沿线无外电利用,压气站的环境温度较高;管道分期建设等特点,给设计、采购、施工、运营提出新要求、带来新挑战。

综合以上项目建设特点和管道设计、建设、运营管理水平提高的要求,以及长输管道发展的新趋势,按照智能管道建设的要求开展中亚D线的设计、建设、运营管理已成为各方共识。中油国际管道有限公司也提出了将中亚D线建设成为智能管道，创建国家优质工程金奖的目标要求。

2 CPECC西南分公司数字化建设成果

如前文所述,数字化技术已在我国油气管道及油气田建设中得到广泛应用。CPECC西南分公司作为国内天然气行业的指导性设计院,2005年在罗家寨内部集输工程中首次采用数字管道设计技术,理顺了数字管道设计从航摄、成图、数字化线路勘察设计到成果入库的一体化作业流程；2007年在川渝气田北内环南西段输气管道工程中实施数字化设计和数字化施工管理,构建了基础地理信息系统、施工数据采集系统、施工进度管理系统、文档管理系统[18]；2008年承担完成的川渝气区龙岗气田是中国石油第一个“数字气田”,通过工程建设与应用管理的系统集成、巡检系统、应急指挥系统、动态数据展示系统的构建,实现了龙岗气田内部集输、净化厂、净化气外输的数字化设计、数字化施工管理和数字化运行管理,并以此为基础,构建了川渝数字管网。

CPECC西南分公司依托中油工程公司重大科研专项研究完成的“油气管道数字化空间设计平台”，运用计算机技术、网络技术、数据库管理技术,采用工作流设计方式,实现了从航测与遥感成图、测量、地质、通讯、阴保、管道工艺等多专业设计的一体化,成为数字管道线路工程设计的重要工具。基于多专业协同设计的三维设计平台(COMOS+PDMS/BIM/SP)实现了场站工程的数字化设计。线路、场站工程的设计成果完全可以满足数字化移交的要求,并可为智能管道的建设、运行管理奠定坚实的基础。

3 中亚D线智能管道建设的探讨

综合分析判断,未来十年,中国油气长输天然气管道将迎来新一轮建设高峰。按照中国石油天然气集团公司整体要求,中油管道已确定全面有序推进智能管道建设,并提出“建设智能管道、构建智慧管网”的总体发展要求和顶层设计[20-21]。

综合各方对智能管道的探讨研究,智能管道的建设目标是:通过业务系统的重构,实现企业提质、降本、增效的本质目标,促进管道工程规划、建设、运营全产业链及附带产业链技术和管理水平的提升,促进油气管道产业结构的转型升级，实现全数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理。

数字化管道实现了管道及周边环境资料数字化、可视化,管道运行综合应用SCADA、生产管理、完整性管理等信息系统。而智能管道就是通过“端+云+大数据”的体系架构集成管道全生命周期数据,提供智能分析和决策支持,用信息化手段大幅提升质量、进度、安全管控能力,实现管道的可视化、网络化、智能化管理,最终形成具有全面感知、自动预判、智能优化、自我调整能力,且安全高效运行的智能管道,实现管道、社会、企业等要素在建设和运营管理过程中的优化配置,达到数据全面统一、感知交互可视、系统融合互联、供应精准匹配、运行智能高效、预测预警可控,智能管道是数字化管道在新技术和新时代条件下的新发展和升级。

根据中亚D线的特点,从设计的角度对中亚D线智能管道建设提出探讨与建议。

3.1 建设目标

1)一流水准:对标国际先进的大型管道公司,建立面向智能管道的、覆盖全产业链及附带产业链信息的一流水平的管道。

2)自主可控:中亚D线智能管道系统的建设以自行设计、自主建造、自主管理为思路开展,以达到自主可控的目的。

3)提供标准:通过中亚D线管道项目的智能化建设,建立一系列标准,为智能管道规划与建设提供指引。

4)按需扩展:在业务部门构建业务系统时,可以按照需要实时扩展。

3.2 系统构架

根据数字化管道、数字化气田建设的经验,建议中亚D线智能管道系统由主数据平台、业务平台、数据/信息源三大核心部分构成。主数据平台的核心是数据范围、标准、规则;业务平台的核心是基于价值模型/经济模型的应用系统的研发;数据/信息源包括管道建设数据、管道运行数据两大部分。

3.3 重点工作

根据中亚D线的特点,建议将中亚D线智能化管道系统建设的重点放在以下三方面。

3.3.1 企业级/项目级主数据平台的规划与建设

主数据平台主要进行数据清洗、数据共享、数据支撑,数据库的选型及结构要与业务需求相适应并具有可扩展性,在主数据平台的规划中要考虑将中亚A、B、C线一并纳入统一管理的需要。数据平台建议由业主牵头、专业承包商承建,数据资产由业主负责运维管理。

3.3.2 业务平台的开发

业务平台的开发需由业主牵头,系统梳理智能管道的管理需求,以价值模型/经济模型的构建为导向集成研发业务管理软件,通过大数据、人工智能等技术综合运用,推动中亚输气管网优化运行,管道风险高效洞察,生产经营科学决策,实现管道全智能化运营管理,促进管网的经济高效运行。

3.3.3 数据/信息源数据仓库建设

数据/信息源的完整准确性、数据/信息源的高效共享是智能化运营管理的基础,需要重点解决好数据标准统一、提高数据分析挖掘的能力、管道及场站实体可视化应用及综合展示等问题。对设计成果数字化移交、采办阶段的数字化移交、施工阶段的数字化移交进行统一规范。管道建设数据仓库和管道运行数据仓库建议与主数据平台建设统一优化考虑,设计、采购、施工的数据仓库可提前部署使用以满足工程建设期间对数据收集的需要。

4 结论与建议

随着全球物联网、新一代移动网络、云计算等新一轮信息技术迅速发展和深入应用,智能管道建设已成为必然趋势。综合分析中亚D线项目建设特点和管道设计、建设、运营管理水平的高要求,将中亚D线建设成为智能管道和国家优质工程是十分必要和可行的。

基于对中亚D线管道设计的认识,以及多年数字化管道、数字化气田设计建设的经验,对中亚D线智能管道系统建设提出如下建议:

1)业主牵头、顶层设计、统筹兼顾、业务驱动、价值导向

业主牵头:基于中亚管道跨境跨国、多种标准规范、多语言等特点,需业主牵头、理清智能管道建设和运行管理的本质需求,研究形成中亚管道D线智能管道管理系统建设的总体目标、工作思路、组织方法与实施原则、总体架构、实施路线图等。

顶层设计:针对智能管道的定义、内容、架构、方案、实施计划等统一开展顶层设计,指导智能管道信息化工作开展。

统筹兼顾:针对中亚D线途径4个国家的特点,全面分析工程建设、生产经营、管道管理所涉及的业务信息化需求,统筹兼顾中亚A、B、C线的管理需要,有针对性地制定建设方案。

业务驱动:根据中亚天然气管道的特点,充分借鉴国内外同行业和相似行业的先进实践,使智能管道建设能够适应未来管道业务管理模式变革,在创新生产经营管理模式、优化资源配置、提高工作效率等方面充分发挥信息化重要价值。

价值导向:以价值为导向,进一步发挥信息化价值;重点考虑对管道本质安全可控和调运高效运行方面有重大促进作用的需求。

2)优先规划与搭建中亚D线智能管道的主数据平台

根据中亚D线智能管道建设的本质需求,参考中油管道已初步形成的管道全生命周期管理平台,搭建中亚D线智能管道主数据平台,统一建设阶段和管道运营阶段的数据录入要求。主要包括:主数据平台的规划与评审,标准与规则的制订与发布,与数据上下交付关系的确定与实现,建设方式与运行维护模式的评估与选择,基础设施的租用或自建等。

3)提早展开数字化交付体系的规划

数字化交付不仅牵涉到各类承包商,也牵涉到未来管道运行的现场数据交付,对中亚D线数字化交付所涵盖的范围、深度、方式、规则等关键问题的研究与规划,是确保智能管道建设目标得以实现的重要条件,并深刻影响系统底层的物联网系统、站控系统、上层主数据平台及基础设施、顶层业主业务系统的构建方式等,建议提早展开数字化交付体系的规划。

4)充分发挥设计在智能管道建设中的作用

设计在数字化管道、全生命周期数据库建设中发挥了龙头主导作用,已积累了丰富的理论与实践经验。在智能管道、智慧管网的建设过程中,应充分发挥设计的作用。设计单位可根据自身的成果和经验,参与业主主导的智能管道建设的总体规划工作;参与主数据平台建设架构的规划、评价与优化工作,参与数据标准、通信标准、数据规则的制定与优化工作;参与智能业务需求梳理、价值模型适应性审核工作,参与业务系统软件需求架构、IT架构审查工作;可在统一站场三维数据库、统一模型深度、统一设备材料编码、提供数据集成方案、设备材料采购的数字化管理等方面提供服务和支持;可根据需要为业主构建并交付可灵活扩展的数据仓库,实现设计、采购、施工等不同来源数据的有效整合管理。

[1] 杜丽红,姚安林.数字化管道及其应用现状[J].油气储运,2007,26(6)：7-10.

Du Lihong, Yao Anlin. Digital Techniques and Its Application in Oil and Gas Pipelines [J]. Oil & Gas Storage and Transportation, 2007, 26 (6): 7-10.

[2] 李建辉,林其明,古宗鹏,等.CORS技术在油气长输管道测量中的应用[J].天然气与石油,2016,34(3)：118-122.

Li Jianhui, Lin Qiming, Gu Zongpeng, et al. Application of CORS Technology in Oil & Gas Long-Distance Pipeline Surveying [J]. Natural Gas and Oil, 2016, 34 (3): 118-122.

[3] 曾 波,霍 亮,朱王璋.汾河流域测绘4 D数据管理系统的设计与实现[J].测绘通报,2012,(12)：62-66.

Zeng Bo, Huo Liang, Zhu Wangzhang. Design and Practice of Surveying and Mapping Data Management System in Fenhe River Basin [J]. Bulletin of Surveying and Mapping, 2012, (12): 62-66.

[4] 周 昊,王 磊,王晓刚,等.数字化管道技术在在役输气管道上的应用研究[J].天然气与石油,2007,25(1)：3-6.

Zhou Hao, Wang Lei, Wang Xiaogang, et al. Application of Digital Pipeline Technology to Pipelines in Service [J]. Natural Gas and Oil, 2007, 25 (1): 3-6.

[5] 董荣国.基于3S技术构建华东成品油数字化管道系统[J].中外能源,2013,18(7):83-89.

Dong Rongguo. Constructing Digital Oil Product Pipeline System for East China Based on 3S Technologies [J]. Sino-Global Energy, 2013, 18 (7): 83-89.

[6] 孙银香,吴 锐,朱同辉.3S技术在数字化管道系统中的应用[J].交通科技与经济,2014,16(5):122-125.

Sun Yinxiang, Wu Rui, Zhu Tonghui. Application of 3S Technology in the Digital Pipeline System [J]. Technology & Economy in Areas of Communications, 2014, 16 (5): 122-125.

[7] 李 庆,李秋忙,班兴安.中国石油地面工程推广模块化建设的策略[J].天然气与石油,2017,35(1)：5-9.

Li Qing, Li Qiumang, Ban Xing’an. Strategy for Modularization Construction Promoted by PetroChina Surface Facilities [J]. Natural Gas and Oil, 2017, 35 (1): 5-9.

[8] 李文丰,刘 俊,高 鑫,等.小型天然气气井开发生产模式探讨[J].天然气与石油,2016,34(2):22-25.

Li Wenfeng, Liu Jun, Gao Xin, et al. Discussion on Development and Production Mode of Small Natural Gas Well [J]. Natural Gas and Oil, 2016, 34 (2): 22-25.

[9] 陈朝明,陈伟才,李安山,等.大型气田地面工程模块化建设模式的优点剖析[J].天然气与石油,2016,34(1)：8-13.

Chen Chaoming, Chen Weicai, Li Anshan, et al. Analysis on Advantages of Large Gas Field Surface Engineering Modular Construction Mode [J]. Natural Gas and Oil, 2016, 34 (1): 8-13.

[10] 刘 欣,田长林,张亮亮.数字化管道技术在榆林—济南长输管道中的应用[J].石油工程建设,2010,36(1):62-65.

Liu Xin, Tian Changlin, Zhang Liangliang. Application of Digital Pipeline Technology in Yulin-Jinan Long-Distance Pipeline [J]. Petroleum Engineering Construction, 2010, 36 (1): 62-65.

[11] 秦 光,庞红霞,梁宝利.数字化管道建设初探[J].石油规划设计,2006,17(6):1-4.

Qin Guang, Pang Hongxia, Liang Baoli. Preliminary Study on Digital Technique for Pipeline Construction [J]. Petroleum Planning & Engineering, 2006, 17 (6): 1-4.

[12] 李兴国.数字化管道测量数据采集[J].中国水运:理论版,2006,4(6):126-128.

Li Xingguo. Digitized Pipeline Survey Data Acquisition [J]. China Water Transport: Theory Edition, 2006, 4 (6): 126-128.

[13] 关延君,刘尊良.基于施工数据的数字化管道建设[J].数字石油和化工,2009,(增刊2):126-131.

Guan Yanjun, Liu Zunliang. Digitalized Pipeline Construction Based on Construction Data [J]. Digital Petroleum & Chemical, 2009, (Suppl 2): 126-131.

[14] 李谦益.数字化管道技术在宝鸡—汉中输气管道施工建设中的应用[J].电子设计工程,2011,19(12):102-104.

Li Qianyi. Application of Digital Pipeline Technology to the Construction of Baoji-Hanzhong Gas Transmission Pipelines [J]. Electronic Design Engineering, 2011, 19 (12): 102-104.

[15] 罗泽松.长输管线数字化竣工资料收集整理工作的认识[J].化工管理,2015,(15):28.

Luo Zesong. Understanding on Data Collection of Long Distance Pipeline Digitalized Completion Data [J]. Chemical Enterprise Management, 2015, (15): 28.

[16] 左孝思.数字化管道施工现场的数据采集分析[J].化工管理,2015,(21):205.

Zuo Xiaosi. Data Collection and Analysis of Digitalized Pipe Construction Site [J]. Chemical Enterprise Management, 2015, (21): 205.

[17] 吴琋瑛,徐方辰.云计算在输油气管道SCADA系统上的应用[J].天然气与石油,2012,30(6):70-72.

Wu Xiying, Xu Fangchen. Application of Cloud Computing Technology in SCADA System of Oil and Gas Pipelines [J]. Natural Gas and Oil, 2012, 30 (6): 70-72.

[18] 杨 茂,牟 健,刘 兵.管道数字化施工管理[J].天然气与石油,2010,28(3):1-3.

Yang Mao, Mu Jian, Liu Bing. Construction Management of Pipeline Digitalization [J]. Natural Gas and Oil, 2010, 28 (3): 1-3.

[19] 阿姆河数字气田集成研发及应用示范项目课题组.阿姆河数字气田集成研发及应用示范项目[R].成都:中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司,2015.

Research Group for Demonstration Project of Amu Darya River Digital Gasfield Integration Research and Application. Demonstration Project of Amu Darya River Digital Gasfield Integration Research and Application [R]. Chengdu:China Petroleum Engineering Co., Ltd. Southwest Company, 2015.

[20] 中国石油管道有限责任公司.中油管道智慧管网信息化顶层设计[R].北京:中国石油管道有限责任公司,2017.

China Petroleum Pipeline Co., Ltd. Top Level Design for PetroChina Pipeline Intelligent Pipe Network Informatization [R]. Beijing:China Petroleum Pipeline Co., Ltd, 2017.

[21] 刘有超,牛 刚.顶层设计在A气田二期工程项目管理中的应用[J].天然气与石油,2014,32(1):1-6.

Liu Youchao, Niu Gang. Application of Top Design in Project Management of Stage II Engineering Design of Gas Field A [J]. Natural Gas and Oil, 2014, 32 (1): 1-6.