基于智慧管道技術(shù)提升油氣長輸管道工程施工質(zhì)量管理探討

侯明

（中國石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊 065000）

引言

管道信息化發(fā)展大體經(jīng)歷了從傳統(tǒng)管道管理到數(shù)字管道概念的提出再到智慧管道。在油氣管網(wǎng)規(guī)模建設過程中，管道業(yè)務的“標準化、模塊化、信息化”水平不斷提高，基本實現(xiàn)了設計數(shù)字化、施工機械化、管理信息化。近年來，隨著智慧管道概念的提出，管道信息化發(fā)展突飛猛進。

一、智能管道的概念

隨著中國油氣管道建設步伐不斷加快，基于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計算等先進技術(shù)與油氣管網(wǎng)創(chuàng)新融合的智慧管道建設，成為新形勢下實現(xiàn)管道可視化、網(wǎng)絡化、智能化管理的重要方法和途徑。智慧管道建設首先要實現(xiàn)管道的智能感知，在感知層進行管道本體、關(guān)鍵設備、外界環(huán)境及維護資源等信息的全面感知，實現(xiàn)采集、處理及傳輸一體化，為管道運行決策提供可靠的數(shù)據(jù)基礎。隨著這些新型技術(shù)的發(fā)展，燃氣管道傳統(tǒng)管理模式逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)變，逐步向數(shù)字化、智能化發(fā)展，出現(xiàn)了基于大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘、決策支持、預測分析等技術(shù)的新型管理方式。智能管道是管道信息技術(shù)領域的重要發(fā)展方向，它是綜合應用現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡技術(shù)及行業(yè)相關(guān)先進技術(shù)而成的油氣管道領域的智能化技術(shù)集合，未來將與大數(shù)據(jù)分析、人工智能等緊密結(jié)合，為油氣管道安全可靠、優(yōu)化高效、環(huán)境友好運營服務。

二、智慧管道技術(shù)提升油氣長輸管道工程施工質(zhì)量管理的策略

（一）可視化管理功能

智慧管道的建設中需要設置可視化管理功能，其中包括三維設計的可視化和施工現(xiàn)場的可視化。三維模型的構(gòu)建需要結(jié)合現(xiàn)場施工的實際情況構(gòu)建模型，對工程建設中的未建設量和已建設量進行如實反映；做好現(xiàn)場施工的更新工作，通過照片、空間圖像等對現(xiàn)實問題進行反映，還可以利用手持終端設備對現(xiàn)場情況進行記錄，保證現(xiàn)場管理的全程參與性和精細化管理作用，提升現(xiàn)場管理效率。

（二）建立科學的管道信息共享數(shù)據(jù)庫

由于歷史原因，管道企業(yè)前期建設有管道、生產(chǎn)、安全、調(diào)度等相關(guān)的信息系統(tǒng)，隨著管道需求的提高，這些信息系統(tǒng)之間當前主要存在共享性不夠、數(shù)據(jù)不統(tǒng)一、全局性不足等缺點。特別是在智能管道建設的背景下，以這些系統(tǒng)為基礎建立起來的管道完整性管理系統(tǒng)出現(xiàn)了后繼乏力的狀態(tài)。多數(shù)現(xiàn)役管道建設期的數(shù)據(jù)收集工作缺乏，逆向恢復工作量很大，難以滿足管道信息化、智能化的建設和需求。前期管道規(guī)劃階段、建設階段、運行階段的數(shù)據(jù)標準尚未統(tǒng)一，造成后期管道相關(guān)數(shù)據(jù)在與管道完整性管理系統(tǒng)對接過程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不匹配、數(shù)據(jù)缺失等問題，給全數(shù)字化移交和資產(chǎn)的全生命周期管理帶來了困難。設計成果數(shù)字化階段形成的三維成果無法遞延至施工及運營階段。管道施工建設階段的數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理部分依賴大量手工填報導致數(shù)據(jù)采集的準確性和及時性不足。技術(shù)研發(fā)、數(shù)據(jù)模型等方面能力的差異性導致數(shù)據(jù)分析挖掘能力受限。為了更好構(gòu)建智能管道建設框架，急需構(gòu)建企業(yè)數(shù)據(jù)共享體系。在實際的構(gòu)建過程中，要重視對數(shù)據(jù)采集處理及入庫等方面的工作，嚴格控制好數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保管道基礎數(shù)據(jù)的準確性與完整性，充分結(jié)合實際數(shù)據(jù)建立多系統(tǒng)、共享化的數(shù)據(jù)信息體系，實現(xiàn)管道的智能化管理。

（三）地下管線三維自動建模技術(shù)

在地下管線數(shù)據(jù)采集中需要增加井蓋、井脖、井底、小室、管塊、管溝和管廊等的三維信息采集要求，為建立地下管線真三維建模提供數(shù)據(jù)基礎?；诙S探測數(shù)據(jù)，研發(fā)自適應參數(shù)化建模方法，改進管線建模規(guī)則，實現(xiàn)對地下管線建構(gòu)筑物、附屬物的精準建模，對地下管線周邊的地下空間，如地鐵站、地鐵軌道、土壤等進行了建模，基于Lodar 點云數(shù)據(jù)制作了高精度數(shù)字高程模型（DEM）數(shù)據(jù)，并在超大城市實現(xiàn)地上地下三維模型無縫集成，大幅提高地下管線三維建模效果和真實感；面向城市環(huán)境綜合分析模擬的需求，設計了可支撐分析模擬的城市三維場景數(shù)據(jù)組織方法——統(tǒng)一數(shù)據(jù)表達與交換模型，可以對城市三維模型數(shù)據(jù)內(nèi)容進行統(tǒng)一的表達和存儲，實現(xiàn)從城市三維場景中抽取符合分析模型需要的數(shù)據(jù)內(nèi)容，從而支撐不同管線分析。

（四）正確處理好數(shù)據(jù)、技術(shù)、生產(chǎn)與管理之間的關(guān)系

數(shù)據(jù)支撐技術(shù)，技術(shù)優(yōu)化管理，管理促進生產(chǎn)，生產(chǎn)則產(chǎn)生數(shù)據(jù)；同時，生產(chǎn)創(chuàng)造了效益，效益支撐技術(shù)提升。在開展管道智能化管理之前，先要清楚認識數(shù)據(jù)、技術(shù)、生產(chǎn)與管理之間的承接、依托關(guān)系。數(shù)據(jù)、技術(shù)本質(zhì)上是為生產(chǎn)服務，數(shù)據(jù)支撐技術(shù)，技術(shù)優(yōu)化管理，管理保障安全生產(chǎn)。在油氣管道行業(yè)，管道管理的第一要務是保證安全生產(chǎn)，其次才是創(chuàng)收創(chuàng)效。因此，要正確處理數(shù)據(jù)、技術(shù)、生產(chǎn)的關(guān)系，三者相輔相成，促進管理工作提升。對于數(shù)據(jù)的管理，貴在“精”，數(shù)據(jù)作為業(yè)務開展的基礎，理論上多多益善，但數(shù)據(jù)采集需要投入成本，過多的數(shù)據(jù)采集會消耗大量的人力、物力、財力，導致在其他管理方面出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。因此，在數(shù)據(jù)管理方面，首先要梳理好數(shù)據(jù)與業(yè)務直接的邏輯管理關(guān)系，數(shù)據(jù)與技術(shù)之間的需求關(guān)系，以及各類數(shù)據(jù)之間的承接關(guān)系，根據(jù)管理目標，梳理出所需采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，制定相應的數(shù)據(jù)標準。而對于技術(shù)的管理，貴在“新”。技術(shù)的“新”不是指“高、精、尖”，而是常用常新，其原因是技術(shù)是為生產(chǎn)服務的。技術(shù)的本質(zhì)是理論而抽象的，經(jīng)過與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，才能創(chuàng)造出效益。相應的，生產(chǎn)實踐受到技術(shù)的影響，在創(chuàng)造效益的同時，也將產(chǎn)生更高層次的需求?？梢姡_展管道智能化管理工作時，應該梳理好生產(chǎn)實踐的需求，促進技術(shù)更新、完善、升級。

（五）油氣管道及其附屬設施的檢驗檢測

一方面，由于檢驗檢測在業(yè)務操作上多是對數(shù)據(jù)的篩選和應用，而大數(shù)據(jù)分析是近年來管道智能化技術(shù)的熱點；另一方面，由于檢驗檢測對模型技術(shù)含量以及運算能力的要求較高，智能化技術(shù)的突破和發(fā)展更容易在檢驗檢測方面找到應用前景。與其他業(yè)務不同，管道檢驗檢測的專業(yè)性較強，使得其對于運算、分析、建模的要求更高。傳統(tǒng)的檢驗檢測分析模型，往往是基于經(jīng)驗的數(shù)學模型，數(shù)學模型的特質(zhì)決定了其精度和效果受限于邊界條件的準確度、變量的數(shù)量，這需要大量的樣本去開展數(shù)據(jù)模擬。隨著大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，使得檢驗檢測在精準度上有了進一步的突破。相關(guān)研究人員開發(fā)了管道焊縫缺陷的智能識別技術(shù)，采用機器學習、人工智能及多種數(shù)學計算方法，通過分析、處理管道焊縫缺陷的圖像，構(gòu)建管道焊縫缺陷的圖像特征數(shù)據(jù)庫，建立了多分類器構(gòu)造模型，實現(xiàn)了通過數(shù)字圖像識別、分析、評價管道焊縫缺陷，識別準確率超過90%。中國石油研發(fā)了儲罐底板在線檢測機器人，通過浸入式超聲技術(shù)檢驗儲罐底板的缺陷。

（六）管道無接觸智能調(diào)查和修復技術(shù)

隨著中國城市化進程不斷加快，排水管道作為市政管道的重要組成部分，負責雨水、污水的收集、輸送和排放功能。近年來，海綿城市建設、城市內(nèi)澇的消除以及市政道路的運行安全等亟待解決的問題都已上升到國家層面，如何知道排水管道的運行狀況，檢測和評估工作是解決這些問題跳不開的環(huán)節(jié)。某項目針對排水管道隱患排查需求，自主研發(fā)了旋推進兩棲管道車和超長距離管道電視檢測檢測儀組成，可依據(jù)地下管線普查、探測數(shù)據(jù)，研究確定管道排查方案。現(xiàn)場排查時，螺旋推進兩棲管道車主要用于對管道的封堵、降水、清淤等準備工作，超長距離管道電視檢測檢測儀主要實現(xiàn)對隱患點的，突破了傳統(tǒng)電視檢測儀檢測距離短（一般200 m）、圖像清晰圖不高、線纜盤和爬行器分離等問題，采用光纖傳輸視頻，高清無延遲，避免通過無線傳輸造成信號波動不穩(wěn)，可實現(xiàn)對1000 m超長管道的隱患無接觸智能排查和定位，可實現(xiàn)對管道內(nèi)全方位的監(jiān)控拍攝，同時配合紅外傳感器和單片機，管道智能排查裝置改變了城市管道被動搶險局面，保障管線安全，提高管道實用壽命。自主研發(fā)了CIPP 管道智能修復機器人，具有自主定位功能的攝像頭，可以將修復樹脂準確的運送到破損管道附近，通過自主研發(fā)的排水管道修復裝置實現(xiàn)對破損處的修復。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該裝置能夠智能的利用攝像頭準確定位破損處進行修復，解決當下排水管道局部滲漏及密封的修復解決問題。

（七）借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)智慧管道全方位智能感知

第一，感知層。從根本上來講，感知層不僅是物聯(lián)網(wǎng)核心，同時也是當前工業(yè)以及信息技術(shù)兩大領域未來發(fā)展中的重點所在，感知層是由各種形式傳感器及其網(wǎng)關(guān)構(gòu)成的，主要用于對物體的識別，并根據(jù)實際需求進行信息采集。例如對管道線路狀態(tài)進行監(jiān)測，可通過管道監(jiān)測系統(tǒng)完成相應的監(jiān)測操作。第二，網(wǎng)絡層。網(wǎng)絡層是將各種私有形式的網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)、有線通信網(wǎng)、無線通信網(wǎng)等組合起來，網(wǎng)絡層的作用是對信息進行處理和傳遞，具體可運用無線通信技術(shù)和有線通信技術(shù)實現(xiàn)。其中無線通信技術(shù)是當前物聯(lián)網(wǎng)運行中比較活躍的一部分，能夠?qū)崿F(xiàn)近距離傳輸，當前使用比較普遍的無線傳輸技術(shù)有藍牙、WiFi 等；關(guān)于有線通信技術(shù)，其應用原理就是借助金屬導線光線等一些有形媒質(zhì)來進行數(shù)據(jù)信息傳輸。從智慧管道角度來講，其使用的通信手段是光纖與衛(wèi)星兩種通信方式。例如無人機設備，通過在其中搭載高清攝像機、探測器等具有感知性的設備，來對管道中相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行采集和拍照，之后借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與地面相關(guān)設備進行連接，將數(shù)據(jù)、監(jiān)控影像等信息傳送回地面，通過以上程序來實現(xiàn)對管道的巡檢工作。第三，應用層。應用層指的是物聯(lián)網(wǎng)與用戶之間進行連接的重要接口，關(guān)于這個接口可與行業(yè)自身實際需求兩者結(jié)合起來，以此對企業(yè)中各項生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行相關(guān)業(yè)務分析和應用，為企業(yè)管理層在決策時提供可參考依據(jù)。從功能角度來看，應用層主要包括應用功能和存儲功能，充分利用云計算技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)來計算、分析、存儲感知層管道信息，以此實時控制長輸管道，并對此實施完善的管理，科學合理地進行決策。例如管道巡檢系統(tǒng)，對巡檢數(shù)據(jù)以及第三方施工提供的相關(guān)記錄進行全面分析，以此為參考對管道第三方損壞風險規(guī)律進行探討，并進行巡線規(guī)劃制定，以風險為基礎達成對管道有效巡護。

（八）人員管理方面

凡參與到項目中的全部人員需要進行在線人員資質(zhì)申報，由建設單位或監(jiān)理單位進行資質(zhì)審核，審核通過后需參加相關(guān)不同工種的專業(yè)考試，考試合格后人員信息下發(fā)到人臉識別系統(tǒng)中才可進入工地，系統(tǒng)自動生成人員工牌，進出工地需要進行人臉識別考勤，結(jié)合智能AI 識別技術(shù)、人臉識別技術(shù)、平臺自身能力，實現(xiàn)施工現(xiàn)場人員的培訓、在線申報、人數(shù)統(tǒng)計，非法入侵、人員資質(zhì)識別、徘徊、無資質(zhì)作業(yè)等人的不安全行為的監(jiān)測監(jiān)控。

結(jié)語

綜上所述，從整體上來看，智慧管道建設正處于初步發(fā)展時期，進行智慧管道建設應逐步漸進，切實做好相應的短板分析工作，逐步實現(xiàn)智慧化管道建設。