數(shù)字化管道技術(shù)在寶雞—漢中輸氣管道施工建設(shè)中的應(yīng)用

李謙益

（陜西省天然氣股份有限公司 陜西 西安 710016）

管道運輸已成為我國繼鐵路、公路、水路、航運之后的第五大運輸業(yè)，近年來，中國管道運輸業(yè)的發(fā)展呈現(xiàn)出了勃勃生機。伴隨著管道運輸業(yè)的快速發(fā)展，數(shù)字化管道技術(shù)也越來越多的應(yīng)用到了管道工程設(shè)計、工程建設(shè)施工管理以及管道生產(chǎn)運營管理的各個階段之中。

“數(shù)字化管道”即在工程勘察設(shè)計、施工管理及運營管理過程中，全面實現(xiàn)以先進的3S技術(shù)（地理信息系統(tǒng)GIS、衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS、遙感RS）應(yīng)用為標志的全數(shù)字化建設(shè)和管理[1]。數(shù)字化管道在建設(shè)中充分采用國家空間數(shù)據(jù)及坐標系基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)，并利用航空攝影測量、衛(wèi)星遙感影像獲得管道周邊的地形、環(huán)境等數(shù)據(jù)，與以往的管道數(shù)據(jù)采集管理方式相比，具有內(nèi)容更加豐富，更新速度更快，數(shù)據(jù)描述更加完整準確，使用簡潔方便等諸多優(yōu)勢，大大提高了對管道的監(jiān)控能力[2]。數(shù)字化管道將成為長輸管道管理的必然趨勢。

1 “寶漢線數(shù)字化管道”建設(shè)的必要性

寶雞至漢中天然氣輸氣管道工程（簡稱“寶漢線”）是陜西省天然氣股份有限公司IPO發(fā)行股票募集資金最大的一個投資項目，也是該公司實施“氣化陜西”工程中建設(shè)的重要管線之一。管道工程起于陜西省寶雞市的眉縣首站，途經(jīng)眉縣、岐山、太白、留壩至終點漢中末站，管線全長228 km，管徑φ323.9，設(shè)計壓力4.0 MPa；沿線設(shè)有眉縣、太白、南河、漢中4座場站和新軍營、上寺院等8座閥室。管線翻越秦嶺，穿越大中小型河流百余次，工程環(huán)境復(fù)雜，施工難度較大，管線運營管理的難度也較大。采用傳統(tǒng)的勘察設(shè)計和施工管理方法已經(jīng)不能滿足“寶漢線”管道建設(shè)和運營管理的需要，因此，在管線的規(guī)劃初期就引入了建設(shè)數(shù)字化管道的理念，確定了建立數(shù)字化管道的目標，同時要求對于數(shù)字化管道建設(shè)采用“總體規(guī)劃，分步實施”的建設(shè)思想，在工程設(shè)計階段就將數(shù)字管道系統(tǒng)與自控、通信、工藝管道等密切相關(guān)的專業(yè)結(jié)合起來，進行統(tǒng)一地規(guī)劃和設(shè)計，避免相互脫節(jié)或彼此沖突及重復(fù)進行設(shè)計和施工工作，使數(shù)字化管道系統(tǒng)在管道施工過程中及管道投入運營一開始就能發(fā)揮其功能和效益[3]。采用數(shù)字化管道技術(shù)方法，解決管道設(shè)計和施工中的很多問題。

1）采用數(shù)字化的勘查手段（如航空攝影測量、數(shù)字化測繪技術(shù)），可以快速、準確地采集管道沿線的地形地貌、HSE設(shè)施數(shù)據(jù)，并同時獲得矢量化的地形圖、航空影像和數(shù)字地面模型數(shù)據(jù)，這些數(shù)字化成果可直接用于管道設(shè)計[4]。

2）基于數(shù)字化勘查成果的管道設(shè)計，一方面可以提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量、另一方面可以直接輸出數(shù)字化的設(shè)計成果，便于施工和今后運營時的數(shù)字化查詢。

3）施工過程的數(shù)字化，一方面可以采集很多在施工結(jié)束后無法收集到的數(shù)據(jù)，便于管道后期的運營維護，另一方面通過施工過程的信息化，可以提高施工過程的管理水平。

4）通過建立完整性數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，將管道從設(shè)計、勘察、施工、竣工各個階段數(shù)據(jù)完整的收集及建庫，為運營期管道安全決策系統(tǒng)及其它應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

2 “寶漢線”數(shù)字化管道系統(tǒng)建設(shè)總體目標與結(jié)構(gòu)

2.1 總體目標

“寶漢線”數(shù)字化管道建設(shè)總體目標是全面實現(xiàn)管道建設(shè)信息化管理和管線運營全程自動控制。建立覆蓋管道整個生命周期的信息數(shù)據(jù)庫，存儲各種靜態(tài)和動態(tài)信息，為實現(xiàn)管道整個生命周期自動控制奠定基礎(chǔ)；實現(xiàn)管道運行預(yù)警、管道周邊、自然災(zāi)害預(yù)警和環(huán)境評估，最大限度預(yù)防管線生產(chǎn)事故和自然災(zāi)害對管道安全造成的危害?！皩殱h線”數(shù)字化管道建設(shè)最終要形成一個以GIS為展示層，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)支持，包含管道設(shè)計、管道施工、自動化運營管理和應(yīng)急風(fēng)險管理，集網(wǎng)絡(luò)化、真實三維可視化和數(shù)字自控為一體的系統(tǒng)[5]。

2.2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

“寶雞至漢中天然氣輸氣管道數(shù)字化管道系統(tǒng)”是以地理信息、管道建設(shè)、管道運營各類數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以數(shù)字化管道信息網(wǎng)絡(luò)為紐帶，以標準、制度和安全體系為保障，以管道各項管理業(yè)務(wù)流程為主線，以支撐管道決策為核心的一個互聯(lián)互通、貫穿管道建設(shè)和運營階段，提供決策支持和信息發(fā)布的綜合系統(tǒng)。

整個系統(tǒng)可分為4個層次，基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)中心層、應(yīng)用系統(tǒng)層和信息門戶層，系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall structure diagram of system

基礎(chǔ)設(shè)施層是系統(tǒng)建設(shè)和運行分析的基礎(chǔ)，包括軟硬件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、通訊、自動控制系統(tǒng)等。數(shù)據(jù)中心層是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理與輸入輸出交換中心。存儲了基礎(chǔ)地形圖數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、管道設(shè)計數(shù)據(jù)、施工過程數(shù)據(jù)、竣工數(shù)據(jù)、管道運營數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中心依托成熟的數(shù)據(jù)庫管理軟件和GIS平臺，按照統(tǒng)一的標準建立管道完整性數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中存儲與管理，為應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。應(yīng)用系統(tǒng)層是系統(tǒng)建設(shè)的核心，包括了建設(shè)期和運營期各個相對獨立的專業(yè)應(yīng)用子系統(tǒng)，該層是一個開放式的結(jié)構(gòu)，對于運營期的其它應(yīng)用系統(tǒng)可以不斷添加構(gòu)建，共同組成應(yīng)用系統(tǒng)層。信息門戶層通過建立統(tǒng)一的管理服務(wù)平臺，為各業(yè)務(wù)模塊提供數(shù)據(jù)操作、用戶管理、安全認證管理、工作流引擎、數(shù)據(jù)交換、Web信息發(fā)布等標準模塊，實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)模塊的快速搭建和集成，同時為未來系統(tǒng)的擴充與升級打下良好的基礎(chǔ)。

3 “寶漢線”數(shù)字化管道系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容與功能

3.1 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

按照“總體規(guī)劃、分步實施”的建設(shè)原則，系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容可分為建設(shè)期和運營期兩個階段，本文主要描述建設(shè)期（施工期）的主要內(nèi)容與技術(shù)方法，其建設(shè)內(nèi)容主要有以下幾項：

1）基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)采集建庫 以國家基礎(chǔ)測繪成果為依據(jù)，輔以衛(wèi)星遙感影像、航空攝影資料，建設(shè)一套適用的、覆蓋“寶漢線”所經(jīng)區(qū)域的空間信息數(shù)據(jù)庫，為“寶漢線”的高效施工和后期的安全運營管理提供空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。具體內(nèi)容如下：

①管道沿線省份1:25萬數(shù)字線劃圖、數(shù)字高程模型及ETM遙感影像；

②管道兩側(cè)各約5 km范圍內(nèi)1:5萬數(shù)字線劃圖，數(shù)字高程模型及2.5 m分辨率SPOT5遙感影像；

③ 管道兩側(cè)各約300 m范圍的1:2 000數(shù)字線劃圖、數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像圖。

2）管道專題數(shù)據(jù)采集建庫 一方面是將管道建設(shè)前期的勘察資料、設(shè)計圖紙等資料按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標準和格式進行整理入庫；另一方面是對管道施工建設(shè)過程中的陰保、焊口、彎頭、管道樁、穿跨越、水工保護、站場、進出站出入點信息、第三方油氣管道、伴行光纜、其它管道及公共設(shè)施共11類專題數(shù)據(jù)進行采集。特別是現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，很多數(shù)據(jù)不可逆或可逆性很差，因此一定要做好現(xiàn)場數(shù)據(jù)的復(fù)測與檢核工作，保證入庫數(shù)據(jù)的精確性與完整性[6]。

3）應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā) 建設(shè)期應(yīng)用系統(tǒng)主要圍繞管道設(shè)計及施工建設(shè)進行，包括施工項目管理系統(tǒng)、管道完整性數(shù)據(jù)采集維護系統(tǒng)、管道地理信息系統(tǒng)三個子系統(tǒng)。運營期首要建設(shè)的應(yīng)用系統(tǒng)包括管道巡檢系統(tǒng)、管道三維模擬系統(tǒng)、生產(chǎn)運營管理系統(tǒng)、管道安全應(yīng)急決策系統(tǒng)等等。

3.2 系統(tǒng)功能描述

這里主要描述的是施工建設(shè)期開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)，這些系統(tǒng)在管道的施工建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。

1）施工項目管理系統(tǒng) 為業(yè)主各部門提供掌握工程項目具體情況，有效監(jiān)管施工、監(jiān)理、檢測等分包商工作的管理工具。同時也為項目建設(shè)各方搭建起了一座溝通交流的橋梁，通過施工項目管理系統(tǒng)完成信息的錄入與交換。系統(tǒng)功能主要包括進度管理、安全管理、質(zhì)量管理、工程文件管理、投資管理、工程溝通管理、信息管理（門戶網(wǎng)站）等功能模塊。

2）完整性數(shù)據(jù)采集維護系統(tǒng) 為建設(shè)輸氣管道完整性數(shù)據(jù)庫，將管道生命周期各階段的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一采集和分類管理，通過采集和維護系統(tǒng)制定規(guī)范的審核流程對入庫數(shù)據(jù)進行檢驗和審核，確保數(shù)據(jù)的正確性，提供對入庫數(shù)據(jù)的查詢、瀏覽、匯總、統(tǒng)計、綜合分析等功能，輔助工程建設(shè)過程管理，為下一階段的管道運營、維護、管理提供真實有效的數(shù)據(jù)。

3）管道地理信息系統(tǒng) 利用地理信息技術(shù)，將管線及周邊環(huán)境電子地圖矢量化處理，形成集管線屬性信息和空間信息為一體的空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并與運營管理系統(tǒng)等其它子系統(tǒng)連接，形成可視化的業(yè)務(wù)處理管理平臺。系統(tǒng)基于ArcGIS Server和Oracle 10g構(gòu)建而成，采用C/S與B/S相結(jié)合的架構(gòu)，提供了地圖瀏覽、空間查詢、檢索、定位、統(tǒng)計分析、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、橫縱斷面、量測等功能。系統(tǒng)主界面見圖2。

圖2 管道地理信息系統(tǒng)主界面Fig.2 The main interface of pipeline geographic information systems

4 結(jié)束語

數(shù)字化管道的概念徹底改變了傳統(tǒng)的工作模式，對管道勘探設(shè)計、管道施工建設(shè)和管道運營管理的每一個環(huán)節(jié)都將產(chǎn)生深遠的影響[7]。但數(shù)字化管道系統(tǒng)的建設(shè)在我國仍處于起步階段，還存在一些亟待解決的問題，特別是管道數(shù)據(jù)采集還沒有形成統(tǒng)一的標準?！皩殱h線”數(shù)字化管道系統(tǒng)是陜西省天然氣股份有限公司建立的第一條數(shù)字化管道系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅為項目的施工建設(shè)管理發(fā)揮了重要的作用，也為整個天然氣公司的數(shù)字化管道建設(shè)在系統(tǒng)框架、數(shù)據(jù)標準、功能設(shè)置以及施工管理等各環(huán)節(jié)形成了框架體系，為后續(xù)規(guī)劃建設(shè)的輸氣管道現(xiàn)代化、信息化管理，實現(xiàn)管理方式根本性轉(zhuǎn)變，提高工作效率等提供了有力保障。

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