管道線路工程“數(shù)字化移交”技術(shù)在哈沈線中的應(yīng)用

田姍姍 馬金鳳 倪斌

（中國(guó)石油管道局工程有限公司設(shè)計(jì)分公司）

0 引言

隨著油氣儲(chǔ)運(yùn)行業(yè)的不斷發(fā)展，管道建設(shè)中傳統(tǒng)的資料移交方式逐漸顯露出一些弊端：一是，應(yīng)急搶修時(shí)，翻閱查詢圖紙的效率低。二是，各類資料之間是孤立的，不能在圖紙與現(xiàn)場(chǎng)之間建立起有效融合。三是，展示手段不夠直觀，無法快速簡(jiǎn)潔地提煉出主要信息。四是，數(shù)據(jù)復(fù)用率低，無法為管道運(yùn)營(yíng)、維護(hù)提供有效的數(shù)據(jù)支撐［1-5］。

為了全面實(shí)現(xiàn)管道的全生命周期建設(shè)，加快建設(shè)智慧管網(wǎng)，創(chuàng)新管道建設(shè)移交模式，在“哈爾濱—沈陽輸氣管道線路工程（長(zhǎng)春—沈陽段）”（以下簡(jiǎn)稱哈沈線）建設(shè)中，中國(guó)石油管道局工程有限公司設(shè)計(jì)分公司對(duì)“數(shù)字化移交”技術(shù)進(jìn)行了研究試點(diǎn)，首次采用數(shù)字化方式貫穿設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行過程，以信息化手段輔助工程本體移交管理，實(shí)現(xiàn)從紙質(zhì)版到電子版、從傳統(tǒng)手段到數(shù)字化手段的轉(zhuǎn)變。

“數(shù)字化移交”是結(jié)合地理信息數(shù)據(jù)庫和工程信息數(shù)據(jù)庫，以數(shù)字化的形式，整合管道線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)管道線路工程的直觀展示及資料的管理和分析。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工階段，收集整理設(shè)計(jì)成果，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)成果的可視化，提高管理效率；在管道運(yùn)行、維護(hù)階段，“數(shù)字化移交”的各類成果是運(yùn)行、維護(hù)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，同時(shí)也為管道的全生命周期管理提供了重要的數(shù)據(jù)保障。

1 研究目的

哈沈線包括站場(chǎng)和線路工程兩部分，此次應(yīng)用“數(shù)字化移交”的范圍為哈沈線的線路工程部分：從空間角度，包括線路部分、水工保護(hù)部分、穿跨越部分和沿線的地形地貌等；從時(shí)間維度，包括線路工程的設(shè)計(jì)、采辦、施工、運(yùn)行、維護(hù)和驗(yàn)收等階段。

“數(shù)字化移交”利用網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)庫、3S（遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)）等技術(shù)，開發(fā)一個(gè)開放的、以管道全生命周期管理為中心的Web GIS系統(tǒng)——“數(shù)字化移交”平臺(tái)，隨時(shí)獲取管道相關(guān)空間和屬性的信息，為管道設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行、維護(hù)提供及時(shí)的信息支持，系統(tǒng)管理管道相關(guān)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、施工數(shù)據(jù)和相關(guān)文檔，且方便查閱［6-7］。

“數(shù)字化移交”在哈沈線中的應(yīng)用目標(biāo)：一是，通過搭建數(shù)字化移交平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)的 GIS（地理信息系統(tǒng)）展示，對(duì)哈沈線建設(shè)期各階段信息成果進(jìn)行統(tǒng)一、科學(xué)的管理。二是，為哈沈線的運(yùn)營(yíng)管理提供科學(xué)、全面的數(shù)據(jù)積累和信息化服務(wù)。三是，為智慧管網(wǎng)的建設(shè)提供強(qiáng)有力的信息化支撐和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2 “數(shù)字化移交”整體框架

以數(shù)字化設(shè)計(jì)為源頭，以全生命周期數(shù)據(jù)庫建設(shè)為紐帶，向采辦、施工、驗(yàn)收、運(yùn)行、維護(hù)等環(huán)節(jié)延伸，實(shí)現(xiàn)管道全生命周期的“數(shù)字化移交”。借助智能移動(dòng)終端、智能感知設(shè)備和電子標(biāo)簽等工具，強(qiáng)化管道全生命周期的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、移交和利用?！皵?shù)字化移交”的整體框架見圖1。

圖1 “數(shù)字化移交”整體框架

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是“數(shù)字化移交”的基礎(chǔ)。根據(jù) Q/SY 1180.6—2014《管道完整性管理規(guī)范 第6部分：數(shù)據(jù)采集》的規(guī)定，“數(shù)字化移交”應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確移交包括管道本體數(shù)據(jù)在內(nèi)的56個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)。

根據(jù)各類數(shù)據(jù)的來源和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合GIS技術(shù)，將“數(shù)字化移交”數(shù)據(jù)庫劃分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和工程數(shù)據(jù)庫。

3.1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

3.1.1 數(shù)據(jù)分類

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫主要包括管道沿線各種比例尺的數(shù)字線劃圖、遙感影像、數(shù)字高程模型、數(shù)字正射影像，以及水文、地震帶和道路等專題數(shù)據(jù)［8-9］。按照數(shù)據(jù)類型，基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)大致分為三類：空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)和關(guān)系類數(shù)據(jù)［10-11］?？臻g數(shù)據(jù)主要包括矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)；屬性數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)本身的元數(shù)據(jù)；關(guān)系類數(shù)據(jù)主要是指對(duì)地理數(shù)據(jù)的定義和一些完整性的規(guī)則和行為，比如地理要素的坐標(biāo)系統(tǒng)、拓?fù)湟?guī)則、相互關(guān)系和域值定義等。

3.1.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫采用廣泛使用的 ArcGIS管道數(shù)據(jù)模型（APDM）。該模型融合了地理數(shù)據(jù)和線性管道專業(yè)數(shù)據(jù)，通過在空間數(shù)據(jù)庫中嵌入線性參考系，使地理要素能在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)、管理［12-14］。

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)只要利用單一的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（DBMS）表即可存儲(chǔ)。

關(guān)系類數(shù)據(jù)根據(jù)地理要素的存放組織進(jìn)行確定。如果反映的是同一個(gè)數(shù)據(jù)集（DataSet）內(nèi)的要素間的關(guān)系，那么存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)集中；如果反映的是不同數(shù)據(jù)集要素間的關(guān)系或要素類和屬性間的關(guān)系，則直接存儲(chǔ)在地理數(shù)據(jù)庫（Geodatabase）下。關(guān)系類數(shù)據(jù)主要是利用空間數(shù)據(jù)庫引擎（ArcSDE）用戶下的系統(tǒng)表進(jìn)行存儲(chǔ)，系統(tǒng)表是不直接面向用戶的，由ArcSDE本身進(jìn)行維護(hù)和管理，但ArcSDE會(huì)通過程序界面給用戶提供建立和修改這些模式的接口。

空間數(shù)據(jù)通過各自的多個(gè)關(guān)聯(lián)表進(jìn)行存儲(chǔ)。創(chuàng)建關(guān)聯(lián)表的過程就是把普通數(shù)據(jù)庫表的字段賦予空間屬性，使其成為空間可用，存儲(chǔ)空間實(shí)體數(shù)據(jù)。

3.2 工程數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

3.2.1 數(shù)據(jù)來源分析

以線路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)為例，在工程的不同階段，數(shù)據(jù)描述方式不同、來源不同，具體詳情見表1。

表1 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)來源分析*

3.2.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制

工程數(shù)據(jù)庫采用SQL Server2012進(jìn)行搭建、管理和維護(hù)，按照數(shù)據(jù)產(chǎn)生的不同時(shí)期，分階段保存。在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用單一的二維表結(jié)構(gòu)表示實(shí)體和實(shí)體間的關(guān)系，表中的“列”表示屬性、“行”表示記錄。通過規(guī)定每類數(shù)據(jù)的屬性個(gè)數(shù)、屬性值和值域，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的唯一存儲(chǔ)［15］。以彎管信息為例，其在數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如表2所示。

表2 彎管信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)*

4 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 結(jié)構(gòu)層次

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次主要分為四層：工程、階段、管線和管段，各自均有唯一的編碼進(jìn)行標(biāo)識(shí)，具體情況見圖 2。項(xiàng)目文檔以階段為管理單元，包括設(shè)計(jì)技術(shù)文件、專篇文件、技術(shù)規(guī)格書、專題報(bào)告和支持性文件等文件類型。

圖2 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次示意

4.2 編碼規(guī)則

根據(jù)CDP-G-OGP-OP-019-2014-1《油氣管道工程項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)編碼規(guī)則》，按照 WBS（工作分解結(jié)構(gòu)）的方法對(duì)某一具體工程進(jìn)行分解編碼。將工程設(shè)計(jì)階段分為可研階段、初步設(shè)計(jì)階段和施工圖階段，在每一階段將線路工程分為干線、支干線和支線等，并以唯一的編碼與其相對(duì)應(yīng)（見表3）。為便于全線資料統(tǒng)一管理、項(xiàng)目交竣工驗(yàn)收和工程決算，要求設(shè)計(jì)、施工和監(jiān)理單位填報(bào)的所有資料均采用相應(yīng)編碼，形成一一對(duì)應(yīng)，方便歸檔和查詢。

表3 工程編碼規(guī)則

5 功能設(shè)計(jì)

根據(jù)管道線路工程全生命周期管理的需求和“數(shù)字化移交”及其平臺(tái)結(jié)構(gòu)化的功能設(shè)計(jì)方法，遵循每個(gè)功能之間邏輯清晰獨(dú)立、通過接口相聯(lián)的原則，數(shù)字化移交平臺(tái)的業(yè)務(wù)功能可以劃分為工程移交、工程展示以及數(shù)據(jù)分析3個(gè)模塊（見圖3）。

圖3 “數(shù)字化移交”平臺(tái)功能劃分

5.1 工程移交模塊

工程移交模塊可以移交非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（圖紙、技術(shù)規(guī)格書和設(shè)備材料表等）、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、敏感點(diǎn)數(shù)據(jù)和技術(shù)參數(shù)等）和三維模型（環(huán)境地理信息、線路三維模型等）等，提供數(shù)據(jù)表移交和數(shù)據(jù)庫移交兩種方式。同時(shí)，為了滿足全生命周期數(shù)據(jù)管理的需求，提供Oracle、SQL Server、SDE（空間數(shù)據(jù)庫引擎）等主流數(shù)據(jù)庫格式的定制和移交。

5.2 工程展示模塊

工程展示是在地圖上，將包括線劃圖、掃描地形圖、數(shù)字高程模型、遙感影像、環(huán)境專題數(shù)據(jù)、管道專業(yè)數(shù)據(jù)在內(nèi)的信息進(jìn)行展示、瀏覽的一個(gè)功能模塊?？裳小⒊踉O(shè)和施工圖三個(gè)階段的線路走向、線路周邊的基礎(chǔ)信息可以按階段分別展現(xiàn)，也可以同時(shí)展現(xiàn)，方便對(duì)比分析管線設(shè)計(jì)。

5.3 數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析模塊是整個(gè)平臺(tái)的支撐模塊，通過基于Web GIS技術(shù)的網(wǎng)頁地理信息界面，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)計(jì)模型的信息查詢、設(shè)計(jì)各階段的數(shù)據(jù)匯總和數(shù)據(jù)分項(xiàng)統(tǒng)計(jì)分析。通過對(duì)不同階段、不同工程、不同地形地貌等的數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度、多角度的對(duì)比分析，為后續(xù)工程設(shè)計(jì)提供豐富的信息化支撐和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

6 工程應(yīng)用

哈沈線“數(shù)字化移交”技術(shù)試點(diǎn)歷時(shí)5個(gè)月，完成全線364.2 km的10個(gè)標(biāo)段的線路、通信、防腐施工圖的數(shù)字化設(shè)計(jì)。除了提交傳統(tǒng)設(shè)計(jì)成果（圖紙、文檔）外，還向業(yè)主提供了滿足全生命周期數(shù)據(jù)庫要求的37個(gè)管道實(shí)體數(shù)據(jù)表格（包括中線樁、管材、水工保護(hù)信息、光纜穿跨越附屬裝置等），共18 000條記錄，均錄入全生命周期數(shù)據(jù)庫中。同時(shí)，經(jīng)過測(cè)算，應(yīng)用平臺(tái)對(duì)全線土石方量、熱煨彎管和冷彎管進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，相較于傳統(tǒng)手動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析，顯著提高了設(shè)計(jì)效率。工程應(yīng)用實(shí)踐表明，“數(shù)字化移交”技術(shù)對(duì)管道建設(shè)具有重要意義。

1）創(chuàng)新移交新模式，提升管道設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和信息化水平。通過研究“數(shù)字化移交”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)線路設(shè)計(jì)成果的GIS展現(xiàn)，使設(shè)計(jì)成果有效地向下游傳遞，建立起直觀的數(shù)字化檢索，使業(yè)主在竣工驗(yàn)收階段，不但能接收1個(gè)完整的實(shí)體工程，而且能接收1個(gè)數(shù)字化工程，實(shí)現(xiàn)移交手段的創(chuàng)新與突破?！皵?shù)字化移交”在提升工程信息化水平的同時(shí)，通過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的制定與執(zhí)行，提高了管道設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化水平。

2）利用移交平臺(tái)為載體，服務(wù)業(yè)主。以數(shù)字化形式呈現(xiàn)的地理信息數(shù)據(jù)、管道實(shí)體數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)資料成果以平臺(tái)為載體實(shí)現(xiàn)移交，確保設(shè)計(jì)成果向下游無縫傳遞，同時(shí)，預(yù)留了數(shù)據(jù)庫接口，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)向下游的整體持續(xù)移植。

3）打造完備的數(shù)據(jù)庫，為管道全生命周期管理提供數(shù)據(jù)支撐。“數(shù)字化移交”后，大量的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、管道實(shí)體數(shù)據(jù)、原始的設(shè)計(jì)圖紙和各種專題報(bào)告等能夠?yàn)橹腔酃艿澜ㄔO(shè)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐，提高數(shù)據(jù)的可利用率，實(shí)現(xiàn)管道相關(guān)數(shù)據(jù)在整個(gè)工程階段間的傳遞?！皵?shù)字化移交”平臺(tái)不但為設(shè)計(jì)及管理人員提供了可以檢索的資源庫，而且為后續(xù)管道工程項(xiàng)目的開展提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)，為更好地開展管道全生命周期業(yè)務(wù)奠定了基礎(chǔ)。

7 結(jié)束語

采用“數(shù)字化移交”方式，在工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)中發(fā)揮積極作用，是管理方式和設(shè)計(jì)方式的創(chuàng)新體現(xiàn)。同時(shí)，通過制定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化程度，是智慧管網(wǎng)統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)的具體應(yīng)用。隨著管道全生命周期管理業(yè)務(wù)的深入，進(jìn)一步總結(jié)、完善和推廣“數(shù)字化移交”，有利于更好地服務(wù)于長(zhǎng)輸油氣管道的建設(shè)與運(yùn)行。