張圣柱

(中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，北京 100012)

0　引言

通過管道進(jìn)行輸送是油品和天然氣最經(jīng)濟(jì)、最安全的運(yùn)輸方式。目前管道在油氣運(yùn)輸中發(fā)揮著不可替代的作用，我國(guó)現(xiàn)有70%的石油和99%的天然氣通過管道進(jìn)行運(yùn)輸。油氣管道在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、造福社會(huì)民生的同時(shí)，事故也屢有發(fā)生，個(gè)別事故造成了較為嚴(yán)重的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及環(huán)境破壞，如2014年大連市金州新區(qū)“6·30”中石油管道原油泄漏燃燒事故，某企業(yè)在加氣站電力套管穿越道路及輸油管道工程施工中，將中石油所屬輸油管道鉆漏，泄漏的原油進(jìn)入市政雨水管網(wǎng)和污水管網(wǎng)，并在雨水排水管出口處著火燃燒，引起了社會(huì)各界的普遍關(guān)注[1]。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國(guó)共發(fā)生陸上長(zhǎng)輸油氣管道事故168起，在導(dǎo)致管道事故的腐蝕、管體制造與施工缺陷、第三方損壞、地質(zhì)災(zāi)害、誤操作等5類原因中，第三方損壞所占比例為39%，僅次于腐蝕，是導(dǎo)致管道事故的第2大原因[2]。第三方破壞分為無(wú)意損壞和蓄意破壞2類，其中無(wú)意損壞占比較大，主要是由油氣管道周邊挖掘施工造成的。油氣管道周邊挖掘施工過程中，施工方?jīng)]有有效途徑獲取地下油氣管道準(zhǔn)確位置，管道企業(yè)沒有有效途徑掌握施工地點(diǎn)和時(shí)間并進(jìn)行監(jiān)護(hù)，這種信息的不對(duì)稱降低了油氣管道保護(hù)措施的有效性，建立一種有效聯(lián)系管道企業(yè)、施工方和社會(huì)公眾的信息溝通機(jī)制是解決當(dāng)前問題的有限途徑[3-4]。

21世紀(jì)初，美國(guó)因第三方破壞導(dǎo)致的油氣管道失效事故頻發(fā)，為加強(qiáng)對(duì)油氣管道的保護(hù)，改變挖掘作業(yè)頻繁導(dǎo)致管道失效的局面，于2002年頒布了《管道安全改進(jìn)法案》，提升“統(tǒng)一呼叫通知計(jì)劃”，設(shè)立全國(guó)統(tǒng)一呼叫中心，并對(duì)挖掘作業(yè)者和管道企業(yè)提出執(zhí)行“統(tǒng)一呼叫通知計(jì)劃”的強(qiáng)制性要求[5-11]，規(guī)定挖掘作業(yè)者在挖掘作業(yè)前撥打“811”電話查詢地下油氣管道情況，避免管道因挖掘作業(yè)而受到破壞，對(duì)全國(guó)統(tǒng)一呼叫中心運(yùn)行8a間(2005—2012年)所做的事故統(tǒng)計(jì)分析表明，涉及危險(xiǎn)液體的第三方破壞事故率下降了66%[12-15]。

當(dāng)前我國(guó)正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展期，開挖作業(yè)頻繁，油氣管道保護(hù)和安全運(yùn)行面臨較大挑戰(zhàn)，借鑒西方國(guó)家成功經(jīng)驗(yàn)，研究建立有效聯(lián)系管道企業(yè)、施工方和社會(huì)公眾的信息溝通機(jī)制，拓展信息溝通方式和途徑，建設(shè)符合我國(guó)實(shí)際、便捷高效、可靠的油氣管道周邊挖掘前咨詢系統(tǒng)，可以有力保障油氣管道安全運(yùn)行。

1　挖掘前咨詢功能需求分析

油氣管道一般采用埋地方式敷設(shè)(在受自然條件限制時(shí)，局部地段采用土堤埋設(shè)或地上敷設(shè))，輸油管道的埋設(shè)深度一般不小于0.8 m，輸氣管道的最小埋設(shè)深度不小于0.5 m。雖然油氣管道會(huì)根據(jù)敷設(shè)情況在沿線設(shè)置管道標(biāo)志，但仍難以僅通過觀察確定埋地油氣管道的準(zhǔn)確位置。施工方在油氣管道周邊進(jìn)行挖掘施工過程中，如果不掌握埋地管道的準(zhǔn)確位置，便存在損壞管道的可能性。埋地管道的準(zhǔn)確位置是施工方在挖掘作業(yè)前必須掌握的信息。

1.1　施工方

對(duì)于施工方(包括施工企業(yè)、個(gè)人等)來說，在管道周邊進(jìn)行挖掘施工過程中需要保證不損壞周邊管道，而避免挖掘施工損壞油氣管道的最佳解決方案是在作業(yè)前準(zhǔn)確掌握施工區(qū)域附近管道的所屬單位、走向、埋深和輸送介質(zhì)，根據(jù)管道敷設(shè)情況，與管道所屬企業(yè)共同協(xié)商制定不會(huì)對(duì)油氣管道造成損壞的挖掘施工方案，并在管道所屬企業(yè)的監(jiān)護(hù)下進(jìn)行施工作業(yè)，避免施工作業(yè)對(duì)周邊管道造成任何安全影響。

1.2　管道企業(yè)

對(duì)于管道企業(yè)來說，在日常運(yùn)行管理過程中需要保護(hù)管道不受周邊第三方的影響，尤其是管道周邊挖掘施工的破壞，而避免施工方挖掘施工損壞油氣管道的有效途徑是提前獲取管道周邊挖掘施工信息，及時(shí)向施工方提供管道走向、埋深等信息，參與制定挖掘施工方案，并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)護(hù)，阻止違規(guī)操作、野蠻施工等行為，保障油氣管道安全運(yùn)行。

1.3　施工管理部門

對(duì)于施工管理部門來說，需要保障管道周邊挖掘施工安全以及周邊群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，不僅要全面準(zhǔn)確掌握施工周邊區(qū)域油氣管道的分布和走向，還要有效組織施工方和管道企業(yè)，共同審定挖掘施工作業(yè)范圍，確定施工方案和管道保護(hù)措施，并結(jié)合施工情況制定有針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案。

面對(duì)快速城鎮(zhèn)化帶來的頻繁挖掘施工作業(yè)，以及數(shù)量龐大的埋地油氣管道信息，傳統(tǒng)的溝通方式已無(wú)法滿足信息在施工方、管道企業(yè)和施工管理部門之間的準(zhǔn)確、高效傳遞，需要建立一個(gè)地位權(quán)威、信息準(zhǔn)確、工作高效的油氣管道周邊挖掘前咨詢系統(tǒng)，幫助施工方、管道企業(yè)和施工管理部門共同做好管道周邊的安全施工。

2　挖掘前咨詢實(shí)現(xiàn)方式

要實(shí)現(xiàn)油氣管道周邊挖掘前咨詢功能，首先要全面準(zhǔn)確掌握已建油氣管道情況，只有信息準(zhǔn)確、可靠，才能為油氣管道周邊挖掘施工提供指導(dǎo)依據(jù)，這便需要建立覆蓋全部已建油氣管道本體及附屬設(shè)施信息和管道周邊基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)信息等信息的油氣管道地圖系統(tǒng)。系統(tǒng)建立后，需要為咨詢方提供一種便捷的咨詢方式，挖掘前咨詢有較強(qiáng)的時(shí)效性，這便對(duì)信息查詢和信息反饋方式提出了要求，對(duì)比分析當(dāng)前社會(huì)人們獲取信息的主要途徑可以發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)具有即時(shí)性、交互性等優(yōu)點(diǎn)，電話(包括移動(dòng)電話)具有普及性、便捷性等優(yōu)點(diǎn)，綜合利用互聯(lián)網(wǎng)和電話的優(yōu)勢(shì)能夠提高咨詢工作的效率。另一方面，油氣管道是我國(guó)的能源命脈，根據(jù)我國(guó)相關(guān)規(guī)定，特定范圍內(nèi)的油氣管道信息不得公開，為有力保障油氣管道周邊挖掘施工作業(yè)，同時(shí)符合信息公開要求，挖掘前咨詢反饋信息應(yīng)是密切關(guān)系施工作業(yè)并符合信息公開范圍內(nèi)的信息。挖掘前咨詢實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示。

2.1　建立油氣管道地圖系統(tǒng)

整合已建油氣管道的本體及附屬設(shè)施信息、基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)信息等信息，建立油氣管道地圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)油氣管道名稱、輸送介質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力、運(yùn)行壓力、管道外徑、壁厚、地面高程、管道埋深、管材類型、管道企業(yè)名稱、地址、負(fù)責(zé)人、聯(lián)系方式等關(guān)鍵信息的查詢，并實(shí)現(xiàn)管道本體及附屬設(shè)施信息和基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)信息在同一坐標(biāo)系下的有效匹配，準(zhǔn)確反映油氣管道周邊情況和信息，提高挖掘前咨詢過程中對(duì)信息查詢的反饋效果。

2.2　建立咨詢平臺(tái)

建立油氣管道周邊挖掘前咨詢平臺(tái)，平臺(tái)能夠利用

圖1　挖掘前咨詢實(shí)現(xiàn)方式Fig.1　Realization mode of consultation before digging

油氣管道地圖系統(tǒng)查詢已建油氣管道的本體及附屬設(shè)施信息和基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)信息，受理施工方挖掘施工前咨詢，反饋挖掘施工作業(yè)周邊油氣管道埋設(shè)情況，并向管道企業(yè)和施工管理部門推送挖掘施工信息。咨詢平臺(tái)通過外網(wǎng)查詢平臺(tái)和電話呼叫系統(tǒng)2種方式受理挖掘前咨詢申請(qǐng)和反饋查詢信息。

2.3　咨詢流程

挖掘施工前，施工方(包括施工企業(yè)、個(gè)人等)登陸油氣管道地圖系統(tǒng)外網(wǎng)查詢平臺(tái)在地圖上標(biāo)定具體挖掘施工位置，或撥打統(tǒng)一呼叫電話，通過挖掘施工點(diǎn)經(jīng)緯度或周邊顯著地標(biāo)確定具體挖掘施工位置，并提交挖掘施工作業(yè)計(jì)劃和聯(lián)系方式，申請(qǐng)查詢挖掘作業(yè)位置周邊管道信息。咨詢平臺(tái)根據(jù)挖掘作業(yè)位置自動(dòng)標(biāo)記并推送開挖點(diǎn)周邊1 km范圍內(nèi)的油氣管道信息，形成挖掘施工咨詢報(bào)告，將咨詢報(bào)告反饋施工方，并抄送管道企業(yè)和施工管理部門。咨詢流程如圖2所示。

圖2　挖掘前咨詢流程Fig.2　Consultation process before digging

2.4　咨詢信息內(nèi)容

為對(duì)挖掘施工提供技術(shù)支撐，咨詢反饋信息內(nèi)容應(yīng)至少包含管段名稱、管線單位、管段管理單位、輸送介質(zhì)、管道外徑、管道埋深、距開挖點(diǎn)距離、聯(lián)系電話等內(nèi)容，同時(shí)為提高展示效果，在以列表形式提供上述信息的同時(shí)，還以二維平面圖或三維立體圖的形式顯示周邊已建油氣管道信息，考慮到油氣管道信息的特殊性，上述信息的提供范圍為挖掘點(diǎn)周邊1 km之內(nèi)。

3　挖掘前咨詢系統(tǒng)架構(gòu)

基于上述挖掘前咨詢功能需求分析和咨詢功能實(shí)現(xiàn)方式探討，在遵循業(yè)務(wù)與控制分離、承載與接入分離的設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)上，考慮挖掘前咨詢系統(tǒng)數(shù)據(jù)保密、反饋信息僅可有限授權(quán)等特殊需求，依托油氣管道地圖系統(tǒng)[3]，建立包括終端設(shè)備層、邊緣接入層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、核心交換層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層等5個(gè)層次的油氣管道周邊挖掘前咨詢系統(tǒng)(如圖3所示)，每層的組成及功能如下：

1)終端設(shè)備層。組成：主要由多媒體調(diào)度臺(tái)(調(diào)度軟交換系統(tǒng)的呈現(xiàn)設(shè)備)、IP電話、視頻電話、模擬電話、傳真機(jī)、手機(jī)、移動(dòng)終端、程控調(diào)度交換網(wǎng)等組成。功能：實(shí)現(xiàn)基本調(diào)度操作、網(wǎng)管、錄音錄像等功能。

2)邊緣接入層。組成：主要由軟交換內(nèi)置接口、WIFI接入點(diǎn)、接入網(wǎng)關(guān)、3G/4G無(wú)線基站、中繼網(wǎng)關(guān)等組成。功能：提供豐富的終端接入手段，實(shí)現(xiàn)和其他網(wǎng)絡(luò)(如傳統(tǒng)程控調(diào)度交換網(wǎng))的互通。

3)網(wǎng)絡(luò)傳輸層。組成：可以是綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)或調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)，也可以是獨(dú)立建設(shè)的軟交換調(diào)度專用IP數(shù)據(jù)承載網(wǎng)。功能：承載調(diào)度軟交換系統(tǒng)，為整個(gè)調(diào)度軟交換系統(tǒng)提供一個(gè)高可靠性的、具有QoS保證的綜合業(yè)務(wù)傳輸平臺(tái)。

4)核心交換層。組成：主要由軟交換設(shè)備組成，軟交換設(shè)備之間通過SIP/H.323等眾多的協(xié)議連接互通。功能：實(shí)現(xiàn)對(duì)咨詢的請(qǐng)求、交換和處理，與調(diào)度業(yè)務(wù)平臺(tái)以及其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)的控制、連接和交互，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的分配。

5)業(yè)務(wù)應(yīng)用層。組成：主要包括調(diào)度業(yè)務(wù)平臺(tái)、錄音錄像系統(tǒng)、統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)、多媒體業(yè)務(wù)系統(tǒng)等，同時(shí)還可以通過標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與接口擴(kuò)展各類應(yīng)用，如監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、GIS/GPS系統(tǒng)等。功能：實(shí)現(xiàn)咨詢以及運(yùn)維管理等功能。

圖3　挖掘前咨詢系統(tǒng)架構(gòu)Fig.3　Structure of consultation system before digging

4　系統(tǒng)應(yīng)用

4.1　咨詢提交內(nèi)容

4.1.1外網(wǎng)查詢平臺(tái)

施工方(包括施工企業(yè)、個(gè)人等)登陸查詢平臺(tái)，進(jìn)行注冊(cè)(須同意咨詢申請(qǐng)相關(guān)要求)后，便可進(jìn)行挖掘前咨詢申請(qǐng)。施工方可根據(jù)實(shí)際挖掘點(diǎn)，在外網(wǎng)查詢平臺(tái)所呈現(xiàn)的地圖上直接定位挖掘點(diǎn)，查詢平臺(tái)會(huì)根據(jù)定位點(diǎn)，確定施工位置，同時(shí)，施工方需填寫施工開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，并對(duì)即將進(jìn)行的施工進(jìn)行簡(jiǎn)要描述。外網(wǎng)查詢申請(qǐng)如圖4所示。

圖4　外網(wǎng)查詢申請(qǐng)示例Fig.4　An example of extranet query application

4.1.2統(tǒng)一呼叫電話

施工方撥打統(tǒng)一呼叫電話，通過挖掘施工點(diǎn)經(jīng)緯度或周邊顯著地標(biāo)確定具體挖掘施工位置，進(jìn)行挖掘前咨詢申請(qǐng)，以便提高挖掘前咨詢工作的準(zhǔn)確性，在條件允許的情況下，建議通過外網(wǎng)查詢平臺(tái)進(jìn)行咨詢。

4.2　咨詢反饋報(bào)告

接到咨詢申請(qǐng)后，系統(tǒng)會(huì)對(duì)挖掘點(diǎn)周邊地下油氣管道情況進(jìn)行查詢，并生成油氣管道周邊挖掘前咨詢報(bào)告，如圖5所示。

圖5　油氣管道周邊挖掘前咨詢報(bào)告示例Fig.5　An example of consultation report before digging near oil and gas transmission pipeline

5　結(jié)論

1)針對(duì)當(dāng)前油氣管道周邊挖掘施工過程中頻繁發(fā)生的挖掘作業(yè)導(dǎo)致管道失效的問題，提出了油氣管道周邊挖掘前咨詢系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于油氣管道地圖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了施工方對(duì)挖掘施工作業(yè)點(diǎn)周邊埋地油氣管道信息的查詢，并在施工方、管道企業(yè)和施工管理部門之間建立了一個(gè)有效的信息溝通渠道，有助于促進(jìn)有關(guān)各方共同參與到油氣管道周邊挖掘施工安全管理工作之中。

2)提出的油氣管道周邊挖掘前咨詢系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)解決方案，既可以應(yīng)用于較小區(qū)域(如某一市、縣、區(qū))的挖掘前咨詢工作，也可以應(yīng)用于較大范圍(全國(guó)、地區(qū)、省(區(qū)、市))，在準(zhǔn)確獲取該區(qū)域全部已建油氣管道信息的基礎(chǔ)上，便可根據(jù)本區(qū)域?qū)嶋H情況搭建適合于本區(qū)域的挖掘前咨詢系統(tǒng)。

3)提出的油氣管道周邊挖掘前咨詢系統(tǒng)對(duì)已建油氣管道信息的時(shí)效性要求較高，建議管道企業(yè)每12個(gè)月對(duì)所提交的全部相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行核查更新，對(duì)路由發(fā)生變化的管道以及新建管道，建議管道企業(yè)在5個(gè)工作日內(nèi)完成對(duì)相關(guān)信息的報(bào)送，從而確保咨詢反饋信息的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。

4)提出的挖掘前咨詢系統(tǒng)同樣適用于城鎮(zhèn)燃?xì)狻㈦娏?、熱力、通信、給排水等多類城市公用管線，可以通過在油氣管道地圖系統(tǒng)中增加圖層的形式實(shí)現(xiàn)對(duì)上述各類管道的信息管理，并統(tǒng)一在油氣管道周邊挖掘前咨詢系統(tǒng)中面向施工方開展咨詢，從而建立起有效聯(lián)系社會(huì)各方的地下管網(wǎng)咨詢平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城鎮(zhèn)各類地下管網(wǎng)的有效保護(hù)，對(duì)于保證地下管網(wǎng)的安全運(yùn)行具有十分重要的作用。

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