周世駿

（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東 廣州 510620）

長輸管道普遍具有點(diǎn)多、線長、受沿途經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境影響大等特點(diǎn)，同時(shí)設(shè)備和人員等生產(chǎn)要素分散，集中管控難度較大。全面快速掌握管道實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備分散管理、集中控制是管道高效運(yùn)行管理的基本要求，同時(shí)油氣管道不僅自身運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)高，而且所輸送介質(zhì)屬于危險(xiǎn)化學(xué)品，任何一點(diǎn)發(fā)生泄漏都將造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。管道安全運(yùn)行直接關(guān)乎經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和民生問題，實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化，并通過對(duì)數(shù)據(jù)的高效應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化運(yùn)行和智能監(jiān)測(cè)預(yù)警是管道企業(yè)的本質(zhì)需求。

1 全面數(shù)字化

1.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)涵蓋管線全生命周期管理的各方面數(shù)據(jù)，通過建立業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)、地理信息數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、移動(dòng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、文檔資料等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)等，提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的科學(xué)性合理性，為數(shù)據(jù)應(yīng)用和信息系統(tǒng)建設(shè)提供統(tǒng)一規(guī)范的要求。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)應(yīng)注意：

（1）以“提供隨時(shí)隨地的、唯一源頭的數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)”為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)“統(tǒng)一數(shù)據(jù)源頭及流向、統(tǒng)一主數(shù)據(jù)分發(fā)”，保證數(shù)據(jù)口徑一致性；

（2）實(shí)現(xiàn)各主要信息代碼的在線管理維護(hù)，提供主數(shù)據(jù)維護(hù)的唯一數(shù)據(jù)源；

（3）規(guī)范管線數(shù)據(jù)庫建設(shè)，能夠支撐企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)集成及企業(yè)深化應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)的需求；

（4）通過數(shù)據(jù)指標(biāo)“申請(qǐng)-審核-發(fā)布-應(yīng)用”等標(biāo)準(zhǔn)管理流程，提升數(shù)據(jù)管控能力，杜絕數(shù)據(jù)管理“無標(biāo)可采、個(gè)性化盛行”的問題。

1.2 數(shù)據(jù)模型

數(shù)據(jù)模型用來確定數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)以及數(shù)據(jù)管理要求。數(shù)據(jù)模型應(yīng)涵蓋管道本體及附屬設(shè)施、周邊環(huán)境及地理信息、管道運(yùn)行與管理、設(shè)備設(shè)施管理、風(fēng)險(xiǎn)分析與削減、應(yīng)急資源與預(yù)案等方面。目前國際上廣泛應(yīng)用的管道工業(yè)數(shù)據(jù)模型有APDM、PODS、ISAT 等，國內(nèi)基于PODS、APDM 數(shù)據(jù)模型，形成了如管道完整性數(shù)據(jù)模型、中國管道數(shù)據(jù)模型、中國石化管道數(shù)據(jù)模型等。這些管道數(shù)據(jù)模型均以地理數(shù)據(jù)庫技術(shù)為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，定位核心要素控制點(diǎn)和站列作為線性參考基準(zhǔn)，管道沿線所衍生的各個(gè)要素作為在該里程值上發(fā)生的事件，數(shù)據(jù)形式分為需要利用矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行線性定位的要素類和只具有屬性信息的對(duì)象類，結(jié)合長輸管道的運(yùn)行特點(diǎn)，對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擴(kuò)充，調(diào)整歸類方式，對(duì)模板進(jìn)行細(xì)化和刪減，使得模型滿足不同的數(shù)據(jù)管理需求，全面適用于各類長輸管道。管道數(shù)據(jù)模型應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

（1）模型數(shù)據(jù)項(xiàng)內(nèi)容拓展至管道建設(shè)、運(yùn)營、檢測(cè)、評(píng)價(jià)等各個(gè)時(shí)期產(chǎn)生的數(shù)據(jù)類，并制定詳細(xì)的數(shù)據(jù)字典進(jìn)行存儲(chǔ)，提升管道智能化管理所需數(shù)據(jù)的全面性和精確度。

（2）空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用使管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集成管理。屬性驗(yàn)證和全局屬性域的設(shè)定使數(shù)據(jù)錄入和編輯更加準(zhǔn)確，減少誤操作。

（3）使用拓?fù)涞目臻g表達(dá)，在定義環(huán)境要素、管道要素和事件要素特征的同時(shí)，定義要素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，使要素可以根據(jù)指定要素的變化做出相應(yīng)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)管道信息動(dòng)態(tài)級(jí)聯(lián)。

（4）完善管理整體流程中數(shù)據(jù)采集分類和層次承接關(guān)系，增強(qiáng)數(shù)據(jù)收集的目的性和評(píng)價(jià)過程的合理性，有助于數(shù)據(jù)入庫、專題數(shù)據(jù)提取和完整性數(shù)據(jù)庫的建設(shè)。

（5）具有可拓展性，滿足企業(yè)管理的長期應(yīng)用需要。

1.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1.3.1 建庫原則

借助地理空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以將地理特征的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（RDBMS）中，充分利用RDBMS 數(shù)據(jù)管理的功能，利用SQL 語言對(duì)空間域非空間數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，同時(shí)可以利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫的海量數(shù)據(jù)管理、事務(wù)處理、記錄鎖定、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)倉庫等功能，使空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)一體化集成并提供高效率操作的數(shù)據(jù)庫服務(wù)。

（1）標(biāo)準(zhǔn)化原則，統(tǒng)一各類信息的分類編碼、數(shù)據(jù)交換格式、數(shù)據(jù)內(nèi)容與組織形式。

（2）數(shù)據(jù)共享原則，各行政職能部門互通互聯(lián)、資源共享、信息互補(bǔ)。

（3）可擴(kuò)展性，空間數(shù)據(jù)庫及管理系統(tǒng)的功能具有可持續(xù)維護(hù)和發(fā)展能力。

（4）先進(jìn)性原則，充分利用遙感、三維地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、全球廣域網(wǎng)技術(shù)和分布式技術(shù)等高新技術(shù)的最新發(fā)展成果。

（5）實(shí)用性原則，在滿足當(dāng)前工作需要為前提，科學(xué)論證、有序推進(jìn)、分步實(shí)施。

（6）安全性原則，充分考慮了各種數(shù)據(jù)和資料的保密與安全，防止數(shù)據(jù)的非正常損壞和丟失。

1.3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括兩部分內(nèi)容，空間數(shù)據(jù)基本屬性設(shè)計(jì)和空間數(shù)據(jù)應(yīng)用屬性設(shè)計(jì)。將對(duì)要素分層之后的每一類要素進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

（1）空間數(shù)據(jù)基本屬性設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)基本屬性將保存在空間數(shù)據(jù)的屬性表中，主要是空間要素基本特征信息。為保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用之間的松耦合性，將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)從邏輯上分為空間對(duì)象基本特征和空間對(duì)象應(yīng)用特征兩類。將對(duì)象基本屬性信息存儲(chǔ)在空間對(duì)象的基本屬性中，而對(duì)象的應(yīng)用信息則保存在應(yīng)用屬性中。

另一方面，空間對(duì)象的空間信息，采用最小空間單元進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，以河流為例，將河流依據(jù)行政邊界、水功能分界點(diǎn)、流域邊界等分為河段，存儲(chǔ)每個(gè)河段的空間信息和基本屬性信息，而不再存儲(chǔ)整條河流作為單一對(duì)象的空間信息。

（2）空間數(shù)據(jù)應(yīng)用屬性設(shè)計(jì)

空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用屬性，主要是空間要素的針對(duì)某一特定應(yīng)用的屬性信息，比如水閘的用途，是控制取水，還是擋水，這些都屬于空間數(shù)據(jù)的應(yīng)用類屬性。在設(shè)計(jì)中，將在業(yè)務(wù)應(yīng)用調(diào)研和空間成果數(shù)據(jù)屬性的基礎(chǔ)上，對(duì)每一層空間數(shù)據(jù)的每一個(gè)屬性進(jìn)行分析，確定是否屬于應(yīng)用類屬性信息。

1.3.3 安全設(shè)計(jì)

（1）安全技術(shù)

包括網(wǎng)絡(luò)安全和系統(tǒng)安全。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行和應(yīng)用系統(tǒng)中，信息安全是重點(diǎn)，在信息安全上采用的技術(shù)涉及信息傳輸安全、信息存儲(chǔ)安全、數(shù)據(jù)庫安全等。

（2）安全管理

技術(shù)不能解決所有問題，必須遵循安全管理原則，建立合理有效的安全管理制度，并組織培訓(xùn)相關(guān)人員。

（3）訪問控制

必須具備用戶認(rèn)證的訪問控制功能，防止入侵者越過應(yīng)用系統(tǒng)的控制直接訪問數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)具有自主訪問控制、驗(yàn)證、授權(quán)、審計(jì)等能力。

1.4 數(shù)據(jù)服務(wù)

建立數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，形成完整的數(shù)據(jù)“采、存、管、用”的流程和規(guī)范，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的提取、轉(zhuǎn)換、裝載和集成，并為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、共享與分發(fā)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)“共享服務(wù)”。

根據(jù)數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、入庫和歸檔，最后對(duì)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行發(fā)布。同時(shí)面向特定服務(wù)及應(yīng)用需要對(duì)服務(wù)進(jìn)行聚合、接入、權(quán)限控制、服務(wù)監(jiān)控等加工處理，對(duì)服務(wù)資源進(jìn)行編目歸類處理，方便服務(wù)資源的檢索和維護(hù)。

2 數(shù)據(jù)應(yīng)用

2.1 安全預(yù)防

安全預(yù)防類功能可支撐企業(yè)全面辨識(shí)、管控長輸管道運(yùn)行過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)、危害因素以及重大危險(xiǎn)源的超前辨識(shí)、分析評(píng)估、分級(jí)管控，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控與隱患排查治理雙重預(yù)防機(jī)制。

2.1.1 管道完整性管理

可實(shí)現(xiàn)管道活動(dòng)、高后果區(qū)管理、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、完整性評(píng)價(jià)、維修維護(hù)、效能評(píng)估等6 大關(guān)鍵環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)管理、地圖展示和業(yè)務(wù)審批功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化分析決策功能，為管道的精細(xì)化管理和風(fēng)險(xiǎn)管控提供科學(xué)的數(shù)據(jù)分析依據(jù)，使管道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制更加的經(jīng)濟(jì)合理。

圖1 管道風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控

2.1.2 隱患治理

可通過隱患排查、隱患立項(xiàng)、隱患整治、隱患評(píng)估4 部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)隱患的全程跟蹤，實(shí)現(xiàn)隱患全方位的排查與整治；具備管道隱患報(bào)警功能，通過隱患治理子系統(tǒng)可及時(shí)了解管道隱患現(xiàn)場(chǎng)狀況，動(dòng)態(tài)掌握隱患管理狀態(tài)，實(shí)時(shí)對(duì)管道面臨的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行報(bào)警處理，抑制隱患的積累擴(kuò)大，最大限度的減少損失。在隱患綜合統(tǒng)計(jì)分析方面，子系統(tǒng)按管線、企業(yè)、隱患類型等不同維度實(shí)現(xiàn)對(duì)隱患不同條件的綜合統(tǒng)計(jì)分析，包括按不同管線類型查看隱患分布，按隱患等級(jí)進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，按隱患類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，按隱患治理的狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)統(tǒng)計(jì)，及時(shí)反映治理的完成率。

對(duì)隱患發(fā)現(xiàn)時(shí)間、認(rèn)定依據(jù)、采取的措施、消除風(fēng)險(xiǎn)的過程進(jìn)行全過程監(jiān)管，對(duì)于發(fā)現(xiàn)較長但仍未采取措施的風(fēng)險(xiǎn)，給予提示。

2.2 生產(chǎn)運(yùn)行

2.2.1 運(yùn)行管理

實(shí)現(xiàn)對(duì)長輸管道運(yùn)行過程中的溫度、壓力、流量、密度、介質(zhì)等基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，針對(duì)異常數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)報(bào)警統(tǒng)計(jì)功能；通過集成管道輸送輸油計(jì)劃和工藝調(diào)整方案，自動(dòng)生成日常運(yùn)行統(tǒng)計(jì)臺(tái)賬、運(yùn)行日?qǐng)?bào)、運(yùn)行月報(bào)等分析報(bào)告，建立管道調(diào)度優(yōu)化和仿真模擬模型，實(shí)現(xiàn)全管網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行與組網(wǎng)運(yùn)行等不同工況下的調(diào)度排產(chǎn)優(yōu)化和管線運(yùn)行模擬演練功能。

2.2.2 管網(wǎng)調(diào)度優(yōu)化

以長輸管網(wǎng)為基礎(chǔ)，在考慮管網(wǎng)的站場(chǎng)操作約束和混油等約束的基礎(chǔ)上，綜合考慮滿足現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃所需的約束條件，探索出適用于長輸管網(wǎng)的優(yōu)化算法，建設(shè)調(diào)度計(jì)劃自動(dòng)編制軟件，實(shí)現(xiàn)全管網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃的快速編制。管理者通過輸入管網(wǎng)初始狀態(tài)、首站輸油計(jì)劃及分輸站需求信息，系統(tǒng)可以自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，生成合適的批次調(diào)度計(jì)劃，優(yōu)化生產(chǎn)運(yùn)行。

2.2.3 模擬仿真

針對(duì)不熟悉管道全線流程以及站場(chǎng)控制流程的調(diào)度人員或技術(shù)人員，以水利仿真系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以上位機(jī)界面為操作界面，安全快速有效地熟悉整條管道的基本參數(shù)、運(yùn)營方式和站控方式，基于水力學(xué)原理建立管網(wǎng)仿真模型，真實(shí)再現(xiàn)管道運(yùn)行過程及控制過程；利用模型進(jìn)行水力/熱力核算、運(yùn)行方案制定、培訓(xùn)考核、事故模擬/演練以及油品界面跟蹤等應(yīng)用，提高調(diào)度人員綜合操控水平及應(yīng)急處置能力。

2.3 應(yīng)急響應(yīng)

2.3.1 泄漏測(cè)算

在線泄漏測(cè)算功能可根據(jù)從實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中獲取的管道運(yùn)行參數(shù)和輸入的泄漏位置與模擬時(shí)間段，自動(dòng)測(cè)算該時(shí)段內(nèi)的泄漏累積量；也可以采用離線泄漏測(cè)算，通過EXCEL 表格導(dǎo)入離線運(yùn)行參數(shù)，根據(jù)離線參數(shù)，實(shí)現(xiàn)泄漏量的累計(jì)計(jì)算。同時(shí)系統(tǒng)在地圖中顯示泄漏位置，并以趨勢(shì)圖的形式顯示泄漏點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果。泄漏量測(cè)算程序和孔徑預(yù)測(cè)程序拆分為兩個(gè)獨(dú)立模塊。在泄漏孔徑預(yù)測(cè)計(jì)算結(jié)束之后將孔徑預(yù)測(cè)結(jié)果予以顯示，可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)泄漏孔徑的預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行修正，由操作人員決定采用泄漏孔徑預(yù)測(cè)值或是手動(dòng)輸入泄漏孔徑，繼而進(jìn)行下一步的泄漏量估算。

圖2 管道泄漏測(cè)算系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

2.3.2 三維事故模擬推演

在三維模型化和可視化功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)三維事故模擬推演功能，結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)、3D 驅(qū)動(dòng)引擎、物理模擬等技術(shù)，設(shè)計(jì)管道的三維數(shù)字化模型、搭建基于現(xiàn)實(shí)世界的突發(fā)事件環(huán)境，模擬真實(shí)環(huán)境下的應(yīng)急響應(yīng)過程，并能夠針對(duì)某個(gè)事故進(jìn)行多次循環(huán)演練，及時(shí)發(fā)現(xiàn)應(yīng)急預(yù)案中存在的問題，進(jìn)而不斷完善預(yù)案，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急響應(yīng)閉環(huán)管理，有效提高員工的應(yīng)急處置能力。

2.3.3 自然災(zāi)害監(jiān)控預(yù)警

可提供長輸管道周邊氣象、水文及實(shí)時(shí)火點(diǎn)數(shù)據(jù)，為智能化管線管理平臺(tái)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。同時(shí)平臺(tái)具備自然災(zāi)害預(yù)警功能，預(yù)警內(nèi)容包括：臺(tái)風(fēng)災(zāi)害預(yù)警、滑坡泥石流災(zāi)害預(yù)警、河流洪水超標(biāo)災(zāi)害預(yù)警、水庫塘壩洪水潰決災(zāi)害預(yù)警、森林火災(zāi)預(yù)警，使管道管理人員實(shí)時(shí)掌握管道周邊自然災(zāi)害信息，達(dá)到監(jiān)控預(yù)警的目的。

3 結(jié)束語

綜上所述，通過建立規(guī)范統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)一致的數(shù)據(jù)模型和關(guān)系清晰、使用安全的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立“采、存、管、用”的數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)長輸管道的全面數(shù)字化，能夠使數(shù)據(jù)能高效交換、共享、更新和維護(hù)，形成集中安全的企業(yè)管道數(shù)據(jù)中心，解決了長輸管道輸送管理過程中的諸多難題。同時(shí)結(jié)合安全預(yù)防、生產(chǎn)運(yùn)行和應(yīng)急響應(yīng)等數(shù)字化管理系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠進(jìn)一步把管道輸送管理的效率最大化，對(duì)長輸管道輸送方面的技術(shù)改革起到了重要的促進(jìn)作用。