侯明

（中國(guó)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(shè)過(guò)程中，管道業(yè)務(wù)的“標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、信息化”水平不斷提高，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)數(shù)字化、施工機(jī)械化、管理信息化。近年來(lái)，隨著智慧管道概念的提出，管道信息化發(fā)展突飛猛進(jìn)。

一、智能管道的概念

隨著中國(guó)油氣管道建設(shè)步伐不斷加快，基于互聯(lián)網(wǎng)+、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)與油氣管網(wǎng)創(chuàng)新融合的智慧管道建設(shè)，成為新形勢(shì)下實(shí)現(xiàn)管道可視化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理的重要方法和途徑。智慧管道建設(shè)首先要實(shí)現(xiàn)管道的智能感知，在感知層進(jìn)行管道本體、關(guān)鍵設(shè)備、外界環(huán)境及維護(hù)資源等信息的全面感知，實(shí)現(xiàn)采集、處理及傳輸一體化，為管道運(yùn)行決策提供可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。隨著這些新型技術(shù)的發(fā)展，燃?xì)夤艿纻鹘y(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(yù)測(cè)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(lǐng)域的重要發(fā)展方向，它是綜合應(yīng)用現(xiàn)代通信、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及行業(yè)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)而成的油氣管道領(lǐng)域的智能化技術(shù)集合，未來(lái)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(yùn)營(yíng)服務(wù)。

二、智慧管道技術(shù)提升油氣長(zhǎng)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(shè)中需要設(shè)置可視化管理功能，其中包括三維設(shè)計(jì)的可視化和施工現(xiàn)場(chǎng)的可視化。三維模型的構(gòu)建需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況構(gòu)建模型，對(duì)工程建設(shè)中的未建設(shè)量和已建設(shè)量進(jìn)行如實(shí)反映；做好現(xiàn)場(chǎng)施工的更新工作，通過(guò)照片、空間圖像等對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行反映，還可以利用手持終端設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行記錄，保證現(xiàn)場(chǎng)管理的全程參與性和精細(xì)化管理作用，提升現(xiàn)場(chǎng)管理效率。

（二）建立科學(xué)的管道信息共享數(shù)據(jù)庫(kù)

由于歷史原因，管道企業(yè)前期建設(shè)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(dāng)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(diǎn)。特別是在智能管道建設(shè)的背景下，以這些系統(tǒng)為基礎(chǔ)建立起來(lái)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(shè)期的數(shù)據(jù)收集工作缺乏，逆向恢復(fù)工作量很大，難以滿足管道信息化、智能化的建設(shè)和需求。前期管道規(guī)劃階段、建設(shè)階段、運(yùn)行階段的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(duì)接過(guò)程中，出現(xiàn)數(shù)據(jù)不匹配、數(shù)據(jù)缺失等問(wèn)題，給全數(shù)字化移交和資產(chǎn)的全生命周期管理帶來(lái)了困難。設(shè)計(jì)成果數(shù)字化階段形成的三維成果無(wú)法遞延至施工及運(yùn)營(yíng)階段。管道施工建設(shè)階段的數(shù)據(jù)資產(chǎn)管理部分依賴大量手工填報(bào)導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和及時(shí)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(dǎo)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(shè)框架，急需構(gòu)建企業(yè)數(shù)據(jù)共享體系。在實(shí)際的構(gòu)建過(guò)程中，要重視對(duì)數(shù)據(jù)采集處理及入庫(kù)等方面的工作，嚴(yán)格控制好數(shù)據(jù)質(zhì)量，確保管道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與完整性，充分結(jié)合實(shí)際數(shù)據(jù)建立多系統(tǒng)、共享化的數(shù)據(jù)信息體系，實(shí)現(xiàn)管道的智能化管理。

（三）地下管線三維自動(dòng)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(chǔ)?；诙S探測(cè)數(shù)據(jù)，研發(fā)自適應(yīng)參數(shù)化建模方法，改進(jìn)管線建模規(guī)則，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下管線建構(gòu)筑物、附屬物的精準(zhǔn)建模，對(duì)地下管線周邊的地下空間，如地鐵站、地鐵軌道、土壤等進(jìn)行了建模，基于Lodar 點(diǎn)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(shí)現(xiàn)地上地下三維模型無(wú)縫集成，大幅提高地下管線三維建模效果和真實(shí)感；面向城市環(huán)境綜合分析模擬的需求，設(shè)計(jì)了可支撐分析模擬的城市三維場(chǎng)景數(shù)據(jù)組織方法——統(tǒng)一數(shù)據(jù)表達(dá)與交換模型，可以對(duì)城市三維模型數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一的表達(dá)和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)從城市三維場(chǎng)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(jìn)生產(chǎn)，生產(chǎn)則產(chǎn)生數(shù)據(jù)；同時(shí)，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(rèn)識(shí)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(wù)，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?jiǎng)?wù)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(jìn)管理工作提升。對(duì)于數(shù)據(jù)的管理，貴在“精”，數(shù)據(jù)作為業(yè)務(wù)開展的基礎(chǔ)，理論上多多益善，但數(shù)據(jù)采集需要投入成本，過(guò)多的數(shù)據(jù)采集會(huì)消耗大量的人力、物力、財(cái)力，導(dǎo)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(wù)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(biāo)，梳理出所需采集的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)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(wù)的。技術(shù)的本質(zhì)是理論而抽象的，經(jīng)過(guò)與生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，才能創(chuàng)造出效益。相應(yīng)的，生產(chǎn)實(shí)踐受到技術(shù)的影響，在創(chuàng)造效益的同時(shí)，也將產(chǎn)生更高層次的需求。可見(jiàn)，開展管道智能化管理工作時(shí)，應(yīng)該梳理好生產(chǎn)實(shí)踐的需求，促進(jìn)技術(shù)更新、完善、升級(jí)。

（五）油氣管道及其附屬設(shè)施的檢驗(yàn)檢測(cè)

一方面，由于檢驗(yàn)檢測(cè)在業(yè)務(wù)操作上多是對(duì)數(shù)據(jù)的篩選和應(yīng)用，而大數(shù)據(jù)分析是近年來(lái)管道智能化技術(shù)的熱點(diǎn)；另一方面，由于檢驗(yàn)檢測(cè)對(duì)模型技術(shù)含量以及運(yùn)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(yàn)檢測(cè)方面找到應(yīng)用前景。與其他業(yè)務(wù)不同，管道檢驗(yàn)檢測(cè)的專業(yè)性較強(qiáng)，使得其對(duì)于運(yùn)算、分析、建模的要求更高。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)檢測(cè)分析模型，往往是基于經(jīng)驗(yàn)的數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的特質(zhì)決定了其精度和效果受限于邊界條件的準(zhǔn)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(yàn)檢測(cè)在精準(zhǔn)度上有了進(jìn)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(shí)別技術(shù)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能及多種數(shù)學(xué)計(jì)算方法，通過(guò)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(kù)，建立了多分類器構(gòu)造模型，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)數(shù)字圖像識(shí)別、分析、評(píng)價(jià)管道焊縫缺陷，識(shí)別準(zhǔn)確率超過(guò)90%。中國(guó)石油研發(fā)了儲(chǔ)罐底板在線檢測(cè)機(jī)器人，通過(guò)浸入式超聲技術(shù)檢驗(yàn)儲(chǔ)罐底板的缺陷。

（六）管道無(wú)接觸智能調(diào)查和修復(fù)技術(shù)

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，排水管道作為市政管道的重要組成部分，負(fù)責(zé)雨水、污水的收集、輸送和排放功能。近年來(lái)，海綿城市建設(shè)、城市內(nèi)澇的消除以及市政道路的運(yùn)行安全等亟待解決的問(wèn)題都已上升到國(guó)家層面，如何知道排水管道的運(yùn)行狀況，檢測(cè)和評(píng)估工作是解決這些問(wèn)題跳不開的環(huán)節(jié)。某項(xiàng)目針對(duì)排水管道隱患排查需求，自主研發(fā)了旋推進(jìn)兩棲管道車和超長(zhǎng)距離管道電視檢測(cè)檢測(cè)儀組成，可依據(jù)地下管線普查、探測(cè)數(shù)據(jù)，研究確定管道排查方案?，F(xiàn)場(chǎng)排查時(shí)，螺旋推進(jìn)兩棲管道車主要用于對(duì)管道的封堵、降水、清淤等準(zhǔn)備工作，超長(zhǎng)距離管道電視檢測(cè)檢測(cè)儀主要實(shí)現(xiàn)對(duì)隱患點(diǎn)的，突破了傳統(tǒng)電視檢測(cè)儀檢測(cè)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(wèn)題，采用光纖傳輸視頻，高清無(wú)延遲，避免通過(guò)無(wú)線傳輸造成信號(hào)波動(dòng)不穩(wěn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)1000 m超長(zhǎng)管道的隱患無(wú)接觸智能排查和定位，可實(shí)現(xiàn)對(duì)管道內(nèi)全方位的監(jiān)控拍攝，同時(shí)配合紅外傳感器和單片機(jī)，管道智能排查裝置改變了城市管道被動(dòng)搶險(xiǎn)局面，保障管線安全，提高管道實(shí)用壽命。自主研發(fā)了CIPP 管道智能修復(fù)機(jī)器人，具有自主定位功能的攝像頭，可以將修復(fù)樹脂準(zhǔn)確的運(yùn)送到破損管道附近，通過(guò)自主研發(fā)的排水管道修復(fù)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)破損處的修復(fù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該裝置能夠智能的利用攝像頭準(zhǔn)確定位破損處進(jìn)行修復(fù)，解決當(dāng)下排水管道局部滲漏及密封的修復(fù)解決問(wèn)題。

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

第一，感知層。從根本上來(lái)講，感知層不僅是物聯(lián)網(wǎng)核心，同時(shí)也是當(dāng)前工業(yè)以及信息技術(shù)兩大領(lǐng)域未來(lái)發(fā)展中的重點(diǎn)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(duì)物體的識(shí)別，并根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行信息采集。例如對(duì)管道線路狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可通過(guò)管道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)完成相應(yīng)的監(jiān)測(cè)操作。第二，網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層是將各種私有形式的網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)、有線通信網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)等組合起來(lái)，網(wǎng)絡(luò)層的作用是對(duì)信息進(jìn)行處理和傳遞，具體可運(yùn)用無(wú)線通信技術(shù)和有線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)。其中無(wú)線通信技術(shù)是當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行中比較活躍的一部分，能夠?qū)崿F(xiàn)近距離傳輸，當(dāng)前使用比較普遍的無(wú)線傳輸技術(shù)有藍(lán)牙、WiFi 等；關(guān)于有線通信技術(shù)，其應(yīng)用原理就是借助金屬導(dǎo)線光線等一些有形媒質(zhì)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸。從智慧管道角度來(lái)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(wú)人機(jī)設(shè)備，通過(guò)在其中搭載高清攝像機(jī)、探測(cè)器等具有感知性的設(shè)備，來(lái)對(duì)管道中相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)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(shè)備進(jìn)行連接，將數(shù)據(jù)、監(jiān)控影像等信息傳送回地面，通過(guò)以上程序來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)管道的巡檢工作。第三，應(yīng)用層。應(yīng)用層指的是物聯(lián)網(wǎng)與用戶之間進(jìn)行連接的重要接口，關(guān)于這個(gè)接口可與行業(yè)自身實(shí)際需求兩者結(jié)合起來(lái)，以此對(duì)企業(yè)中各項(xiàng)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)分析和應(yīng)用，為企業(yè)管理層在決策時(shí)提供可參考依據(jù)。從功能角度來(lái)看，應(yīng)用層主要包括應(yīng)用功能和存儲(chǔ)功能，充分利用云計(jì)算技術(shù)以及大數(shù)據(jù)技術(shù)來(lái)計(jì)算、分析、存儲(chǔ)感知層管道信息，以此實(shí)時(shí)控制長(zhǎng)輸管道，并對(duì)此實(shí)施完善的管理，科學(xué)合理地進(jìn)行決策。例如管道巡檢系統(tǒng)，對(duì)巡檢數(shù)據(jù)以及第三方施工提供的相關(guān)記錄進(jìn)行全面分析，以此為參考對(duì)管道第三方損壞風(fēng)險(xiǎn)規(guī)律進(jìn)行探討，并進(jìn)行巡線規(guī)劃制定，以風(fēng)險(xiǎn)為基礎(chǔ)達(dá)成對(duì)管道有效巡護(hù)。

（八）人員管理方面

凡參與到項(xiàng)目中的全部人員需要進(jìn)行在線人員資質(zhì)申報(bào)，由建設(shè)單位或監(jiān)理單位進(jìn)行資質(zhì)審核，審核通過(guò)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(shí)別系統(tǒng)中才可進(jìn)入工地，系統(tǒng)自動(dòng)生成人員工牌，進(jìn)出工地需要進(jìn)行人臉識(shí)別考勤，結(jié)合智能AI 識(shí)別技術(shù)、人臉識(shí)別技術(shù)、平臺(tái)自身能力，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)人員的培訓(xùn)、在線申報(bào)、人數(shù)統(tǒng)計(jì)，非法入侵、人員資質(zhì)識(shí)別、徘徊、無(wú)資質(zhì)作業(yè)等人的不安全行為的監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從整體上來(lái)看，智慧管道建設(shè)正處于初步發(fā)展時(shí)期，進(jìn)行智慧管道建設(shè)應(yīng)逐步漸進(jìn)，切實(shí)做好相應(yīng)的短板分析工作，逐步實(shí)現(xiàn)智慧化管道建設(shè)。