海底管道EDIS应用平台研发与示范工程

宋志强，张晓灵，王飞翔，胡江，曹雷，押延宁

（1.中海油（天津）管道工程技术有限公司 天津 300452；2.中海油（中国）有限公司天津分公司工程建设中心 天津 300452）

海底管道肩负着海洋石油、天然气等其他重要能源介质的海上输送任务，是海上油气田重要的能源生命运输线之一。由于海底管道的安全运营直接关系到整个海上油气田的生产和输送［1］，因此海底管道的安全、环保以及设备设施完整性管理，越来越受到油田建设、生产与运维管理等各相关单位的重点关注。

工程项目全生命周期形成的工程档案资料数据是企业重要的数据资产之一。为了有效管理和利用这些数字资产，中海油（中国）有限公司在2007年开始探索工程设施的全生命周期的数字化技术［2］，自2010年开始正式启动EDIS项目建设，对新建和改造的海上油气田大型设施（其主要包含海上平台、海底管道、陆地终端、FPSO等海上油气田大型设备设施）推广设备设施数字化、规范化、完整性管理。在海上油气田工程设施建设项目实施过程中，中海油通过建立统一的工程数据中心和应用管理平台，实现工程设施实体相关的数据信息和项目过程产生的管理性文档作为无形信息资产纳入管理，在工程完工交付时必须实现数字化资产的移交，实现工程设施全生命周期数字化管理［3］。

1 平台开发背景与意义

目前，中海油已在渤海湾30多个海上平台推行EDIS项目（注：该项目目前研发已上线系统管理的主要对象是海上石油平台所包含的各设备设施），实现了对新建或改造的海上平台建设全生命周期形成的工程文件、工程数据、工程模型的数字化、规范化、完整性管理。

但是，对于作为连接海上平台之间或平台与陆地终端之间的重要能源输送桥梁——海底管道，它是海上油田大型设施建设中极其重要的组成部分。由于该大型设施在全生命周期形成工程信息数据种类繁多、数据逻辑关联复杂以及管线路由设施模型的特殊性等原因，致使目前主要针对海上石油平台的EDIS系统不能满足对海底管道从设计、采办，到制造、涂敷生产、海上安装施工以及清管与试压等管线全生命周期形成的工程文件、工程数据、工程模型等海底管道工程信息的数字化、规范化和完整性管理要求。截至目前，中海油已上线的EDIS系统中，对于新建和在役海底管道，尚存在未建立海底管道EDIS应用平台的开发现状。

鉴于上述实际需求，中海油（天津）管道工程技术有限公司依据中海油2012年3月出台中海油工建［2012］66号文件和EDIS工程信息移交规范要求，依托锦州25-1南油田群新建的9条海底管道，从设计、采办、建造、涂敷生产以及海上安装施工等管线全生命周期形成的完工工程文件、工程数据和工程模型等工程资料为数据来源，借鉴已上线的EDIS海上平台开发架构并结合海底管道工程数据的特点，不仅开发了满足中海油EDIS已发文对油田大型设施数字化、完整性管理要求的海管工程数据库（即EDIS＿DB），而且基于海管工程数据库和管线路由设施的特殊性，开发了基于三维GIS系统的海管工程数据应用平台，并将两大应用平台融为一体开发的海底管道EDIS应用平台，实现了对锦州25-1南油田群8个海上平台、两个终端之间的9条海底管道全生命周期形成的各类工程文件、工程数据和工程模型的数字化规范管理，并依据管线实际路由建立海管路由及路由附件设施的模拟实体工程模型，实现基于三维GIS场景下对海管工程模型与工程数据的交互浏览、查询等管线三维GIS系统各项功能。

海底管道工程信息EDIS应用平台的研发与推广应用，不仅可满足中海油已出台的EDIS海管规范和海底管道工程项目建造完工后作为工程信息数字化工程移交需求，而且其拓展开发的海管完整性数据库和三维管道GIS系统是对中海油现有海上油气田大型设施工程数字化信息系统（EDIS）的重要补充和完善，更重要的是该系统的研发可为中海油下一步针对海底管道开发的完整性管理平台起到重要的基础平台支撑和数据支持作用。

2 平台开发技术难点

2.1 海管路由三维工程模型的建模难点

由于海底管道铺设完工路由工程模型建模不同于海上油田大型单点对象的建模，其与海上石油平台等单一对象的三维建模存在质的差异。主要原因是海底管道路铺设路由里程长、跨越海域范围较大，而且存在管线路由高程和地理信息的差异。在中海油新建或在役的海底管道中，从几千米到绵延上百千米的管线层出不穷，其跨越区域和分布范围均较广，从而导致海底管道路由全程的三维建模跨难以通过单体对象的建模管理形式来实现对海管路由全程的可视化管理。

其次，由于海底管道是连接海上石油平台之间或平台与陆地终端之间能源输送桥梁。其在登陆海上石油平台端，管线是沿着平台导管架的桩腿进入海底的，而在管线陆地终端处，管线是随着管线埋深高程的起幅变化沿着登陆路由陆地开挖管沟进入陆地终端的，从而导致海底管线的路由全程工程模型设施的建模、展示，需要将管线路由涉及的海上平台、导管架、立管、膨胀弯、平管段、登陆段以及陆地终端等管线路由工程模型相匹配建模和融合，才能真实展示海底管道铺设完工实际路由及路由附件等海管路由设备设施工程模型的相对位置与连接关系。

2.2 海管路由与空间信息关联的管理难点

由于海底管道从设计、铺设、运维检测、废弃等全生命周期阶段各施工阶段会涉及大量管线路由的地理坐标和高程数据，所以，研发系统中如何在三维地理坐标系中准确标志管线的实际路由轨迹和高程，并与管线路由范围内的交叉跨越、航道等管线特殊区域进行查询、定位与标志展示（比如管线路由特殊区域通常包含管线路由调查古河道、养殖区、航道等管线特殊区域标志对象）等实际问题，是研发本平台实现管线路由与空间关系相对应必须解决的一个技术难题。

目前，中海油已上线的EDIS系统则是以Smart Plant Foundation（SPF）为信息管理平台［4］，SPF并不具备三维空间地理信息管理和展示功能，尚不能满足海底管道的对管线路由轨迹、位置以及空间信息的数字化管理需求。要解决这些难点问题，研发系统就必须将海底管线路由和空间信息的数字化管理，建立在空间地理信息系统（GIS）下才能解决。因此本研发平台在结合管线完工工程数据的基础之上拓展开发的海管三维GIS系统，实现了海底管线路由三维场景路由工程模型铺设轨迹、高程以及管线特殊区域标志等海管数字化关联管理功能。

2.3 海管完工资料数字化关联管理的难点

由于海底管道从设计、采办、制管、涂敷生产、陆地预制、海上施工与安装、清管试压以及运维检测等管线全生命周期各施工工艺流程在施工完毕时会产生大量的完工工程资料，各施工单位提交业主审核通过后会统一扫描提交各油田海管项目组档案室进行存档管理。

但是，目前在中海油已出台的对海管工程项目完工提交工程资料规范中，只涉及海管设计阶段完工资料的规范提交明细和规范分类、编码，尚缺少采办、制管、涂敷生产以及海上安装等海管全生命周期其他阶段的完工资料提交规范和分类编码标准。

因此，针对本项目创新开发的海管完工文档管理模块功能，首先需要对海管全生命周期各施工阶段提交完工资料进行规范整理、分类，并理清海管全生命周期完工文档之间的数字化管理逻辑关联之后，才能设计软件工程完工文档管理模块功能架构和对应数据管理各子模块功能。由于海管全生命周期形成的完工资料，不仅数据海量、类别繁琐，而且要理清完工资料之间的逻辑关联，通常还要依托海管专业知识和丰富的海管工程项目管理经验，只有将这两者有效地结合起来，才能研发出与实际海管工程完工资料完全相符的模块功能。因此，开发海管完工工程资料数字化管理模块功能，本研发单位走访渤海、南海等中海油所属各油田海管工程项目组进行实地考察、调研，并委派软件开发人员亲自参与锦州营口管线海上施工项目积累海管工程专业知识和工作经验，为理清海管全生命周期完工资料的逻辑关联和规范化分类编码而打下了坚实基础。

3 锦州25-1南油田群海底管道EDIS应用平台介绍

3.1 锦州25-1南油田群海管工程项目概述

锦州25-1南油田群位于渤海辽东海域，隶属于中海石油（中国）有限公司天津分公司开发区块。按照中海油总公司的开发规划，中海油研究中心受天津分公司委托分别于2005年3月、2006年11月、2007年10月开始对隶属锦州25-1南油田群的金县1-1油田、锦州25-1南油田、锦州25-1油田进行项目前期的可行性研究和ODP研究工作。经过各单位建设前期的一系列勘察研究决定：在锦州25-1S油田群所属8个海上平台和两个陆地终端之间新建9条海底管道，管线总计长度为281.1 km，以满足渤海湾周边各开发区域对能源的使用需求。锦州25-1南油田群新建海管归属油田具体分布如下。

（1）锦州25-1南油田：海管3条，总长度189.6 km。① JZ25-1S CEP-绥中36-1终端12″/18″×94 km 油管线；②JZ25-1S CEP-营口终端14″×89 km 气管线；③JZ25″1S CEP-JZ25-1S WHPB 10″×6.6 km 混输管线。

（2）锦州25-1油田：海管3条，总长度53.6 km。①JZ25-1 CEP-JZ20－2 BOP 10″×28 km 气管线；②JZ25-1 CEP-JZ25-1S WHPA 8″×12.8 km油管线；③JZ25-1S WHPA-JZ25-1 CEP 10″×12.8 km气管线。

（3）金县1-1油田：海管3条，总长度37.9 km。①JX1-1 CEPA-JZ25-1S CEP 12″/18″×29.7 km混输管线；②JX1-1 CEPA-JX1-1 WHPB 12×4.1 km注水管线；③JX1-1 WHPB-JX1-1 CEPA 14×4.1 km混输管线。

3.2 海管EDIS应用平台开发架构与功能

本文关于海底管道EDIS应用平台的开发是基于中海油现有EDIS系统关于海上油气田大型设施工程信息资源数字化、虚拟化、智能化的开发设计理念，运用现有先进的计算机软件开发技术、三维建模技术和三维GIS开发技术，并把专业的海管专业知识和丰富的海管项目管理经验作为研发基础，实施的系统开发架构设计，从而保证了开发平台的实用性、通用性和专业性。该研发平台的成功研发与应用，不仅实现了对海管全生命周期工程信息采集、校验、跟踪、审查和可追溯性，而且满足当前中海油对海底管道全生命周期工程数据信息的完整性和数字化资产完工移交管理需求，从而填补了中海油已上线EDIS系统对海底管道全生命周期工程信息的完整性管理空缺。

本研发平台示范工程——锦州25-1南油田群海底管道EDIS应用平台开发架构设计，自前端到底层主要由专业应用层、业务逻辑层、数据存储层和操作系统层等四大软件开发逻辑层组成，其各部分组成与系统开发架构如图1所示。

目前，中海油（天津）管道工程技术公司以渤海海域锦州25-1南油田群新建完工的9条海底管道为研发示范对象，已于2013年11月底完成海管工程信息数字化应用平台（该平台主要包含了海管EDIS＿DB和EDIS＿AP两大应用系统）的开发与调试，现已提交渤海辽东作业区上线运行。

图1 海底管道EDIS应用平台系统开发架构

本系统各模块功能设计，主要通过“三库一平台”的系统功能架构来组织实现（即海管工程文档库、工程数据库、工程模型库和三维GIS应用平台）。其研发目标主要是在中海油系统内打造一个海管全生命周期各类工程信息的访问与共享平台，以达到实现对海管全生命周期各类完工工程文件、工程数据和工程模型的数字化、规范化和可追溯性管理目标。

通过操作研发平台各模块功能，不仅能实现对海底管道从前期研究、设计，到制管、涂敷、海上安装以及清管试压等海底管道全生命周期形成的各类工程文件、工程数据和工程模型的规范入库、编辑、浏览、查询、输出等海管EDIS规范要求各项功能需求，而且该系统还拓展开发了海管三维GIS应用系统，实现了将管道设计、制管、涂敷、安装等建造与安装阶段的关键属性数据、地理数据与三维GIS场景中所建三维模型关联挂接呈现、查询与定位等三维GIS拓展功能。该应用平台的开发与应用，不仅满足EDIS规范对海管工程信息的管理需求，而且其拓展开发的海管工程数据库、模型库以及三维GIS系统，可为海管运维单位实施运维作业方案制订和突发事件的应对决策提供可靠的数据保障和决策依据。

4 海管工程数据组织架构与逻辑关联

根据中海油已上线EDIS系统数字化方法论可知，海底管道工程信息数字化管理系统不是对海管全生命周期各类工程信息进行简单堆砌管理，而是对各类工程文件、工程数据及工程模型进行分类并建立数据关联关系，这样才能通过分类和关联关系进行数据查找和数据更新［2］。

海底管道工程数据包含设计、制管、涂敷生产、海上安装、清管试压、完工后调查以及运维检测等多个施工阶段形成的工程数据。由于不同海上油气田所属各条管线的编号ID、管单元编码ID和焊口号都是唯一的。所以，各管理对象可以依托该唯一性编码规则来组织管理，以实现对油田所属各管线对应的全生命周期各施工阶段形成的工程数据数字化、规范化管理。海底管道全生命周期关键工程数据管理与关联原理具体如下所述。

中海油所属各油气田对应的每条管线路由和路由附件数据可以通过其管线ID（管线EDIS规范唯一编码）进行查询；海管12.192 m各管段的防腐、保温、配重等涂覆生产数据可以通过管单元ID（即12.192 m管段管号）进行检索查询；对于海上施工与安装各段线管单位可通过铺设时编制的焊口ID号进行组织管理，从而可实现查询管线各施工节点的组对外观检验、节点防腐漏点检验以及各焊口对应的无损检验数据等，还可以查询焊口的焊工信息。因为管线焊口连接着管单元，管单元组成海底管道线，海底管道线属于油田，所以可依托这4个实体之间形成紧密的逻辑关联架构，从而建立起海底管道EDIS应用平台对应的软件数据结构和关联关系，进而在研发软件工程数据管理系统中建立海底管道全生命周期完整性工程信息的逻辑关联关系。海底管道EDIS应用平台对应海管工程数据管理的组织架构与逻辑关联如图2所示。

图2 海底管道EDIS应用平台工程数据管理组织架构与逻辑关联

5 海管EDIS应用平台各模块功能介绍

5.1 工程文档库管理模块

该模块主要用于组织实现对海底管道在整个全生命周期各施工阶段完工后，由各施工单位提交业主审核通过的各类海管完工工程电子文档资料的管理功能。海管完工文档资料主要涵盖了海底管道在前期研究、设计、采办、建造、安装与调试等过程产生的各类工程技术文件或资料。其文档类型主要包含 PDF、XLS、DOC、DWG等格式的完工电子数据。本系统工程完工资料基于中海油现有EDIS工程文档分类标准和编码规范进行组织规范、分类存储管理，以实现对完工文档的分类存储、规范编码、上传、下载、浏览、检索、文档属性查看、预览等工程文档规范化、自动化管理功能。

5.2 工程数据管理模块

该模块主要用于实现对海底管线基本数据、关键施工检验数据的专业化、规范化和可追溯性管理。海管完整性工程数据主要涵盖了海底管道在设计、涂敷生产、海上安装、清管试压与后调查等海管各施工阶段产生的各类关键属性数据和施工检验数据。本系统具体功能主要包括海管各类工程数据的规范录入、分类存储、编辑、数据备份与恢复、数据查询与检索等海管工程数据库各项管理与维护功能。除此之外，本开发子模块还将入库的海管全生命周期关键施工数据与三维GIS场景中所建的管线及路由设施模型进行匹配挂接，实现海管工程数据库数据与三维GIS模型的交互展示、查询与定位等三维GIS拓展功能。

5.3 工程模型管理模块

该模块主要通过依据管线实际设计尺寸建立海管路由附件设施的三维实体工程模型，实现对入库管线路由模型设施的专业化、规范化管理功能。该海管工程模型前台呈现主要采用三维建模场景模式来实现。海管工程模块库主要涵盖锦州25－1S油田群9条海底管道的12.192 m管单元、弯管、法兰、锚固件、阳极块、水泥压块等管线路由附件设施的实际尺寸单体模型。通过模型库可实现对各类海管路由附件单体三维工程模型的分类存储、模型导入、浏览、检索、导出、模型属性查阅以及添加到三维GIS场景等海管工程模型库相关管理功能。

5.4 三维GIS应用系统

该子系统主要依托三维GIS平台开发工具，依据海管铺设完工实际路由坐标，导入海上平台、海管路由全程及路由附件设施的三维模拟实体尺寸模型，运用三维可视化模拟技术再现海底管道完工路由区域海表及海面以下的三维场景，实现了三维GIS场景下的海管全程及路由设施的浏览、漫游、检索与定位、分析等管线GIS各项应用功能。

此外，本系统研发的三维GIS应用系统还将海底管道实际铺设12.192 m管单元、焊接焊口等海管路由模型管理对象通过唯一编码与海管工程数据库中的海管涂覆生产和海上施工检验数据进行一一匹配挂接呈现，实现在三维GIS场景下的海管工程数据与工程模型的关联查询与定位等交互管理功能。与此同时，本系统还对海底管道完工路由区域内的KP区段、土壤与重力钻孔、跨越与交叉、路由预调查（如管线路经古河道、养殖区、航道、沙坡沙脊等管线路由预调查结果）等管线路由特殊区段和特殊区域工程数据在三维GIS场景中进行实际位置标志，实现了管线路由特殊区域与管线的关联挂接展示和快速定位、查询功能。

6 平台开发技术特点

本研发示范工程——锦州25-1S油田群海底管道EDIS应用平台，是以中海油已出台EDIS海管规范为研发指导依据，依托锦州25-1S油田群新建完工的9条海管全生命周期各类工程资料为研发数据支撑，并结合海底管道相应工程文件、工程数据和工程模型特殊的管理特点研发而成。由于海底管道与海上平台、FPSO以及陆地终端等海上油气田大型设施单点对象存在较大差异，故海管EDIS应用平台的研发具有如下技术特点。

（1）本平台的成功研发融合了海管专业业务知识和实际海管工程项目经验，并运用了先进的软件开发技术、三维建模技术、三维缓存技术以及三维GIS开发技术，从而保证的本研发平台的先进性、实用性和专业性。

（2）本平台所建海上平台、管线路由全程及附件（如法兰、锚固件、12.192 m管单元、立管以及膨胀弯等管线路由工程模型）三维工程模型均是以对象设计施工图纸为依据，并运用三维建模软件或PDMS三维模型为制图源进行全尺寸1∶1建模，从而保证平台各工程模型的真实性、专业化和兼容性。

（3）在研发平台三维GIS系统中，实现了海管完整性关键属性数据、施工检验数据与三维GIS场景工程模型的关联挂接与加载显示，拓展了三维GIS系统的开发应用功能，研发系统的可扩展性强、后续开发空间大，同时也为后续实施海管安全与评估系统的开发奠定了坚实的数据与模型基础。

（4）本平台研发建立的海底管道专业管线路由附件工程模型库（模型库包含连接法兰、悬挂法兰、12.192 m管单元、锚固件、阳极块、水泥压块等），不仅依据设计结构图纸进行管线路由工程模型的全尺寸建模，而且实现了对海管模型对象的检索与查阅、模型属性浏览以及模型导出与加载三维GIS场景等模型库拓展功能，为中海油海底管道的工程模型库管理功能的开发起到了示范作用。

（5）本平台研发建立的三维GIS模块中对应的海底管道、海上平台、陆地终端以及立管、膨胀弯与平管段等海管路由全程三维实体模型，在三维GIS场景中均运用了先进的三维模型GIS缓存技术，从而保证了海量三维模型同时加载三维GIS场景运行的稳定性、快速性和操作便捷性。

7 平台应用价值

海底管道工程信息EDIS应用平台的研发与推广应用，将改变中海油以往对纸质完工工程资料单一档案室人工管理效率低的传统模式，转变为当前数字化、可视化而高效的科学管理模式，将为中海油海底管道所属各建造、运维、管理等相关单位技术和管理人员提供一个统一的海底管道工程数据共享与操作管理平台。因此，该研发平台的开发应用价值主要体现在以下几个方面。

（1）本研发平台不仅满足中海油现有EDIS海管规范对海底管道全生命周期形成的工程文件、工程数据和工程模型的数字化、规范化管理和新建海底管道工程项目完工移交规范要求，而且可为海上油气田其他大型设施（包括PFSO、海底电缆以及陆地终端等海上油田大型设施）EDIS应用平台的研发提供重要借鉴和参考价值。

（2）本项目研发平台包含的海底管道工程文档库、数据库、模型库和三维GIS模块等软件各模块功能，不仅满足中海油现有海管工程数字化信息系统（EDIS）研发功能需求，而且创新开发的海管全生命周期完整性工程数据库和三维GIS两大拓展模块功能是对中海油现有已上线EDIS系统的重要补充和完善。

（3）本研发应用平台提供海底管道从设计、制管、涂敷、海上施工与安装等海管全生命周期的各类完工资料和海管完整性工程属性数据，这些海量数据，将为中海油后续开发海底管道完整性管理平台等扩展应用平台（其中，包含海管腐蚀评估系统、安全评估系统、管线应急管理等扩展系统）提供重要的原始数据支持，且可为管线后续运营维护、管线应急响应预案和维抢修方案的制订等提供重要依据。

（4）在本研发平台开发过程中，海管全生命周期各施工阶段完工资料的整理、审核和完整性工程数据的提取、分类与审核过程是对海底管道各施工阶段完工资料完整性、规范性和正确性的最终审核把关。因此，本系统的应用上线能对海底管道各阶段施工项目管理的规范性、严密性以及各施工单位提交完工资料的准确性、完整性、可追溯性起到较好的监督和跟踪审核作用，有利于对海底管道各阶段的施工质量的提高，从而从海管各施工源头提高海管的本质安全作出了应有的贡献。

（5）本研发应用平台预留系统扩展与外挂接口，能够实现对后续拓展功能的研发并入和挂接到其他已上线系统。因此，本研发系统具有较好的拓展开发和推广应用价值。

8 结论与展望

通过依托锦州25-1S油田群新建9条海底管道全生命周期各施工阶段工程完工资料研发的海底管道工程信息EDIS应用平台，不仅符合中海油已颁布EDIS规范对新建或改造海底管道工程项目建造完工后作为工程信息数字化工程移交需求，同时实现了对海底管道从设计、采办、制管、涂敷生产至海上铺设与焊口检验以及清管试压等全生命周期各施工阶段形成的各类完工工程文件、工程数据和工程模型的数字化、规范化和完整性管理，而且其创新开发的海管海管完整性工程数据库和三维管道GIS两大拓展功能模块，实现了海底管道在三维GIS场景下海管工程模型与工程数据库关键施工数据的关联挂接、交互浏览、查询与定位、分析等海管三维GIS相关功能。这些研发平台创新功能的开发与应用，有利于提升中海油对海底管道全生命周期各类工程信息准确性、数字化和完整性管理水平，是对中海油现有已上线EDIS系统的重要补充和完善。

随着中海油对海上油气田大型设施（包含海上平台、海底管道、FPSO以及陆地终端等海上油气田大型设施）工程信息数字化和全生命周期完整性管理工作的全面开展，本研发平台——海底管道工程信息EDIS应用平台也必将逐步在中海油各油田公司所属新建与改造海底管道工程项目中得到推广应用，将为中国海油的“二次跨越”战略目标的实现和海底管道完整性管理平台的研发起到重要的基础平台支撑和数据支持作用。

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