油气管道周边挖掘前咨询系统建设探讨*

张圣柱

(中国安全生产科学研究院，北京 100012)

0　引言

通过管道进行输送是油品和天然气最经济、最安全的运输方式。目前管道在油气运输中发挥着不可替代的作用，我国现有70%的石油和99%的天然气通过管道进行运输。油气管道在推动经济发展、造福社会民生的同时，事故也屡有发生，个别事故造成了较为严重的人员伤亡、财产损失以及环境破坏，如2014年大连市金州新区“6·30”中石油管道原油泄漏燃烧事故，某企业在加气站电力套管穿越道路及输油管道工程施工中，将中石油所属输油管道钻漏，泄漏的原油进入市政雨水管网和污水管网，并在雨水排水管出口处着火燃烧，引起了社会各界的普遍关注[1]。

据统计，2016年我国共发生陆上长输油气管道事故168起，在导致管道事故的腐蚀、管体制造与施工缺陷、第三方损坏、地质灾害、误操作等5类原因中，第三方损坏所占比例为39%，仅次于腐蚀，是导致管道事故的第2大原因[2]。第三方破坏分为无意损坏和蓄意破坏2类，其中无意损坏占比较大，主要是由油气管道周边挖掘施工造成的。油气管道周边挖掘施工过程中，施工方没有有效途径获取地下油气管道准确位置，管道企业没有有效途径掌握施工地点和时间并进行监护，这种信息的不对称降低了油气管道保护措施的有效性，建立一种有效联系管道企业、施工方和社会公众的信息沟通机制是解决当前问题的有限途径[3-4]。

21世纪初，美国因第三方破坏导致的油气管道失效事故频发，为加强对油气管道的保护，改变挖掘作业频繁导致管道失效的局面，于2002年颁布了《管道安全改进法案》，提升“统一呼叫通知计划”，设立全国统一呼叫中心，并对挖掘作业者和管道企业提出执行“统一呼叫通知计划”的强制性要求[5-11]，规定挖掘作业者在挖掘作业前拨打“811”电话查询地下油气管道情况，避免管道因挖掘作业而受到破坏，对全国统一呼叫中心运行8a间(2005—2012年)所做的事故统计分析表明，涉及危险液体的第三方破坏事故率下降了66%[12-15]。

当前我国正处于城镇化快速发展期，开挖作业频繁，油气管道保护和安全运行面临较大挑战，借鉴西方国家成功经验，研究建立有效联系管道企业、施工方和社会公众的信息沟通机制，拓展信息沟通方式和途径，建设符合我国实际、便捷高效、可靠的油气管道周边挖掘前咨询系统，可以有力保障油气管道安全运行。

1　挖掘前咨询功能需求分析

油气管道一般采用埋地方式敷设(在受自然条件限制时，局部地段采用土堤埋设或地上敷设)，输油管道的埋设深度一般不小于0.8 m，输气管道的最小埋设深度不小于0.5 m。虽然油气管道会根据敷设情况在沿线设置管道标志，但仍难以仅通过观察确定埋地油气管道的准确位置。施工方在油气管道周边进行挖掘施工过程中，如果不掌握埋地管道的准确位置，便存在损坏管道的可能性。埋地管道的准确位置是施工方在挖掘作业前必须掌握的信息。

1.1　施工方

对于施工方(包括施工企业、个人等)来说，在管道周边进行挖掘施工过程中需要保证不损坏周边管道，而避免挖掘施工损坏油气管道的最佳解决方案是在作业前准确掌握施工区域附近管道的所属单位、走向、埋深和输送介质，根据管道敷设情况，与管道所属企业共同协商制定不会对油气管道造成损坏的挖掘施工方案，并在管道所属企业的监护下进行施工作业，避免施工作业对周边管道造成任何安全影响。

1.2　管道企业

对于管道企业来说，在日常运行管理过程中需要保护管道不受周边第三方的影响，尤其是管道周边挖掘施工的破坏，而避免施工方挖掘施工损坏油气管道的有效途径是提前获取管道周边挖掘施工信息，及时向施工方提供管道走向、埋深等信息，参与制定挖掘施工方案，并在现场进行监护，阻止违规操作、野蛮施工等行为，保障油气管道安全运行。

1.3　施工管理部门

对于施工管理部门来说，需要保障管道周边挖掘施工安全以及周边群众生命财产安全，不仅要全面准确掌握施工周边区域油气管道的分布和走向，还要有效组织施工方和管道企业，共同审定挖掘施工作业范围，确定施工方案和管道保护措施，并结合施工情况制定有针对性的应急预案。

面对快速城镇化带来的频繁挖掘施工作业，以及数量庞大的埋地油气管道信息，传统的沟通方式已无法满足信息在施工方、管道企业和施工管理部门之间的准确、高效传递，需要建立一个地位权威、信息准确、工作高效的油气管道周边挖掘前咨询系统，帮助施工方、管道企业和施工管理部门共同做好管道周边的安全施工。

2　挖掘前咨询实现方式

要实现油气管道周边挖掘前咨询功能，首先要全面准确掌握已建油气管道情况，只有信息准确、可靠，才能为油气管道周边挖掘施工提供指导依据，这便需要建立覆盖全部已建油气管道本体及附属设施信息和管道周边基础空间数据信息等信息的油气管道地图系统。系统建立后，需要为咨询方提供一种便捷的咨询方式，挖掘前咨询有较强的时效性，这便对信息查询和信息反馈方式提出了要求，对比分析当前社会人们获取信息的主要途径可以发现，互联网具有即时性、交互性等优点，电话(包括移动电话)具有普及性、便捷性等优点，综合利用互联网和电话的优势能够提高咨询工作的效率。另一方面，油气管道是我国的能源命脉，根据我国相关规定，特定范围内的油气管道信息不得公开，为有力保障油气管道周边挖掘施工作业，同时符合信息公开要求，挖掘前咨询反馈信息应是密切关系施工作业并符合信息公开范围内的信息。挖掘前咨询实现方式如图1所示。

2.1　建立油气管道地图系统

整合已建油气管道的本体及附属设施信息、基础空间数据信息等信息，建立油气管道地图系统，实现对油气管道名称、输送介质、设计压力、运行压力、管道外径、壁厚、地面高程、管道埋深、管材类型、管道企业名称、地址、负责人、联系方式等关键信息的查询，并实现管道本体及附属设施信息和基础空间数据信息在同一坐标系下的有效匹配，准确反映油气管道周边情况和信息，提高挖掘前咨询过程中对信息查询的反馈效果。

2.2　建立咨询平台

建立油气管道周边挖掘前咨询平台，平台能够利用

图1　挖掘前咨询实现方式Fig.1　Realization mode of consultation before digging

油气管道地图系统查询已建油气管道的本体及附属设施信息和基础空间数据信息，受理施工方挖掘施工前咨询，反馈挖掘施工作业周边油气管道埋设情况，并向管道企业和施工管理部门推送挖掘施工信息。咨询平台通过外网查询平台和电话呼叫系统2种方式受理挖掘前咨询申请和反馈查询信息。

2.3　咨询流程

挖掘施工前，施工方(包括施工企业、个人等)登陆油气管道地图系统外网查询平台在地图上标定具体挖掘施工位置，或拨打统一呼叫电话，通过挖掘施工点经纬度或周边显著地标确定具体挖掘施工位置，并提交挖掘施工作业计划和联系方式，申请查询挖掘作业位置周边管道信息。咨询平台根据挖掘作业位置自动标记并推送开挖点周边1 km范围内的油气管道信息，形成挖掘施工咨询报告，将咨询报告反馈施工方，并抄送管道企业和施工管理部门。咨询流程如图2所示。

图2　挖掘前咨询流程Fig.2　Consultation process before digging

2.4　咨询信息内容

为对挖掘施工提供技术支撑，咨询反馈信息内容应至少包含管段名称、管线单位、管段管理单位、输送介质、管道外径、管道埋深、距开挖点距离、联系电话等内容，同时为提高展示效果，在以列表形式提供上述信息的同时，还以二维平面图或三维立体图的形式显示周边已建油气管道信息，考虑到油气管道信息的特殊性，上述信息的提供范围为挖掘点周边1 km之内。

3　挖掘前咨询系统架构

基于上述挖掘前咨询功能需求分析和咨询功能实现方式探讨，在遵循业务与控制分离、承载与接入分离的设计思想的基础上，考虑挖掘前咨询系统数据保密、反馈信息仅可有限授权等特殊需求，依托油气管道地图系统[3]，建立包括终端设备层、边缘接入层、网络传输层、核心交换层、业务应用层等5个层次的油气管道周边挖掘前咨询系统(如图3所示)，每层的组成及功能如下：

1)终端设备层。组成：主要由多媒体调度台(调度软交换系统的呈现设备)、IP电话、视频电话、模拟电话、传真机、手机、移动终端、程控调度交换网等组成。功能：实现基本调度操作、网管、录音录像等功能。

2)边缘接入层。组成：主要由软交换内置接口、WIFI接入点、接入网关、3G/4G无线基站、中继网关等组成。功能：提供丰富的终端接入手段，实现和其他网络(如传统程控调度交换网)的互通。

3)网络传输层。组成：可以是综合数据网或调度数据网，也可以是独立建设的软交换调度专用IP数据承载网。功能：承载调度软交换系统，为整个调度软交换系统提供一个高可靠性的、具有QoS保证的综合业务传输平台。

4)核心交换层。组成：主要由软交换设备组成，软交换设备之间通过SIP/H.323等众多的协议连接互通。功能：实现对咨询的请求、交换和处理，与调度业务平台以及其他业务系统的控制、连接和交互，以及对网络资源的分配。

5)业务应用层。组成：主要包括调度业务平台、录音录像系统、统一网管系统、多媒体业务系统等，同时还可以通过标准协议与接口扩展各类应用，如监测监控系统、GIS/GPS系统等。功能：实现咨询以及运维管理等功能。

图3　挖掘前咨询系统架构Fig.3　Structure of consultation system before digging

4　系统应用

4.1　咨询提交内容

4.1.1外网查询平台

施工方(包括施工企业、个人等)登陆查询平台，进行注册(须同意咨询申请相关要求)后，便可进行挖掘前咨询申请。施工方可根据实际挖掘点，在外网查询平台所呈现的地图上直接定位挖掘点，查询平台会根据定位点，确定施工位置，同时，施工方需填写施工开始时间和结束时间，并对即将进行的施工进行简要描述。外网查询申请如图4所示。

图4　外网查询申请示例Fig.4　An example of extranet query application

4.1.2统一呼叫电话

施工方拨打统一呼叫电话，通过挖掘施工点经纬度或周边显著地标确定具体挖掘施工位置，进行挖掘前咨询申请，以便提高挖掘前咨询工作的准确性，在条件允许的情况下，建议通过外网查询平台进行咨询。

4.2　咨询反馈报告

接到咨询申请后，系统会对挖掘点周边地下油气管道情况进行查询，并生成油气管道周边挖掘前咨询报告，如图5所示。

图5　油气管道周边挖掘前咨询报告示例Fig.5　An example of consultation report before digging near oil and gas transmission pipeline

5　结论

1)针对当前油气管道周边挖掘施工过程中频繁发生的挖掘作业导致管道失效的问题，提出了油气管道周边挖掘前咨询系统，该系统基于油气管道地图系统，实现了施工方对挖掘施工作业点周边埋地油气管道信息的查询，并在施工方、管道企业和施工管理部门之间建立了一个有效的信息沟通渠道，有助于促进有关各方共同参与到油气管道周边挖掘施工安全管理工作之中。

2)提出的油气管道周边挖掘前咨询系统架构和技术解决方案，既可以应用于较小区域(如某一市、县、区)的挖掘前咨询工作，也可以应用于较大范围(全国、地区、省(区、市))，在准确获取该区域全部已建油气管道信息的基础上，便可根据本区域实际情况搭建适合于本区域的挖掘前咨询系统。

3)提出的油气管道周边挖掘前咨询系统对已建油气管道信息的时效性要求较高，建议管道企业每12个月对所提交的全部相关数据进行核查更新，对路由发生变化的管道以及新建管道，建议管道企业在5个工作日内完成对相关信息的报送，从而确保咨询反馈信息的准确性和时效性。

4)提出的挖掘前咨询系统同样适用于城镇燃气、电力、热力、通信、给排水等多类城市公用管线，可以通过在油气管道地图系统中增加图层的形式实现对上述各类管道的信息管理，并统一在油气管道周边挖掘前咨询系统中面向施工方开展咨询，从而建立起有效联系社会各方的地下管网咨询平台，实现对城镇各类地下管网的有效保护，对于保证地下管网的安全运行具有十分重要的作用。

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