管道线路工程“数字化移交”技术在哈沈线中的应用

田姗姗 马金凤 倪斌

（中国石油管道局工程有限公司设计分公司）

0 引言

随着油气储运行业的不断发展，管道建设中传统的资料移交方式逐渐显露出一些弊端：一是，应急抢修时，翻阅查询图纸的效率低。二是，各类资料之间是孤立的，不能在图纸与现场之间建立起有效融合。三是，展示手段不够直观，无法快速简洁地提炼出主要信息。四是，数据复用率低，无法为管道运营、维护提供有效的数据支撑［1-5］。

为了全面实现管道的全生命周期建设，加快建设智慧管网，创新管道建设移交模式，在“哈尔滨—沈阳输气管道线路工程（长春—沈阳段）”（以下简称哈沈线）建设中，中国石油管道局工程有限公司设计分公司对“数字化移交”技术进行了研究试点，首次采用数字化方式贯穿设计、施工和运行过程，以信息化手段辅助工程本体移交管理，实现从纸质版到电子版、从传统手段到数字化手段的转变。

“数字化移交”是结合地理信息数据库和工程信息数据库，以数字化的形式，整合管道线路设计数据，实现对管道线路工程的直观展示及资料的管理和分析。在项目设计、施工阶段，收集整理设计成果，实现设计成果的可视化，提高管理效率；在管道运行、维护阶段，“数字化移交”的各类成果是运行、维护的数据基础，同时也为管道的全生命周期管理提供了重要的数据保障。

1 研究目的

哈沈线包括站场和线路工程两部分，此次应用“数字化移交”的范围为哈沈线的线路工程部分：从空间角度，包括线路部分、水工保护部分、穿跨越部分和沿线的地形地貌等；从时间维度，包括线路工程的设计、采办、施工、运行、维护和验收等阶段。

“数字化移交”利用网络通信、数据库、3S（遥感技术、地理信息系统和全球定位系统）等技术，开发一个开放的、以管道全生命周期管理为中心的Web GIS系统——“数字化移交”平台，随时获取管道相关空间和属性的信息，为管道设计、施工和运行、维护提供及时的信息支持，系统管理管道相关的基础地理数据、设计数据、施工数据和相关文档，且方便查阅［6-7］。

“数字化移交”在哈沈线中的应用目标：一是，通过搭建数字化移交平台，实现设计数据和地理信息数据的 GIS（地理信息系统）展示，对哈沈线建设期各阶段信息成果进行统一、科学的管理。二是，为哈沈线的运营管理提供科学、全面的数据积累和信息化服务。三是，为智慧管网的建设提供强有力的信息化支撑和数据基础。

2 “数字化移交”整体框架

以数字化设计为源头，以全生命周期数据库建设为纽带，向采办、施工、验收、运行、维护等环节延伸，实现管道全生命周期的“数字化移交”。借助智能移动终端、智能感知设备和电子标签等工具，强化管道全生命周期的数据采集、存储、移交和利用。“数字化移交”的整体框架见图1。

图1 “数字化移交”整体框架

3 数据库设计

数据库是“数字化移交”的基础。根据 Q/SY 1180.6—2014《管道完整性管理规范 第6部分：数据采集》的规定，“数字化移交”应当准确移交包括管道本体数据在内的56个数据项。

根据各类数据的来源和结构特点，结合GIS技术，将“数字化移交”数据库划分为基础地理数据库和工程数据库。

3.1 基础地理数据库设计

3.1.1 数据分类

基础地理数据库主要包括管道沿线各种比例尺的数字线划图、遥感影像、数字高程模型、数字正射影像，以及水文、地震带和道路等专题数据［8-9］。按照数据类型，基础地理数据大致分为三类：空间数据、属性数据和关系类数据［10-11］。空间数据主要包括矢量数据和栅格数据；属性数据包括数据本身的元数据；关系类数据主要是指对地理数据的定义和一些完整性的规则和行为，比如地理要素的坐标系统、拓扑规则、相互关系和域值定义等。

3.1.2 数据存储机制

基础地理数据库采用广泛使用的 ArcGIS管道数据模型（APDM）。该模型融合了地理数据和线性管道专业数据，通过在空间数据库中嵌入线性参考系，使地理要素能在关系数据库中存储、管理［12-14］。

基础地理数据库中的属性数据只要利用单一的数据管理系统（DBMS）表即可存储。

关系类数据根据地理要素的存放组织进行确定。如果反映的是同一个数据集（DataSet）内的要素间的关系，那么存储在该数据集中；如果反映的是不同数据集要素间的关系或要素类和属性间的关系，则直接存储在地理数据库（Geodatabase）下。关系类数据主要是利用空间数据库引擎（ArcSDE）用户下的系统表进行存储，系统表是不直接面向用户的，由ArcSDE本身进行维护和管理，但ArcSDE会通过程序界面给用户提供建立和修改这些模式的接口。

空间数据通过各自的多个关联表进行存储。创建关联表的过程就是把普通数据库表的字段赋予空间属性，使其成为空间可用，存储空间实体数据。

3.2 工程数据库设计

3.2.1 数据来源分析

以线路设计数据为例，在工程的不同阶段，数据描述方式不同、来源不同，具体详情见表1。

表1 设计数据来源分析*

3.2.2 数据存储机制

工程数据库采用SQL Server2012进行搭建、管理和维护，按照数据产生的不同时期，分阶段保存。在关系数据库中，数据结构用单一的二维表结构表示实体和实体间的关系，表中的“列”表示属性、“行”表示记录。通过规定每类数据的属性个数、属性值和值域，实现数据的唯一存储［15］。以弯管信息为例，其在数据库中存储的数据结构如表2所示。

表2 弯管信息数据结构*

4 数据结构设计

4.1 结构层次

数据结构层次主要分为四层：工程、阶段、管线和管段，各自均有唯一的编码进行标识，具体情况见图 2。项目文档以阶段为管理单元，包括设计技术文件、专篇文件、技术规格书、专题报告和支持性文件等文件类型。

图2 数据结构层次示意

4.2 编码规则

根据CDP-G-OGP-OP-019-2014-1《油气管道工程项目工作分解结构编码规则》，按照 WBS（工作分解结构）的方法对某一具体工程进行分解编码。将工程设计阶段分为可研阶段、初步设计阶段和施工图阶段，在每一阶段将线路工程分为干线、支干线和支线等，并以唯一的编码与其相对应（见表3）。为便于全线资料统一管理、项目交竣工验收和工程决算，要求设计、施工和监理单位填报的所有资料均采用相应编码，形成一一对应，方便归档和查询。

表3 工程编码规则

5 功能设计

根据管道线路工程全生命周期管理的需求和“数字化移交”及其平台结构化的功能设计方法，遵循每个功能之间逻辑清晰独立、通过接口相联的原则，数字化移交平台的业务功能可以划分为工程移交、工程展示以及数据分析3个模块（见图3）。

图3 “数字化移交”平台功能划分

5.1 工程移交模块

工程移交模块可以移交非结构化数据（图纸、技术规格书和设备材料表等）、结构化数据（基础数据、敏感点数据和技术参数等）和三维模型（环境地理信息、线路三维模型等）等，提供数据表移交和数据库移交两种方式。同时，为了满足全生命周期数据管理的需求，提供Oracle、SQL Server、SDE（空间数据库引擎）等主流数据库格式的定制和移交。

5.2 工程展示模块

工程展示是在地图上，将包括线划图、扫描地形图、数字高程模型、遥感影像、环境专题数据、管道专业数据在内的信息进行展示、浏览的一个功能模块。可研、初设和施工图三个阶段的线路走向、线路周边的基础信息可以按阶段分别展现，也可以同时展现，方便对比分析管线设计。

5.3 数据分析模块

数据分析模块是整个平台的支撑模块，通过基于Web GIS技术的网页地理信息界面，实现所有设计模型的信息查询、设计各阶段的数据汇总和数据分项统计分析。通过对不同阶段、不同工程、不同地形地貌等的数据进行多维度、多角度的对比分析，为后续工程设计提供丰富的信息化支撑和数据基础。

6 工程应用

哈沈线“数字化移交”技术试点历时5个月，完成全线364.2 km的10个标段的线路、通信、防腐施工图的数字化设计。除了提交传统设计成果（图纸、文档）外，还向业主提供了满足全生命周期数据库要求的37个管道实体数据表格（包括中线桩、管材、水工保护信息、光缆穿跨越附属装置等），共18 000条记录，均录入全生命周期数据库中。同时，经过测算，应用平台对全线土石方量、热煨弯管和冷弯管进行自动统计分析，相较于传统手动统计分析，显著提高了设计效率。工程应用实践表明，“数字化移交”技术对管道建设具有重要意义。

1）创新移交新模式，提升管道设计的标准化和信息化水平。通过研究“数字化移交”技术，实现线路设计成果的GIS展现，使设计成果有效地向下游传递，建立起直观的数字化检索，使业主在竣工验收阶段，不但能接收1个完整的实体工程，而且能接收1个数字化工程，实现移交手段的创新与突破。“数字化移交”在提升工程信息化水平的同时，通过相应标准、规范的制定与执行，提高了管道设计的标准化水平。

2）利用移交平台为载体，服务业主。以数字化形式呈现的地理信息数据、管道实体数据和设计资料成果以平台为载体实现移交，确保设计成果向下游无缝传递，同时，预留了数据库接口，可以实现数据向下游的整体持续移植。

3）打造完备的数据库，为管道全生命周期管理提供数据支撑。“数字化移交”后，大量的基础地理信息数据、管道实体数据、原始的设计图纸和各种专题报告等能够为智慧管道建设提供强大的数据支撑，提高数据的可利用率，实现管道相关数据在整个工程阶段间的传递。“数字化移交”平台不但为设计及管理人员提供了可以检索的资源库，而且为后续管道工程项目的开展提供了宝贵经验，为更好地开展管道全生命周期业务奠定了基础。

7 结束语

采用“数字化移交”方式，在工程设计、施工、运行和维护中发挥积极作用，是管理方式和设计方式的创新体现。同时，通过制定标准的数据结构，提高设计的标准化程度，是智慧管网统一规划、统一标准、统一建设的具体应用。随着管道全生命周期管理业务的深入，进一步总结、完善和推广“数字化移交”，有利于更好地服务于长输油气管道的建设与运行。