信息化管理在石油化工项目管道预制中的应用及未来发展

李 悦 陈 超

中国石油天然气第七建设有限公司 山东青岛 266100

管道工厂化预制既能将部分管道施工作业内容前置从而缩短施工工期，又能消除现场环境对施工进度和质量的不利影响，在石油化工EPC 项目组织设计中已被普遍采用。在管道工厂化预制过程中应用好信息化管理手段，可以实现上下游、各工序、多部门之间的高效协同，从而加大预制深度、加快预制进度，为项目增值。阿布扎比BAB 油田综合设施项目（以下称BIFP项目）采用Amogh 系统作为管道预制的信息管理平台，实现材料到货验收与发放、管道预制及与安装、管道现场试压、法兰管理等管道施工全过程管理。

1 信息采集

信息采集是信息化管理的基础，管道预制信息主要包括目标管段信息、物料信息和过程信息。其中目标管段信息和物料信息的采集方法一般包括上游数据直接导入，过程信息手工录入。BIFP 项目使用的Amogh平台是一套完整的工业工程项目管理系统，文件导入和手工录入均能便捷操作，已在中东地区的多个项目得到应用。

1.1 目标管段信息导入

目标管段信息主要包括管道拆分信息、管段信息和优先级信息，这些信息主要来源于工厂预制管段图和预制进度计划。工厂预制管段图是对设计单线图深化设计的结果，其体现的是各管段的加工目标。在系统中录入管段信息和优先级，相当于在系统中明确了各管段预制的材料需求和目标计划。在BIFP 项目中，管道单线图的深化设计采用的是Spoolgen 软件，这是美国鹰图公司基于Isogen 引擎的一款管道加工设计软件，它能直接利用PDS、PDMS、AutoPlant 等三维建模成果，拆分出预制管段图、标注焊道并形成信息数据包。将数据包和各管道的预制优先级直接导入Amough 系统，可快速完成目标管段信息的导入工作。

1.2 物料信息导入

物料信息反应的是管道主材在施工全过程中的状态。其中采购和物管信息，如物料订单状态、到货状态、验收状态、存放位置、领用状态、缺陷物料处置状态等，主要来自相关主管部门报表。BIFP 项目的物料采购和到货验收信息是由平台管理人员收集汇总后以Excel格式直接导入平台的，收录后的物料均通过信息管理平台进行调拨，材料状态可以通过平台快速查找。

1.3 预制过程信息录入

预制过程信息主要包括管道预制进度、焊口信息、现场见证资料、释放许可等，这部分信息来自管段预制加工的各个工序，由专人收集整理。BIFP 项目在管道预制中还应用了条形码技术。各管段的条形码在拆图阶段使用Spoolgen 软件嵌入工厂预制图纸，在预制过程中打印并粘贴在管段上。目前在预制车间的信息收集过程中，操作人员通过移动终端扫码识别管段身份，大大提高了现场管道辨认和数据录入效率和准确性。预制过程信息一般由专人采集整理后上传Amogh 系统，通过提前导入的资料模板，报验人员可通过系统直接导出并打印过程资料，用于现场报验和资料交工。Amogh 系统信息采集流程示意图见图1。

图1 Amogh 系统信息采集流程

2 信息分析

基于信息管理平台和互联网，所有录入数据均在第一时间储存并共享，各客户端可以通过信息管理平台对管道预制信息进行模拟和分析，完成项目决策。

在过去，管道预制的很多工作是无法做到精细化的。比如在成品管道释放过程中，由于无法快速知道每一个预制管段在现场是否具备安装条件，通常是将所有预制完的管段分区域打包运输至现场后，由人工核对图纸逐一挑选进行安装，这样不仅耗费大量人力，而且长时间占用现场场地，对施工组织造成不利影响。还有一种方案是相同线号管段同时排产、同时预制、同时进入现场，此方案的缺点是经常出现缺少单个管件而导致整个管线无法排产的情况。而应用信息化管理平台，决策者可以通过对已预制完成管段的模拟分析，结合现场信息得出具备安装条件的管段清单和相应的工程量，从而按需向现场释放管段，这样可以减少现场管段的积压，减少人力和堆场方面的投入。在这一过程中，信息化管理平台还可以根据现场安装情况，对关键管道进行分析，呈现关键管段，方便决策者调整预制优先级。

在BIFP 项目管道预制过程中，管理者可以利用Amogh 系统对库存材料和预制图纸进行匹配分析，快速得到具备预制条件的管段清单和焊接工程量；在预制过程中，Amogh 系统可以计算各区域、类型管道的预制进度，并显示每个管段的预制状态；完成预制的管段通过Amogh 软件向现场释放，可以帮助实现分区分批，防止出现不具备安装条件的管道进入施工现场的情况。

此外，信息管理平台也简化了管道预制过程质量管理的工作。传统的焊接追溯性管理经常出现录入形式不统一、错误较难发现、数据质量依赖录入人员工作态度和水平、数据不能即时共享等问题。而Amogh 软件的焊口追踪功能和无损检测分析功能大大方便了管道预制的质量管理，一方面大部分错误数据在录入时可以被系统甄别，另一方面质量管理人员通过系统可以快速地调取或追踪焊口信息、焊工合格率、现场焊接报告、质量趋势分析等，实现对管道预制质量的总体把控。

3 信息交互

管道预制管理是一个动态管理的过程，不但图纸和材料状态会随项目推进不断变化，而且预制各环节也相互影响和制约。利用好信息管理平台能在对决策目标进行快速分解的同时，使参与各方高效完成信息交换，从而在在各工序之间、各决策方和执行方之间、各管理主体之间形成良好的信息交互，避免多命令源相互干扰，有效降低信息流通的时间成本。

仍然以BIFP 项目为例，管道预制的信息管理流程涉及决策者、设计部门、采购部门、仓储部门、预制工厂、运输队和现场安装队等，各单位、部门在Amogh 系统设定的流程内完成信息的输出和输入，完成整个预制的动态管理过程。

在各批管道的预制准备阶段，设计部门、采购部门和仓储部门通过Amogh 平台共享图纸和材料信息，决策者根据图纸和材料的匹配结果调整管道预制计划，并下发“预制任务单”和“材料领用单”。“材料领用单”的信息反馈到仓储部门完成材料锁定，“预制任务单”的信息进入到预制系统进行排产。对于现场反馈的高施工优先级管道，应用Amogh 可以快速定位所缺的图纸或材料，然后通知采办部门或设计部门催交。在管道预制过程中，管道下料、组对焊接、热处理、无损检测、除锈、防腐等各环节信息均上传Amogh 平台，预制车间能迅速定位管道位置，作业人员能方便查询管道信息，使得预制环节高效协调统一，防止不必要的窝工和资源浪费。预制过程的主要信息流程见图2。

图2 预制过程主要信息流程

4 未来发展方向

工业管道工厂化预制带来了预制深度和精度的提高，从而提升了整体施工效率和工程质量。在未来，随着预制厂异地化、自动化的发展，势必会对工厂信息化管理提出新的要求。5G 通信技术，正切合了工业设备互联和远程交互应用需求。未来，基于企业自建专网和运行商公网，通过5G 技术的超低延迟和超大带宽，使高清晰工业摄像头和大规模传感器组群充分得到利用，从而实现管道预制过程中的信息自动采集、线上深度协同、移动终端有效应用。此外，5G 通讯与智能AI的结合必然带来自动化升级和信息技术的融合提升，使得数字孪生和信息一体化管理成为可能。图3 为预制工厂5G 专网示意图。

图3 预制工厂5G专网示意图

4.1 信息采集

受人工参与程度、设备接口差异、数据量巨大等特点的影响，目前管道预制过程中的大部分初始信息通过人工手动录入。未来随着5G 网络的发展，包括光电、热敏、气敏、力敏、磁敏、声敏和湿敏等不同类别的工业传感器组群将得到充分应用，工厂设备、工器具、流水线运输系统、预制管道本身均接入工业物联网网关，各种自动化设备参数、运输信息、物料状态、环境监测数据将在管道预制过程中自动被采集传输到云端或者服务器进行存储分析，从而实现信息采集自动化。

管道预制过程信息自动采集的实现不仅能节省信息录入的资源投入，还能实时获取信息，消除自动化孤岛现象，充分发挥工厂化预制的最大作用。

4.2 线上协作式管道交付

如今利用信息管理平台可以完成指令传达、文件审批和信息共享等工作，但要实现线上协作式产品交付仍有较大难度，其中最大阻碍就是线上质量监督验收难以实现。因为线上监视和测量需要实时调用超高清工业摄像头和大规模传感器组群信息，这对数据传输能力的要求非常高。

5G 通讯技术的发展使质量检验由线下转入线上成为可能。依托极低延时、超大带宽、高可靠性的数据传输，质检人员在线上可以通过调用摄像头实现对工件外观的全面检查，得到清晰可靠的产品影像和过程视频；大规模传感器组群的运用，使各工序工件得到多维度识别，通过信息管理系统对识别数据与目标模型对比，辅助完成质检工作。管道预制各参与方运用线上信息管理平台进行交互协作，完成各环节的管道验收与释放，最终实现线上协作式管道交付。

4.3 移动终端的丰富使用场景

手机作为常见的移动终端设备，已经在管道预制信息管理中得到应用，比如在BIFP 项目可以通过手机APP 调取或录入部分Amogh 平台数据。但受限于手机运算能力和网络带宽的限制，较大的数据模拟运算或3D 图形调取仍是在移动终端无法实现的。

随着未来5G 网络的普及和云计算的发展，信息化管理的移动终端设备将在更广的场景里得到应用。首先基于5G 核心网络，云计算的设备接入规模大大增加，云计算的算力得到指数级提升；再者，通过5G 网络大量数据也能实现低延时调取，云端计算结果可以快速传输到终端设备；最后，5G 网络还具备多个移动终端设备长时间稳定在线的特点。所有移动终端实时在线，通过向云端发送请求后调取云端反馈数据，最终实现三维图像可视、即时指令、信息数据模拟等，极大地丰富了移动终端设备在管道预制过程中的使用场景。

4.4 数字孪生和信息一体化

数字孪生（Digital Twin）也被称为数字映射、数字镜像，简单的说就是真实系统的虚拟化展现。通过数字孪生，可以在信息化平台上直观了解实体的真实状态。管道预制过程中的“数字孪生”不同于一般的3D 建模图纸，它是对实体对象的动态仿真，即能根据传感器反馈的数据实现数据模型的动态变化。

在未来管道工厂化预制中，随着5G 通讯技术和智能AI 的应用和发展，数据能够可靠采集和传输，管道建模的兼容性增强，数据和模型能够高精度融合，影响数字孪生的技术瓶颈必然能被突破，从而使管道预制实现超精细化管理，虚拟环境下的过程检测必将代替物理环境。与此同时，项目全寿命周期的信息化管理成为趋势，管道工厂化预制必然与项目信息管理平台高度兼容，真正实现全过程、一体化信息管理。项目决策者对管道预制评估的信息基础也不限于预制环节本身，而是着眼于整个项目管理资源。管道预制过程中收集到的信息也不单在预制阶段形成交互，而是可以参与到整个项目模拟和评估中，促进项目施工、采购，以及施工的进度、成本、质量、合同的整体管控。

5 结束语

石油化工项目管道预制的信息化管理极大地拓展了管道预制管理的深度和广度，使预制工作在充分考虑项目整体资源调配的同时，与其上下游紧密联系。在BIFP 项目，得益于Amogh 信息管理平台的使用，项目总体管道预制深度超过71%，极大降低了现场施工效率低下给项目带来的影响。利用Amogh 系统，各相关部门高效配合、各预制环节紧密协调，使项目资源得到有效利用，充分发挥了管道工厂化预制应有的作用。

展望未来，管道工厂化预制仍有很大潜力可挖。随着5G 移动互联网、云计算、人工智能等领域取得新突破，基于信息物理系统的智能工厂、智能制造已经开始引领变革。管道工厂化预制过程中的信息自动采集、线上深度协同、移动终端办公等场景也将得以实现，预制质量、进度、成本控制水平将上升到新的高度。