基于智慧管道技术提升油气长输管道工程施工质量管理探讨

侯明

（中国石油管道局工程有限公司第四分公司，河北 廊坊 065000）

引言

管道信息化发展大体经历了从传统管道管理到数字管道概念的提出再到智慧管道。在油气管网规模建设过程中，管道业务的“标准化、模块化、信息化”水平不断提高，基本实现了设计数字化、施工机械化、管理信息化。近年来，随着智慧管道概念的提出，管道信息化发展突飞猛进。

一、智能管道的概念

随着中国油气管道建设步伐不断加快，基于互联网+、大数据、云计算等先进技术与油气管网创新融合的智慧管道建设，成为新形势下实现管道可视化、网络化、智能化管理的重要方法和途径。智慧管道建设首先要实现管道的智能感知，在感知层进行管道本体、关键设备、外界环境及维护资源等信息的全面感知，实现采集、处理及传输一体化，为管道运行决策提供可靠的数据基础。随着这些新型技术的发展，燃气管道传统管理模式逐渐发生转变，逐步向数字化、智能化发展，出现了基于大数据分析、数据挖掘、决策支持、预测分析等技术的新型管理方式。智能管道是管道信息技术领域的重要发展方向，它是综合应用现代通信、网络技术及行业相关先进技术而成的油气管道领域的智能化技术集合，未来将与大数据分析、人工智能等紧密结合，为油气管道安全可靠、优化高效、环境友好运营服务。

二、智慧管道技术提升油气长输管道工程施工质量管理的策略

（一）可视化管理功能

智慧管道的建设中需要设置可视化管理功能，其中包括三维设计的可视化和施工现场的可视化。三维模型的构建需要结合现场施工的实际情况构建模型，对工程建设中的未建设量和已建设量进行如实反映；做好现场施工的更新工作，通过照片、空间图像等对现实问题进行反映，还可以利用手持终端设备对现场情况进行记录，保证现场管理的全程参与性和精细化管理作用，提升现场管理效率。

（二）建立科学的管道信息共享数据库

由于历史原因，管道企业前期建设有管道、生产、安全、调度等相关的信息系统，随着管道需求的提高，这些信息系统之间当前主要存在共享性不够、数据不统一、全局性不足等缺点。特别是在智能管道建设的背景下，以这些系统为基础建立起来的管道完整性管理系统出现了后继乏力的状态。多数现役管道建设期的数据收集工作缺乏，逆向恢复工作量很大，难以满足管道信息化、智能化的建设和需求。前期管道规划阶段、建设阶段、运行阶段的数据标准尚未统一，造成后期管道相关数据在与管道完整性管理系统对接过程中，出现数据不匹配、数据缺失等问题，给全数字化移交和资产的全生命周期管理带来了困难。设计成果数字化阶段形成的三维成果无法递延至施工及运营阶段。管道施工建设阶段的数据资产管理部分依赖大量手工填报导致数据采集的准确性和及时性不足。技术研发、数据模型等方面能力的差异性导致数据分析挖掘能力受限。为了更好构建智能管道建设框架，急需构建企业数据共享体系。在实际的构建过程中，要重视对数据采集处理及入库等方面的工作，严格控制好数据质量，确保管道基础数据的准确性与完整性，充分结合实际数据建立多系统、共享化的数据信息体系，实现管道的智能化管理。

（三）地下管线三维自动建模技术

在地下管线数据采集中需要增加井盖、井脖、井底、小室、管块、管沟和管廊等的三维信息采集要求，为建立地下管线真三维建模提供数据基础。基于二维探测数据，研发自适应参数化建模方法，改进管线建模规则，实现对地下管线建构筑物、附属物的精准建模，对地下管线周边的地下空间，如地铁站、地铁轨道、土壤等进行了建模，基于Lodar 点云数据制作了高精度数字高程模型（DEM）数据，并在超大城市实现地上地下三维模型无缝集成，大幅提高地下管线三维建模效果和真实感；面向城市环境综合分析模拟的需求，设计了可支撑分析模拟的城市三维场景数据组织方法——统一数据表达与交换模型，可以对城市三维模型数据内容进行统一的表达和存储，实现从城市三维场景中抽取符合分析模型需要的数据内容，从而支撑不同管线分析。

（四）正确处理好数据、技术、生产与管理之间的关系

数据支撑技术，技术优化管理，管理促进生产，生产则产生数据；同时，生产创造了效益，效益支撑技术提升。在开展管道智能化管理之前，先要清楚认识数据、技术、生产与管理之间的承接、依托关系。数据、技术本质上是为生产服务，数据支撑技术，技术优化管理，管理保障安全生产。在油气管道行业，管道管理的第一要务是保证安全生产，其次才是创收创效。因此，要正确处理数据、技术、生产的关系，三者相辅相成，促进管理工作提升。对于数据的管理，贵在“精”，数据作为业务开展的基础，理论上多多益善，但数据采集需要投入成本，过多的数据采集会消耗大量的人力、物力、财力，导致在其他管理方面出现薄弱环节。因此，在数据管理方面，首先要梳理好数据与业务直接的逻辑管理关系，数据与技术之间的需求关系，以及各类数据之间的承接关系，根据管理目标，梳理出所需采集的关键数据，制定相应的数据标准。而对于技术的管理，贵在“新”。技术的“新”不是指“高、精、尖”，而是常用常新，其原因是技术是为生产服务的。技术的本质是理论而抽象的，经过与生产实践相结合，才能创造出效益。相应的，生产实践受到技术的影响，在创造效益的同时，也将产生更高层次的需求。可见，开展管道智能化管理工作时，应该梳理好生产实践的需求，促进技术更新、完善、升级。

（五）油气管道及其附属设施的检验检测

一方面，由于检验检测在业务操作上多是对数据的筛选和应用，而大数据分析是近年来管道智能化技术的热点；另一方面，由于检验检测对模型技术含量以及运算能力的要求较高，智能化技术的突破和发展更容易在检验检测方面找到应用前景。与其他业务不同，管道检验检测的专业性较强，使得其对于运算、分析、建模的要求更高。传统的检验检测分析模型，往往是基于经验的数学模型，数学模型的特质决定了其精度和效果受限于边界条件的准确度、变量的数量，这需要大量的样本去开展数据模拟。随着大数据分析技术的发展，使得检验检测在精准度上有了进一步的突破。相关研究人员开发了管道焊缝缺陷的智能识别技术，采用机器学习、人工智能及多种数学计算方法，通过分析、处理管道焊缝缺陷的图像，构建管道焊缝缺陷的图像特征数据库，建立了多分类器构造模型，实现了通过数字图像识别、分析、评价管道焊缝缺陷，识别准确率超过90%。中国石油研发了储罐底板在线检测机器人，通过浸入式超声技术检验储罐底板的缺陷。

（六）管道无接触智能调查和修复技术

随着中国城市化进程不断加快，排水管道作为市政管道的重要组成部分，负责雨水、污水的收集、输送和排放功能。近年来，海绵城市建设、城市内涝的消除以及市政道路的运行安全等亟待解决的问题都已上升到国家层面，如何知道排水管道的运行状况，检测和评估工作是解决这些问题跳不开的环节。某项目针对排水管道隐患排查需求，自主研发了旋推进两栖管道车和超长距离管道电视检测检测仪组成，可依据地下管线普查、探测数据，研究确定管道排查方案。现场排查时，螺旋推进两栖管道车主要用于对管道的封堵、降水、清淤等准备工作，超长距离管道电视检测检测仪主要实现对隐患点的，突破了传统电视检测仪检测距离短（一般200 m）、图像清晰图不高、线缆盘和爬行器分离等问题，采用光纤传输视频，高清无延迟，避免通过无线传输造成信号波动不稳，可实现对1000 m超长管道的隐患无接触智能排查和定位，可实现对管道内全方位的监控拍摄，同时配合红外传感器和单片机，管道智能排查装置改变了城市管道被动抢险局面，保障管线安全，提高管道实用寿命。自主研发了CIPP 管道智能修复机器人，具有自主定位功能的摄像头，可以将修复树脂准确的运送到破损管道附近，通过自主研发的排水管道修复装置实现对破损处的修复。与现有技术相比，该装置能够智能的利用摄像头准确定位破损处进行修复，解决当下排水管道局部渗漏及密封的修复解决问题。

（七）借助物联网实现智慧管道全方位智能感知

第一，感知层。从根本上来讲，感知层不仅是物联网核心，同时也是当前工业以及信息技术两大领域未来发展中的重点所在，感知层是由各种形式传感器及其网关构成的，主要用于对物体的识别，并根据实际需求进行信息采集。例如对管道线路状态进行监测，可通过管道监测系统完成相应的监测操作。第二，网络层。网络层是将各种私有形式的网络、互联网、有线通信网、无线通信网等组合起来，网络层的作用是对信息进行处理和传递，具体可运用无线通信技术和有线通信技术实现。其中无线通信技术是当前物联网运行中比较活跃的一部分，能够实现近距离传输，当前使用比较普遍的无线传输技术有蓝牙、WiFi 等；关于有线通信技术，其应用原理就是借助金属导线光线等一些有形媒质来进行数据信息传输。从智慧管道角度来讲，其使用的通信手段是光纤与卫星两种通信方式。例如无人机设备，通过在其中搭载高清摄像机、探测器等具有感知性的设备，来对管道中相关数据信息进行采集和拍照，之后借助互联网技术与地面相关设备进行连接，将数据、监控影像等信息传送回地面，通过以上程序来实现对管道的巡检工作。第三，应用层。应用层指的是物联网与用户之间进行连接的重要接口，关于这个接口可与行业自身实际需求两者结合起来，以此对企业中各项生产数据进行相关业务分析和应用，为企业管理层在决策时提供可参考依据。从功能角度来看，应用层主要包括应用功能和存储功能，充分利用云计算技术以及大数据技术来计算、分析、存储感知层管道信息，以此实时控制长输管道，并对此实施完善的管理，科学合理地进行决策。例如管道巡检系统，对巡检数据以及第三方施工提供的相关记录进行全面分析，以此为参考对管道第三方损坏风险规律进行探讨，并进行巡线规划制定，以风险为基础达成对管道有效巡护。

（八）人员管理方面

凡参与到项目中的全部人员需要进行在线人员资质申报，由建设单位或监理单位进行资质审核，审核通过后需参加相关不同工种的专业考试，考试合格后人员信息下发到人脸识别系统中才可进入工地，系统自动生成人员工牌，进出工地需要进行人脸识别考勤，结合智能AI 识别技术、人脸识别技术、平台自身能力，实现施工现场人员的培训、在线申报、人数统计，非法入侵、人员资质识别、徘徊、无资质作业等人的不安全行为的监测监控。

结语

综上所述，从整体上来看，智慧管道建设正处于初步发展时期，进行智慧管道建设应逐步渐进，切实做好相应的短板分析工作，逐步实现智慧化管道建设。