探索天然气长输管道高后果区数字孪生技术应用与展望

＊敬红波 马赛 余海坤 毛建

（国家管网西气东输分公司银川输气分公司 宁夏 750001）

1.孪生管道可视化管控平台登录及操作

（1）平台登录。首先，打开浏览器，输入实际部署地址，将进入孪生管道可视化管控平台登录页面。其次，在输入正确的用户名和密码后，点击“登录”按钮即可进入项目展示页面。然后，密码输入框下方有显存设置条，可根据自身需求和电脑配置进行设置：第一种，默认显存设置为2G，表示最高使用2G显存；第二种，最高显存设置为20G，表示使用20G显存。最后，可选择自动登录。当勾选“自动登录”选项后，平台会存储账号密码，当刷新页面或退出浏览器后再次进入平台的网址时会记住登录状态，不需要再次输入账号密码即可进入平台。

（2）功能操作。单击右上角“设置”按钮，展开设置功能详情（再次点击可收回）。

①自动加载模型功能：在页面中点击“模型设置—自动加载模型”旁的控制开关，开启状态下即进入项目后自动勾选所有模型节点加载三维模型至主视图页面。

②三维标记功能：开启“可被模型遮挡”选项后，用户所设定的三维标记图标则会被模型遮挡，如所设三维标记位置处于厂房内，当视角移动到厂房外后，该标记则不会漂浮在三维场景中。

③模型选中功能：开启“自动聚焦模型”选项后，选中树节点时对应的三维模型会自动缩放并居中显示。

④项目首页功能：选择不同的视图作为首页，进入项目后默认页面则为选择的视图，默认为“三维视图”，即可查看三维模型的视图。不同的工作角色关注的项目信息不同，因此可将项目首页设置为“驾驶舱视图”“三维视图”和“工作台视图”[1-3]。

⑤三维效果功能：一是，高光：勾选“高光”选项后会在三维场景中增加照射光源，使设备设施等模型具有金属光泽，并使三维更贴近于真实场景；二是，阴影：勾选“阴影”选项后，模型的阴影会互相投射，使得厂区更加趋近于现实场景；三是，线框：勾选“线框”选项后会将三维视图中的三维模型使用线条描绘出来，“线框”模式开启时默认取消“高光”和“阴影”选项的勾选；四是，光影效果：勾选“光影效果”选项即开启屏幕环境光遮罩效果，开启写实效果后，模型的角落处会渲染出阴影效果，使厂区更接近于现实场景。

⑥模型选中效果功能：可对选中模型的填充颜色和轮廓线颜色进行设置；操作中可点击颜色块后弹出颜色配置控件，可通过在调色盘中点选颜色选择需要的颜色，也可通过设置RGB值获取相应的颜色。颜色条下方为透明度设置条，通过拖动透明度条设置颜色的透明度，也可输入数字调节，透明度数值越高则越不透明，最大值为1，最小值为0。

⑦填充功能：设置填充颜色即选中模型时的颜色。

⑧轮廓线功能：设置轮廓线颜色即选中模型时模型边框的颜色，轮廓线的线宽数值为1，为保证最好的显示效果，线宽数值为平台默认宽度不允许调节。线条类型为实体直线，如需关闭轮廓线效果，线条类型选择“无”即可。颜色设置时，下方的“logo模型”会实时更换颜色，以便预览设置的颜色效果。之后要点击“确定”按钮，保存设置并关闭颜色控件，点击“取消”按钮，取消设置并关闭颜色控件，从而完成操作。

（3）平台操作。①模块切换。点击功能模块菜单栏中的“孪生高后果区”可切换至孪生高后果区模块，该模块又分为三个小模块，分别为基本信息、应急管控以及孪生高后果区台账。

平台切换至孪生高后果区模块时自动加载GIS模型与杨滩高后果区建筑的倾斜摄影模型。

②应急管控。首先，用户在菜单栏点击“应急管控”切换至应急管控界面。然后，切换至应急管控界面后，点击杨滩高后果区面板，应急管控标签在三维界面显示，用户点击该标签可在右侧面板查看应急管控的操作界面，点击播放后，操作步骤全部显示在右侧面板，同时在三维模型中进行警戒点、着火点、紧急集合点、紧急疏散路线、救援路线的展示。用户可选择语音播放或屏蔽语音播放，也可以选择停止当前播放。在实践中，第一步要展示演练脚本流程；第二步要展示着火点、警戒点、紧急集合点、紧急疏散路线、救援路线等[1]。

2.识别天然气长输管道高后果区的方法

（1）以卫星地图定位为依据进行划分。实践操作中，需要在卫星地图中将管道所在的位置标记出来；同时，利用地图软件，将管道视作中心，并在管道两旁依照高后果区识别要求对带状图实施规划，然后采用对带状图里面的建构筑物识别的方式对高后果区进行划分。

另外，管道数据资料应满足以下要求：①管道地图影响时限要在一年之内，方可为管道沿线信息精确性提供保障；②可选择航拍图、遥感图亦或通过公开地图选定地图影像；③具备的管道中心线数据信息必须精准、无误，应严格审查、校验管道中心线，保证其标准符合现场需求；④具备的管道三桩数据需精准无误，同时和地图中重叠的三桩位置及实际位置相同。

（2）天然气长输管道管高后果区现场识别划分。负责管道巡逻、维护的人员利用激光测距仪对建构筑物及管道距离进行检测，根据要求对高后果区进行识别、划分的行为被称为现场识别划分。

工作人员经过检测得到高后果区识别结果，必须经现场审查、确认后，才可收录台账、实施上报；通常现场内容的确认包含（但不仅限于）如下内容：①输气管道高后果区识别示意图；②高后果区识别汇总表；③高后果区识别结果分类统计表。

（3）高后果区识别数据填写要求。①高后果区编号：根据独立管道沿着气流走向实施编号；②时间的更新及识别：根据“XXXX/XX/XX”填报格式填写，审查日期为确定时间，且每年应进行1次以上更新；③识别依据：以“GB 32167-2015”为统一依据；④高后果区的起点、终点、长度：填报形式为“数字/桩+偏移量”，根据独立管道沿着气流走向确定绝对里程；⑤地名：完成精准地名填写，最低要填写到村、社单位。

（4）识别高后果区后产生的报告。高后果区识别报告包括概述与识别结果两部分。首先，概述涉及的要素如下：①识别高后果区工作状况简介，涵盖识别单位、时间等；②获取管道参数与信息的方法；③管道附近范围的人口、自然环境状况；其次，识别结果应涉及如下要素：①识别高后果区管段的统计表；②高后果区管段长度比例图；③再识别的日期；④减缓举措。

（5）高后果区识别注意事项。①通过三、四级地区对高后果区识别期间，判定时要依据管道两侧各200m范围，绝非影响半径；②一些和“管径＞672mm，且压力＜6.9MPa”的管道四周的特定场所标准不相符的，在识别时会选择潜在影响半径，此时，要根据“其它管道两侧各200m以内由特定场所的区域”标准进行识别；③准确填写高后果区长度、做好分级等；④对高后果区实施拆分、合并期间，若区段的重叠或之间的距离小于50m，则应划归成统一的高后果区段并实施管理，要防止高后果区十分零碎的现象；⑤若有连片区域，应根据道路及里程桩界限分隔，方使管理更加便捷；⑥凡是人群高密集场所，如工厂、学校等，均视作固定场所，判定标准以建筑层数、人员聚集数量为主；⑦辨别是不是高后果区时，需将厂内人数转换为户数，转换时根据“GB50028-2006中条文解释的定义”，将3人转换为1户；⑧若管道周边存在临时搭建的建构物，且存在短期可以聚集人员的场所，同时这些短期聚集人群可能受到管道泄露影响时，若比150人多，应将其划定为高后果区，并基于分户标准（超过50户的区域则应识别为高后果区），若没有人在建构筑里居住，则不计算在列；⑨若产房建设的十分密集，应直接根据地区等级划分标准确定成4级地区。

3.西气东输孪生管道高后果区HCA识别方法

（1）识别与分级标准。Ⅰ～Ⅲ级的最小及最大严重程度，构成了高后果区HAC。

这里的特定场所Ⅰ包括医院、商场、学校等难以进行人员疏散的区域。

所谓特定场所Ⅱ，即每年存在50天以上（无需连贯）聚集超过30人以上的市场、广场、剧院等场地[2]。

表1 天然气管道HCA识别分级表

同时，应以潜在影响半径为依据对影响区域实施计算，从而将输气管道潜在影响区域精准划分而出。输气管道的潜在影响半径计算公式：

式中：d—管道外径，mm；

P—管段最大准入操作压力，MPa；

r—受影响区域半径，m。

系数0.099仅在天然气孪生管道适用。

（2）识别流程与管理方法。基于孪生管道高后果区识别标准及现场状况，制备高后果区识别流程图，如图1所示。

图1 高后果区识别流程图

①调研管道基础资料。收集、整理西气东输银川杨滩天然气管道高后果区资料，如高后果区第三方破坏、地质灾害、管道本体缺陷台账等信息。在提高现场识别操作效果、改善高后果区信息搜集规范性方面，要制作、编写高后果区调查表，管道巡检工作者要结合现场现状客观填写，确保“一区一表”，并通过奥维地图在现存管道路由中标识原有高后果区段并初步调查管道四周状况。

②现场调查与高后果区再识别。在高后果区现场展开调查，通过拍照等方式将高后果区里面的管道四周自然环境与敷设状况记录在案。同时，结合现场调查结果与专家建议，适当增减原有高后果区、修改特定场所识别及起终点[3]。

③制备高后果区分析报告。利用西气东输风险评估软件对高后果区基线、环境、第三方破坏、地质灾害等风险等级进行评估。高后果区分析报告由一区一案、风险评价过程及风险评价报告组成，报告内容包含更新后的高后果区概述、风险等级、应急处置方案、现场等。

4.结束语

综上所述，依托天然气长输管道高后果区数字孪生技术，以卫星地图定位为依据、采用现场识别等高后果区识别方法，提高了天燃气长输管道高后果区识别效果。同时，详细阐述了孪生管道可视化管控平台的登录及操作方法，为高后果区识别工作的开展提供了平台支撑。另外，又对高后果区HCA识别方法进行了详细阐述，充分解决了西气东输阶段孪生管道高后果区识别难的问题，为识别高后果区工作的开展提供了方法保障。放眼未来，西气东输项目必然成为国家解决能源问题的重点，而数字孪生技术的出现，有效解决了天然气长输管道高后果区的识别问题，为高后果区识别工作的开展及天然气长输管道的稳定运行提供了有益探索及技术保障，未来势必会成为重点发展、创新的技术之一。