油气管网领域机器可读标准研究与实践

刘冰 惠泉 谭笑 曹燕 张栩赫 孙大微 樊建春

摘 要：阐述了油气管道标准数字化应用研究工作以及机器可读标准研究的重要意义，提出了制程一体的油气管网标准机器可读标准实现的总体思路和实施路径，建立了油气管道机器可读标准标签集，开展了机器可读标准辅助工具设计与开发，研制了标准智能编写与分析工具并进行了验证与应用，同时结合国际和国内标准数字化技术发展趋势对油气管道机器标准的未来研究方向进行了展望。

关键词：标准，数字化，油气管道，机器可读标准，人工智能

0 引 言

数字经济已经成为全球经济发展的主线，在推动数字经济发展过程中，数字化转型强力推进了各大行业实现颠覆性创新，需充分利用数字化技术，利用新流程和架构，研究以数据、模型、程序、软件工具等为重点的新标准形态，从而促进数字经济和传统经济深度融合。标准数字化不仅关乎各行业数字化转型能力和效力，也决定数字经济发展动力和潜力，更决定未来参与国际合作的实力、融入国际贸易体系的竞争力、引领国际发展的领导力。党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视数字化发展，明确提出“十四五”时期要加快数字经济发展，以数字化转型整体驱动生产方式、生活方式和治理方式变革。2018年，习近平总书记在中国科学院第十九次院士大会等会上的讲话中提出，要把握数字化、网络化、智能化融合发展的契机，推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合[1]。

2021年3月，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中将加快数字化发展建设数字中国作为独立篇章提出，其中标准数字化是数字经济、数字社会、数字政府建设的标准化基础。2021年10月发布的《国家标准化发展纲要》中明确要求，发展机器可读标准、开源标准，推动标准化工作向数字化、网络化、智能化转型[2]。为落实国家战略和党中央数字化战略决策部署，满足国家管网集团公司标准化管理和研究的迫切需要，有必要整合和升级原有标准信息化技术，并应用先进的数字化技术与智能化技术，逐渐形成油气管网领域特色的标准数字化系列技术，为集团公司标准化业务高质量发展提供支撑。

1 研究意义

1.1 开展油气管道标准数字化研究工作的意义

（1）落实国家战略和党中央数字化战略决策部署的最重要举措

国家管网集团坚决贯彻党中央决策部署，把数字化战略作为公司发展的“四大战略”之一，把数字化转型作为事关全局的系统性变革、事关长远发展的关键举措、事关员工福祉的重点任务来谋划和推动，以数字化转型，也包括充分发挥标准数字化基础支撑作用，支撑国家管网集团建设中国特色世界一流能源基础设施运营商。

（2） 集团公司标准化管理和研究的迫切需要

《国家管网集团标准化业务“十四五”发展规划》提出的“123456”的总体思路明确指出“高质量开展标准数字化和标准管理工作”，要求实现标准全生命周期数字化研编、管理和应用，促进标准与业务的深度融合，全面提升标准数字化水平。在《国家管网集团标准化业务“十四五”发展规划》的指引下，需要研究最新的标准数字化技术，实现集团公司标准管理和标准研究全过程数字化。

（3）原有标准信息化技术迭代更新的需要

自2009年以来，科技中心逐步研发形成了标准内容揭示技术、标准可视化技术、移动检索技术等技术[3]，这些技术为管网标准化领域的发展提供了重要支撑，特别是标准信息的快速查询和标准内容与指标对比等检索技术，处于国内标准化领域的领先地位。但随着近年信息化、数字化技术的飞速发展，原有技术急需迭代升级、更新换代。

1.2 机器可读标准是标准数字化转型的核心内容和关键难点

机器可读标准是标准数字化转型的核心内容和关键难点，这种新型数字化标准以机器作为标准的直接使用对象，具有标准文本模块化、内容语义化、互操作化、访问交互智能化等特征，可实现“标准即软件”“标准即数据”“标准即服务”等新型标准应用模式[4-6]。

《国家标准化发展纲要》中明确提出“发展机器可读标准、开源标准，推动标准化工作向数字化、网络化、智能化转型”。《中国标准2035》《全国标准化工作要点》等我国标准化顶层规划文件中均提出推进标准数字化转型，油气管网领域开展机器可读标准研究和试点工作，探索国家、行业、团体、企业各级标准新形式和新模式[4-6]。

2 油气管网标准机器可读标准实现的总体思路和实施路径

该项研究与实践的最终目标就是用科技和数字化推动转型发展，围绕打造智慧生态管网，推进管道设计、建设、运维、服务、管理等与大数据、物联网、云计算融合发展，实现服务方、资源方、客户方、输送方和消费者数据共享、生态共融、产业升级。在此基础上应用先进的标准数字化技术，给整个行业带来全新的模式和体验，总体技术框架和思路如图1所示。

总体技術路径和思路是以实现制程融合“三位一体”为最终目标，统一规划，分步实施（如图2所示），具体包括制程“管理机制”一体、制程“管理文件”一体和制程“管理平台”一体。

2.1 制程“管理机制”一体的实现

通过梳理制程管理的组织架构与职责分工详细情况，将其整合为一套组织保障机制。全面梳理包括立项、起草、审核、审议与发布、实施、评价、监督与考核等环节在内的制程管理的运行机制，将其整合为一套运营管理机制。以制程管理为载体，并进一步明确与其他所有体系的关系。对全集团制程管理要求进行整合，形成一套工作规划与实施路径。

2.2 制程“管理文件”一体的实现

制程“管理文件”一体是对制程管理文件进行三方面的梳理和整合，即梳理制程架构，将其整合为一套文件架构；梳理授权要求，将其整合为一套授权机制；梳理制程成果，将其整合为一套管理文件。

2.3 制程“管理平台”一体的实现

全面梳理整合制度流程管理的系统需求，将其统一到国家管网唯一的一个管理平台上，同时将制度流程系统规划路径进行全面梳理、整合，实现集团制程系统规划及实施路径的统一。

制程融合过程可以分为4个阶段：初步匹配阶段、初级融合阶段、中级融合阶段以及高级融合阶段，最终目标是要达到高级融合阶段，实现制程融合一体。

3 机器可读标准辅助工具设计与开发

标准机器可读研究主要工作是为标准的数字化编辑和处理、标准信息单元的存储和交换、标准文档内容的重组构建本体库，对标准架构和元素的数字化表达，便于机器读取、解析和执行标准，为后续数字化应用奠定基础。

3.1 油气管道标准标签集的建立

为了使机器能够自主理解和处理标准，需对标准进行数字化表示，即标准的形式数字化。分析标准结构和内容要素，应用XML等标记语言定义标准结构层次、前文、主体和后文结构，以及标准章节条、段落、列项、图、表、公式、注等标准要素的标签及属性定义，构建通用标准信息模型。在此基础上，分析管道领域典型标准整体结构（各章节目录）、主要技术内容、标准应用场景等特征，构建管道领域拓展标签集。基于面向本体的建模与表达方法，面向特定标准化对象的类和关系，拓展通用标准标签集及属性定义，形成标准框架和主要元素的结构化表达。为标准的数字化编辑和处理、标准文档内容的存储和交换、标准文档内容的重组构建本体库，为整体标准数字化奠定基础。

标准标签集可分为两大类，即通用标签集和扩展标签集。

3.1.1 通用标签集

基于ISO STS标准标签集、GB/T 37967-2019《基于X M L的国家标准结构化置标框架》、GB/ T42093.1-2022《标准文档结构化 元模型 第1部分：全文》、GB/T 42093.2-2022《标准文档结构化 元模型第2部分：技术指标》，构建通用标准标签集。通用标签集可分为全文结构化标签和技术指标标签。

全文结构化标签：对标准结构进行拆解，基于标准结构元素进行标准信息单元划分（例如：章、节、术语、缩略语、图、表等），应用（如：检索、重组等）可以根据标准结构信息单元执行。技术指标标签：技术指标在结构化单元基础上进行更细颗粒度的识别，标准信息单元细化到标准指标对象（如：指标属性、属性值、属性类型等），应用（如：检索、重组等）可以根据技术指标单元的语义执行。标签集架构如图3所示。

3.1.2 管网领域扩展标准标签集

机器可读标准拓展标签集按对象和业务两个维度构建，通过自上而下和自下而上相结合，采用4级标签架构，具体对象和业务两个维度层级数可不同，具体架构如图4所示。

机器可读标准的对象应结合油气管道相关標准体系，并符合Q/GGW 01002-2022《油气储运工程项目结构（EPS）编码规范》、Q/GGW 01006.2-2022《油气储运工程实体分解结构（PBS）编码规范 第2部分：液化天然气接收站》。

机器可读标准的业务按设计施工、验收、运营维护、安全健康、环保、数字化、综合管理、其他进行划分，据此细化进行业务标签集的构建。

3.2 油气管道机器可读标准辅助工具设计与开发

3.2.1 软件总体架构

围绕油气管道领域标准数字化转型工作，面向国家管网集团相关设计、施工、科研等标准使用方，依据标准结构化、技术要素元模型设计，采用B/S体系架构，并基于Web应用开发主流的Java语言，形成了面向油气管道领域的机器可读标准辅助工具的设计方案，以实现机器可读标准制修订过程的数字化技术支撑和基于标准要素提取的智能化应用服务。

工具软件系统包括标准结构化加工、数据管理等核心功能模块，以及机器可读标准数据库，并支撑机器可读标准服务的实现。其中，机器可读标准服务支持标准内容结构和内容元素的起草、分解、编辑、维护，标准内容细颗粒度检索、关键指标识别等功能，有效促进油气管道领域标准数字化转型工作的推进（如图5所示）。

3.2.2 标准辅助工具软件功能模块

（1）标准结构化加工

标准结构化加工模块用于实现标准原始资料管理、内容碎片化、内容校对、内容预览等功能，将原始标准文本中的结构化、半结构化和部分非结构化内容映射至语义标签集，为标准的机器可读和进一步的智能应用奠定基础。

原始资料管理：操作人员可通过原始资料管理功能进行标准原始资料的管理，相关操作包含：查看、搜索、上传资源；原始资料列表可显示文件名、备注、导入方式、文件格式、文件大小、版本号、创建者、创建时间等资料相关信息；支持通过文件名、日期等关键字进行原始资料的查询检索；在上传资料时，选中需要上传的文件，输入需要的资源信息。若文件不存在完成上传操作，若文件存在确认是否需要覆盖，选择确定覆盖，更新相关数据并完成上传操作，选择不覆盖则不进行任何操作。

标准内容碎片化：操作人员可通过标准内容碎片化功能，对标准进行碎片化生成、查看和预览；碎片化生成可处理Word、PDF等格式的标准原始资料，依据预定义的标准文件结构与语义元模型标签，生成标准相关的XML、图片等文件，并提取数据，持久化到系统中；标准碎片化列表信息包含：文件名、标准号、标准名称、发布日期、实施日期；相关操作包含：获取碎片化文件、碎片化、重新提取、PDF阅读、预览；支持通过文件名+标签名进行标准要素的查询检索；支持加载碎片化标准数据，查看标准文件的目录、指标、图片索引，并可以快速定位。

标准内容校对：操作人员可通过标准校对功能对标准信息进行校对与编辑修改；支持通过标准号、标准名称等关键字获取符合条件的标准信息；加载标准信息后，章条信息、图片信息、引用信息、术语信息、技术要素信息等均可通过软件在线进行校对与编辑，从而有效提高标准机构化数据库的准确性。

标准内容预览：软件支持对结构化标准内容的在线预览，并可通过标准文件的目录、指标、图片索引对标准内容进行快速定位，并支持标准间引用关系的可视化展示。

（2）标准数据管理

标准数据管理模块用于实现标准标签定义、标签管理、XML转换和流程管理等功能，在对标准通用结构与编写特点，以及油气管道领域标准内容的提炼抽象基础上实现对语义标签集的定义、标签与流程管理，实现标准内容的知识化。

标签定义：操作人员可通过标签定义功能，对标准语义标签进行定义、查看和检索；加载标准相关数据后，可对油气管道领域各类标准进行通用语义和领域语义标签进行新增和编辑操作；标签定义列表信息包含：标准号、标准名称；支持通过关键字进行标签的模糊查询和组合查询。

标签管理：操作人员可通过标签管理功能对标准语义标签进行修改与删除操作；支持在选中标准后加载相应的标签信息，生成标签信息列表，并对标签信息进行修改与删除；支持在选中标签后显示所有标记为该标签的标准条款。

流程管理：流程管理信息包含：流程编号、流程节点名称、备注；相关操作包含：搜索、详细；支持通过流程名称、流程编号等查询项，获取符合条件的流程树信息。

4 标准智能编写与分析工具研制、验证与应用

智能编写工具利用标准结构化技术及标准内容揭示技术，在标准编制过程中，同步完成元数据标引、碎片化处理、指标抽取等数字化工作，提取题录、段落、表格、图片、标准化对象、指标项等特征，完成标准内容和指标的揭示组织等相关加工工作，输出结果为数字化文档，机器可读的标准库，从源头上实现机器可读的标准知识库动态更新。

标准编辑技术服务工具通过AI在线标准编写的方式，帮助完成标准的编写。标准编写严格遵循文件表述的一致性原则、协调性原则、易用性原则，保证产出标准的智能性、便捷性、正确性、完整性。

4.1 油气管道企业标准协同编写的实现

在编写过程中，自动提示补全引用标准信息、术语信息、单位信息，以及相关其他标准的指标内容，或者文字描述，有效避免在编标准与已有标准的交叉矛盾或不协调。

4.2 面向油气管网标准科技前沿、发展趋势分析的实现

标准及标准化应用场景分析辅助工具可量化分析标准起草单位对标准研制的贡献，从多个维度进行现状、趋势、热词等分析，并以图表等形式可视化显示分析结果。基于重要网站、新闻、微信公众号、知乎等来源的数据，显示了标准被论文、新闻、知乎、微信、博客等引用情况。

4.3 标准查重分析的实现

油气管网标准内容查重辅助工具借鉴科技论文查重技术，应用标准内容揭示技术和机器可读关键技术，可进行标准段落的相似度计算，给出相似标准段落相识度分值。

5 油气管道机器标准研究方向展望

標准机器可读的技术发展迅速，虽然实现机器可执行挑战依然存在。

（1）继续扎实推进油气管网领域标准机器可读研究

在实现机器可读标准文件的基础上，继续开展更高层级机器可读标准：机器可读可执行内容（3级）、完全机器可解析标准（4级）。

（2）强力推进标准机器可读标准应用

通过示范工程加速推进标准机器可读标准应用，提升油气管道标准数字化应用水平。

（3）同步加快开展标准机器可读标准化工作

总结标准数字化实践，研制编写油气管网标准数字化系列技术标准，依托机器可读标准国际合作组开展国际合作，积极参加国际标准化工作。

参考文献

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