数字化管道技术在宝鸡—汉中输气管道施工建设中的应用

李谦益

（陕西省天然气股份有限公司 陕西 西安 710016）

管道运输已成为我国继铁路、公路、水路、航运之后的第五大运输业，近年来，中国管道运输业的发展呈现出了勃勃生机。伴随着管道运输业的快速发展，数字化管道技术也越来越多的应用到了管道工程设计、工程建设施工管理以及管道生产运营管理的各个阶段之中。

“数字化管道”即在工程勘察设计、施工管理及运营管理过程中，全面实现以先进的3S技术（地理信息系统GIS、卫星定位系统GPS、遥感RS）应用为标志的全数字化建设和管理[1]。数字化管道在建设中充分采用国家空间数据及坐标系基础设施数据，并利用航空摄影测量、卫星遥感影像获得管道周边的地形、环境等数据，与以往的管道数据采集管理方式相比，具有内容更加丰富，更新速度更快，数据描述更加完整准确，使用简洁方便等诸多优势，大大提高了对管道的监控能力[2]。数字化管道将成为长输管道管理的必然趋势。

1 “宝汉线数字化管道”建设的必要性

宝鸡至汉中天然气输气管道工程（简称“宝汉线”）是陕西省天然气股份有限公司IPO发行股票募集资金最大的一个投资项目，也是该公司实施“气化陕西”工程中建设的重要管线之一。管道工程起于陕西省宝鸡市的眉县首站，途经眉县、岐山、太白、留坝至终点汉中末站，管线全长228 km，管径φ323.9，设计压力4.0 MPa；沿线设有眉县、太白、南河、汉中4座场站和新军营、上寺院等8座阀室。管线翻越秦岭，穿越大中小型河流百余次，工程环境复杂，施工难度较大，管线运营管理的难度也较大。采用传统的勘察设计和施工管理方法已经不能满足“宝汉线”管道建设和运营管理的需要，因此，在管线的规划初期就引入了建设数字化管道的理念，确定了建立数字化管道的目标，同时要求对于数字化管道建设采用“总体规划，分步实施”的建设思想，在工程设计阶段就将数字管道系统与自控、通信、工艺管道等密切相关的专业结合起来，进行统一地规划和设计，避免相互脱节或彼此冲突及重复进行设计和施工工作，使数字化管道系统在管道施工过程中及管道投入运营一开始就能发挥其功能和效益[3]。采用数字化管道技术方法，解决管道设计和施工中的很多问题。

1）采用数字化的勘查手段（如航空摄影测量、数字化测绘技术），可以快速、准确地采集管道沿线的地形地貌、HSE设施数据，并同时获得矢量化的地形图、航空影像和数字地面模型数据，这些数字化成果可直接用于管道设计[4]。

2）基于数字化勘查成果的管道设计，一方面可以提高设计效率和设计质量、另一方面可以直接输出数字化的设计成果，便于施工和今后运营时的数字化查询。

3）施工过程的数字化，一方面可以采集很多在施工结束后无法收集到的数据，便于管道后期的运营维护，另一方面通过施工过程的信息化，可以提高施工过程的管理水平。

4）通过建立完整性数据库管理系统，将管道从设计、勘察、施工、竣工各个阶段数据完整的收集及建库，为运营期管道安全决策系统及其它应用系统提供数据支撑。

2 “宝汉线”数字化管道系统建设总体目标与结构

2.1 总体目标

“宝汉线”数字化管道建设总体目标是全面实现管道建设信息化管理和管线运营全程自动控制。建立覆盖管道整个生命周期的信息数据库，存储各种静态和动态信息，为实现管道整个生命周期自动控制奠定基础；实现管道运行预警、管道周边、自然灾害预警和环境评估，最大限度预防管线生产事故和自然灾害对管道安全造成的危害。“宝汉线”数字化管道建设最终要形成一个以GIS为展示层，以数据库为基础支持，包含管道设计、管道施工、自动化运营管理和应急风险管理，集网络化、真实三维可视化和数字自控为一体的系统[5]。

2.2 系统总体结构

“宝鸡至汉中天然气输气管道数字化管道系统”是以地理信息、管道建设、管道运营各类数据库为基础，以数字化管道信息网络为纽带，以标准、制度和安全体系为保障，以管道各项管理业务流程为主线，以支撑管道决策为核心的一个互联互通、贯穿管道建设和运营阶段，提供决策支持和信息发布的综合系统。

整个系统可分为4个层次，基础设施层、数据中心层、应用系统层和信息门户层，系统的总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图Fig.1 Overall structure diagram of system

基础设施层是系统建设和运行分析的基础，包括软硬件系统、网络、通讯、自动控制系统等。数据中心层是整个系统的数据管理与输入输出交换中心。存储了基础地形图数据、遥感影像数据、管道设计数据、施工过程数据、竣工数据、管道运营数据等各类数据。数据中心依托成熟的数据库管理软件和GIS平台，按照统一的标准建立管道完整性数据库，实现数据的集中存储与管理，为应用系统提供数据支撑。应用系统层是系统建设的核心，包括了建设期和运营期各个相对独立的专业应用子系统，该层是一个开放式的结构，对于运营期的其它应用系统可以不断添加构建，共同组成应用系统层。信息门户层通过建立统一的管理服务平台，为各业务模块提供数据操作、用户管理、安全认证管理、工作流引擎、数据交换、Web信息发布等标准模块，实现各种业务模块的快速搭建和集成，同时为未来系统的扩充与升级打下良好的基础。

3 “宝汉线”数字化管道系统建设内容与功能

3.1 系统建设内容

按照“总体规划、分步实施”的建设原则，系统建设内容可分为建设期和运营期两个阶段，本文主要描述建设期（施工期）的主要内容与技术方法，其建设内容主要有以下几项：

1）基础地理数据采集建库 以国家基础测绘成果为依据，辅以卫星遥感影像、航空摄影资料，建设一套适用的、覆盖“宝汉线”所经区域的空间信息数据库，为“宝汉线”的高效施工和后期的安全运营管理提供空间基础数据。具体内容如下：

①管道沿线省份1:25万数字线划图、数字高程模型及ETM遥感影像；

②管道两侧各约5 km范围内1:5万数字线划图，数字高程模型及2.5 m分辨率SPOT5遥感影像；

③ 管道两侧各约300 m范围的1:2 000数字线划图、数字高程模型、数字正射影像图。

2）管道专题数据采集建库 一方面是将管道建设前期的勘察资料、设计图纸等资料按照统一的数据标准和格式进行整理入库；另一方面是对管道施工建设过程中的阴保、焊口、弯头、管道桩、穿跨越、水工保护、站场、进出站出入点信息、第三方油气管道、伴行光缆、其它管道及公共设施共11类专题数据进行采集。特别是现场施工数据，很多数据不可逆或可逆性很差，因此一定要做好现场数据的复测与检核工作，保证入库数据的精确性与完整性[6]。

3）应用软件系统开发 建设期应用系统主要围绕管道设计及施工建设进行，包括施工项目管理系统、管道完整性数据采集维护系统、管道地理信息系统三个子系统。运营期首要建设的应用系统包括管道巡检系统、管道三维模拟系统、生产运营管理系统、管道安全应急决策系统等等。

3.2 系统功能描述

这里主要描述的是施工建设期开发的应用系统，这些系统在管道的施工建设中发挥了重要的作用。

1）施工项目管理系统 为业主各部门提供掌握工程项目具体情况，有效监管施工、监理、检测等分包商工作的管理工具。同时也为项目建设各方搭建起了一座沟通交流的桥梁，通过施工项目管理系统完成信息的录入与交换。系统功能主要包括进度管理、安全管理、质量管理、工程文件管理、投资管理、工程沟通管理、信息管理（门户网站）等功能模块。

2）完整性数据采集维护系统 为建设输气管道完整性数据库，将管道生命周期各阶段的数据进行统一采集和分类管理，通过采集和维护系统制定规范的审核流程对入库数据进行检验和审核，确保数据的正确性，提供对入库数据的查询、浏览、汇总、统计、综合分析等功能，辅助工程建设过程管理，为下一阶段的管道运营、维护、管理提供真实有效的数据。

3）管道地理信息系统 利用地理信息技术，将管线及周边环境电子地图矢量化处理，形成集管线属性信息和空间信息为一体的空间数据库系统，并与运营管理系统等其它子系统连接，形成可视化的业务处理管理平台。系统基于ArcGIS Server和Oracle 10g构建而成，采用C/S与B/S相结合的架构，提供了地图浏览、空间查询、检索、定位、统计分析、数据转换、横纵断面、量测等功能。系统主界面见图2。

图2 管道地理信息系统主界面Fig.2 The main interface of pipeline geographic information systems

4 结束语

数字化管道的概念彻底改变了传统的工作模式，对管道勘探设计、管道施工建设和管道运营管理的每一个环节都将产生深远的影响[7]。但数字化管道系统的建设在我国仍处于起步阶段，还存在一些亟待解决的问题，特别是管道数据采集还没有形成统一的标准。“宝汉线”数字化管道系统是陕西省天然气股份有限公司建立的第一条数字化管道系统，该系统不仅为项目的施工建设管理发挥了重要的作用，也为整个天然气公司的数字化管道建设在系统框架、数据标准、功能设置以及施工管理等各环节形成了框架体系，为后续规划建设的输气管道现代化、信息化管理，实现管理方式根本性转变，提高工作效率等提供了有力保障。

[1]陈静，秦兴述.数字化管道技术在勘察设计领域的应用[J]，石油工业技术监督， 2005， 21（5）:59-61.CHEN Jing，QIN Xing-shu.Application of digital pipeline technology in survey design[J].Technology Supervision in Petroleun Industry， 2005， 21（5）:59-61.

[2]刘欣，田长林，张亮亮.数字化管道技术在榆林—济南长输管道中的应用[J].石油工程建设， 2010，36（1）:62-65.LIU Xin，TIAN Chang-lin，ZHANG Liang-liang.Application of digital pipeline technology in Yulin-Jinan long-distance pipeline[J].Petroleum Engineering Construction，2010，36（1）:62-65.

[3]杜丽红，姚安林.数字化管道及其应用现状[J].油气储运，2007，26（6）:7-10.DU Li-hong， YAO An-lin.Digitaltechniquesand its application in oil and gas pipelines[J].Oil&Gas Storage and Transportation， 2007，26（6）:7-10.

[4]王守强.珠中天然气管道”数字管道”建设的迫切性分析[J].广东科技，2008， 18（9）:24-25.WANG Shou-qiang.Urgency analysis of digital pipeline construction in Zhuhai-Zhongshan gas pipeline [J].Guangdong Science&Technology，2008，18（9）:24-25.

[5]袁先勇，罗刚强，周怡君.数字管道深层探讨[J].油气田地面工程， 2008，27（2）:12-14.YUAN Xian-yong， LUO Gang-qiang， ZHOU Yi-jun.Further discussion on digital pipeline[J]. Oil-Gasfield Surface Engineering， 2008，27（2）:12-14.

[6]张新，王霞.数字化管道施工现场数据的采集[J].石油工程建设，2007，33（5）:68-71.ZHANG Xin，WANG Xia.Construction site data acquisition of digitizing pipeline[J].Petroleum Engineering Construction，2007，33（5）:68-71.

[7]李波，吴疆，王平化.数字管道技术在我国油气管道的应用[J].油气储运，2009，28（6）:8-9.LI Bo， WU Jiang， WANG Ping-hua.Application of digital pipeline technology in oil and gas pipelines of china[J].Oil&Gas Storage and Transportation， 2009，28（6）:8-9.