GIS在炼化企业厂区外管道安全管理中的应用研究

姜顽强 张静淑

[摘 要] 吸取国内输油管道爆炸事故教训，为解决部分炼化企业厂区外管道存在的安全问题，参照GIS技术在炼化厂区地下管网安全管理中的应用模式，提出利用GIS技术建立厂区外管道地理信息管理系统，利用GIS可视化、空间分析、管道数据综合分析等功能及时发现隐患并为消除措施制定提供基础数据，同时监督厂区外管道基础管理工作的落实并降低风险，整体提升厂区外管道安全管理水平。

[关键词] 安全管理；地理信息系统；管道；炼化企业；应用

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2014 . 11. 036

[中图分类号] F270.7；TB2 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2014）11- 0057- 03

0 前 言

近几年，不论是输油管线、输气管线，还是炼化企业厂区间原料输送管线，石油行业因管线破裂而导致的事故频繁发生，造成人员伤亡、财产损失，给企业造成了严重的经济损失和社会影响，尤其是，2013年“11·22”青岛输油管道爆炸事故的发生，引起了国家高度重视和社会高度关注。按照国务院安全生产委员会《安委[2013]9号》文件精神要求，石油天然气、危险化学品等各种易燃易爆品输送管线管理应全方位夯实制度、科技、培训、管理、设备、现场等各项安全生产基础，建立统一、完整的管道分布图和安全管理信息系统，及时发现并消除隐患，做好风险辨识与风险评估，完善企业应急预案并加强演练，真正做到“安全第一，预防为主、治理为辅”。

GIS（地理信息系统）技术不仅在我国城市管网管理中得到了广泛应用，而且在部分炼化企业厂区地下管网安全管理中也发挥了重要作用，因此，将GIS技术应用于炼化企业厂区外管道管理方面，技术比较成熟，并具有广泛的应用前景，同时为炼化企业厂区外管道安全管理提供新模式。

1 现状与分析

炼化企业主要以石油为主要原料，以水、电、气、风为辅助原料，开展石油炼制与化学品加工生产。石油炼制与加工是一个产品种类繁多、工艺链较长的产业，受产品不同特性及相互作用的影响，不同产品的储存与加工必须符合相关安全距离标准要求，从而导致炼化企业厂区布置分散，无论是原料，还是成品、半成品，厂区之间大部分采用管道进行输送。经过对国内多家炼化企业周边情况现场查看，根据相关法律法规要求，目前炼化企业厂区外管线管理普遍存在的问题如下：

（1）厂区外管线安全距离不能满足规范要求。如管线横跨河流和城市排洪沟、横穿居民住宅区、管线紧贴厂房而过等。

（2）部分埋地管线走向不明。

（3）局部区域未设有检修通道和消防通道。存在部分巡检盲区、防范措施不到位。

（4）现场缺乏警示标志和紧急处置措施。如管道横跨或横埋马路时，马路进出口未设置限重和限高标示牌；现场未设置紧急情况联系电话和应急处置措施等。

（5）管线基础管理薄弱。如部分管廊上管线密集，现场未挂设管廊管线分布截面图，紧急情况下无法快速启动关闭阀；管线基础资料管理分散，无法有效判断管线完好状态等。

参照GIS技术在厂区地下管网安全管理中的应用模式，利用GIS技术建立厂区外管道地理信息管理系统，将管道基础资料、日常管理、管道地理位置和周边环境分布集于一体，通过信息化技术进行管线数据融合分析，整体提升厂区外管线管理的日常监管水平。

2 地理信息系统

2.1 GIS定义

地理信息系统（GIS）是指在计算机软件、硬件及网络支持下，把各种地理信息按照空间分布及属性，以一定的格式输入、存贮、检索、更新、显示、制图、综合分析的计算机技术系统[1]。也可以简单定义为“用于采集、模拟、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机信息系统”[2]。

2.2 GIS特点

GIS具有显著的三大特性：地域性、多维结构、时序特征。地域性：地理信息属于空间信息，位置的识别与数据相联系，它的这种定位特征是通过公共的地理基础来体现的。这是地理信息区别于其他类型信息的最显著标志。多维结构：在二维空间编码基础上，实现多专题的第三维信息结构的组合，为地理信息各圈层之间的综合研究提供可能，也为地理系统多层次的分析和信息的传输与筛选提供方便。时序特征：时空的动态变化引起地理信息的属性数据或空间数据的变化[3]。

2.3 GIS技术优势

GIS的技术优势在于它的混合数据结构和有效的数据集成、独特的地理空间分析能力、快速的空间定位搜索和复杂的查询功能、强大的图形创造和可视化表达手段，以及地理过程的动态模拟和空间决策支持功能等[4]。

3 GIS在炼化厂区地下管网安全管理中的应用

随着企业对装置“安、稳、长、满、优”运行要求，逐步加强了对犹如企业生命线的厂区地下管网的管理，部分企业利用 GIS技术建立地下管网动土安全管理系统，实现地下管线属性信息与空间分布相集成。同时，组建专门的系统维护队伍，对厂区新增管线及时探测、测量、录入系统，对废除管线及时核对、删除，对弃用管线及时更新管线的使用状态，实现地下管网动态管理。有效地解决了以前厂区动土施工因不明施工区域地下管网分布情况而盲目施工挖断管线、电缆的难题，同时融合应用属性信息和空间信息，为地下管网的检修和改扩建项目的规划、设计与施工提供地下管网基础数据。

从企业管理制度制定来看，挖掘作业制度明确规定厂区挖掘作业参照地下管网动土管理系统出具的施工区域地下管网分布图，根据施工区域地下管网具体分布情况（如：管线走向、埋深、材质、输送介质、周边环境分布等），选择挖掘工具及作业方式，并制定有效的防范措施，保证了厂区挖掘作业无一起挖断管线、电缆事故的发生，延续十多年保持动土安全，为装置的长周期运行奠定了基础。

4 厂区外管道地理信息管理系统建设

地理信息应用系统建设过程一般包括系统设计、空间数据采集、属性数据采集、数据优化处理、系统集成开发、系统应用等几部分组成。

4.1 系统设计

厂区外管道地理信息管理系统选择ArcGIS软件作为基础平台。ArcGIS ArcInfo对数据进行加工、组织、存储与管理，ArcGIS Server应用服务进行发布，ArcGIS Engine进行系统功能开发，Oracle进行数据存储与管理。整个系统采用数据层、服务层和应用层三层系统架构。数据层包含管线、管线上的辅助物、管廊、房屋等三维模型数据和属性数据，数据统一存储在GeoDataBase中，方便用户管理。服务层提供面向应用满足OGC标准的地图服务、查询服务、量测服务、空间分析（网络分析、缓冲区分析、统计分析等）、专题图输出服务等。应用层采用B/S与C/S方式相结合， B/S结构为安全、环保、机动、规划、决策等不同部门提供服务，C/S结构为系统维护人员提供空间数据更新、开发功能集成、场景展现、定制服务、系统维护接口。系统整体架构如图1所示。

4.2 空间数据采集

管线及周边环境空间数据采集范围包括进出厂区各类管线、电缆及周边环境的市政管网、电缆、河流、排洪沟、住宅、厂房（油罐）、农田、树木、铁路、公路、消防设施、管线检修通道等，重点关注管线、电缆走向、消防设施及管线上辅助物的空间位置，河流、沟渠、住宅、厂房、农田、树木、铁路、公路只获取具体位置及平面尺寸等空间信息。

由于厂区外管线跨度范围大，为了将大范围的实物纳入同一系统中来管理，并减少管线及周边实物空间数据采集时所产生的测量误差，同时考虑可与厂内地下管网动土管理系统集成，以厂内控制点为基础，采用GPS对厂外管线及周边环境分布范围布设控制网，为后期单个实物测量建立测量基准。

炼化企业厂区外管线、电缆布置主要以空中管架、沿地面铺设、管沟敷设、地下埋设或几种方式相结合。对于管线密集度较高的管廊采用三维扫描仪进行数据采集；对于地面管线、电缆、房屋等实物的空间数据的获取采用GPS或全站仪进行采集；对于埋地管线、电缆等，先采用探测设备进行走向、埋深探测，再按照地面实物进行数据采集；对于管沟敷设的管线与电缆进行现场查看与核对，再按照地面实物进行数据采集。

4.3 属性数据获取

根据炼化企业厂区外管线及周边环境管理关注重点，对管线周边环境实物属性信息进行分类设计（详见表1）。由于部分企业建设年代较早，属性数据的获取主要通过设计资料、运维资料、现场查看等方式相结合进行获取与收集。

4.4 数据优化处理与系统集成开发

数据优化处理包括空间数据成图及三维模型优化处理、图层设计、属性表结构设计、空间数据与属性数据的集成等。空间数据成图主要包括三维扫描仪获取的点云数据的处理、GPS和全站仪获取的特征点坐标按照其走向进行图形化处理；三维模型优化处理，对已成图的图形按照管线的管径大小、高程、颜色及辅助物进行精细化建模（其结果如图2所示）；图层设计按照管理重点对实物类别进行分类存储，考虑后期扩展应用，图层划分坚持细划原则，管线根据不同输送介质、压力大小等属性进行分层存储，便于根据不同管理和关注对象进行图层叠加开展更多的应用；属性表设计指对收集的属性信息规定储存于计算机中的格式如字符类型、字符大小存储结构等。

系统集成开发，利用ArcGIS Engine进行系统二次开发，建立空间模型数据与属性数据关联关系，并根据管线管理工作开展进行功能开发。实现不同的空间数据模型对象调用不同的属性表，开发网络分析功能、面积计算、距离量算、统计功能、查询功能、缓冲区分析、拓扑分析、专题地图输出、系统权限管理等GIS基本应用功能，根据不同部门的管理需求进行功能定制。

5 系统应用分析

该系统应用可以将厂区外管道管理与周边环境结合起来，挖掘分析现有数据，实现管道基础管理、隐患消除、风险控制等全方位管理，整体提升厂区外管道安全管理水平。

该系统应用主要提供如下功能：①管道及辅助物、周边环境分布、属性数据等直观可视，消除管理盲区，落实责任管理；②多元数据归一管理，建立完整、统一的管道管理资料；③根据巡检信息标注近期关注重点，查询统计管线及辅助物的型号、材质、建设年代等属性信息，为检维修方案制订提供可靠依据；④实时分析管线周边环境存在的危险因素，及时发现隐患并为治理方案的制订提供依据；⑤模拟分析局部点泄漏扩散范围，并对可能造成的环境影响进行分析、预测和评估，提出预防或者减轻不良影响的对策和措施；⑥分析救援最短路径、周边可利用资源及潜在危险，制订最佳救援方案，完善应急预案；⑦实现“一次投入、多次产出”。根据不同部门不同需求，生成专题地图，开展专题应用，为安全、环保、规划、决策、地面建设等部门提供服务。

6 结束语

目前由于地理环境限制而无法彻底消除厂区外管线存在的隐患，本文提出利用GIS空间数据综合分析及时发现管道存在的隐患和管理中存在的问题，制定消减措施及时处理，控制风险，减少隐患，不断完善应急预案，整体提升厂区外管道安全管理水平。后期可将厂区外管线视频监控系统接入该系统，实现实时数据与周边地理环境相结合，进一步提升厂区外管线安防水平和应急处置能力。就系统实效性而言，需借鉴厂区地下管网动土管理系统的运维模式，明确空间数据维护、管线日常维护信息录入、检修资料录入、巡检信息录入等部门的职责，并写入厂区外管线管理制度中，实现动态更新管理，确保系统长久有效运行，真正做到“安全第一、预防为主、综合治理为辅”。

主要参考文献

[1]国家环境保护总局.中华人民共和国环境保护行业标准.HJ/T 416-2007 环境信息术语[S].2007.

[2]陈述彭，鲁学军，周成虎.地理信息系统导论[M].北京：科学出版社，1995.

[3]胡鹏，黄杏元，华一新. 地理信息系统教程[M]. 武汉：武汉大学出版社，2007.

[4]黄杏元，马劲松.地理信息系统概论[M].第3版.北京：高等教育出版社，2008.