基于完整性管理的油气长输管道施工信息管理系统的设计

李玉杏，章建栋，郁骁

(中国石油化工股份有限公司浙江石油分公司，杭州 310008)

油气长输管道是现代物流储运体系的重要组成部分，它具有运营成本低、输送效率高、运输损耗和风险小等多项其他运输方式所不具有的优点。截至2012年上半年，国内已建成的油气管道总长度达9.3×104km，覆盖全国的油气管网初步形成。管道安全平稳运行不仅关系到管道运营企业的正常生产，而且关系到国民经济发展和社会稳定，如何保证管道运行安全已成为社会和企业关注的焦点。在这种情况下，管道完整性管理应运而生。

管道完整性管理的本质是指管道始终处于安全可靠的工作状态[1]。数据是完整性管理的基础，全面收集、存储、整合管道在设计、施工、运行、维护、检修和管理等各个阶段的数据，是开展管道完整性管理的重要基础。由于大多数管道事故均发生在埋地部分，因而管道完整性管理的数据采集重点应集中在地下管道部分；而地下管道本体数据采集工作最宜在施工阶段开展，这样可以避免运营期数据采集时遇到的管沟开挖及沿线群众阻工带来的工作效率低下、投资增加等问题[2]。此外，根据相关工程规范[3-4]要求，建设期所产生的管道属性数据、施工过程数据和部分环境数据要远高于完整性管理的数据要求。因此，在管道建设阶段对施工信息进行有效管理，不仅有助于提高工程质量，而且能为管道完整性管理提供各类可供分析的有效数据。

然而，目前国内管道完整性管理在施工期的实践仍处于起步阶段[5]，施工数据的管理及有效应用还存在以下问题： 数据记录形式多种多样，且以文档形式保存为主；各环节数据在不同部门保存管理，施工数据模型不统一；尚未建立统一完整的数据采集控制管理程序，数据质量难以保证；管道工程规范要求与现有的完整性管理数据标准和模型相去甚远，对施工过程数据进行完整性管理整合难度较大。因此，迫切需要开发符合国内管道施工实际情况的施工信息管理系统，以便及时、准确地将管道施工数据整合到数据库，不仅为施工的调度决策提供基础数据支持，而且有助于保障运营期管道完整性管理对管道基础数据的需求。

1 系统数据分析

数据是施工信息管理系统的核心内容，建设期的施工数据应严格按照规范要求填报，并作为数据源，经数据接口集成到管道完整性管理数据库中。

1.1 施工数据

施工数据包括施工过程数据、施工文档资料数据和施工环境数据。

1.1.1施工过程数据

施工过程数据是施工管理的主要内容，也是管道完整性管理的主要数据源。文献[6]指出，为正确评价工程质量，建筑工程验收应划分为单位工程、分部工程、分项工程和检验批。按照文献[6]提出的划分要求，文献[4]又对油气长输管道的单位工程、分部工程、分项工程和检验批明确了定义，且油气长输管道施工过程数据的记录应根据文献[4]的工程划分执行。

长输管道的单位工程包括划定的主管线施工标段、阴极保护工程，需同沟敷设光缆的管道单位工程还包括光缆敷设工程。主管线施工标段的分部工程包括管道工程和线路截断阀室工程；阴极保护工程和光缆敷设工程的分部工程可按相邻站之间或独立施工单位承包区段进行划分，各分部工程所包含的分项工程如图1所示。检验批则按工程量对分项工程进行了进一步细化。施工过程数据的记录以分项工程所规定的内容组织，按管道工程规范要求，由施工方、无损检测方等参建单位定期填报，由监理方和设计方进行数据审核，以确保管道施工基础数据的完整性和准确性。

图1 成品油管道工程的分部、分项工程逻辑示意

1.1.2施工文档资料数据

施工文档资料数据是施工管理的重要对象，也是管道完整性管理体系中不可或缺的基本内容。它是工程建设过程中的指导文件，是工程检查、验收、移交、使用、管理、维修、改建和扩建的原始依据。

文档资料的具体内容包括： 可研资料、专题评价报告、立项审批报告等；勘察资料、初步设计图纸、施工设计图纸等；综合资料、管理报告、过程记录、材料设备资料、安全管理资料、竣工图纸等；会议通知、会议纪要等。

1.1.3施工环境数据

施工环境数据是施工管理的辅助工具，也是管道完整性管理体系中高后果区分析和风险评估的重要依据。施工环境数据包括勘察设计时获得的管道中心线两侧地形地貌、土壤类型、行政区划以及主要公路、铁路、河流、湖泊等周边环境的基本信息，也可根据需要从专业数据供应商中采购数字正射影像图(DOM)、数字高程模型(DEM)、数字线划地图(DLG)、数字栅格影像(DRG)等遥感测绘数据。

1.2 基于GIS的管道完整性管理数据模型

管道完整性管理涉及管道属性数据、过程数据、环境数据等海量数据，有必要借助计算机科学、地理信息科学等方法对管道进行科学有效地管理和维护[7]。根据长输管道的特点，管道完整性管理要处理的大量数据中最常见的是空间数据，因而最佳的方法是利用地理信息系统(GIS)作为平台进行完整性管理[8]。目前，国际上成熟的管道模型主要有： 集成空间分析技术(ISAT)、管线开放数据标准(PODS)以及ArcGIS管道数据模型(APDM)。其中，PODS的应用最为广泛[9]。PODS是一个与GIS平台无关的数据模型，可以参考PODS建立基于GIS的管道完整性数据库，它是专门针对油气长输管道行业而设计的关系数据库模型，由美国天然气研究中心组织开发，并在ISAT数据模型的基础上做了进一步扩展，以满足管道完整性管理的需求[10]。

PODS使用中心线模型定义长输管道的位置，记录了中心线的x，y，z坐标，是管道在GIS平台上定位的关键元素。PODS使用层级关系来管理长输管道，定义了管线(Line)、线路(Route)、站列(Series)三个模型。管线表示整个长输管道，线路表示根据管理需要而设置的一段管道，站列表示两个站场之间的管道。通常一个管线由几个线路组成，一个线路由几个站列组成。

PODS定义了管道本体(包括钢管、焊口、套管、弯头、补口等)模型，管道设备(包括仪表、阀门、执行机构等)模型，站场模型，阴极保护模型，管道泄漏及维修模型，管道安全压力模型，管道操作压力模型，管道周边设施(包括建筑物、其他管道、铁路、公路、河流等)模型，风险评估模型，外部文档模型等。另外，PODS还允许各管道公司根据自身的业务需求修改模型中已有的要素。管道各种要素以数据表格的形式存储，表格间通过主、外键的方式建立关系。施工信息管理系统主要将管道本体、管道设备、阴极保护、外部文档等施工过程中产生的相关数据进行入库。

2 系统设计

2.1 总体结构

管道施工信息管理系统总体构架如图2所示。该系统基于三维GIS平台，数据库服务器中构建了基于GIS的管道完整性数据库，各操作终端根据预设权限，将以管道工程规范为准的施工过程数据及施工文档资料数据经Web服务器上传至数据库服务器。此类施工基础数据通过数据接口实现与管道完整性数据库的共享，并可经过应用服务器处理，为施工调度决策提供数据支持。

图2 管道施工信息管理系统总体构架示意

系统基于Intranet/Internet结构，采用C/S模式与B/S模式相结合的体系架构。系统的网络平台能满足各类业务系统应用的需要，在内外部局域网上进行信息交互，实现施工方和检测方录入数据、监理方和设计方审核数据、建设方发布和管理数据的施工信息管理平台的应用功能。

2.2 系统功能

系统数据入库及应用流程如图3所示。该系统从功能上可分为执行层和管理层。执行层是施工基础数据录入和审核平台，它是联系管理层和施工现场的信息纽带，参建方负责将现场采集到的第一手资料录入数据库，经监理方和设计方审核后上传至管理层。管理层在数据终审后，发布执行层上传的施工基础数据，作为基于PODS数据模型的管道完整性数据库的数据源，为工程管理者及时掌握施工现场情况提供数据支持。系统提供查询浏览功能，简化了管道基础数据的追溯性查询，并可根据施工基础数据，对参建单位工程进度及工程质量进行统计分析。

图3 施工信息管理系统数据入库及应用流程示意

随着GIS技术的发展和虚拟现实技术的应用，能够显示三维地景、地貌以及设备、设施实体的三维GIS逐渐成为管道管理的新支撑。管理层可利用三维GIS平台，对基于PODS管道数据模型的管道完整性数据库进行可视化分析，实现在三维场景中进行各类数据查询，丰富了施工信息统计和文档资料管理的展示方式，并且能完成基于真实场景的施工进度、施工质量和施工环境分析，有助于提高管理人员的调度决策水平。

3 结束语

随着完整性管理的进一步发展，施工期间管道基础数据的采集已越来越受管道公司的重视。通过在成品油管道工程中的实践，基于完整性管理的管道施工信息管理系统的应用取得了初步成果，该系统从施工的源头开始将完整性管理的理念付诸实施，是保证建设期数据真实、准确、完整的一次有益尝试。但是目前还存在一些问题，尤其是要加强参建各方的管道完整性管理理念，增强建设期管道信息管理的科学性。另外还需要根据规范要求优化施工过程数据录入内容，进一步完善施工管理信息系统的技术标准，以使更多的管道参建方能接受基于完整性管理的管道施工管理方式，提升系统的推广价值。

参考文献：

[1]董绍华，杨祖佩.全球油气管道完整性技术与管理的最新进展——中国管道完整性管理的发展对策[J].油气储运，2007，26(02)： 1-17.

[2]王立辉，胡成洲，冯东，等.建设期油气输送管道完整性管理的数据采集[J].油气储运，2008，27(08)： 8-10.

[3]魏国道，陈兵剑，郑玉刚，等.GB 50369—2006油气长输管道工程施工及验收规范[S].北京： 中国计划出版社，2006.

[4]魏国昌，陈连山，李龙波，等.SY 4208—2008石油天然气建设工程施工质量验收规范输油输气管道线路工程[S].北京： 中国轻工业出版社，2008.

[5]崔涛，冯庆善，杨祖佩，等.新建管道完整性管理理念探索[J].油气储运，2008，27(10)： 4-8.

[6]吴松勤，高小旺，何星华，等.GB 50300—2001建筑工程施工质量验收统一标准[S].北京： 中国建筑工业出版社，2002.

[7]贾庆雷，王强，万庆，等.长输管道完整性管理GIS数据模型研究[J].地球信息科学，2008，10(05)： 593-598.

[8]吴兵，罗金恒，赵新伟，等.基于地理信息系统的油气管道完整性管理系统的设计[J].石油工程建设，2006，3(04)： 15-18.

[9]陈辉，张文广，张学锋，等.PODS管道数据模型及其应用[J].天然气与石油，2008，26(06)： 23-26.

[10]TIMOTHY M M. Pipeline Open Data Standard (PODS) Topical Report[EB/OL]. [2014-08-18] http： //www.pods.org/assets/file/PODS%20Topical%20Report_GTI_December_2000.pdf.