复杂环境下移动式输油管线运力测算模型研究

廖 微， 伊 鸣， 戴 健

（1. 北京油料研究所 北京102300； 2. 中国人民解放军65133 部队 辽宁 沈阳 110043）

现阶段，特殊环境的移动式输油管线运力设计及铺设方案的制定依赖于人工经验，制定出的铺设方案往往与实际铺设情况差距较大， 严重影响了输油管线的机动性和保障效能，同时消耗了大量的人力物力[1]。

针对上述问题，本文旨在通过利用地理信息、运筹学、数学建模等技术，构建符合实际需要的运力测算模型，辅助作业人员生成展开铺设方案，满足不同环境下移动式输油管线快速展开需要，从而提高移动式输油管线铺设效率。

1 运力设计流程分析

完成移动式管线工艺设计后，进入铺设实施阶段，此时需要系统提供管线铺设的工程管理功能， 包括运力测算、资源分配、工程安排、车辆运输和进度控制等，为用户提供最优的展开铺设方案，合理布局人力物力资源。

移动式运力计算流程如图1 所示， 包括工作量计算、分组计算和运力计算3 部分：

2 工作量计算模型的设计与实现

1）铺设方式分析:常用的输油管线铺设作业方式分为3种：铺管车、布管车和人工。 铺管车铺设的使用条件[2]：道路转弯半径大于120 m、路面宽度大于8 m、横向坡度10°以内；布管车铺设的使用条件[3]：路面宽度6 m 以上、双向通行；人工铺设适用于所有作业条件。 通过北斗测量设备对管线铺设作业区域进行放样测量， 然后对测量的数据进行三维处理，并进行采样分析，从而生成不同道路的铺设作业方式[4]。

2）环境影响因子:机械和人工运力的作业效率受环境影响较大。 根据实际作业分析，温度、昼夜、地形、沼泽、植被、是否污染区等条件是影响环境的关键因子[5]。 项目组通过反复试验设计一套多因子的环境参数模型做为设计基础。 当用户在不同地形条件下应用时， 根据实际影响因子进行参数选择，会返回相应的因子参数,通过各环境因子参数求积，得出实际人工或机械铺设效率。

3 分组计算模型的设计与实现

对铺设作业方式和铺设作业效率分析完成后，即可进入分组计算阶段，分组计算目的是为了计算管线所消需的人力和作业车辆数据以及如何对管线铺设人员的优化分组。 分析流程如图2 所示。

图1 运力计算流程Fig. 1 Process design of capacity

图2 分组计算流程Fig. 2 Process of grouping calculation

1）设计每组的铺设线路:分组信息调整完成后，系统自动计算每个组的施工段，并在电子地图上显示。 计算方式为将所有的工作量除以分组数为每个组的工作量， 从起点开始，每个采样距离的工作量依次相加，直至达到该组的工作量要求。 2）计算需要分组情况:用户输入工期后，系统格局线路的工作量自动计算需要铺设组的数量。 计算依据为在保证工期的情况下，使用最少的工作组完成线路铺设工作。 3）调整分组:根据自动分组的情况，用户可以根据实际情况对分组信息进行调整，使分组信息更符合工作需要。

4 运力筹划模型的设计与实现

运力筹划设计是为了得到每个装备运输车辆从装备堆垛点的出发时间、行驶路径、返程路径，从而求得整个展开铺设阶段的详细作业流程，如图3 所示。

图3 车辆运力筹划模型Fig. 3 The capacity planning model

根据求得的各组铺设速度、 用户输入的运输车行驶速度、装备堆垛点利用GIS 最短路径分析模型求得最优路径[6]。然后根据计算得出的最优路径、车辆行驶速度、吊装时间、工作组休息时间，制定每天的铺设计划[7]。

工作量信息和分组信息确定后， 就可以进行运力计算。步骤如下：

1）设定铺设开始时间。 用户首先设定开始铺设的日期，以后所有的日期安排均以此日期为基准。

2）对每组分别进行运力计算。 遍历每个组，对每个组分别作运力计算。 对于每个组的运力计算均包括以下流程。

3）确定采样距离内的铺设方式和速度。 在该组的施工段内，读取采样距离单位下的铺设（布管、和铺管）方式和速度和铺设时间。

4）计算每段距离内需要的管件数量。 根据装备计算的信息获取采样距离内需要的管件数量。

5）计算运输车辆停靠地点和时间。 根据运输车辆装载管件的数量及铺设时间首先计算运输车辆到达的位置及时间要求， 再根据仓储地点到达位置的道路信息计算运输时间，可以估算运输车辆的出发时间、到达地点及到达时间等信息。

6）计算布管、铺管车辆使用的时间和地段。 从系统中读取从系统中读取采用机械铺管、布管方式的采样段信息，并确定布管、铺管车辆的使用时间和地点。 采用机械铺管、布管方式的采样段信息，并确定布管、铺管车辆的使用时间和地点。

7）计算人工铺设的时间和地段。 从系统中读取采用人工铺管、布管方式的采样段信息，人工铺管、布管的时间和地点。

8）全部线路的工期计划。 根据以上信息可以得到所有分组的施工计划及运力安排。

5 结束语

以文中所描述的运力测算模型为基础，项目组研制了一套移动式输油管线运力测算辅助系统，并在新疆、西藏等复杂环境条件下进行了移动式输油管线实际铺设作业试验。 通过试验分析，该测算模型较原人工算法，展开铺设效率提高30%以上，每100 公里移动式输油管线节约经费20～30 万元。

[1] 蒲家宁. 输油管道新理论与新技术[M]. 北京:科学技术文献出版社，2002.

[2] 尹旭，李平，李贞培. 基于ERDAS和ArcGIS的数字管道系统的设计与实现[J]. 管道技术与设备，2010（5）:2－3.

YIN Xu，LI Ping，LI Zhen-pei. Design and implentation of digital pipeline system based on erdas and arcgis[J]. Pipeline Technology and Eguipment，2010（5）:2－3.

[3] 蒋华义. 输油管道设计及管理[M]. 北京：石油工业出版社2010.

[4] 中国石油天然气集团公司.GB50253－2006. 输油管道工程设计规范[S]. 北京:中国计划出版社，2006.

[5] 袁恩熙 工程流体力学[M]. 北京：石油工业出版社，2010.

[6] 王博，王荣敏，孟鹏，等. 长庆油田黄土湿陷地区管道设计技术与发展趋势[J]. 内蒙古石油化工，2010（4）:47－48.

WANG Bo，WANG Rong-min，MENG Peng，et al. Changqing Oilfield loess collapsibility design technology and development trend of Area Pipeline[J]. Nei Monggol Petroleum Chemical Industry，2010（4）:47－48.

[7] 曾勇捷. 等温长输油管道的工艺设计[J]. 石油和化工设备，2010（6）:33－34.

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