管道完整性数据管理技术的研究进展与发展对策

史建峰，王晓霖，帅 健

（1.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺113001；2.中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺113001；3.中国石油大学（北京)机电工程学院，北京102249）

管道完整性数据管理技术的研究进展与发展对策

史建峰1,2，王晓霖2，帅 健3

（1.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺113001；2.中国石油化工股份有限公司抚顺石油化工研究院，辽宁 抚顺113001；3.中国石油大学（北京)机电工程学院，北京102249）

概述了管道完整性管理中完整性数据管理的研究进展及国内外现状，重点介绍了管道数据模型、管道数据采集与整合技术以及完整性数据管理的研究现状，提出了完整性数据管理的发展对策和建议。指出，数据管理技术的发展核心，应基于我国管道的基本国情，不断加入新技术、新方法，使完整性数据完备、准确、通用、持续有效，更好地服务于管道完整性管理，保证管道安全、长久的运营。

管道完整性管理；数据管理；研究现状；发展对策

1 概 述

我国长输油气管道发展迅速，基本形成了辐射全国各地的长输管道网络布局。我国现有多数油气长输管道运行多年，已进入管道安全事故的频发期，各大管道运行企业对于管道完整性管理的重视程度与投入力度不断加大，法律法规不断完善。管道完整性即为管道能有效抵御各种危害因素并保持安全运行的能力，以管道安全为最终目的，通过对复杂多变的管道风险源与事故受体进行反复识别与评价，尽早发现并及时实施减缓风险因素的应急措施，使管道的运行过程基本处于可操控状态。

管道完整性管理贯穿于管道服役的全过程，完整性数据管理是实施管道完整性管理闭环流程的第一步，数据的完整性直接制约着完整性管理过程后续阶段的高后果区识别、风险评价、完整性分析评价等工作结果的准确性，数据质量的好坏直接决定了完整性管理流程的根基是否牢靠，因此极为关键。

对于一项庞大的长输管道工程，管道服役期间的数据管理工作特征明显，分别是：

（1）协作的用户种类多。如基层站队、地区分公司、管理处、专业公司等多个业务部门。

（2）涉及的业务类别多。如高后果区识别、风险评价、完整性评价、巡线、自然灾害防治、维修维护、应急抢险、政府协调、民众宣传等。

（3）专业信息门类繁杂。如管道本体资料、运维记录、法律法规、体系文件、技术标准、技术分析、评价报告等。

管道信息的门类繁杂、数据保存格式的不一致、各管理单位管理方法和应用标准的差异以及管道资料分散，容易造成部门间信息传递不及时、数据信息的重复采集录入或无法实时更新等情况，削减了关键数据的有效使用率，无法达到管道完整性管理的需求，对管道的高效管理模式造成制约。因此，完整性数据管理是保障完整性管理顺利进行的关键手段。

2 管道完整性数据管理

长输管道工程具有涉及专业学科广泛、基础资料多样、信息来源种类繁杂、运营信息动态更新等特点，合理准确的数据处理机制对后续的识别评价结果将产生直接影响，进而决定完整性管理模式的可信度水平和实际应用效果。

石油行业的信息共享趋势明显，特别是管道管理方面的自动化水平不断提高。为满足当前大量油气管道运营安全与持续性建设的需要，实施管道完整性管理应将对管道信息数据的全方位、全过程采集作为首要任务来执行。管道完整性管理应利用地理信息系统（GIS）和现有数据库技术作为依托，将空间数据与实体数据进行有效结合，进一步提高完整性管理的智能化水平。

目前我国长输管道数据管理工作的专业程度和基于地理信息系统的应用程度普遍低于国外先进水平，管道管理工作中对于数据资料的管理方式和应用程度的要求在不断提高。数据模型的通用性是数据管理的前提，数据模型必须同时服务于不同需求的管道管理者，并能在实际应用中不断对模型进行拓展优化，达到数据管理的最佳效果。完善数据的标准化，构建科学合理的管道数据采集流程，并结合数据模型对数据进行整合、入库、管理，将使下一阶段的高后果区识别及风险评价等环节得以有效开展，为完整性管理提供有力支撑。

3 研究进展

英国TRANSCO公司所辖27×104km管道已建立完整性管理组织机构以及完整性管理体系，并投入使用。加拿大TransCanada公司设立的管道线路完整性部门、设施完整性部门和数据完整性管理部门等协同合作。美国Williams Gas公司具有120余人的完整性管理部门，已经开发了60多套完整性管理程序，建立了集合GIS的完整性基础数据库，经过多年的运营管理，管道事故率逐年降低。EI Paso管道集团拥有北美最大的天然气管道系统，在公司的完整性管理过程中，每个部门都能够共享通用格式的GIS数据和完整性数据库的使用权限。

中国石油天然气集团公司成立了相对完善的完整性管理技术研发机构，如在管道科技中心下设完整性研究所，负责为专业公司及管道企业提供完整性管理技术支持。陕京管道率先启用了完整性管理体系，管理系统完成了与地理信息系统的集成，可支持基于风险的维护决策方案的制定，并将整套完整性管理体系应用于永唐秦管道的管理工作中。西气东输一线的完整性管理引用了APDM数据模型完成数据管理工作。中海油已经成立了专项负责完整性管理的工作组，积极开展完整性管理体系建设和完整性管理工作，如海上设备设施、海底管道的完整性管理工作等，已经完成部分海底管道的监测和完整性评估研究。

3.1 管道数据模型研究

国内管道数据模型的研究已经开展多年，不断有创新性的改进思路和解决方法被提出。2006年，程仲元等[1]提出了中国管道数据模型CPDM，对管理对象的确定和模型组织方式进行了详细描述，为地理信息标准化及管道数据管理工作提供了借鉴。2008年，贾庆雷等[2]建立了APDM-CH管道模型，模型同时也包含了贯穿于管道业务的站场数据模型，并引入管道评价指标。2009年，王双等[3]结合APDM 4.0版本规范，提出了基于XML实现初始化APDM模型及对已有模型自定义修改的实施方法，保证了APDM模型同关系型数据库的顺利转换。2011年，张轶[4]设计了某天然气管道和场站数据库的数据模型，详细拆分了动态数据的分类，使之更加适用于生产管理。王扬等[5]根据油气管道站场工艺管道的特点建立ISPPDM模型，模型以几何网络为基础，连接点抽象为接口形式展示，模型描述了站内设备与工艺管道的逻辑联通关系。2013年，于铁兵等[6]结合WBS结构及编码体系，建立管道数据模型，实现管道实体、参数设计和工程建设活动的关联。

3.2 管道数据采集与整合技术研究

国外管道运营十分重视完整性数据的采集和存储，并有专业的数据公司进行辅助管理[7]。我国也在不断进行数据采集与整合的先进技术的研究。

2006年，李兴国[8]给出系统性说明和误差分析计算，提出了数字化管道建设中提高基础测量数据采集精度的做法。2009年，余海冲等[9]提出了提高定位数据精度的优化方法。修改APDM 4.0中规定的中心线测量方式的属性，结合传统的里程桩和GPS精确测量，提高了管道中心线的空间位置准确性。2010年，袁泉等[10]在分析了用常规方法进行数据入库时出现的不符合模型要求的问题后，提出了数据三级入库的作业方法，详细划分管道测绘数据、管道资料数据和管道沿线环境数据的不同入库流程。刘阳燕等[11]提出在数据入库过程中利用Access数据库属性表存储的方法优化管道完整性数据的存储过程，并制定了对管道模型不同要素数据的入库流程。2011年，韩小明等[12]利用GIS和GPS技术将各类管道数据整合，获取管道特征的真实地理坐标，再采用GPS直接放样特征，实现整合后的管道数据集中查看管道同一位置发生的事件。该方法通过不同数据间的匹配点，空间对齐数据，获得数据之间准确的相对位置关系和真实的地理位置。2013年，唐建刚[13]根据西北某段数字化管道的建设，利用RTK测量法对管道建设期的数据采集进行了理论分析，指出高精度的RTK数据采集方法保障了管道竣工测量成果表数据的真实准确，保证了竣工资料与竣工图的数据统一。吕高峰等[14]提出应用循环闭合模式对某天然气管道完整性检测数据进行更新和建表的方法，对不同检测数据关键字段进行关联，根据数据模型进行存储，通过对各管段检测数据的分析评价来确定维修位置坐标，并及时更新基础信息。

3.3 完整性数据管理研究

应用GIS软件，不但实现了对管道空间信息的管理功能，还在实现管道空间位置关系的基础上，解决了管道设施之间的逻辑关系、空间影像整合以及支持决策等问题，并以信息化集成软件形式对完整性管理提供服务。

2008年，曹立军[15]对APDM表进行了要素修改、要素类型增加和线性参考字段增加，针对管道线路的二维、三维线路设计优化设计了GIS辅助软件。2010年，韩小明等[16]提出提高管道数据集数据可信度的管理方法。吴志锋等[17]提出利用不可逆的坐标降精度技术来处理管道完整性数据的方法。该方法利用两套网络之间数据交换的方式，解决数据保密与生产管理应用数据的矛盾，针对APDM模型中的矢量数据要素，利用矢量数据压缩及光滑处理的方法对坐标精度进行降级处理。郭磊等[18]针对GIS与CAD的数据互操作研究，结合APDM数据模型提出了一种实现ArcGIS/Auto CAD平台下的管线数据互操作方案。

帅健等[19]于2005年开发了管道完整性评价数据系统，2006年开发了适用于工程实用的油气管道完整性评价与管理软件（PIAM）[20]，软件具有完善的管道风险评价与剩余强度评价功能。2010年，开发了管道完整性数据库[21]，以此管理和维护与管道完整性相关的设计、检测、运行和环境等大量管道数据，采用数据接口技术与外部数据库实现信息共享，并提供多种有效性评价功能模块，满足管道全面完整性管理与评价的基本需要。

魏立新等[22]对已有的数据库管理模型进行修改，提出了查询插值的新方法，实现混输管道压降的预测以及改进了混输管道压降的计算方法。卢世涛[23]对地下管线系统进行了三维建模和软件编制，应用OpenGL技术实现三维管线的可视化，设计系统软件实现了管网剖面分析及事故分析功能。2011年，耿作孝等[24]对管道数据库设计进行了设计，增加了环境及地质灾害影响因素、管道第三方破坏和外腐蚀信息，在GIS图像处理中完善了颜色匹配功能。2012年，樊禹等[25]对中亚天然气管道生产数据管理系统的方案设计进行了论述，总结了解决跨时区交接运行协调问题的经验。2013年，胡翩等[26]开发了油气管道数据管理与安全评价软件，应用嵌入并行处理技术、变权修正方法及内置数据模板，提高软件的数据处理能力。李宁[27]以APDM 4.0为技术基础基于B/S结构编制了WebGIS信息管理系统，实现了管道防腐控制、灾害防治和风险评价功能。2014年，郭磊等[28-29]对现阶段完整性管理数据集成应用以及整体信息化建设的需求进行了分析，介绍了现有中国石油管道完整性管理系统的建设和应用情况。

4 发展对策

管道完整性管理推行至今，已取得业界广泛认可，成为国际上普遍认同的管道管理模式和石油天然气行业发展的一个重要方向。我国的完整性管理普及工作开展较晚，虽然对油气管道的检测评估工作可依据国际通行的标准、规范以及推荐作法来实施，但仍有一些方面的方法规程并不适用于我国长输管道的实际情况，需要进一步修改和完善。为此对完整性数据管理工作提出几点建议：

（1）建全完整性数据管理体系，结合我国管道基本情况及管理人员自身素质差别，灵活推广应用，总结应用经验，不断完善体系建设。

（2）建立完整性数据管理流程，流程应覆盖数据管理的全部生命周期，包括制定适应我国管道的完整性数据模型；制定完整性数据采集模板、采集原则、数据来源、采集周期；完善数据整合入库技术，明确数据审核标准、质量要求、校验标准、入库工具、更新周期、安全维护等环节。

（3）将各管道企业的完整性管理工作由公司个体上升为企业级管理平台的综合管理，加强完整性管理各步骤的数据融合、集成，使数据的有效利用率得到提升，推动管道完整性管理与国家数字管网一体化建设的进程。

5 结 语

管道完整性管理工作持续性强，覆盖面广，数据质量要求严格，是管道完整性管理工作顺利实施的前提。数据管理技术的发展核心应基于我国管道的基本国情，不断加入新技术、新方法，使完整性数据完备、准确、通用、持续有效，更好地服务于管道完整性管理，保证管道安全、长久的运营。

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Research Progress and Development Countermeasures of Pipeline Integrity Data Management Technology

SHI Jianfeng1,2，WANG Xiaolin2，SHUAI Jian3
（1.Liaoning Shihua University，Fushun 113001，Liaoning，China；2.Fushun Petrochemical Institute，China Petroleum&Chemical Corporation，Fushun 113001，Liaoning，China；3.School of Electromechanical Engineering，China University of Petroleum-Beijing，Beijing 102249，China）

In this article，it outlined the research progress and current status of the integrity of data management in pipeline integrity management at home and abroad，mainly introduced the research status of pipeline data model，data acquisition，integrated technology，and the integrity of data management，put forward the countermeasures and suggestion for the development of the integrity of data management.It pointed out that the development core of data management technology should be based on the basic national conditions of China.New technology，new method should be continuously added in to make the integrity of the data complete，accurate,in common use，continue effective，better service in pipeline integrity management，and ensure pipeline safe and long-term operation.

pipeline integrity management；data management；research status；countermeasures

TE973.6 文献标志码：B DOI：10.19291/j.cnki.1001-3938.2016.04.004

史建峰（1989—），男，硕士研究生，现就读于辽宁石油化工大学石油天然气工程学院。

2015－05－22

罗 刚