智能化信息技术在京津第二输油管道完整性建设中的应用实践

中航油京津冀物流有限公司

随着社会经济技术的发展，国家对管道安全运行的要求也越来越高。近年来管道安全事故频发，给社会造成了很大经济损失，因此消除管道安全隐患，确保管道安全运行的管道完整性管理理念被普遍接受和应用[1-6]。2015年国家颁布了GB 32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》，完整性管理成为管道建设管理的新要求[7-12]。津京第二输油管道处于京津冀经济相对发达地区，作为大兴国际机场和首都国际机场两大机场最重要的供油管道，其安全、可靠运行显得尤为重要，规划、设计、施工、运行和安全、质量、环保都提高到了新的台阶[13-15]。该管道作为国家重点工程大兴国际机场重要的配套设施，是中国航油的“天字一号”工程，在规划之初就定位建设“国际一流、国内领先、行业标杆”工程，引入国内外先进的管道建设技术，利用的最新信息技术成果，开展管道完整性管理。消除隐患、加强管道安全，建设智能航油管道，对于其他管道的建设有借鉴意义。

1 完整性管理平台开发

2016 年津京第二输油管道正式启动前期规划工作，在管道项目建设规划初期引入完整性管理理念，按照国家新规范的要求开展管道项目建设。传统管道建设、施工、运行管理是由不同单位分别实施，采用建管分离模式，工程竣工后移交给管道运行单位管理。建设单位前期资料和施工过程资料可能会遗落丢失，尤其是竣工多年后，图纸存在丢失、掉色、损毁等问题，且纸质竣工图不方便查阅，因此，管道完整性管理首先要保证管道全生命周期数据信息的完整，信息可追溯。记录管道全生命周期信息，形成数字化管道数据库，方便后期管理运行，建立管道完整性信息系统势在必行。首先启动科研项目，基于Oracle 数据库和ArcGIS Server地理信息软件开发了中航油管道完整性管理系统。在管道完整性管理的基础上开发数据信息系统平台，信息系统是存贮管道全生命周期数据的载体，资源可共享，信息可追溯，从而实现完整性管理的目标。通过国内运行管道的实地调研，参照国外管道先进的管理理念，结合航油管道的特点及实际需要，制定了完整性管理系统文件。根据管道建设不同阶段采集录入的数据资料，开发建设两大子系统，分别为建设期完整性管理和运行期完整性管理。每个子系统根据管道建设流程划分不同模块，根据先进管道建设经验，调研各阶段工作具体内容，设计了各式数据录入表单，为管道完整性管理搭建了系统化的平台。建设期完整性管理分成三个子模块，分别为项目可研阶段、初步设计阶段、施工阶段模块。运行期完整性管理包含腐蚀防护、高后果区管理、管道内检测、地质灾害防治、应急信息管理、风险评价等。

管道完整性管理系统平台分为四个层次，基础设施层、数据层、服务层及应用层。基础设施主要是硬件设施，如服务器、磁盘存贮阵列、防火墙、移动端设备、传感器等；数据层记录存储管道数据信息，是管道的数据中心；服务层是数据计算中心，负责处理各类管道信息，根据需要开发了相应的软件程序以满足管道管理需要；应用层是面向用户应用界面，负责数据采集、上传、查看、审阅等。京津第二输油管道完整性平台架构如图1所示。

2 完整性平台在项目建设中的应用

2.1 辅助优化设计

图1 完整性系统平台架构图Fig.1 Integrity system platform architecture diagram

管道完整性管理目的就在于为管道的建设运行提供信息指导决策，其贯穿于管道全生命周期，突出的特点就是滚动建设应用。可研阶段的信息数据可以指导初步设计。可研阶段子菜单包括安全预评价、环境影响评价、地震影响评价、地质灾害评价、社会稳定性调查、文物调查、压覆矿产调查等，同时文档子菜单用于录入和项目可研相关文件，如可研报告及批复、项目选址意见书及政府各部门批复意见、往来函件、重要会议记录等。完整性系统上传前期评价报告，并分析解读报告内容，利用地理信息系统标注关键位置，可直观指导管道详细设计，规避人口密集区、环境敏感区、地震断裂带等，同时记录保存了设计过程资料和依据文件。津京第二输油管道前期规划选址靠近大黄堡生态保护区，管道线位进入大黄堡生态保护区黄线范围约500 m。将线位导入完整性平台，加载前期各类评价信息，平台可自动显示与评价冲突位置，因此可借助于完整性平台实现前期评价信息集成，对施工线位进行优化调整，避开生态保护区，同时避开董庄减少征拆（图2）。

设计阶段子模块中包含管道基础信息、线路、站场、穿跨越、通信、自控、防腐等各类关键设计信息，便于查阅管道线位走向、穿越位置、施工场地布置、土石方测算、评估工程量、测算工程概算，方便安排部署招标采购工作。

2.2 物资采购数字化，追踪生产、存贮、施工全过程

津京第二输油管道设备采购采取二维码技术，详细记录了管材的信息，便于追踪管材的各个流程。每根钢管和阀门均贴有包含各自身份信息的二维码，通过完整性信息平台移动端APP 扫描二维码，可获取管道生产、防腐、检测等信息，同时也可进行自动识别入库出库，监理现场扫描校验。现场施工过程中通过扫描二维码，记录每一根钢管安装位置、时间、作业人，每一道焊口有唯一的编号，焊口前后钢管都是唯一的编码（图3）。每根钢管有确定的编码，每道焊口有确定的编号，可有序、高效地进行设备、材料的存储、安装。将采购的管材与焊接施工对应连接起来，既可以核查物资使用情况，跟踪入库管材使用，排除未入库校验的物资设备，更重要是避免“黑口”发生，从而加强质量的监管。设备二维码还可记录设备生产使用的详细信息，安装和运行人员通过扫码获取产品安装、维修、保养基本知识，指导日常作业。

图2 利用完整性平台辅助设计避让环境敏感点Fig.2 Using the integrity platform to assist design to avoid environmental sensitive points

3 应用效果

3.1 施工数据采集智能化

完整性管理系统施工数据采集模块存储了电子版施工图，便于参建各方及时查阅指导施工作业，更主要是采集施工过程数据，完整详细地记录施工过程信息，以便竣工数据数字化移交，为管道运行管理、质量追踪、维修检测提供依据。

图3 钢管二维码追溯生产施工过程Fig.3 Steel pipe QR code retrospecting production and construction process

完整性信息系统中录入详细的图纸和准确的管道线位，在地理信息系统中配置了1∶2 000 测绘路径底图、1∶500 站场阀室地形图、0.5 m 卫星影像图以及常规的行政区域图和谷歌卫星影像图，并开发有距离、面积统计测算功能，同时还能分类统计各类土地、建（构）筑物面积，辅助征地拆迁工作。多种高精度地图可准确显示设计管道线位及周边环境信息，核对施工单位是否按图施工。管道下沟回填前会采集焊口的埋深和坐标，系统会根据坐标和埋深生成竣工中线及纵剖面，将竣工中线与施工图中线对比就会发现实际施工与设计图纸差异。

施工班组都配备了专门的完整性管理人员，通过移动端APP 在现场及时、详细采集数据。施工过程中会采集录入焊口详细信息，包括施工单位、机组、焊接人员、焊接工序（根焊、填充焊、盖面焊）、温度、时间、地点、气象、无损检测、喷砂除锈、防腐等（图4）。同时还必须将无损检测拍片扫描作为附件上传至完整性管理系统，射线拍片与焊口一一对应，便于随时查阅复核，永久保存。焊口喷砂除锈后的照片、漆膜厚度检测照片、防腐成品照片也上传保存，记录施工详细过程以便于复核，同时可从工序上监督施工单位严把质量关，这就是管道完整性工作重要作用和意义。施工过程每一步都要有信息记录上传，施工信息与施工人员绑定，对施工人员是一种监督，有利于提高施工质量。完整性信息平台的应用提高了数据的采集录入效率，及时、准确、完整地记录施工过程数据，便于及时发现施工问题，提高工程质量。管材和设备生产采用二维码追溯生产、运输、进场校验，从源头上确保管道完整性以及管道本体安全。

3.2 施工现场管理自动化

管道建设属于线性工程，距离跨度大，施工具有流动性，跑工地费时、费力，几百千米的施工长度很难以做到随时监督查看。津京第二输油管道利用物联网技术实现了施工现场监督远程自动化。完整性信息系统开发了视频接口，在重点穿越施工地段和机组处设置可移动监控设备，通过4G 网络将施工现场情况传到完整性信息系统，在办公室可以随时查看现场施工情况，回放还可以查看历史施工作业过程，APP 端则可以随地查看现场施工，还可以下达不符合项、在线开具罚单，业主和监理都能时时共享，随时随地监督施工，做好质量管控，掌握施工最新进度情况，实现了施工现场管理的高效化、智能化。

图4 施工过程数据记录及录入信息图Fig.4 Construction process data recording and information inputting diagram

3.3 竣工资料移交数字化

管道基础信息数据完整是管道开展完整性管理的基石和根本。津京第二输油管道聘请专业的设计单位统一对各标段进行竣工图编制，参照民航行业要求，结合石油石化行业特点，制定了工程竣工资料移交标准。各参建单位按照标准要求编制竣工资料，纸质版和电子版保持一致，盖章文件逐一扫描刻盘。纸质版文件资料存入档案室保管，电子版文件统一上传至管道完整性信息系统。津京第二输油管道完整性建设从项目规划到施工、竣工，每一步详细信息都记录在完整性信息系统，为以后管道的改造、维修、运行提供依据。

3.4 巡检智能化

开发智能巡检模块，配置物联网巡检设备。每台巡检车辆安装GPS，每个巡检人员佩带手持巡检仪，巡检设备通过安装的物联网通信卡，使用4G网络实时定位，上传巡检轨迹（图5）。系统自由设定巡检任务和必经点，自动考核巡检人员到达情况。巡检APP 能够在巡检设备故障情况替代使用，并能够上传图片、语音，上传巡检发现问题，方便寻求技术人员和领导协助解决。

津京第二输油管道与通信光纤同沟铺设，上线了智能光纤震动预警系统。管道沿线的人工和机械挖掘施工都会触发光纤震动报警，软件会定位震动详细位置，巡检系统会安排最近巡线人员到现场查看，及时制止破坏管道的行为。光纤震动预警软件采用人工智能学习算法，根据巡检人员查看结果对震动报警信息进行分类并存贮到数据库，再有新的震动会根据震动波的强度频率与数据库存贮的各类震动波进行匹配来确认报警类型。通过一段时间大量震动数据的搜集确认，光纤震动预警能够自动识别管道沿线各类生产、生活活动引起的震动，进行有区别的精确报警，减少误报率，提高管道安全管理效率。

图5 智能巡检系统监控巡检轨迹图Fig.5 Intelligent inspection system monitors patrol track chart

泵机是管道输送最主要的设备，泵机的安全稳定运行关系到航油供应保障。津京第二输油管道对泵机也进行在线震动监测，调控随时查看泵机运行情况，系统设定了不同方向位置的温度、震动报警值，确保设备安全稳定运行。所有的阀室都采用RTU，无人值守、远程监控、自动控制，配备视频监控和入侵报警，确保安全。采用智能测试桩，自动采集电流、点位信息，通过物联网4G 通信传输信息，软件自动记录、分析阴极保护数据，实现对管道腐蚀防护智能化管理。

智能巡检有利于加强管道巡护管理，监督巡线人员的日常巡护工作，确保巡检到位，从而及时发现、制止危害管道的行为，确保管道不受第三方施工破坏。光纤震动预警系统从技术层面辨别各类震动信息，24 h 无死角、全覆盖监控管道异常情况，是管道的安全卫士。光纤震动和巡检结合便于及时发现问题，随时通知最近的巡检人员到达现场处置突发情况，确保管道安全运行。泵机在线震动监测系统对重要设备进行监控预警，给设备安全运行提供了防护网。这些智能化技术的应用，提高了管道自动化水平，可从技术层面降低管道风险。

4 结论

津京第二输油管作为专业的航油输送管道，在规划建设起始就根据最近管道完整性管理规范开展管道完整性建设工作，开发了航油管道完整性管理系统，详细搜集录入管道各阶段数据信息，建立了从可研、设计、施工、竣工、运行管道全生命周期的数据库，数据在管道设计、采购、施工、运行管理中发挥了指导作用，树立了航油管道完整性管理的标杆。利用现状物联网、电子信息技术，实现施工和运行数据自动采集、分析、预警，提高了管道的自动化、智能化水平，降低了管道风险。京津第二输油管道是第一条开发完整性管理的航油管道，对其他管道建设运行具有借鉴意义。