基于数字化管道维抢修应急管理平台的研究

汪嘉伟 李 召 周顺荣 杨利岗 李 研 雷智杰

（国家管网集团西南油气管道有限责任公司昆明维抢修分公司）

随着我国长输油气管线的大发展，在役的油气管道已经达到100 000 km，且近年来油气管道事故频发，带来了巨大的财产损失。对事故发生后如何及时有效地进行抢险作业，防止次生灾害的发生，一直是管道维抢修研究的方向［1］。中缅油气管道大部分在山区，具有山多、河流多、地质灾害多及社会依托条件差等特点，业务涉及地域大、范围广且安全隐患多，又因原油、成品油和天然气管线三线并行，故抢险难度极大。传统的人工管理方式，已经无法对当前海量数据信息、内外部应急资源进行高效的管理和调配。目前，中石油集团公司拥有了PIS、ERP、PPS及HSE等系统，对管道资源、环境、社会及经济等各个复杂系统的数字化、数字整合及其仿真等信息进行集成，推进管道数字化，但在专业维抢修应急管理的信息化应用方面还存在不足。因而，基于数字化管道系统将各类应急资源信息进行有效整合，继而集中统一管理，建立管道维抢修应急管理平台，以便为管理层制定应急抢险方案提供经济可行的科学决策［2］。

1 管道维抢修应急管理的现状与目标

管道维抢修应急管理的现状为：

a.管道的应急信息缺乏系统管理。目前，长输油气管道的基本信息、应急资源及高风险点等关键数据大多通过传统的纸质文档或电子文档保存，各个数据间孤立零散，查阅时需要翻阅多个文档，效率低下，后续信息维护和更新的工作量巨大［3］。一旦管道突发应急事件，无法快速在第一时间内提供管道相关的应急信息，且受人为因素的影响较大。

b.应急信息显示不直观。管道的应急信息种类多，数据和信息量大，当遇到管道突发事件时，现有的资料只能通过文字、数据、图片或视频获取，无法综合立体直观展示，对应急决策的时效性和准确性有较大影响。

c.应急培训效果差。原始的纸质应急预案、演练方案和应急手册，内容枯燥乏味，贯彻实施难度大；实地演练成本高，沟通协调复杂。

d.管道沿线的维抢修队伍和应急储备资源的分布位置分散，靠人工实现资源的科学快速调度难度极大。

维抢修应急管理的目标为：

a.实现应急信息数字化管理，对维抢修人员、设备、应急资源和沿线高风险点的信息进行统一管理。抢险时，及时掌握事故点的地理信息、周边应急资源分布、管道本体及其附属设施的信息，减少信息孤岛，把区域中的内外部维抢修力量、信息和资源进行有效的整合并存入数据库，缩短应急响应时间［4］。

b.具有科学、规范且实用的预案管理功能。包括预案的制作、预案数据的动态关联更新、预案与重大危险源的关联及其智能匹配。

c.维抢修信息化系统可提供三维应急案例。实现数字化、智能化、无纸化、高效率且低成本的培训演练。

d.具备应急调度和辅助决策的功能。管道一旦发生事故，根据管道的事故类型提供解决措施、人力及物力等资源的调遣方案，为事故提供应急指挥、辅助决策和应急响应过程管理的保障［5］。

2 维抢修应急管理平台的设计原则与总体架构

2.1 设计原则

维抢修应急管理平台的设计原则主要有系统性、实用性、先进性、开放性和安全性，具体论述如下：

a.系统性。着眼于系统和长远目标，长输油气管道维抢修应急管理平台必须从整个区域考虑，保证底层基础（三维地理基础——数据接口标准、模型基础、数据字典、开发环境、软件环境及硬件环境等）统一，在统一的高标准下从底层逐级向上开发建设［6］，不同的管理层次既要相对独立又要联系密切，对各级信息化系统的建设必须统筹考虑、相互兼容且标准统一。

b.实用性。长输油气管道维抢修应急系统的建设，要从有利于辅助应急决策出发；信息平台建设要针对管道维抢修业务的实际需求因地制宜，讲求实效；能够快速、直观且系统地查阅和展示应急信息；应保证系统的稳定性，操作简单且人性化，后期的维护方便快捷。

c.先进性。随着信息网络的快速发展，让许多以前难以实现或根本不可能实现的目标成为可能。因此在应急平台建设中，可考虑利用已经成熟或即将应用的先进技术，如GIS、5G网络及人工智能等［7］，使该系统具有更强的生命力。

d.开放性。长输油气管道维抢修信息化平台应具备开放性，利于本身进一步拓展、维护和完善，也可与原有的信息平台和应用系统相互访问或集成。在信息平台的整体设计上统筹公司各个管理层和部门的需求，避免与现有系统重复建设，现有系统中的信息数据库也可供维抢修信息化平台调用，既可大幅减轻后期数据维护的工作量，也可避免信息系统对某个组织机构和人员的依赖。

e.安全性。由于管道、地理及人员等信息涉及保密性，为保证长输油气管道维抢修应急系统的安全高效，该系统必须具备可靠完善的系统访问权限机制、数据加密传输机制和数据备份机制。

2.2 总体架构

应急管理的核心环节是“监测预警→应对决策”，即在全面了解管道基础信息和应急救援的基础上，对各类风险进行监测［8］，有针对性地做好典型事故的应急预案，能及时根据事故管线地点和事故类型，在最短时间内启动应急响应程序，提出科学的解决方案，及时处理事故，将损失和影响减小到最小。

维抢修应急管理平台以数字化管道为基础，将各类信息处理并集成到系统中进行调用，可实现对各类应急资源信息的有效整合与集中统一管理，将管道周边基础地理信息、管道本体信息、社会依托信息及高风险点信息等关键资源可视化展示，综合利用各类应急资源信息，辅助管理决策层制定科学合理的应急抢险方案［9］。同时，利用数字化平台将应急预案三维化、数字化和可视化，建立灾害模型，提供交互式培训演练平台，提高应急培训效率。维抢修应急管理平台的总体架构如图1所示。

图1 维抢修应急管理平台的总体架构

长输油气管道维抢修应急管理平台的主要特点如下：

a.空间位置的海量数据管理。运用地理信息系统技术对全线管道信息及其周边环境、社会资源进行全方位的监管，该技术还可整合实现管道、场站阀室和地理环境的数据/图形、社会依托及维抢修队伍等信息于一体，为维抢修现场应急作业提供支持。

b.三维可视化场景。利用计算机三维可视化技术，实现场站、管线模型及其周边环境的等比例三维立体展示，应急指挥人员和应急抢险人员能根据展示信息，直观了解应急现场真实模型及其周边真实地形，可准确快速做出判断和决策。另外，还可在其中进行仿真培训、桌面推演及制作三维动画案例等。

c.结构灵活、信息丰富且针对性强的数字化预案。长输油气管道维抢修应急管理平台可将行业内相对比较规范的预案、事故处理方法和流程制成模板供后期参考借鉴，也可根据单位自身的组织架构、职责分工及应急响应流程等需求进行灵活配置、修改模板和优化流程［10］。将预案所针对的事故风险、影响区域、道路信息、所需物资、涉及的部门人员以及应急程序规范等进行结构化管理，可使维抢修预案的灵活性和实用性更好，针对性更强。

d.综合化、自动化且智能化的辅助功能。基于数字化信息库和应急预案数据库，当管道发生突发事故时，可调取数据库中地理、周围环境、管道数据及维抢修队伍资源等信息，结合系统中应急预案和历史案例进行分析后，生成应急调度指挥图、现场布控方案和抢险方案，为领导层提供辅助决策。

3 维抢修应急管理平台功能模块

维抢修应急管理平台（图2）主要包括管道基础数据管理、应急资源管理、风险源管理、应急资料库、预案管理、三维应急案例管理、应急演练、路径管理、应急调度指挥与科学辅助决策9个功能模块［10］。

图2 维抢修应急管理平台功能模块

3.1 管道基础数据管理

管道基础数据管理的主要功能是对管线、输油站、穿跨越管道附属设施的信息及其相关资料的管理。该模块是整个系统的核心，主要实现事故点地理定位、管线桩号定位和站场阀室定位3个管道事故快速查询定位的功能，同时还能进行管线规格、壁厚焊缝及介质等基础数据信息的更新与维护。

3.2 应急资源管理

应急资源管理主要是对自然、社会环境和内外部应急资源信息的管理［11］，其资源主要包括管道沿线各种设施（含水系、交通、植被、地貌及地物等）的矢量地形图、三维地面模型及航空/遥感影像，行政区域（地市、区县、乡镇和街道）地名，水文、地质、交通、土地权属（利用）状况、植被、环境、构/建筑物及其他管道等自然或社会环境信息，医院、警察局、消防队、仓库、消防车、抢维修人员、指挥车、管线设备储备、应急物资、抢修队伍及专家库等内外部资源信息。

3.3 风险源管理

事故的源头大多数是已知的某些重大风险源引起的，监测管理好这些风险源有助于提高灾害预防能力，消除事故隐患进而将危险扼杀在萌芽状态。

风险源管理就是要对管道建设和运行全过程的风险源状态进行监控，主要包括管道本体风险、第三方施工风险、高后果区及重点设备管理等风险源的监控管理。

3.4 应急资料库

应急资料库主要基于GIS系统将线路管道［12］、站场或设备的基础资料（工艺流程图、生产设备布置图、危险区域划分图、应急关断图、消防设施分布图和建筑图）与空间位置相关联，可实现在三维地图上直接查询相关应急资料。

3.5 预案管理

通过将预案采用面向对象思想进行分解重构，将其各部分内容结构化，并采用信息化方式与空间地理信息、三维可视化技术及移动互联网等融合关联，实现预案的制作、预案数据的动态关联更新、预案和重大危险源的关联与智能匹配，将各专业之间、人员之间、工具之间的数据交换和协调过程进行数字化。

预案管理主要是对预案模板的管理和预案制作、预案库、抢维修手册、工艺及其应急修复程序等的管理。

3.6 三维应急案例管理

从以前的事故中吸取经验和教训，把事故案例的整个过程录入系统，对这些事故案例进行分类管理，并制作成三维动画，形成生动形象的三维事故案例库，事故案例可以播放展示，为日常的抢维修培训提供形象直观的教材。

三维应急案例管理主要是对事故案例和动画案例的管理。

3.7 应急演练

存储和运输过程中危险因素众多，可能发生的安全生产事故也很多，因此要针对一些危害比较大或发生频率高的事故进行培训与演练，使不同岗位的人员了解自己在应急体系中的职责，当事故发生时可以在短时间内做出正确的应急反应并实施救援。

应急演练主要包括演练计划、桌面推演、推演回放及演练标准案例等。针对实战演练组织困难、成本高、时间长以及协调困难等问题，该模块还具有电子沙盘功能，可在电子沙盘上进行三维立体的桌面推演，让应急人员更加直观了解演练的整个过程，互动性强，也可根据演练预案中的职责分工，给不同参演人员进行分工，类似多人互动游戏，然后每个参与者都各司其职，明确自己在整个演习过程中的职责，大幅提高了演练的效果，节约经济成本和时间成本［13］。

3.8 路径管理

救援过程中，无论是物资还是人员都需要通过交通工具进行运输，只有最合理的行车路线才能保证人员和物资及时运输到位。因此，科学合理地制定出行车路线对应急抢险的及时性至关重要。

路径管理是通过提前录入管道沿线道路基础信息（包括宽度、承载重量等），实现路径搜索和路径智能规划。

3.9 应急调度指挥与科学辅助决策

一旦管道事故发生后，维抢修应急综合信息平台根据管道的事故类型，调取数字化信息库和应急预案数据库的人力、物力、地理、周围环境、管道数据以及维抢修队伍资源等信息，结合系统中应急预案和历史案例进行分析，生成应急调度指挥图、现场布控方案和抢险方案，为领导层决策提供辅助［10］。同时，针对某些险情预估其影响范围时，先通过模拟做出科学的推算和分析，再设置参数模拟不同类型和等级的灾害，从而起到辅助决策的作用。

应急调度指挥与科学辅助决策模块主要包括灾情上报、远程指挥、现场状况、预案匹配、三维场景动画、电子沙盘、灾害模拟和辅助决策，其运行模式如图3所示。

图3 应急调度指挥、辅助决策运行模式

4 结束语

目前，国内石油/石化行业正在逐步推进数字化管道工作，建立各类数字化系统，但由于管道维抢修涉及的专业繁多、时效要求高和软硬件结合难度大，在其应急综合管理的信息化建设和应用方面还存在不足。通过研究分析管道维抢修应急管理现状，针对管道维抢修应急特点，基于数字化管道系统建立了维抢修应急管理平台，可实现对管道风险的管理，增强管道运营风险和事故灾难的处理能力，降低运营单位和人民群众的财产损失和人员伤亡，确保企业经济效益与社会效益的最大化。