智能化管道技术的开发与应用

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智能化管道技术的开发与应用 Contents 目录一、智能化管道概述二、智能化管道技术及创新三、智能化管道实施案例四、展望一、智能化管道概述 Ø 智能化管道建设背景工程建设过程中，为节约项目成本，提高工程效益，业主单位希望各参建单位缩短项目工期、改进施工工艺，以便降低工程投资成本及运营成本。因此，业主开始要求各参建单位按照统一的设计标准、规范的工作流程、集成应用及信息协作来完成工程建设。面对的挑战 3 一、智能化管道概述 Ø 智能化管道建设目标利用互联网、云计算、大数据等先进技术，通过工程的 “标准化、数字化、可视化、集成化及智能化”，实现管道工程的全生命周期管理。工程设计工程采购互联网三维技术集成化管理数字化数字化建设智能化决策标准化云技术物联网全生命周期管理大数据分析可视化管理移动网人工智能工厂运营工程施工 4 一、智能化管道概述 Ø 智能化管道的主要特征 1 制定勘察设计、施工建设、标准化运营维护全生命周期的编码标准、数据标准、采集标准、交付标准等。前提根据管道完整性管理、 5 智能 2 对管道基础信息整理、勘察测绘、设计资料和模型进行转换，并对数据进行结构化、矢量化、三维建模等处理，实调度优化模型和仿真模拟模型，实现管道运行优化、安全风险的预测预警、应急抢险的交互联动响应。数字化化 Title in 现管道信息数字化管理。目的 he 基础 3 实现管道基础数据、附属及周边数据、风险隐患数据、站场与管道主要运行参数、应急数据的图形、图像、视频、图表分析信息的多维度查询及可视化展示。 4 可视化通过多系统的集成，实现数据共享，解决” 信息孤岛” 集成化手段表现 5 一、智能化管道概述以工程数字化交付的空间数据模型为基础，开展建设期、运营期大数据分析，辅助智能决策。通过对物资调拨、焊接采集数据、设备维修、生产调度等数据进行聚类、关联、分类和预测等大数据分析技术处理，为业主提供资源平衡、质量分析、设备预防性维护、运行方案优化等提供决策支持。设计数据模拟优化资源平衡质量分析 HSE 分析完整性分析运营优化物流数据施工数据运维数据大数据分析聚类关联分类预测 6 一、智能化管道概述第四阶段智慧化第二阶段 2015- 至今智能化 2009-2015 数字化 1995-2008 信息化我公司所属的石油工程设计公司从 1995 年开始长输管道的信息化建设工作， 2009 年随着鹰图公司 SmartPlant 集成设计软件的引进开始了数字化管道建设， 2015 年随着新疆煤制气外输管道工程智能化管道开发工作正式开始了智能化管道的建设工作，未来将会逐步向着智慧化方向发展。 Contents 目录一、智能化管道概述二、智能化管道技术及创新三、智能化管道实施案例四、展望二、智能化管道技术及创新 Ø 总体建设思路按照中石化“六统一”原则，统筹长输管道工程建设期和运营期的业务需求，开发了以统一数据库为基础，云平台为架构的管道工程建设和运营一体化的智能管理平台，初步实现了工程的数字化移交、智能化运营及管道全生命周期的管理。系统包含工程项目管理、数据管理、完整性管理、运行管理、营销管理、应急管理等 8 个子系统，共计 75 个功能模块。 9 二、智能化管道技术及创新 Ø 全生命周期标准规范编制完成了贯穿管道工程建设及运营的一套全生命周期标准规范文件体系。包括编码规定、数据规定、文件清单等五大类规范的编制。 10 二、智能化管道技术及创新 Ø 工程建设子系统 1 ）线路集成设计开发了基于地理信息系统的长输管道线路设计平台，实现了线路工程数字化设计。在统一的平台上，建立了设计成果、专项评价成果（环境影响评价、地质灾害评价、文物调查等）及地理信息数据（ DOM 、 DEM 、 DLG 等）的关联关系。 11 二、智能化管道技术及创新 Ø 工程建设子系统 2 ）站场集成设计以 Smartplant 为平台开发了数字化设计集成系统，实现了站场的全数字化设计与交付。以站场的工程设备实体为管理对象，建立了工程对象位号与其相关数据、模型、文档的关联与管理，为智能化管道设备的完整性管理奠定了数据基础。 12 二、智能化管道技术及创新 Ø 工程建设子系统 3 ）物资、施工、监理管理采用二维码、 RFID 、移动应用技术，实现物资、施工、监理的数据采集及过程管理，数据一次采集、多处利用及各阶段数据交互。数据交互数据交互物资管理 APP ，覆盖供应商，中转站物资出厂、入库、出库、退库等业务施工管理 APP ，工程线性化特点，降低录入量达 85% 。管号、焊口编号事前校验，提升数据质量监理管理 APP ，接收施工 APP 推送的数据并现场审核。选项化监理记录方式，生成监理 word 记录，避免二次录入 13 二、智能化管道技术及创新 Ø 工程建设子系统 4 ）智能工地利用物联网和移动应用技术，开发了智能工地管理平台。基本实现了施工数据的移动采集、物资管理的二维码应用、焊机数据采集、现场视频、人脸识别系统、智能门禁、隧道人员定位等。质量管理、安全管理等人员管理（定位、 HSE 管理等）施工机具管理（焊缝数据采集）周边环境管理（隧道监控、应急救援）逐步实现现场施工的智能管控，确保工程建设质量。关键工序管理（大型设备安装） 14 二、智能化管道技术及创新 Ø 工程建设子系统 5 ）二三维可视化应用搭建二三维地理信息系统，完成设计、采购、施工及业务管理数据的集成整合及可视化管控，实现关键作业点的现场视频监控。 15 二、智能化管道技术及创新 Ø 数字化交付子系统通过设计成果数字化交付、工程建设数字化交付，将设计、采购、施工数据加载到统一的管道数据模型上，并在二、三维可视化平台上进行综合展示，为长输管道工程建设实现全生命周期数字化成果共享、智能化管道建设提供技术支持。可研中线 vs 初设中线初设中线 vs 施工图中线施工图中线 vs 施工中线施工中线 vs 竣工中线可研初设施工图设计施工竣工进度 16 二、智能化管道技术及创新 Ø 数字化交付子系统 1 ）设计数字化交付对各阶段设计数据进行数字处理，以规范的数据格式、结构，递延传承全部设计数据，并以交付形式形成全生命周期数据的集成共享。 17 二、智能化管道技术及创新 Ø 数字化交付子系统 1 ）设计数字化交付 u 成果交付：实现以专业、工厂结构两种维度进行成果交付；线路交付统计分析站场交付 u 统计分析：可根据行政区划、线路段等进行成果统计； u 专题图：形成地区等级、高后果区、断面图、环境敏感点、勘察等重点专题解析。专题图 18 二、智能化管道技术及创新 Ø 数字化交付子系统 2 ）工程数字化交付序号 1 分类内容 DLG 、 DEM 、 DOM ；空间数据；周边环境数据等。空间数据设计数据：设计过程各阶段、各专业产生的数据。采办数据：材料、工艺站场、腐蚀与防护、通信、自动控制等施工数据：基础信息、线路、工艺站场、穿跨越、阴极保护、机械、自动控制等运行数据：管线巡护、青苗补偿、防恐管理、第三方施工管理、管道交叉、企地协调、占压管理等数据工程数据设计资料；招投标及合同文件；承包商及服务商管理文件；外协文件；施工工程文件（施工组织方案、安装记录等）；投产手续办理文件；竣工图纸。计算模型：各专业工艺设计计算的模型。管线三维模型：管道本体、附属设施站场三维模型：建筑设施、工艺设备、电气设备、自控设备、计量设备、压力容器、消防及给排水设备、安全环保设备、阴极保护设备、站内管线等 2 3 4 文档模型上述各种数据、文档、模型等都关联到相应的工程对象，实现共享与智能关联关联关系 19 二、智能化管道技术及创新通过工程数字化交付系统，实现设计、采购、施工过程中的数据向运营期的交付，为运营期的智能化管线提供数据基础。数据交付设计设计数据三维模型图纸文档采购数据文档资料建造模型施工数据文档资料视频图像通用格式数据导入数据导入工程数字化交付管理系统采购业主接收平台合同约定交付物施工 20 二、智能化管道技术及创新 Ø 运营期管理子系统以工程建设数字化交付为基础，开展运营期智能化管理系统开发，主要包含应急指挥、生产调运、设备管理、安全环保、辅助决策等功能模块。 21 二、智能化管道技术及创新 Ø 运营期管理子系统 1 ）管道完整性管理依据管道完整性管理体系，对建设管道业务活动、高后果区管理、风险管理、完整性管理、维修维护及效能评估等进行闭环管理。业务活动管理高后果区管理管道风险管理完整性评估维修与维护效能评估 22 二、智能化管道技术及创新 Ø 运营期管理子系统 2 ）油气调运管理实现对油气管道在温度、压力、流量及介质中硫化氢等危害物质含量进行监控和报警分析；实现运行参数和报警信息的可视化展示。运行参数监控异常报警分析输送配置计划生产统计管网调度优化 23 二、智能化管道技术及创新 Ø 运营期管理子系统 3 ）智能决策对管线安全、设备维护、生产调度和营销统计等运营数据进行分析，为业主提供管线风险控制、设备预防性维修、运行方案优化和收输销存优化等决策支持。管线安全风险分析设备预防性维护分析运行优化分析营销趋势分析 24 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 1 ）形成数据标准体系，组织过程资产的积累开展全生命周期数据标准体系建设，完成工程建设期、运营期 5 大类、 62 项数据标准编制。为数字化、智能化管道建设奠定了坚实的基础。建设期数据资产设计数据三维模型图纸文档施工数据文档资料视频图像交付工具统一的数据标准运营期数据资产设计数字化设计全生命周期数据库物资数据采集施工数据采集二维码 … 施工 25 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 2 ）打通管道全生命周期管理的数据流、工作流基于统一的数据标准，建立了天然气长输管道设计、采购、施工、试车、运维全生命周期数据管理的数据流，各阶段数据“无缝衔接”，确保数据“数出一源、同质合并、全局共享、综合利用” ；建立了建设单位、监理单位、物资供应商、施工承包商及检测承包商以及运维管理的关键业务流，在同一的平台上协同作业，统一管理。 26 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 3 ）模块化的功能设计基于云平台，进行功能的模块化设计，可根据不同用户的需求提供设计数字化交付、工程项目管理、工程数据采集、工程数字化交付、完整性管理等不同功能服务，或全生命周期产业链的功能服务。 27 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 4 ）基于地理信息系统开发了数字化管道“孪生” 在基于地理信息系统（ GIS) ）开发的建设运维一体化平台中，实现工程建设、运维管理的管道模型、数据集成，实现了管道工程实体交付的同时交付数字化管道，建设与运维的无缝交付。在二、三维可视化平台上进行管道的全生命周期的管控。 28 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 5 ）实现三维设计模型到 GIS 系统的转换开发了三维模型的转换技术，实现了 SmartPlant 、 BIM 等三维设计模型与三维地理信息平台（ GIS ）模型转换，确保了设计、建造与运维的三维模型、数据、文档以及关联关系的一致性，提高了平台运行的效率和稳定性。 29 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 6 ）实现人机料管理、物资供应、工程管控的物联化通过二维码、 RFID 、 UWB 、移动应用等技术应用，实现人机料、物资调配、数据采集及审核、工程管控的物联化应用。物资 APP 施工 APP 监理 APP 二维码胸牌扫描 30 30 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 7 ）基于管道实体对象管理的数据库基于管道对象的数据模型，实现管道的完整性管理。线路工程以实体对象的焊口编码和空间坐标，实现焊口及其周边相关环境的数据、模型、文档的关联与管理。设计采购施工采购文件炉批号、板材号管号管材理化数据机械测试结果管体检验结果 …… 铺管位置管道中线走向材质焊接工艺超声波检测结果射线检测记录基线检测壁厚防腐设计压力 …… …… 31 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 7 ）基于管道实体对象管理的数据库站场工程以实体对象的标识码（ Item Tag ），实现工程对象与其相关数据、模型、文档的关联与管理。数据表 / 清单工艺控制三维模型管道轴测图设备 : 泵性能曲线激光扫描管道仪表工艺流程图工艺流程图维护计划仪表回路图 32 二、智能化管道技术及创新 Ø 创新点 8 ）利用大数据分析辅助项目管控基于全生命周期数据中心，对设计、采购、施工过程中的数据进行综合分析，辅助工程建设项目管控。设计与施工数据分析焊接进度、质量分析综合评价专题图 33 Contents 目录一、智能化管道概述二、智能化管道技术及创新三、智能化管道实施案例四、展望三、智能化管道实施案例依托新疆煤制气外输管道工程、鄂安沧输气管道工程开展智能化管道建设相关工作，公司所属石油工程设计公司作为拿总单位，按照“统筹规划、数据第一、急用优先，分步上线”的原则，开展了数字化交付、工程建设平台、运营管理平台的开发工作。新疆煤制气外输管道工程鄂尔多斯 - 安平 - 沧州输气管道工程 35 三、智能化管道实施案例 Ø 数字化交付平台以空间地理信息数据为基础，以管道数据实体为管理对象，完成管道数据、文档、模型及其关联关系的数字化交付。 36 三、智能化管道实施案例 u 完成线路系统 8 个专业 45 类、站场系统 11 个专业 127 类结构化数据定义及交付，总完成率 100% ； u 完成 42190 个文件类数据的集中存储及交付，总完成率 95% ； u 完成衡阳站、郴州站 8926 个单体模型的数据加载，总完成率 20% ； u 完成典型穿越、隧道模型加载。 37 三、智能化管道实施案例 Ø 工程建设管理平台完成包含数据管理、项目管理、综合管理三个类别的，共计 25 个功能模块的研发工作。综合管理范围管理资源管理风险管理进度计划采购管理设计管理施工管理质量管理沟通管理纪检管理对外关系监理管理 HSSE 管理物资管理竣工管理事故事件标准规范安全体系项目管理成本管理（投资、合同、财务）党群管理文档管理数据管理物资数据管理（ APP ）施工线路数据管理（ APP ）施工场站数据管理（ APP ） 38 三、智能化管道实施案例 1 ）项目管理功能模块根据功能需求对接，工程建设管理平台共涉及功能点 298 项，流程 104 个。截止目前，已完成功能确认的功能点 248 项（占比 83% ），流程 75 个（占比 72% ）。 2 ）焊接、检测数据及录入率截止目前，系统录入焊口数据 51046 条，录入率 96.74% ；射线检测数据 50568 条，录入率 97.07% ；相控阵检测数据 25142 条，录入率 94.82% 。 3 ）钢管数据及录入率截止目前，系统录入钢管数据 59360 条，录入率 93.47% ；冷弯弯管数据 4870 条，录入率 99.4% ；热煨弯管数据 3075 条，录入率 98% 。 39 三、智能化管道实施案例 4 ）领导驾驶舱根据管理需要在业务模块中进行数据统计，已完成 6 类 21 张图表或数据表的数据分析，辅助项目管控。 “ 根据平台数据进行汇总和计算” 40 三、智能化管道实施案例 Ø 运营管理平台 1 ）生产运行子系统以满足管道安全生产运行管理为主要目的，实现智能调度管控为目标，负责日常管道生产计划、运行、调度、工艺操作、值班、计量、能耗等业务管理。 41 三、智能化管道实施案例 2 ）完整性管理子系统把管道数据与日常业务紧密融合，以完整性管理规范为指导，构建管道基础数据管理、维修管理、高后果区识别、阴极保护管理、管道检测、风险评价等业务的管理。 42 Contents 目录一、智能化管道概述二、智能化管道技术及创新三、智能化管道实施案例四、展望四、展望以数字化管道为基础，利用以物联网、云计算、大数据和人工智能为代表的新一代信息技术，实现智能感知、智能控制、优化运营，智能决策，逐步开发智能化管道平台，打造属于油气输送管道工程智能化管道。大数据技术为实现油气田及管道生产的高效优化、资产管理的安全可靠提供了科学合理的技术平台人工智能技术为实现油气田、管道的专业化决策和智能化管控提供了先进创新的技术支撑人工智能和大数据技术应用深度学习机器视觉优化技术物联网技术为实现全面精准的感知提供了丰富准确的技术手段自然语言处理站库数据自动采集管道数据自动采集外部市场数据收集温度传感器传感器压力光纤光智能巡检终端无人机虚拟现实 RFID 政策法舆情数据规数据云计算技术为各种新技术的应用、资源配置和模型计算提供了高效可靠的技术保障智能摄像头应力风力智能传感传感阴保桩风险预警数据管输用户数据压缩机输油泵 44 四、展望 Ø 工程虚拟化技术研究在数字化管道的模型中，通过虚拟化技术（ VR 、 AR ）开发，实现管道建设和运维的三维可视化管理。管道建设：实现工程建造过程中施工组织、施工过程模拟、虚拟装卸、模拟吊装、安全分析等虚拟化模拟，对工程建设过程中的施工数据、人员定位、机具分布、周边资源等信息进行采集，随时掌控现场施工进度，并通过数据分析辅助领导层决策。施工组织模拟施工过程模拟 45 四、展望 3 、工艺流程仿真模拟技术研究运维阶段：在虚拟的数字化管道中，对管道设计及其周边的特殊场景（误操作、泄露、扩散、燃烧、爆炸）进行模拟，用于人员逃生培训、消防演练、医疗救援、安全风险演练，保证生产安全运行。 46 四、展望 Ø 智能管道安全预警采用物联网等智能传感等技术对管道状态及完整性进行管理，实现对管道完整性