王玉江1 張江龍2 王琛3

1.中石化勝利油田分公司工程技術(shù)管理中心； 2.中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司；

3.中國(guó)石油國(guó)際勘探開發(fā)有限公司

摘  要：建立數(shù)據(jù)完整、真實(shí)可視、運(yùn)行安全的智能化管線管理系統(tǒng)，達(dá)到油田站場(chǎng)地下管網(wǎng)清晰、地上設(shè)施直觀的目的。通過(guò)地下管線探測(cè)技術(shù)、點(diǎn)云掃描技術(shù)、點(diǎn)云抽稀技術(shù)，實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)地上、地下一體化建模；通過(guò)制作數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)模板，實(shí)現(xiàn)站場(chǎng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一完整采集。應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)信息管理、安全管理、運(yùn)行管理、設(shè)備管理、施工管理等功能。

關(guān)鍵詞：油田站場(chǎng)；地下管網(wǎng)；三維建模；點(diǎn)云抽稀；數(shù)據(jù)采集

油田站場(chǎng)作為聯(lián)系產(chǎn)、運(yùn)、銷的紐帶，其工藝管網(wǎng)是油田企業(yè)的“動(dòng)脈血管”，為保障管網(wǎng)安全、高效運(yùn)行，建設(shè)智能管網(wǎng)是管道運(yùn)營(yíng)者的一致共識(shí)[1]。智能管網(wǎng)系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)分析建模理念，提供成熟可靠的智能管網(wǎng)一體化解決方案[2]。

油田站場(chǎng)由于資料丟失、擴(kuò)建改造和施工圖紙未及時(shí)存檔等原因，造成地下管線資料不準(zhǔn)確、不完善，特別是不能準(zhǔn)確掌握歷次維修改造后的地下備用或廢棄管線的管徑、材質(zhì)、走向、埋深等關(guān)鍵數(shù)據(jù)。筆者在研究數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化采集錄入的基礎(chǔ)上，論述了智能化管線管理系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)信息管理、安全管理、運(yùn)行管理、設(shè)備管理、施工管理、三維應(yīng)用等功能。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

在站場(chǎng)地下管線探測(cè)、三維建模和業(yè)務(wù)應(yīng)用基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)采集入庫(kù)、自動(dòng)化數(shù)據(jù)接入等手段提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，按照 “統(tǒng)一模型、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、分級(jí)管理、分步實(shí)施”的指導(dǎo)原則，搭建智能化管線管理系統(tǒng)框架，建設(shè)六大業(yè)務(wù)應(yīng)用模塊：“基礎(chǔ)信息管理、安全管理、運(yùn)行管理、設(shè)備管理、施工管理、三維應(yīng)用”（圖 1），完善企業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)，開發(fā)個(gè)性化功能模塊，支持系統(tǒng)調(diào)用。

（1）基礎(chǔ)信息管理。實(shí)現(xiàn)廠區(qū)管線基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、文檔資料、設(shè)備設(shè)施臺(tái)賬、地下管線CAD圖紙等信息檔案管理以及管線建設(shè)新增信息、三維模型、視頻信息、流程圖庫(kù)的統(tǒng)一管理。

（2）安全管理。實(shí)現(xiàn)氣防、消防、安防分布和統(tǒng)一管理，為企業(yè)HES管理提供地理數(shù)據(jù)支撐，基于工藝流程管網(wǎng)結(jié)構(gòu)關(guān)系植入三維模型，通過(guò)爆管關(guān)閥分析、應(yīng)急預(yù)案模擬功能實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)關(guān)聯(lián)分析及應(yīng)急預(yù)案演練，輔助管線應(yīng)急事件及時(shí)快速高效處理。

（3）運(yùn)行管理。接入管線運(yùn)行實(shí)時(shí)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)管線及設(shè)備運(yùn)行液位、溫度、壓力、流量等工藝運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控；基于工藝實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)設(shè)置閾值，實(shí)現(xiàn)管線設(shè)備超溫、超壓、超量等工藝超限預(yù)警。

（4）設(shè)備管理。實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施信息管理，形成設(shè)備臺(tái)帳，地上基于三維模型完成屬性數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)三維場(chǎng)景設(shè)備設(shè)施屬性直觀展示；實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢維修記錄業(yè)務(wù)信息管理，業(yè)務(wù)人員在系統(tǒng)上在線完成檢維修 操作信息錄入存檔及導(dǎo)出。

（5）施工管理。基于三維地理信息平臺(tái)實(shí)現(xiàn)施工動(dòng)土三維模擬，對(duì)擬動(dòng)土區(qū)域設(shè)置開挖深度和邊界范圍（長(zhǎng)、寬、深）進(jìn)行開挖模擬測(cè)算動(dòng)土作業(yè)量，同時(shí)三維地表相關(guān)區(qū)域斷面顯示地下管網(wǎng)的分布情況。

（6）三維應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)三維空間飛行、空間測(cè)量（距離、面積、高程、角度）、設(shè)備設(shè)施三維模型屬性展示等三維平臺(tái)基礎(chǔ)功能。利用管線閥門定位、地表透視、管線斷面圖進(jìn)行分析，通過(guò)可視化輔助企業(yè)廠區(qū)進(jìn)行管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)。利用三維仿真流程模擬，實(shí)現(xiàn)定制工藝流程仿真、站場(chǎng)介紹流程、在線培訓(xùn)流程模擬展示等功能。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)了站場(chǎng)（閥室）設(shè)備設(shè)施、管道本體及附屬設(shè)施、管道運(yùn)行和站場(chǎng)周邊環(huán)境等四大類共計(jì)191套數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)模板，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，確保數(shù)據(jù)完整準(zhǔn)確，滿足系統(tǒng)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理需求。

2.2 建模流程

站場(chǎng)地上建模精度達(dá)到普通模型水平，站內(nèi)主要設(shè)備實(shí)景建模并體現(xiàn)重要閥門等信息，對(duì)生產(chǎn)工藝流程有重要影響的泵房實(shí)現(xiàn)泵房?jī)?nèi)主要設(shè)備建模；地下管線建模達(dá)到普通模型水平并對(duì)重要閥門建模[3]。

站場(chǎng)三維建模流程如下：數(shù)據(jù)整理→模型建立→材質(zhì)獲取→立面貼圖→三維模型貼面及素材→材質(zhì)處理→模型細(xì)化→模型渲染。

2.3 點(diǎn)云掃描及點(diǎn)云抽稀

（1）點(diǎn)云掃描。站場(chǎng)三維激光點(diǎn)云的外業(yè)數(shù)據(jù)采集采用三維激光掃描儀完成，所布設(shè)的控制點(diǎn)涵蓋整個(gè)測(cè)區(qū)，并均勻分布，在設(shè)備密集地區(qū)適當(dāng)加密。平面控制網(wǎng)采用二級(jí)附和導(dǎo)線布設(shè)，水平角和距離觀測(cè)執(zhí)行工程測(cè)量規(guī)范中的二級(jí)導(dǎo)線測(cè)量要求。高程控制測(cè)量采用四等水準(zhǔn)測(cè)量進(jìn)行。內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理采用Cyclone軟件進(jìn)行，主要包括多視點(diǎn)云拼接、點(diǎn)云去噪、點(diǎn)云數(shù)據(jù)均一化（unify）等內(nèi)容。

（2）點(diǎn)云抽稀。一般情況下，由多個(gè)站場(chǎng)數(shù)據(jù)拼接而成的成果點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大，影響使用效率，需要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)抽稀后再使用。點(diǎn)云抽稀以站場(chǎng)模型的建筑、設(shè)備、儀器等為重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，對(duì)大尺寸設(shè)備、地面、樹木等可以采用低密度數(shù)據(jù)表示，小尺寸儀器、閥門等采用高密度數(shù)據(jù)表示。即根據(jù)設(shè)備尺寸調(diào)整對(duì)象點(diǎn)云數(shù)據(jù)密度，保證不同尺寸儀器設(shè)備的模型精度。

點(diǎn)云抽稀分為對(duì)象范圍分割和對(duì)象點(diǎn)云提取兩個(gè) 階段，前者依據(jù)點(diǎn)云對(duì)象之間空間相離的拓?fù)潢P(guān)系，采用距離聚類法，分離出點(diǎn)云對(duì)象的分布范圍；后者根據(jù)點(diǎn)云對(duì)象范圍從原始點(diǎn)云中提取對(duì)象點(diǎn)云，針對(duì)單個(gè)點(diǎn)云進(jìn)行化簡(jiǎn)，得到最終結(jié)果點(diǎn)云[4,5]。

2.4 地下管線探測(cè)及一體化建模

（1）地下管線探測(cè)。地下管線探測(cè)以物探為主，根據(jù)管線類型、材質(zhì)、管徑、埋深、出露情況、接地條件及干擾等因素，可選用直接法、夾鉗法、電偶極感應(yīng)法、磁偶極感應(yīng)法、示蹤電磁法、管線雷達(dá)法、直流電法及其他探查方法。地下管線探測(cè)的難點(diǎn)在于非金屬管線及廢棄管線探查，探測(cè)前要詳細(xì)搜集相關(guān)資料，并結(jié)合站內(nèi)人員現(xiàn)場(chǎng)指認(rèn)，確定每條管線的基本走向后再針對(duì)性探測(cè)；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜、探查困難時(shí)，有條件的地方進(jìn)行小范圍開挖，或采用多種探查方法、綜合會(huì)診，確定管線位置。

（2）地上地下一體化建模。地上地下一體化建模的難點(diǎn)在于地下管線與地上模型的對(duì)接，以及整體模型與影像圖的疊加。在采用高精度點(diǎn)云完成地上建模后，通過(guò)特征點(diǎn)與地下管線對(duì)接，系統(tǒng)自動(dòng)生成連接頭；整體模型建立后，通過(guò)站場(chǎng)中心點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)到高精度影像圖。所建站場(chǎng)模型加載入智能化管線管理系統(tǒng)后，掛接已有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上實(shí)時(shí)查看和追蹤。基于虛擬技術(shù)，建立各站場(chǎng)三維數(shù)字場(chǎng)景，展示真實(shí)環(huán)境，提供在三維可視化環(huán)境中的信息屬性查詢和分析等功能，并關(guān)聯(lián)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)等，直觀顯示設(shè)備運(yùn)行情況以及設(shè)備屬性，支撐HSE管理、應(yīng)急管理以及站場(chǎng)日常管理工作[6]。

3 結(jié)論

采用地下管線探測(cè)、點(diǎn)云掃描及點(diǎn)云抽稀技術(shù)，提出了站場(chǎng)一體化三維模型建立方法；在此基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)為依托，構(gòu)建了智能化管線管理系統(tǒng)。經(jīng)勝利油田海三聯(lián)等六座站場(chǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了站場(chǎng)管線分布走向、管線基礎(chǔ)及附屬物構(gòu)造物、空間結(jié)構(gòu)等明確清晰；建立了集中管理的管線數(shù)據(jù)中心，補(bǔ)齊管線缺失數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)管線數(shù)據(jù)管理由分散、紙質(zhì)化向集中、數(shù)字化轉(zhuǎn)變；基于管道完整性管理，實(shí)現(xiàn)安全管控模式由被動(dòng)向主動(dòng)轉(zhuǎn)變，促進(jìn)了運(yùn)行效率的提升，為輔助站場(chǎng)運(yùn)行管理、工程設(shè)計(jì)和建設(shè)施工提供多方位、可視化的信息服務(wù)和數(shù)據(jù)支持。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王昆，李琳，李維校．基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧長(zhǎng)輸管道[J]．油氣儲(chǔ)運(yùn)， 2018， 37(1)： 15-19．[3] 張江龍．論三維GIS在管線管理中的應(yīng)用[J]．腐蝕與防護(hù)， 2017， 38（增刊1）： 62-66．

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作者簡(jiǎn)介：王玉江，教授級(jí)高級(jí)工程師， 1968年生， 2002年碩士畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)（北京）天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事油氣集輸與污水處理的管理研究工作。聯(lián)系方式：13963362922， wyj1310@163.com。