王昌楠

(中国石化销售有限公司 北京石油分公司，北京 100035)

目前管道已成为世界第五大运输工具，管道具有点多、线长、面广的特点，沿途环境复杂，安全风险管控难度大，一旦发生事故，易造成重大安全生产事故，会对人员生命、财产安全和环境造成严重影响。通过总结和分析11.22事故，进一步明确了油气管道安全运营发展目标和努力方向。建立油气输送管道完整性管理系统，是支撑管道风险预防式管理模式的保障。

2014年6月，国务院办公厅发布《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》，文件明确要求开展普查工作，完善油气输送管道信息系统；2016年3月，GB 32167—2015《油气输送管道完整性管理规范》正式实施，标志着中国油气输送管道完整性管理正式进入全面推广应用阶段。在上级管理部门的统一部署下，结合企业自身特点建立1套基于油气输送管道完整性管理的信息系统，是落实国家对加强油气管道隐患治理要求的有效措施，是提升管道管理水平的迫切需要。本文结合某公司油气输送管道完整性管理信息系统的实施简要介绍了中国石化智能化管线管理系统的建设过程以及管道信息系统的关键技术架构。

1 建设目标

围绕管道完整性管理总体思路，形成1套长输智能化管线建设模板和数据标准，应用于管道公司日常生产运营与应急管理、管控及管理自动化到智慧化的“智能化管网”工作平台。平台以油气输送管道完整性为基础，隐患治理为重点，将输油生产划分为输油运行、运维保障和应急响应3条主线，贯穿各业务节点，全方位实现标准化、数字化、可视化、自动化、智能化，敏捷快速处理各种业务流程。

2 总体架构及集成方案

智能化油气输送管线管理系统采用面向服务架构(SOA)实现系统的整合及新应用的扩展，采用信息模型完成应用服务和功能之间的连接，采用数据模型完成功能和数据存储之间的连接。

智能化油气输送管线管理系统技术架构包括： 数据层、服务层、应用层以及信息安全防护系统、信息化标准系统，如图1所示，总部与下属企业遵循统一的技术架构。

图1 智能化油气输送管线管理系统技术架构示意

中国石化智能化油气输送管线管理系统分为总部层和企业层两级部署，以数据模型为基础，采用SOA架构理念，以企业服务总线(ESB)与操作数据存储(ODS)为支撑进行数据建模、流程建模、服务建模，支持各业务系统间集成、数据集成和跨系统业务流程。

3 关键技术

3.1 地理信息云服务

3.1.1虚拟化技术

信息虚拟化技术是地理信息系统(GIS)公共云平台的核心技术，云GIS平台要实现中国石化总部和下属企业之间的资源共享，就必须合理分配资源，并根据用户的需求动态调整资源。

服务器虚拟化将物理资源等底层架构进行抽象，包括虚拟BIOS、虚拟处理器、虚拟内存、虚拟设备与I/O，使设备差异和兼容性对上层应用透明，使得云GIS平台可以对千差万别的底层资源进行统一管理。该技术还简化了应用编写工作，在开发过程中能将重点放在业务逻辑上。

服务器虚拟化技术将1台服务器封装为各种粒度的服务器资源使用，使得不同用户间资源共享，节约了用户成本。

在虚拟化的服务器操作系统上运行云GIS平台，由于各种虚拟资源的弹性调配，为了高效率地使用该资源，云基础设施层的服务器一般采用64位的操作系统，原生64位的云GIS平台软件，可以更好地支持云环境中高性能海量地理数据的管理与应用。

3.1.2面向服务架构

智能化油气输送管线管理系统采用SOA架构实现系统的整合及新应用的扩展，采用信息模型完成应用服务和功能之间的连接，采用数据模型完成功能和数据存储之间的连接。

云GIS平台发布的服务不仅需要支持Web 2.0的标准服务结构，针对空间数据的特点，还需要支持OGC标准，以满足日常GIS平台应用中各种服务的共享，也是实现上下多级节点之间横向和纵向互联互通的基础。

3.1.3云GIS服务弹性调整技术

云GIS服务的部署、管理是构建平台的基础，运行时的弹性调整则是云GIS的关键部分。针对云架构的特点，对该部分需要提供更好的支持。

云GIS服务不同于传统的操作模式，在传统的模式中，一般只有1台或几台服务器，通过远程登录、拷贝数据，操作服务器端的软件，完成服务的发布。而在云环境中，数据的处理、打包上传以及在云GIS平台中发布为服务，都需要做一系列的支持。用户可以在自己的PC端像传统的操作一样，编辑、修改、整理、制图，发布服务时，可以发布到指定的云环境中，在完成相关身份验证手续后，可在云环境中使用该服务。

云GIS不仅能够监控已有的服务，终止宕掉的进程，回收闲置的资源，包括计算资源和存储资源，而且还能够及时发现和管理新开启虚拟机中的GIS服务。此外需要考虑云环境间服务共享，为异构云环境之间GIS服务的共享应用提供支撑，为云环境之间的综合应用提供基础。

基于网状集群结构管理GIS服务，是实现云GIS服务弹性调整的关键技术，云GIS服务弹性调整结构如图2所示。

图2 GIS服务弹性调整结构示意

云GIS服务弹性调整过程中，根据用户访问情况以及各个时段GIS服务器节点的运行情况，可提供GIS服务统计分析，辅助云GIS服务的日常维护，为云环境的资源配置和计费提供依据。

随着各种资源的弹性调整，云GIS服务的处理能力越来越强大，云GIS服务的应用也随之更加深入。传统的以看图为主的应用模式，改变为以制图、分析、数据编辑、动态图层等多元化的应用方式。

3.1.4云GIS服务共享管理技术

中国石化集团公司依托总部云构建统一的共享资源池，将各类地图数据发布成地理信息服务，与企业间进行数据的共享。油气输送管道业务地理数据庞大，企业访问用户众多，为了更好地体现集中管理，需要基于云GIS服务共享管理技术。

云GIS服务共享管理技术实现了对地图服务访问的权限控制管理、地图服务的运行状态管理、运行地图服务的平台监控管理和日志管理等，以此保证总部系统的高效、稳定运行。

3.2 管道完整性管理

3.2.1高后果区管理技术

高后果区是指油气输送管道失效发生泄漏后对财产、环境造成较大破坏的区域，高后果区内的管段应作为重点监护管段，利用风险评价和完整性评价数据完善管理措施，高后果区管段的长度、位置、范围应随着周边环境变化和人员密集程度改变。

高后果区管理是油气输送管道完整性管理的第一步，是实施油气输送管道完整性管理计划的关键依据。高后果区识别是油气输送管道完整性管理的重点，利用GIS技术可减少企业的识别和管理成本。

根据所搜集的管道及基础地理数据，对油气输送管道沿线进行潜在影响区分析、地区等级分析等，识别出属于高后果区的地段，从而为管道安全提供决策支持。以空间数据库为基础，以GIS技术为表现手段，实现人工交互式的快速提取高后果信息。

高后果区管理技术在信息系统内的功能设计如下：

1) 高后果区填报。不同单位根据具体情况，选用表格填报、基于数字化管道创建、通过Excel导入三种方式实现，填报后的信息可通过二级审核功能进行检验以保证信息准确性。

a) 基于数字化管道创建。高后果区的填报也可基于数字化管道创建，标注起始和终止位置，自动测量管段长度，用有色线条显示高后果区对应管段，可在地图上标出场所、建筑边界，并收集周边环境的信息。

b) 通过Excel导入。将已有高后果区数据按规定格式填入Excel表格中，以实现高后果区数据的批量导入，减轻工作量。

c) 填报审核功能。填报模块设置至少二级审核功能，以保证数据的准确性和保密性。站场巡线员工将填好的数据上报给管理处审核，审核通过的数据须归档管理，管理处对未通过的审核数据应该给出原因和建议，并反馈给站场修改。站场员工可看到自己管理范围的管道高后果数据，管理处可审核辖区内所有管道的相关数据，审批提交的文件可以保存为多个版本。操作人员通过审核流程图可看到审批的进度，以便及时跟进完成情况并与相关负责人沟通。

2) 高后果区分级评估：

a) 高后果区评分排序。高后果区评分功能根据填报信息对各个高后果区评分，并按照评分按降序排列，高后果区的总分是对划定管段失效后果程度的整体度量，通过该功能可实现油气输送管道后果程度的整体评价。

b) 高后果区分级功能。分级功能可设置分数阈值，将高后果区分为紧急处理区域、优先防控区域、强化监管区域，划定不同的区域便于依据轻重缓急制订管理措施。

3) 高后果区监管对策功能：

a) 高后果区监管对策上报功能。站场按照高后果区分级情况，对各类高后果区制订管理方案，并对严重程度较高的区域制订更有针对性的减缓措施，将全部方案形成报告上传到系统中存档。

b) 高后果区监管对策审核功能。监管对策审核模块设置至少二级审核功能以保证决策的合理性和保密性，站场将填报好的方案上报给管理处审核，审核通过的方案执行，未通过的审核方案，管理处应说明原因和建议，并反馈给站场。站场员工可看到自己管理范围内的管道管理措施，管理处能审核辖区内所有站场上报的方案。

4) 高后果区识别结果概览。结果概览统计高后果区的数量、总长度、占管道总长的比例，用条形图或饼图表格等形式直观显示高后果区的类型分布、数量比例、按阀室分界的高后果区里程。

3.2.2风险管理技术

油气输送管道风险管理是在风险评价的基础上，对可能造成管道失效的各个因素和失效后果识别和分析预测，找出高风险管段，针对性地制订管道运行管理及维护对策，最大限度地降低管道的失效概率和危害后果，预防一些危险的发生，从而达到避免或减少事故的目的。

风险管理技术在信息系统内的功能设计如下：

1) 管道分段。管道的分段依据包括： 站场、阀室、地区等级、高后果区、管道壁厚等，其中站场和阀室为必选的分段依据，地区等级、高后果区、管道壁厚为可选的分段依据。管道最小的分段单元为管道桩。分段依据愈多、管段数量愈多，风险评价所需的数据愈精细，系统能够根据当前的数据精细水平，设置分段的建议与提示功能。

2) 风险评价：

a) 自动评分功能。根据所评价管段，从数据库中自动读取与风险评价相关的管道数据，根据风险指数评分和泄漏危害评分准则，油气输送管道事故危害因素共有挖掘破坏、腐蚀、设计与施工、运行与维护、自然和地质灾害、蓄意破坏六大类，系统自动计算六大类危害因素评分值及泄漏影响系数，并能够在人机界面中显示同一管段六大类危害因素和泄漏影响系数的评分和不同管段某危害因素或泄漏影响系数的纵向评分。

b) 权重设置功能。根据油气输送管道的以往事故统计结果和管理者的要求确定权重值，权重值可以根据实际情况的变化逐年调整或同时设置不同的权重值计算风险值。

c) 权重人工设置。根据管理方需要，人工设置管道六类危害因素在指数评分中所占的比重。

d) 风险值自动计算功能。依据风险评价模型、指数评分结果、危害后果评分结果以及权重，在后果自动计算各段管道的风险值。风险值的计算为自动过程，不可人工干预。

e) 评分审核功能。风险指数评分和权重设置2个模块，并设置至少二级审核功能，以保证数据的准确性和保密性。

虽然风险评价为自动模式，但是需要具有评价权限的管理人员实施，因而评价结果需要通过审核确认。

3) 风险统计分析：

a) 风险排序。根据计算的管道危害因素分值、不同权重条件下的失效概率、风险值、泄漏影响系数，对不同管段按照以上因素分值的大小排序。

b) 风险因素分析功能。根据危害因素评分、泄漏影响系数评分、失效概率与风险值对某原始数据能够进行敏感性分析，分析某原始数据对评分的影响大小，从而确定导致风险的隐患根源。

4) 风险展示。风险包含相对风险和绝对风险两方面，同一管道不同管段之间风险值相比，按照风险值的大小确定其风险等级，为相对风险；根据相关标准，将风险值的评分从0到满分分成不同的区段，根据管道评分所属的区段确定其风险等级，为绝对风险。相对风险和绝对风险等级或区段的划分由管道管理人员设定。

a) 风险结果的图表展示。风险评估系统能够具备相对风险和绝对风险同时显示功能，风险值数据的显示可以在表格和图表模式间切换。

b) 风险历史的展示与比对。对于同一条油气输送管道的历次风险评价结果，可根据人工设置的对比条件，如风险分布、指数评分、泄漏后果、权重变化、敏感因素等进行对比，提供表格对比和图表对比两种方式。

3.2.3完整性评价技术

完整性评价的方法包括内检测、压力试验、直接评价，操作中应根据管道的实际状况选择合适的评价方法。内检测能够精确地确定管道缺陷位置及大小，从而可以计算管道的剩余强度和剩余寿命，对管道的状态做出评价；压力试验可以测试管道的整体承载能力；直接评价则通过管道外检测及其他管道信息对管道状况做出评价。完整性评价的各种方法各有优缺点，管理者应根据管道的实际状况选择合适的评价方法。对于与时间有关的管体缺陷，如内腐蚀、外腐蚀和应力腐蚀开裂，上述三种方法都适用；对固有缺陷，如制造和现场施工过程中造成的管体缺陷和焊缝缺陷等，可采用内检测评价法或压力试验；对防腐层缺陷，直接评价法更为有效；对与时间无关的危害，如第三方破坏、自然和地质灾害等，上述三种方法都不适用，应当进行特定的专项评价。

3.2.4完整性管理信息系统应用

油气输送管道完整性管理的核心内容为： 以管道数据的采集为基础，以高后果区的识别管理为重点，以风险评价为决策依据，将完整性评价用于状态诊断，将维修决策用于减缓风险，将效能评价用于改进提升完整性管理水平，各项功能在信息系统中的实现和应用要重点关注以下三个方面：

1) 完整性管理体系文件。完整性管理体系文件是实施完整性管理的指导性文件，以保证管道完整性管理工作各个步骤的实施，做到有章可循。管道完整性管理体系总体框架中，应形成从业务环境、工作内容、支撑平台、实施应用到战略目标的系统方案。

完整性管理体系文件编制建议采用总则、程序文件、作业文件的三级体系文件，总则是管道完整性管理的纲领性文件，规定完整性管理总体内容及流程，提出完整性管理体系架构；程序文件是完整性管理业务活动的执行程序，对完整性管理的具体程序和控制要求及文件使用部门提供业务内容指导、整体执行流程等；作业文件是程序文件的补充和支持，是管理和操作者的行为指南，围绕总则和程序文件要求，描述具体的工作岗位和工作现场如何完成某项工作任务的具体做法。

2) 完整性管理流程。完整性管理应建立在过程控制论基础上，管理控制每一环节，通过制订规范化的体系文件，明确工作要求，使工作人员目标一致，统一行动。在制订管理流程时应遵循闭环原则，在上一个闭合循环完成后，转入下一个循环。体系构架及其要素可以持续改进，达到油气输送管道最佳运行状态，实现良性循环。完整性管理基本流程如图3所示。

图3 完整性管理基本流程示意

3) 完整性功能定位。信息系统中完整性功能设置应充分体现信息化、高效化、智能化，在采集的各类资源数据中，既能够有机地结合又能进行全面管理。在系统内集成完整性管理相关评价方法，实现快速的批量识别评价，对完整性业务活动进行综合管理，最终实现智能化决策。信息系统完整性功能要求如图4所示。

图4 信息系统完整性功能示意

4 结束语

通过基于油气输送管道完整性管理的信息系统应用，实现了各项业务管理的有机整合，有效地提升了油气输送管道安全管理水平并提高了日常工作效率。同时，该系统采用云服务、统一的数据库，较大幅降低了企业实施成本、管理使用成本和基层员工的工作量。在系统应用过程中，根据实际情况，不断对系统模块进行调整和优化，同时不断补充和完善油气输送管道的基础数据信息，充分发挥管道综合管理信息系统的优势，有效保障了油气输送管道的运行。