韓云濤

中國石油管道局廊坊中油龍慧科技有限公司

 

摘要：油氣管道工程數智化建設方案，旨在解決工程建設過(guò)程中進(jìn)度、人員、設備、物資、質(zhì)量、安全管理等方面存在的問(wèn)題，以智能工地技術(shù)與裝備為基礎，結合工程項目管理系統，實(shí)現工程現場(chǎng)“人、機、料、法、環(huán)”全面數據動(dòng)態(tài)感知，建立全過(guò)程監控與數據采集系統，實(shí)時(shí)采集和分析施工過(guò)程各方面數據，通過(guò)綜合指揮中心及時(shí)發(fā)現并解決問(wèn)題，實(shí)現施工現場(chǎng)可視化、過(guò)程管控數字化、管理決策智能化的新型管理模式，保障工程質(zhì)量和安全，提升現場(chǎng)管理水平。

關(guān)鍵詞：智能工地一體機；數據采集；智能識別；數字化移交；邊緣計算

 

油氣管道建設是一項涉及眾多領(lǐng)域、工序繁雜的工程。在管道建設過(guò)程中，管理者需要實(shí)時(shí)掌握各類(lèi)信息，用以管理和指導建設工程進(jìn)度、質(zhì)量和安全，保證項目各環(huán)節受控。在智能化技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，傳統的管道建設管理方式已無(wú)法滿(mǎn)足現實(shí)要求。以智能工地技術(shù)與裝備為基礎，應用物聯(lián)網(wǎng)、大數據、人工智能、邊緣計算等前沿技術(shù)，為油氣管道建設工程管理提供了解決方案。

1  建設需求

油氣管道工程建設中常面臨如下問(wèn)題：

（1）受施工現場(chǎng)條件制約，數據采集困難，數據準確度不高�，F場(chǎng)缺乏便利、準確的數據采集功能和手段，工程建設階段產(chǎn)生的數據入庫功能不完善，數據質(zhì)量不高，沒(méi)有完全實(shí)現數字化移交。

（2）數據利用率低，報表工作量大。對采集的數據缺乏有效的數據治理和數據利用手段。每個(gè)項目需要填寫(xiě)各類(lèi)報表約20余項，其中手工輸入、人工匯總占比超70%，不同管理層級分別匯總，工作量大，工作效率低。

（3）項目管控難度大。人力資源與建設任務(wù)不符，計劃、施工等業(yè)務(wù)域各自為戰，統一的管理體系推行難度大；工期計劃與外協(xié)、資源、設計、采辦結合不夠，缺少有效的數據拉通，執行反饋工作量大。

（4）資料歸檔不及時(shí)，影響竣工驗收。傳統資料歸檔以線(xiàn)下為主，存在審批歸檔不及時(shí)、資料校驗檢索困難、數據造假等問(wèn)題，工程竣工后，仍存在資料未補齊、未歸檔的情況，影響工程驗收。

基于以上問(wèn)題，迫切需要利用智慧化技術(shù)手段，加強項目全過(guò)程管控，提高項目管理水平和工程建設質(zhì)量。

2  數智化建設方案

2.1  建設思路

油氣管道工程數智化建設方案圍繞工程建設現場(chǎng)，以“人、機、料、法、環(huán)”全要素數字化管理為基礎，通過(guò)技術(shù)和數字賦能施工全過(guò)程管理，實(shí)現施工現場(chǎng)可視化（包括視頻監控、環(huán)境監測、機組定位、人員和車(chē)輛定位、關(guān)鍵區域門(mén)禁管理），過(guò)程管控數字化（包括基于工況感知的焊縫質(zhì)量排查、工序管理標準化、竣工資料電子化、無(wú)人機飛控管理），管理決策智能化（包括決策支持分析、可視化大屏展示項目綜合動(dòng)態(tài)、焊口和設備及站場(chǎng)三維模型展示），提高項目建設管理效果，有力保障工程建設質(zhì)量。

2.2  整體架構

根據工程建設范圍，按照施工進(jìn)度、質(zhì)量和安全管控要求，構建方案整體架構，包括智能工地、數字化交付、工程項目管理、綜合指揮中心四部分（圖 1）。

圖 1 方案整體架構 

（1）網(wǎng)絡(luò )建設

網(wǎng)絡(luò )建設方面可根據不同的油氣儲運工程類(lèi)型，選擇應用5G、衛星、有線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)技術(shù)，提供不同方式的網(wǎng)絡(luò )組建方案，滿(mǎn)足多樣化的野外工程施工組網(wǎng)要求，為智慧工地各類(lèi)物聯(lián)設備、移動(dòng)辦公設備的數據傳輸提供網(wǎng)絡(luò )基礎（圖 2）。

圖 2 網(wǎng)絡(luò )方式 

網(wǎng)絡(luò )組建方案主要包括：①隧道工程組網(wǎng)：無(wú)線(xiàn)寬帶自組網(wǎng)系統，靈活拓展，施工方便。②地下儲庫組網(wǎng)：立體多維網(wǎng)絡(luò )“5G＋3G＋局域網(wǎng)”。③線(xiàn)路工程野外組網(wǎng)：隨機組快速遷移，部署靈活，施工方便。④固定區域網(wǎng)絡(luò )：站場(chǎng)閥室建設期組網(wǎng)，無(wú)線(xiàn)寬帶與5G。⑤海外工程組網(wǎng)：針對無(wú)網(wǎng)弱網(wǎng)國家，衛星通信網(wǎng)絡(luò )。

（2）智能工地

在施工現場(chǎng)通過(guò)智能一體機部署無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)，結合二維碼、電子標簽、無(wú)人機、檢測儀、焊機、攝像頭、移動(dòng)終端等，實(shí)現對位置、環(huán)境、工況、資源、影像、文本數據的前端感知和數據采集，真實(shí)準確反映現場(chǎng)作業(yè)過(guò)程，提高過(guò)程管控能力，確保工程建設質(zhì)量。

智能工地整體架構分為5層，包括數據層、感知層、傳輸層、平臺應用層和服務(wù)提供層。數據層涵蓋現場(chǎng)各類(lèi)數據，主要包括位置數據、環(huán)境數據、工況數據、資源數據、影像數據和文本數據。感知層由各類(lèi)無(wú)線(xiàn)感知設備收集數據信息。傳輸層通過(guò)現場(chǎng)部署智能工地一體機，實(shí)現施工現場(chǎng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )搭建，將感知設備獲取的數據進(jìn)行采集和存儲，為平臺上層應用提供數據傳輸支撐。平臺應用層在智能工地一體機上傳的各類(lèi)數據基礎之上，實(shí)現系統功能應用。服務(wù)提供層可通過(guò)PC、App、小程序形式給業(yè)務(wù)用戶(hù)提供應用和協(xié)同（圖 3）。

圖 3 智能工地部署架構 

（3）數字化移交

基于項目經(jīng)驗積累，形成竣工資料數據標準，通過(guò)對建設期各業(yè)務(wù)階段產(chǎn)生的圖紙、文件、施工記錄、三維模型、照片、模型等進(jìn)行數字化采集，構建數字孿生體，數據全面關(guān)聯(lián)掛接，并與實(shí)體工程同步產(chǎn)生，實(shí)現建設期數據以數字化的方式向運營(yíng)期同步移交（圖 4）。

圖 4 數字化移交 

（4）工程項目管理

以WBS為核心，圍繞工程實(shí)體，搭建覆蓋業(yè)務(wù)過(guò)程（可研、設計、采辦、施工、外協(xié)、驗收）和項目管理過(guò)程（進(jìn)度、計劃、投資、風(fēng)險、質(zhì)量、HSE、溝通、變更）的工程項目管理平臺，固化項目管理流程，促進(jìn)業(yè)務(wù)的規范化、一體化管理，提升工程建設精細化管理水平，提高項目質(zhì)量（圖 5）。

圖 5 工程項目管理 

計劃進(jìn)度管理。建立項目統一的計劃編制、檢測、反饋、分析體系，納入企業(yè)、工程項目部、EPC、施工單位等項目參與方，實(shí)現計劃階段項目從一二級到三四級的自上而下的計劃下達，執行階段從工單執行到四級、三級、二級、一級自下而上的實(shí)際進(jìn)度匯總歸集、監控與分析。

質(zhì)量管理。依托質(zhì)量管控體系和標準，建立“質(zhì)量管控清單庫”，將各類(lèi)質(zhì)量風(fēng)險和管控要點(diǎn)進(jìn)行結構化、電子化處理，利用移動(dòng)端對施工作業(yè)、資源（人機料）進(jìn)行全過(guò)程質(zhì)量管控，通過(guò)數據分析，及時(shí)發(fā)現質(zhì)量共性和突出問(wèn)題。最終實(shí)現管理標準化，過(guò)程流程化，結果目視化管理模式。

溝通管理。溝通管理模塊的目標是作為信息中心和溝通工具，在系統內實(shí)現工程文件管理、信息發(fā)布、驅控管理等跨業(yè)務(wù)部門(mén)、跨單位的信息流轉與發(fā)布。

安全管理。識別安全與環(huán)境危害因素，編制控制計劃并與項目主計劃關(guān)聯(lián)，在施工過(guò)程中，技術(shù)或施工人員可以方便地獲取與作業(yè)關(guān)聯(lián)的安全與環(huán)境危害因素、作業(yè)安全票及相關(guān)控制計劃，真正做到事先預防、事中跟蹤、事后總結。運用信息化手段收集HSE信息，對HSE檢查中發(fā)現的不符合項進(jìn)行PDCA循環(huán)管理，協(xié)助承包單位、監理單位和業(yè)主記錄項目實(shí)施過(guò)程中HSE各項活動(dòng)臺賬，確保每一個(gè)不符合項處理都是閉環(huán)操作。

費用管理。建立概算科目的基本信息，設定概算分解結構，處理項目與合同的關(guān)系，管理合同性費用及費用分攤。以概算項目為主線(xiàn)對相應合同信息、投資（付款）完成信息進(jìn)行跟蹤管理，實(shí)現投資分析。

合同管理。主要實(shí)現對項目業(yè)主、項目部、施工單位、監理單位等所簽訂的施工合同、監理合同、技術(shù)合同、租貨合同進(jìn)行統計、匯總、查詢(xún)。系統科對工程項目合同的簽訂、履行、變更和解除進(jìn)行監督檢查，對合同履行過(guò)程中發(fā)生的爭議或糾紛進(jìn)行處理，以確保合同依法訂立和全面履行。

資源管理。建立統一的人員、機具檔案庫，開(kāi)展在線(xiàn)報驗、考核、登記、準入許可及離場(chǎng)閉環(huán)管理，通過(guò)與閘機、視頻監控、機具設備傳感器的集成，實(shí)現對人員、機具設備進(jìn)出場(chǎng)、機具設備運行狀態(tài)等監控，實(shí)現資源動(dòng)態(tài)跟蹤及現場(chǎng)檢查，并根據項目需求周期性統計實(shí)際人員、工種投入數量及工時(shí)，保障施工進(jìn)度，同時(shí)加強現場(chǎng)安全管理。

（5）綜合指揮中心

構建項目三維模型，以三維模型為底座，加載施工各項作業(yè)數據、智能工地感知數據、進(jìn)度質(zhì)量安全管理數據、竣工資料數據等，拉通施工現場(chǎng)、項目管理、領(lǐng)導決策多層級的管控視圖，全面掌握項目工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管控動(dòng)態(tài)，預測預警項目風(fēng)險，輔助管理決策。

3  方案應用

油氣管道工程數智化建設方案在國家管網(wǎng)集團工程建設項目上統一應用，累計接入工程項目群70多個(gè)，涉及用戶(hù)2萬(wàn)多個(gè)，采集入庫工程建設數據600余萬(wàn)條（形成109.3 T存儲）。其中，焊接數據69萬(wàn)余條，檢測數據112萬(wàn)余條。電子化檢測底片297萬(wàn)余張，工程文件流轉2.5萬(wàn)余份，在工程項目中搭建智能工地機組330余個(gè)，接入視頻監控1700余個(gè)，實(shí)現了關(guān)鍵工序工況數據自動(dòng)采集和施工作業(yè)全過(guò)程視頻監控。

該方案的實(shí)施，帶來(lái)了以下應用價(jià)值：

（1）提升項目管理能力，降低管理成本。通過(guò)系統流程規范化、管理信息化、過(guò)程執行標準化，增加了工程建設項目管理的可控性，提升了項目管理水平，進(jìn)而降低了管理成本。

（3）及時(shí)發(fā)現問(wèn)題，提高工程質(zhì)量，降低風(fēng)險。通過(guò)集成施工過(guò)程的工況、視頻、材料、人員、設備等數據，真實(shí)反映作業(yè)過(guò)程，實(shí)時(shí)監視和預警，及時(shí)發(fā)現施工中的問(wèn)題，提高施工人員責任心，提升工程質(zhì)量，減少事故發(fā)生，降低社會(huì )影響。

（4）數據全面采集，便于問(wèn)題排查。通過(guò)系統對建設過(guò)程中形成的設計文件、施工記錄、檢查記錄、管理文檔、作業(yè)圖片視頻等進(jìn)行全面采集和歸檔，進(jìn)行永久電子化存檔，可快速進(jìn)行查詢(xún)追溯，便于問(wèn)題排查和責任追究。

（5）改進(jìn)數據移交手段，減少數據填報工作量。在技術(shù)數據采集上，充分應用移動(dòng)終端、二維碼及電子標簽、傳感器等技術(shù)，實(shí)現數據的自動(dòng)采集和移交，提升了數據采集效率和數據準確性，降低數據采集填報工作量，大幅減少人工采集成本。

4  結語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)油氣管道工程數智化建設方案的應用，賦能管道施工全過(guò)程管理，創(chuàng )新性采用了以智能工地邊緣計算一體機為核心的裝備和技術(shù)，實(shí)現數據自動(dòng)采集、業(yè)務(wù)線(xiàn)上協(xié)同、現場(chǎng)實(shí)時(shí)監控、風(fēng)險自動(dòng)預警，全面提升人員工作效率，降低工程管理成本、提高工程建設質(zhì)量，為智慧管網(wǎng)建設保駕護航。

作者簡(jiǎn)介：韓云濤，1993年生，本科，高級咨詢(xún)顧問(wèn)，主要研究方向為油氣儲運工程數字化技術(shù)應用。聯(lián)系方式：18610754572，hanyuntaocn@163.com。