王玉江1 张江龙2 王琛3

1.中石化胜利油田分公司工程技术管理中心； 2.中石化石油工程设计有限公司；

3.中国石油国际勘探开发有限公司

摘  要：建立数据完整、真实可视、运行安全的智能化管线管理系统，达到油田站场地下管网清晰、地上设施直观的目的。通过地下管线探测技术、点云扫描技术、点云抽稀技术，实现站场地上、地下一体化建模；通过制作数据采集标准模板，实现站场数据的统一完整采集。应用结果表明，系统实现了基础信息管理、安全管理、运行管理、设备管理、施工管理等功能。

关键词：油田站场；地下管网；三维建模；点云抽稀；数据采集

油田站场作为联系产、运、销的纽带，其工艺管网是油田企业的“动脉血管”，为保障管网安全、高效运行，建设智能管网是管道运营者的一致共识[1]。智能管网系统采用大数据分析建模理念，提供成熟可靠的智能管网一体化解决方案[2]。

油田站场由于资料丢失、扩建改造和施工图纸未及时存档等原因，造成地下管线资料不准确、不完善，特别是不能准确掌握历次维修改造后的地下备用或废弃管线的管径、材质、走向、埋深等关键数据。笔者在研究数据标准化采集录入的基础上，论述了智能化管线管理系统架构及关键技术，以实现基础信息管理、安全管理、运行管理、设备管理、施工管理、三维应用等功能。

1 系统架构

在站场地下管线探测、三维建模和业务应用基础上，通过数据采集入库、自动化数据接入等手段提供基础数据支持，按照 “统一模型、统一标准、分级管理、分步实施”的指导原则，搭建智能化管线管理系统框架，建设六大业务应用模块：“基础信息管理、安全管理、运行管理、设备管理、施工管理、三维应用”（图 1），完善企业数据库，开发个性化功能模块，支持系统调用。

（1）基础信息管理。实现厂区管线基础数据、文档资料、设备设施台账、地下管线CAD图纸等信息档案管理以及管线建设新增信息、三维模型、视频信息、流程图库的统一管理。

（2）安全管理。实现气防、消防、安防分布和统一管理，为企业HES管理提供地理数据支撑，基于工艺流程管网结构关系植入三维模型，通过爆管关阀分析、应急预案模拟功能实现管网关联分析及应急预案演练，辅助管线应急事件及时快速高效处理。

（3）运行管理。接入管线运行实时参数，实现管线及设备运行液位、温度、压力、流量等工艺运行参数实时监控；基于工艺实时运行数据设置阈值，实现管线设备超温、超压、超量等工艺超限预警。

（4）设备管理。实现设备设施信息管理，形成设备台帐，地上基于三维模型完成属性数据关联实现三维场景设备设施属性直观展示；实现设备检维修记录业务信息管理，业务人员在系统上在线完成检维修 操作信息录入存档及导出。

（5）施工管理。基于三维地理信息平台实现施工动土三维模拟，对拟动土区域设置开挖深度和边界范围（长、宽、深）进行开挖模拟测算动土作业量，同时三维地表相关区域断面显示地下管网的分布情况。

（6）三维应用。实现三维空间飞行、空间测量（距离、面积、高程、角度）、设备设施三维模型属性展示等三维平台基础功能。利用管线阀门定位、地表透视、管线断面图进行分析，通过可视化辅助企业厂区进行管网规划建设。利用三维仿真流程模拟，实现定制工艺流程仿真、站场介绍流程、在线培训流程模拟展示等功能。

2 系统关键技术

2.1 数据标准

设计了站场（阀室）设备设施、管道本体及附属设施、管道运行和站场周边环境等四大类共计191套数据采集标准模板，建立统一的数据采集标准，确保数据完整准确，满足系统建设及运营管理需求。

2.2 建模流程

站场地上建模精度达到普通模型水平，站内主要设备实景建模并体现重要阀门等信息，对生产工艺流程有重要影响的泵房实现泵房内主要设备建模；地下管线建模达到普通模型水平并对重要阀门建模[3]。

站场三维建模流程如下：数据整理→模型建立→材质获取→立面贴图→三维模型贴面及素材→材质处理→模型细化→模型渲染。

2.3 点云扫描及点云抽稀

（1）点云扫描。站场三维激光点云的外业数据采集采用三维激光扫描仪完成，所布设的控制点涵盖整个测区，并均匀分布，在设备密集地区适当加密。平面控制网采用二级附和导线布设，水平角和距离观测执行工程测量规范中的二级导线测量要求。高程控制测量采用四等水准测量进行。内业数据处理采用Cyclone软件进行，主要包括多视点云拼接、点云去噪、点云数据均一化（unify）等内容。

（2）点云抽稀。一般情况下，由多个站场数据拼接而成的成果点云数据量大，影响使用效率，需要对点云数据抽稀后再使用。点云抽稀以站场模型的建筑、设备、仪器等为重点关注对象，对大尺寸设备、地面、树木等可以采用低密度数据表示，小尺寸仪器、阀门等采用高密度数据表示。即根据设备尺寸调整对象点云数据密度，保证不同尺寸仪器设备的模型精度。

点云抽稀分为对象范围分割和对象点云提取两个 阶段，前者依据点云对象之间空间相离的拓扑关系，采用距离聚类法，分离出点云对象的分布范围；后者根据点云对象范围从原始点云中提取对象点云，针对单个点云进行化简，得到最终结果点云[4,5]。

2.4 地下管线探测及一体化建模

（1）地下管线探测。地下管线探测以物探为主，根据管线类型、材质、管径、埋深、出露情况、接地条件及干扰等因素，可选用直接法、夹钳法、电偶极感应法、磁偶极感应法、示踪电磁法、管线雷达法、直流电法及其他探查方法。地下管线探测的难点在于非金属管线及废弃管线探查，探测前要详细搜集相关资料，并结合站内人员现场指认，确定每条管线的基本走向后再针对性探测；当现场复杂、探查困难时，有条件的地方进行小范围开挖，或采用多种探查方法、综合会诊，确定管线位置。

（2）地上地下一体化建模。地上地下一体化建模的难点在于地下管线与地上模型的对接，以及整体模型与影像图的叠加。在采用高精度点云完成地上建模后，通过特征点与地下管线对接，系统自动生成连接头；整体模型建立后，通过站场中心点坐标数据，对应到高精度影像图。所建站场模型加载入智能化管线管理系统后，挂接已有的生产数据和设备数据，实现网上实时查看和追踪。基于虚拟技术，建立各站场三维数字场景，展示真实环境，提供在三维可视化环境中的信息属性查询和分析等功能，并关联实时监控数据、生产动态数据、设备运行数据等，直观显示设备运行情况以及设备属性，支撑HSE管理、应急管理以及站场日常管理工作[6]。

3 结论

采用地下管线探测、点云扫描及点云抽稀技术，提出了站场一体化三维模型建立方法；在此基础上，以数据采集标准为依托，构建了智能化管线管理系统。经胜利油田海三联等六座站场应用，实现了站场管线分布走向、管线基础及附属物构造物、空间结构等明确清晰；建立了集中管理的管线数据中心，补齐管线缺失数据，实现管线数据管理由分散、纸质化向集中、数字化转变；基于管道完整性管理，实现安全管控模式由被动向主动转变，促进了运行效率的提升，为辅助站场运行管理、工程设计和建设施工提供多方位、可视化的信息服务和数据支持。

参考文献：

[1] 李遵照，王剑波，王晓霖，等．智慧能源时代的智能化管道系统建设[J]．油气储运， 2017，36(11)： 1243-1250．

[2] 王昆，李琳，李维校．基于物联网技术的智慧长输管道[J]．油气储运， 2018， 37(1)： 15-19．[3] 张江龙．论三维GIS在管线管理中的应用[J]．腐蚀与防护， 2017， 38（增刊1）： 62-66．

[4] WANG Zhen,ZHANG Li qiang,FANG Tian,et al.AMultiscale and Hierarchical Feature ExtractionMethod for Terrestrial Laser Scanning Point CloudClassification[ J].IEEE Transactions on Geoscienceand Remote Sensing, 2015,53( 5):2409- 2425.

[5] 杨必胜，梁福逊，黄荣刚. 三维激光扫描点云数据处理研究进展、挑战与趋势[ J].测绘学报， 2017，46(10)： 1509- 1516.

[6] 赵志峰，文虎，高炜欣，等. 长输管道完整性管理中的数据挖掘和知识决策[J]. 西安石油大学学报（自然科学版）， 2016， 31（4）： 109-114.

作者简介：王玉江，教授级高级工程师， 1968年生， 2002年硕士毕业于中国石油大学（北京）天然气工程专业，现主要从事油气集输与污水处理的管理研究工作。联系方式：13963362922， wyj1310@163.com。