管道全生命周期数字化平台设计技术

2022-09-12

1 引言

近年来, 国际油气储运设施建设总体处于高峰期, 市场潜力巨大, 为我国石油管道建设企业国际化提供了难得的市场机遇, 且国内油气管网建设已由高峰期转向成熟期, 随着西气东输一线、西气东输二线、西部原油成品油管道、兰州-郑州-长沙成品油管线、陕京一线至陕京三线、中缅天然气管道、中亚天然气管道等油气管网的建设完工, 形成了国内能源管网大动脉, 基础干线管网建设已趋于稳定。在该背景下, 要求石油管道工程建设单位调整发展思路, 兼顾国内管道建设同时, 积极开拓海外市场, 并在该过程中结合自身优势将设计、建设、管理等水平提高, 并且提出有自身特点及市场竞争力的管理方法、设计技术。

油气管道设计工作在管道建设、运维阶段为所有工作的源头, 有着举足轻重的作用, 因此从设计阶段入手探寻新方法、新技术对提高自身技术管理水平, 缩小与国际石油管道工程建设单位技术的差距及开拓国际化市场具有十分重要的意义, 并且设计管理水平的进步对于石油管道建设单位节约内部开支, 增收企业效益有其自身便捷性和易实现的特点。

油气管道全生命周期管理是石油、化工、水利、电力等行业未来建设管理发展趋势, 本文从油气管道全生命周期管理入手, 简述了油气管道全生命周期数字化平台设计技术的理念, 同时对该技术的实际应用情况进行了解释, 并总结性提出要重视油气管道全生命周期数字化平台设计技术, 以信息化、数据化为核心开展整体技术管理工作。

2 管道全生命周期管理

管道全生命周期管理是指管道从需求、规划、设计、采购、建设、运行、使用、维修、保养、直至报废或回收再利用处置的全生命周期中的信息与过程。对于管道类实体, 它是一种技术, 也是一种建设理念, 它支持并行设计、制造, 通过先进的网络技术或软件为实现手段 (如图1所示) 。

3 数字化平台设计技术

数字化平台设计技术以统一建立的PBS (Project Breakdown Structure项目分解) 、WBS (Work Breakdown Structure工作任务分解) 体系与管道标准化数据标准构建了“管道全生命周期信息化业务”的两条基本主线。该技术与上世纪末绘图方式的革命——绘图板设计向计算机制图的转变相似, 但其设计技术的变革更进一步。

设计单位通过构建基于管道全生命周期数字化设计平台和管理平台为PLM (Pipeline Life Mangement管道生命周期管理又称管道全生命周期管理) 业务提供了统一标准的设计数据与成果;同时将设计数据逐步流转至采办、施工、运维方。各方在设计所提供的结构化数据的基础上, 对数据不断的完善、添加, 最终形成基于管道全生命周期管理的数据库。对于设计而言, 数据的不断添加和完善对于设计工作的检验和今后的再设计提供了数据支持、进一步提高了设计和服务水平。

从管道建设方案阶段开始分析, 首先需要对市场需求进行调研、调研技术条件等满足后, 对财务可行性指标分析 (需要考虑资金的时间价值) , 主要包括该管道建设的静态回收期、总投资收益率、净现值、内部收益率等。核算总投资是需要对该设备清单进行统计, 并以设备清单编制对应的设备清单及概预算清单, 从此时开始就应当建立相应的文档作为记录手段, 将结构化数据记录, 并纳入数据库, 主要有设备的基本情况 (主要为设备编号、设备类型、价格) ;初步设计阶段主要关注设备与采购相关的技术属性要求 (主要为设备编号、压力等级、量程、精度等) ;施工图阶段设备已完成订货此时主要关注的为设备的实际信息 (主要为设备编号、产品型号、生产厂家等) ;采办阶段主要为设备物资移交信息做准备其中包含设备的技术属性和产品信息 (主要为设备编号、出厂编号、产地、设计寿命、出厂时间等) ;施工阶段在设计采办的基础数据上主要关注设备安装后的初次检验信息 (主要为设备编号、校验时间、校验结果) ;待运维阶段主要关注运行周期内该设备的使用情况 (主要为设备编号、维护信息) ;回收阶段该阶段为管道全生命周期结束后, 对该设备做相应的处理和记录 (主要为设备编号、处理方式、物资流向) 。

经过统计和分析 (如图2所示) 管道全生命周期管理开始于设计阶段, 并且设计阶段的结构化数据模型数量及比重最大, 该部分数据为今后各阶段数据的基础, 以PLM数据库为管道运维提供了完整的数据模型, 为后期建设、运维提供了大量可检索、复用的数据环境, 相对于传统的纸质材料, 信息利用的便捷性大大提高。

4 管道全生命周期数字化平台设计技术应用

4.1 整体构架

目前油气管道全生命周期数字化平台设计技术已在多条输气管道设计上应用, 其整体业务构架及非结构化数据模型主要基于三个方面:线路工程, 站场工程和经济分析等范围, 各专业采用的数字化设计软件及数据间的交互构成了多专业协同的数字化设计平台设计技术。

4.2 站场工程设计平台技术

管道站场工程设计包括生产设施设计和辅助用房设计等。

生产设施设计平台技术主要以流程绘图软件、仪表自控软件、电力设计软件、三维绘图软件、材料管理软件及信息管理软件为依托, 涉及工艺、仪表、电力、消防/给排水、暖通、热工、阴保、配管、设备等专业。上述专业在设计过程中由工艺专业为龙头通过信息管理软件将结构化数据与下游专业分享, 下游专业接收数据后开展各自专业的工作, 整体完成工作后将数据返回信息管理软件, 通过统一的数据接口流转至信息管理平台, 然后将该部分数据及模型提交给业主, 真正意义上做到了数据的一次录入多次使用。

辅助用房设计平台技术主要采用建筑类三维软件、结构类计算软件、负荷计算软件及建筑性能分析类软件构成, 以建筑三维软件作为专业建模基础, 建筑、结构、仪表、电力、通信、设备等专业在建筑物内部进行实体设计工作, 并最终在该平台上进行数据及模型输出。

从站场工程上能够完成多专业协同设计, 并按照需求统一从模型中提取需要的图纸或数据。

4.3 线路工程设计平台技术

线路工程设计平台技术基于Acr GIS技术平台与Auto CAD技术平台, 涉及勘察、线路、线路通信、水工保护、穿跨越、阴极保护专业。该平台统一了设计数据标准、搭建了对应的设计数据路、建立了Web GIS平台, 完善了设计知识库及线路数字化设计系统并且实现了勘察测量数字化, 形成了基于项目PBS体系的、符合数据定义标准的线路设计数据, 并且达到了通过鼠标点击, 半自动设计自动计算穿越长度, 并将最终成果录入数据库的水平。

并且线路数据均能够通过Map关系直接移交至关系数据库。

4.4 经济分析平台技术

从全生命周期的角度考虑, 经济分析在管道建设的前期非常重要, 是判断是否进行管道建设的重要阶段, 对此, 将经济的范畴涵盖在全生命周期中非常必要, 以满足建设期各阶段费用信息的信息化计算和信息传承, 形成费用信息流, 以定额库WBS编码、物料编码为核心从可研阶段的估算软件、初设阶段的概算软件到生成工程量清单、项目结束后进行工程结算, 将数据形成了环装流转, 并能够做到前后不同阶段的对比工作。

4.6 先进性和创新性

4.6.1. 从管道全生命周期管理开始阶段保证数据模型的客观真实性, 从设计阶段开始创建数据源至运行阶段数据的最终完善, 该过程都是在结构化数据的要求下建立的, 各阶段均无法对业务流程外数据进行修改, 对业务流程内数据的修改能够通过数据的版次及历史记录进行查询和比对;

4.6.2. 将设计基础数据结构化, 避免了非结构化数据及非编码工厂结构各阶段数据不统一、避免工厂结构编码差异造成数据不可溯源, 提高了数据的完整性和可靠性;从项目开始筹备至项目运行直到管道运行寿命的结束所有管道内单体、设备均有代码及编号, 在业务流转过程及环节中无论管理实体的变化或空间、时间的改变, 均能够通过唯一的编码机制进行实体结构化数据的溯源;

4.6.3. 通过设计阶段对结构化数据模型的统一约束及规定, 做到了数据的一次录入各阶段、各使用方的多次利用, 提高了数据使用的效率, 通过数据的移交、传递减少了数据录入降低了录入、核对、校验等综合管理成本;不同阶段的数据均来自于管道全生命周期管理数据库, 从设计阶段开始到采办、施工、运行达到了数据的共享, 取用、完善、再共享;

4.7 易推广

在结构化数据要求的规则驱动下能够保证个信息化系统之间实现数据层面的协同和共享, 提高了全管到生命周期管理过程阶段整体效率;由于定制了数据规则, 给数据统一的约束, 保证数据的客观性、真实性、统一性达到了数据流转过程中的一次录入多次利用, 便于推广更及应用后整体效率的提高。

5 结语

综上所述设计是全生命周期管理的源头, 是工程信息的最初缔造者、所涉及的结构化及非结构化数据是最多的、最重要的, 设计数据数字化的实现也是最容易的, 所以设计信息是全生命周期主要的信息来源。数字化平台设计技术能够为工程后续阶段提供可靠的保障, 因此管道全生命周期管理的发展, 应重视管道全生命周期数字化平台设计技术的核心作用, 将各种软件、设计手段的发现为依托, 实现以数据化、信息化为核心的管道全生命周期管理。

摘要：管道全生命周期数字化设计技术主要以全生命周期数字化平台为依托, 满足管道全生命周期管理针对管道从规划、建设、运行、维护到报废回收全过程业务信息化管理的要求。本文从管道全生命周期管理的源头设计技术方面进行阐述, 针对该技术的实际应用, 将设计阶段所产生的数据信息进行的简述。得出了管道全生命周期数字化平台设计技术为管道全生命周期管理的核心技术, 通过定义结构化数据, 便于不同形式的平台上实现设计、采办、施工、管理数据的传递、丰富, 便于最终运行单位数据查询维护工作, 达到了节支增效的目的。

关键词：管道,全生命周期,设计,数字化平台设计技术