韓云濤

中國(guó)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(shù)智化建設(shè)方案，旨在解決工程建設(shè)過(guò)程中進(jìn)度、人員、設(shè)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(chǔ)，結(jié)合工程項(xiàng)目管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程現(xiàn)場(chǎng)“人、機(jī)、料、法、環(huán)”全面數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)感知，建立全過(guò)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集和分析施工過(guò)程各方面數(shù)據(jù)，通過(guò)綜合指揮中心及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)可視化、過(guò)程管控?cái)?shù)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(xiàn)場(chǎng)管理水平。

關(guān)鍵詞：智能工地一體機(jī)；數(shù)據(jù)采集；智能識(shí)別；數(shù)字化移交；邊緣計(jì)算

油氣管道建設(shè)是一項(xiàng)涉及眾多領(lǐng)域、工序繁雜的工程。在管道建設(shè)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(dǎo)建設(shè)工程進(jìn)度、質(zhì)量和安全，保證項(xiàng)目各環(huán)節(jié)受控。在智能化技術(shù)快速發(fā)展的大背景下，傳統(tǒng)的管道建設(shè)管理方式已無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)要求。以智能工地技術(shù)與裝備為基礎(chǔ)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、邊緣計(jì)算等前沿技術(shù)，為油氣管道建設(shè)工程管理提供了解決方案。

1  建設(shè)需求

油氣管道工程建設(shè)中常面臨如下問(wèn)題：

（1）受施工現(xiàn)場(chǎng)條件制約，數(shù)據(jù)采集困難，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度不高�，F(xiàn)場(chǎng)缺乏便利、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集功能和手段，工程建設(shè)階段產(chǎn)生的數(shù)據(jù)入庫(kù)功能不完善，數(shù)據(jù)質(zhì)量不高，沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)數(shù)字化移交。

（2）數(shù)據(jù)利用率低，報(bào)表工作量大。對(duì)采集的數(shù)據(jù)缺乏有效的數(shù)據(jù)治理和數(shù)據(jù)利用手段。每個(gè)項(xiàng)目需要填寫(xiě)各類(lèi)報(bào)表約20余項(xiàng)，其中手工輸入、人工匯總占比超70%，不同管理層級(jí)分別匯總，工作量大，工作效率低。

（3）項(xiàng)目管控難度大。人力資源與建設(shè)任務(wù)不符，計(jì)劃、施工等業(yè)務(wù)域各自為戰(zhàn)，統(tǒng)一的管理體系推行難度大；工期計(jì)劃與外協(xié)、資源、設(shè)計(jì)、采辦結(jié)合不夠，缺少有效的數(shù)據(jù)拉通，執(zhí)行反饋工作量大。

（4）資料歸檔不及時(shí)，影響竣工驗(yàn)收。傳統(tǒng)資料歸檔以線下為主，存在審批歸檔不及時(shí)、資料校驗(yàn)檢索困難、數(shù)據(jù)造假等問(wèn)題，工程竣工后，仍存在資料未補(bǔ)齊、未歸檔的情況，影響工程驗(yàn)收。

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

2  數(shù)智化建設(shè)方案

2.1  建設(shè)思路

油氣管道工程數(shù)智化建設(shè)方案圍繞工程建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)，以“人、機(jī)、料、法、環(huán)”全要素?cái)?shù)字化管理為基礎(chǔ)，通過(guò)技術(shù)和數(shù)字賦能施工全過(guò)程管理，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)可視化（包括視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)組定位、人員和車(chē)輛定位、關(guān)鍵區(qū)域門(mén)禁管理），過(guò)程管控?cái)?shù)字化（包括基于工況感知的焊縫質(zhì)量排查、工序管理標(biāo)準(zhǔn)化、竣工資料電子化、無(wú)人機(jī)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(xiàng)目綜合動(dòng)態(tài)、焊口和設(shè)備及站場(chǎng)三維模型展示），提高項(xiàng)目建設(shè)管理效果，有力保障工程建設(shè)質(zhì)量。

2.2  整體架構(gòu)

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

圖 1 方案整體架構(gòu) 

（1）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面可根據(jù)不同的油氣儲(chǔ)運(yùn)工程類(lèi)型，選擇應(yīng)用5G、衛(wèi)星、有線、無(wú)線技術(shù)，提供不同方式的網(wǎng)絡(luò)組建方案，滿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(shè)備、移動(dòng)辦公設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸提供網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)（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)線寬帶自組網(wǎng)系統(tǒng)，靈活拓展，施工方便。②地下儲(chǔ)庫(kù)組網(wǎng)：立體多維網(wǎng)絡(luò)“5G＋3G＋局域網(wǎng)”。③線路工程野外組網(wǎng)：隨機(jī)組快速遷移，部署靈活，施工方便。④固定區(qū)域網(wǎng)絡(luò)：站場(chǎng)閥室建設(shè)期組網(wǎng)，無(wú)線寬帶與5G。⑤海外工程組網(wǎng)：針對(duì)無(wú)網(wǎng)弱網(wǎng)國(guó)家，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)。

（2）智能工地

在施工現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)智能一體機(jī)部署無(wú)線局域網(wǎng)，結(jié)合二維碼、電子標(biāo)簽、無(wú)人機(jī)、檢測(cè)儀、焊機(jī)、攝像頭、移動(dòng)終端等，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置、環(huán)境、工況、資源、影像、文本數(shù)據(jù)的前端感知和數(shù)據(jù)采集，真實(shí)準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)過(guò)程，提高過(guò)程管控能力，確保工程建設(shè)質(zhì)量。

智能工地整體架構(gòu)分為5層，包括數(shù)據(jù)層、感知層、傳輸層、平臺(tái)應(yīng)用層和服務(wù)提供層。數(shù)據(jù)層涵蓋現(xiàn)場(chǎng)各類(lèi)數(shù)據(jù)，主要包括位置數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)、工況數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和文本數(shù)據(jù)。感知層由各類(lèi)無(wú)線感知設(shè)備收集數(shù)據(jù)信息。傳輸層通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)部署智能工地一體機(jī)，實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)搭建，將感知設(shè)備獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，為平臺(tái)上層應(yīng)用提供數(shù)據(jù)傳輸支撐。平臺(tái)應(yīng)用層在智能工地一體機(jī)上傳的各類(lèi)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能應(yīng)用。服務(wù)提供層可通過(guò)PC、App、小程序形式給業(yè)務(wù)用戶提供應(yīng)用和協(xié)同（圖 3）。

圖 3 智能工地部署架構(gòu) 

（3）數(shù)字化移交

基于項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)積累，形成竣工資料數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)建設(shè)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(shù)字化采集，構(gòu)建數(shù)字孿生體，數(shù)據(jù)全面關(guān)聯(lián)掛接，并與實(shí)體工程同步產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)建設(shè)期數(shù)據(jù)以數(shù)字化的方式向運(yùn)營(yíng)期同步移交（圖 4）。

圖 4 數(shù)字化移交 

（4）工程項(xiàng)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(shè)計(jì)、采辦、施工、外協(xié)、驗(yàn)收）和項(xiàng)目管理過(guò)程（進(jìn)度、計(jì)劃、投資、風(fēng)險(xiǎn)、質(zhì)量、HSE、溝通、變更）的工程項(xiàng)目管理平臺(tái)，固化項(xiàng)目管理流程，促進(jìn)業(yè)務(wù)的規(guī)范化、一體化管理，提升工程建設(shè)精細(xì)化管理水平，提高項(xiàng)目質(zhì)量（圖 5）。

圖 5 工程項(xiàng)目管理 

計(jì)劃進(jìn)度管理。建立項(xiàng)目統(tǒng)一的計(jì)劃編制、檢測(cè)、反饋、分析體系，納入企業(yè)、工程項(xiàng)目部、EPC、施工單位等項(xiàng)目參與方，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃階段項(xiàng)目從一二級(jí)到三四級(jí)的自上而下的計(jì)劃下達(dá)，執(zhí)行階段從工單執(zhí)行到四級(jí)、三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)自下而上的實(shí)際進(jìn)度匯總歸集、監(jiān)控與分析。

質(zhì)量管理。依托質(zhì)量管控體系和標(biāo)準(zhǔn)，建立“質(zhì)量管控清單庫(kù)”，將各類(lèi)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)和管控要點(diǎn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化、電子化處理，利用移動(dòng)端對(duì)施工作業(yè)、資源（人機(jī)料）進(jìn)行全過(guò)程質(zhì)量管控，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量共性和突出問(wèn)題。最終實(shí)現(xiàn)管理標(biāo)準(zhǔn)化，過(guò)程流程化，結(jié)果目視化管理模式。

溝通管理。溝通管理模塊的目標(biāo)是作為信息中心和溝通工具，在系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)工程文件管理、信息發(fā)布、驅(qū)控管理等跨業(yè)務(wù)部門(mén)、跨單位的信息流轉(zhuǎn)與發(fā)布。

安全管理。識(shí)別安全與環(huán)境危害因素，編制控制計(jì)劃并與項(xiàng)目主計(jì)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(jì)劃，真正做到事先預(yù)防、事中跟蹤、事后總結(jié)。運(yùn)用信息化手段收集HSE信息，對(duì)HSE檢查中發(fā)現(xiàn)的不符合項(xiàng)進(jìn)行PDCA循環(huán)管理，協(xié)助承包單位、監(jiān)理單位和業(yè)主記錄項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中HSE各項(xiàng)活動(dòng)臺(tái)賬，確保每一個(gè)不符合項(xiàng)處理都是閉環(huán)操作。

費(fèi)用管理。建立概算科目的基本信息，設(shè)定概算分解結(jié)構(gòu)，處理項(xiàng)目與合同的關(guān)系，管理合同性費(fèi)用及費(fèi)用分?jǐn)�。以概算�?xiàng)目為主線對(duì)相應(yīng)合同信息、投資（付款）完成信息進(jìn)行跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)投資分析。

合同管理。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目業(yè)主、項(xiàng)目部、施工單位、監(jiān)理單位等所簽訂的施工合同、監(jiān)理合同、技術(shù)合同、租貨合同進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、匯總、查詢。系統(tǒng)科對(duì)工程項(xiàng)目合同的簽訂、履行、變更和解除進(jìn)行監(jiān)督檢查，對(duì)合同履行過(guò)程中發(fā)生的爭(zhēng)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(tǒng)一的人員、機(jī)具檔案庫(kù)，開(kāi)展在線報(bào)驗(yàn)、考核、登記、準(zhǔn)入許可及離場(chǎng)閉環(huán)管理，通過(guò)與閘機(jī)、視頻監(jiān)控、機(jī)具設(shè)備傳感器的集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)人員、機(jī)具設(shè)備進(jìn)出場(chǎng)、機(jī)具設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)資源動(dòng)態(tài)跟蹤及現(xiàn)場(chǎng)檢查，并根據(jù)項(xiàng)目需求周期性統(tǒng)計(jì)實(shí)際人員、工種投入數(shù)量及工時(shí)，保障施工進(jìn)度，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管理。

（5）綜合指揮中心

構(gòu)建項(xiàng)目三維模型，以三維模型為底座，加載施工各項(xiàng)作業(yè)數(shù)據(jù)、智能工地感知數(shù)據(jù)、進(jìn)度質(zhì)量安全管理數(shù)據(jù)、竣工資料數(shù)據(jù)等，拉通施工現(xiàn)場(chǎng)、項(xiàng)目管理、領(lǐng)導(dǎo)決策多層級(jí)的管控視圖，全面掌握項(xiàng)目工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全等管控動(dòng)態(tài)，預(yù)測(cè)預(yù)警項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，輔助管理決策。

3  方案應(yīng)用

油氣管道工程數(shù)智化建設(shè)方案在國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)工程建設(shè)項(xiàng)目上統(tǒng)一應(yīng)用，累計(jì)接入工程項(xiàng)目群70多個(gè)，涉及用戶2萬(wàn)多個(gè)，采集入庫(kù)工程建設(shè)數(shù)據(jù)600余萬(wàn)條（形成109.3 T存儲(chǔ)）。其中，焊接數(shù)據(jù)69萬(wàn)余條，檢測(cè)數(shù)據(jù)112萬(wàn)余條。電子化檢測(cè)底片297萬(wàn)余張，工程文件流轉(zhuǎn)2.5萬(wàn)余份，在工程項(xiàng)目中搭建智能工地機(jī)組330余個(gè)，接入視頻監(jiān)控1700余個(gè)，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵工序工況數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和施工作業(yè)全過(guò)程視頻監(jiān)控。

該方案的實(shí)施，帶來(lái)了以下應(yīng)用價(jià)值：

（1）提升項(xiàng)目管理能力，降低管理成本。通過(guò)系統(tǒng)流程規(guī)范化、管理信息化、過(guò)程執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化，增加了工程建設(shè)項(xiàng)目管理的可控性，提升了項(xiàng)目管理水平，進(jìn)而降低了管理成本。

（3）及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，提高工程質(zhì)量，降低風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)集成施工過(guò)程的工況、視頻、材料、人員、設(shè)備等數(shù)據(jù)，真實(shí)反映作業(yè)過(guò)程，實(shí)時(shí)監(jiān)視和預(yù)警，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的問(wèn)題，提高施工人員責(zé)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(shù)據(jù)全面采集，便于問(wèn)題排查。通過(guò)系統(tǒng)對(duì)建設(shè)過(guò)程中形成的設(shè)計(jì)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)行查詢追溯，便于問(wèn)題排查和責(zé)任追究。

（5）改進(jìn)數(shù)據(jù)移交手段，減少數(shù)據(jù)填報(bào)工作量。在技術(shù)數(shù)據(jù)采集上，充分應(yīng)用移動(dòng)終端、二維碼及電子標(biāo)簽、傳感器等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和移交，提升了數(shù)據(jù)采集效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，降低數(shù)據(jù)采集填報(bào)工作量，大幅減少人工采集成本。

4  結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)油氣管道工程數(shù)智化建設(shè)方案的應(yīng)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(jì)算一體機(jī)為核心的裝備和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集、業(yè)務(wù)線上協(xié)同、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)預(yù)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(shè)質(zhì)量，為智慧管網(wǎng)建設(shè)保駕護(hù)航。

作者簡(jiǎn)介：韓云濤，1993年生，本科，高級(jí)咨詢顧問(wèn)，主要研究方向?yàn)橛蜌鈨?chǔ)運(yùn)工程數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用。聯(lián)系方式：18610754572，hanyuntaocn@163.com。