智慧管网总体设计架构解决方案（27页PPT 精华版）

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智慧管网总体设计概况 一、 总论 二、 总体设计方案 三、 各业务领域智能化方案 （一）建设背景 根据国家发改委、能源局《中长期油气管网规划》， 2025 年全国油气管网里程将从 12 万公里增长至 24 万公 里， 倍增式发展对管网建设及运营的本质安全和卓越运营提出更高要求。油气管网纵向配置优化油气行业内部资源 ，与其他能源实现横向多能互补，成为未来能源互联网重要组成部分。 2017 年覃伟中副总经理提出建设“智能管道、智慧管网”，要求开展智慧管网的研究和顶层设计。 2017 年 12 月 总体设计全面启动，经过一年多努力，现已完成“ 1 个总报告 +7 个分报告”编制。 12 月 6 月 1-3 月 1-2 月 3 月 -5 月 7 月 -10 月 11-12 月 根据审查 意见完善 总体设计 向专家组 汇报总体 设计方案 充实并修 改设计方 案 总体设计 启动 需求调研 分析 设计方案 编写 启动总体 设计审查 2017 年 2018 年 2019 年 1 （二）智慧管网定义 智慧管网是在标准统一和数字化管道的基础上，以数据全面统一、感知交互可视、系统融合互联、供应精准匹 配、运行智能高效、预测预警可控为特征，通过“端 + 云 + 大数据”体系架构集成管道全生命周期数据，提供智 能分析和决策支持，用信息化手段实现管道的可视化、网络化、智能化管理，具有全方位感知、综合性预判、 一体化管控、自适应优化的能力。 全面精确感知管道本体、环境 、设备工况、工艺运行等状态 数据 综合运用统计分析和机理仿 真结合方式对管网运行趋势 进行预判 全方位 感知 综合性 预判 智慧管网 控制系统与信息系统数据融合 ，管理体系与知识网络融合， 支持生产经营一体化高效管控 一体化 管控 综合考虑安全及效益管理目 标，主动适应生产经营各要 素变化实现全局优化 自适应 优化 2 （三）建设目标 坚持“重应用、重效果、重安全”和“不搞新技术罗列，不搞信息孤岛，不搞锦上添花”指导思想，分三阶段 开展智慧管网建设，逐步实现新建管道和在役管道的全面智能化提升，最终形成智慧管网，保障油气管网本质 安全和卓越运营，实现“全数字化移交、全智能化运营、全业务覆盖、全生命周期管理”目标。 第三阶段 第二阶段 全面建成智慧管网，在役管道数据恢复 和智能化改造全部完成，数字孪生体和 管道物联网实现全覆盖；建成智慧管网 云平台并实现各信息系统深度融合；实 现天然气管网全局全时段运行优化，降 低管网综合能耗。 第一阶段 全面实施智慧管网解决方案，新建管道全 面应用数字孪生体与全面泛在感知方案； 完成科技重大专项研究并启动成果推广应 用；加强信息系统融合，实现区域天然气 管网运行优化、管网可靠性、设备远程诊 断、线路动态风险评价等应用；形成智慧 管网建设、运营技术标准。 以数据标准融合为基础，通过数字化移交 和在役管道数据恢复试点工程构建数字孪 生体；全面开展智慧管网科技重大专项研 究，建成管道数据中心平台，建成安全监 测、应急指挥、工程监测三个中心，完成 中俄东线智能管道试点建设。 2023 年 - 2025 年 2021 年 - 2022 年 2019 年 - 2020 年 3 （四）与国际先进实践对标分析 中油管道油气管网建设及管理水平与国际先进实践对标发现： • 在较大范围内实施了管道的完整性管理体系； • 风险管理所需的数据基础和技术手段不足，制约管理水平进一步提升； • 已建立较为完善的生产运营体系，但在还应结合资源供给、市场及客户需求进一步提高运营的可靠性和效率； • 工程建设管理业务集成方面有一定基础，但工程数字化交付和质量管控能力有待提升； • 在数据采集、应用和标准化三方面都有待提升，暂无企业级信息系统集成平台。 数据管理 数据管理 数据管理 10 8 10 8 10 8 6 6 6 4 2 4 2 4 2 工程建设 生产运营 工程建设 生产运营 工程建设 生产运营 0 0 0 完整性管理体系 风险管理 完整性管理体系 风险管理 完整性管理体系 风险管理 TransCanada & CPG SNAM 中油管道 4 （五）未来发展方向 结合国内外企业在智能化管道建设方面的最佳实践案例分析，提炼出工程建设、生产运营、资产管理和数据管 理业务领域的发展方向。 打通设计、建设与运营的数据通路，实现全数字化交付，提高管道设计、运营各专业技术人员协同及管道投资主体的最大回报 工程建设 生产运营 资产管理 数据管理 完成管输能力经营与调运方案一体化优化，满足全面远控、供需平衡、调运模拟与全局优化的需要，确保管网运营安全、可靠和高效 建立全管网可靠性模型，实现管道动态半定量风险评估，形成完备的站场完整性体系，通过应用智能物联设备等新技术对管道完整性、 设备故障诊断作出及时有效评价和判断，及时发现潜在风险及隐患，并快速提供处置建议 建立统一的建设期与运营期数据标准，有效整合企业内部与外部数据，形成与实体资产一一对应的数字孪生体，与业务活动和机理仿 真结合，实现数字孪生体动态更新及趋势预测 数字孪生 生物芯片 深度神经网络 ( 深度学习 ) 碳纳米管 智能工作空间 2017 年 7 月， Gartner 公司 发布 的新兴技术趋势报告中概括未 来 5-10 年技术趋势，其中数字 孪生、云计算、工业互联网、 大数据、人工智能等技术兴起 对传统工业的升级提供了重要 技术手段。 期 望 值 脑机界面 物联网平台 自主移动机器人 智能机器人 虚拟助手 硅阳极电池 区块链 深度神经网络 ASIC 人工智能 PaaS 量子计算 5G 技术预期成熟时间： 不到 2 年 互联家庭 自动驾驶 L4 立体显示 自修复系统技术 会话式人工智能平台 自动驾驶 L5 混合现实 边 缘 人外工骨智骼能 2-5 年 面向数据安全的区块链 神经形态硬件 知识图谱 4D 打印 5-10 年 超过 10 年 通用人工智能 智能织物 智能微尘 增强现实 自动驾驶飞行汽车 生物科技 - 培养组织或人工组织 5 时间 一、 总论 二、 总体设计方案 三、 各业务领域智能化方案 （一）智能化应用方向 根据各业务领域现状分析和国际管道企业最佳实践，结合需求调研分析结论所形成的各业务领域需求关注，进 一步提炼形成 8 个智能化应用方向。 智能化应用方向 业务需求关注 三维设计在线协同与全 面数字化交付 设计成果远程查看、设计成果调用、设计成果移交 工程项目管理智能化综合应用、竣工资料电子化、工程进度展示、工程质量管理、施工 数据移交、施工现场检查、施工现场视频监控、工程资源管理 工程建设管理 智能化施工与质量管控 智慧物资供应链 电子标签、储备定额、供应商管理、物资供应链总体架构、 PCM 物资管理、仓储物流管 理、设备数字化移交、物料主数据编码管理、业务管理标准化 管网运行全局全时段优 化与生产经营协同 控制系统优化、管网运行优化、在线仿真软件国产化、计量管理提升、能耗管理提升、 调度运行管理、管输及剩余能力管理 运行及设备管理 基于可靠性的设备全生 命周期管理 数据管理、维修维护、建立专业设备管理系统、检测与监测、风险管理、故障管理、备 品备件管理 管道全面泛在感知与风 险智能控制 本体风险管控、第三方破坏风险管控、地质灾害风险管控、应急维抢修智能化、基础数 据及管理提升 管道管理及维抢修 财务管理 智能应急处置与环保监 测 安全管理、应急管理、环境保护 业务与财务全面深度融 合应用 预算管理、会计核算、资金管理、成本费用管理、收入结算管理、税价管理、资产管理 6 （二）总体设计 从感知、认知、决策三方面对油气管网经营管理进行智能化提升，全面应用物联网、数字孪生、运行优化、大 数据等技术，形成感知、数据、知识、应用、决策五个层次的总体架构，并通过建设智慧管网云平台实现总体 架构部署，形成智慧管网全方位感知、综合性预判、自适应优化、一体化管控的能力，动态适应外部环境、资 源市场、下游用户、经营管理的变化，支持各专业领域应用和综合决策。 智慧管网云平台 决策 KPI 经营 经营 运营 决策 管理驾 驶舱 指标 体系 全方位感知 决策层 应用层 应用层 (SaaS) 支持 分析 监控 预测 分析 模型 全数字化 移交 决策能力 提升 专业 应用 建设 设备 管道 调运 安全环保 物资 应急 工程 管网可 靠性 管网运 行优化 业务功能服务 综合性预判 全智能化 运营 专业业务服务 组件 基础业务服务 组件 认知能力 提升 平台层 (PaaS) 知识 图谱 专家 经验 知识层 数据层 感知层 公共技术服务 专业知识库 推理规则库 机理模型库 全业务 覆盖 大数据分析服 一体化管控 自适应优化 数字 孪生 务 数据可视化服 务 工业大 数据 统一数据资源池 感知能力 提升 基础设施 (IaaS) 计算服务 存储服务 网络服务 全生命周 期管理 物联 网 SCADA 系统 传输层 感知层 无线传输 线路 有线传输 设备 工艺 边缘终端 7 （二）总体设计 一、数字孪生体构建及应用 • 管道全数字化移交和在役管道数据逆向恢复是数字孪生体构建的主要途径，通过对实体管道在可研、设计、采购、施 工各阶段进行全面连续地数字化三维建模，实现数字孪生体的数据模型初始构建。 • 利用管道设计数字化交付静态数据、管道物联网及 SCADA 系统的动态数据等，综合应用多种机理模型和工业大数据技 术 ，预测管体及设备运行状态的变化趋势、对存在的问题进行原因追溯、生成多目标下的管网调运方案，为管网可靠性 及运行优化提供数据基础。 采购需求 管道完 整性管 理系统 PIS 管道 ERP 应用集 成系统 设备管 理系统 EAM 管道生 产管理 系统 PPS 云设计平台 采购订单 物资出入库 多类设计 软件云化 管道工程数字 化成果交付 生产经营管理 执行结果数据 数字化设 计文件 施工作业及 检测数据 运行工况及仿真 模拟结果数据 工程移交资产 静态数据 管道数据中心 物料单及 技术规格 数据 设计图 竣工资料 设备技术 参数及 BOM 数据 全业务数据 资源池 （数据模型 ） 多物理场动态仿 真模拟 （机理模型） 生产经营 管理标准 化工具 施工过 程数据 管道工程建设管理系统 PCM 管道大数据分析应用 管材检验 及物流仓 储数据 物资采购 和使用过 程数据 管道 物联网 SCADA 系统 中间数据库 8 施工监测及管理 设备供应商交付 （二）总体设计 二、管道全面泛在感知 根据线路及站场的风险管理需要，结合动态风险评价、线路完整性评价、设备可靠性评价方法对状态监测的数据需求 ，在管道本体及附属设施、地质灾害、站场设备设施的风险地段及部位安装感知终端，并采用公共网络与管道光纤结 合的传输通道，实现泛在感知能力全面提升。 9 （二）总体设计 三、大型天然气管网全局全时段优化 • 在数字孪生体的数据和机理模型基础上，构建每条管道运行方案库覆盖大部分实际运行工况，形成管网运行智能优 化解决方案。满足天然气全管网全时段以效益最大为目标的优化运行，实现油气管网全智能化运营。 • 通过完善管网稳态运行优化、在线仿真、运行优化方案和运行调优原则，针对单线 / 区域管网管道指定时段运行优 化技术进行攻关，并逐步拓展到全局管网。 10 （二）总体设计 四、管网可靠性 利用智能感知获得数据，以基础数据、以往案例及算法模型等知识为支撑，利用工业大数据技术支持天然气管网系统全 局可靠性评价，建立天然气管网系统可靠性智能决策 结合管理因素进行系统目标可靠度确定，进 而明确可靠性差距，采用相应的系统可靠性 增强措施与方案。 进一步考虑天然气市场需求预测，建立用 户需求满意度模型实现市场需求预测，并 基于目标供气满意度为制定管线供气分输 方案提供重要依据。 11 （二）总体设计 五、决策支持及经营分析 利用信息系统中积累的大量数据，通过数据建模、数据集成、数据挖掘和管理报表、多维分析、管理驾驶舱等手段，将 企业的生产经营情况以数据和指标的形式提供给决策者和管理层，辅助企业经营战略决策的制定。 决策地图 指标分析 管理驾驶舱 决策办公室 数据挖掘 管理报表 移动 BI 企业快报 集成抽取 数据建模 数据治理 算法分析 12 （三）建设及实施 一、工作任务 在 8 个智能化方向上细化并开展专项设计，共形成 49 项工作任务。通过各项任务实施，实现智慧管网在感知、数据、 知 识、应用各层面能力全面提升，其中通用领域工作任务主要提供通用的基础技术平台和标准支撑。 1. 三维 设计在 线协同 与数字 化交付 2. 智能 化施工 与施工 质量管 控 7. 智慧 3. 管网运行全局 4. 基于可靠性的 物资供 全时段优化与生 设备资产全生命 6. 安全环保监测及 处置全过程管控 5. 管道全面泛在感知 与智能能分析决策 8. 业 务与财 务全面 融合应 用 通用领域 决 策 层 应链 产经营协同 周期管理 智慧 管网 知识 网络 构建 建 立 站 基 于 大 数 据 分 析 的 设 备 智 能 决 策 研 究 应 用 层 大型 应 急 天然 气管 网全 局全 时段 运行 智能 优化 系统 开发 技术 及应 用研 究 移动 应用 平台 建设 场 温 室 气 体 排 放 智 能 管 控 技 术 研 究 管 道 污 染 物 排 放 在 线 监 测 预 警 技 术 研 究 风 险 分 级 管 控 与 隐 患 排 查 治 理 研 究 设 备 预 知 性 维 修 策 略 优 化 关键设 油 气 管 道 环 境 风 险 智 能 管 理 研 究 指 挥 体 系 建 设 与综 工 油气 设 备 完 整 性 管 理 体 系 智 慧 管 网 数 字 孪 生 体 构 建 与 应 用 技 术 研 究 管 道 风 险 在 线 评 估 及 预 警 研 究 管 道 防 腐 有 效 性 在 线 分 析 研 究 管 道 应 急 抢 险 智 能 维 抢 修 研 究 备可靠 性分析 研究 合决 策技 术研 究 管道 智慧 供应 链关 键技 术及 应用 研究 缺 陷 管 理 及 完 整 性 在 线 评 价 研 究 业 大 数 据 应 用 技 术 平 台 研 究 智 能 管 道 建 设 及 改 造 实 施 指 南 研 究 PPS 系 统 提 升 天 然 气 管 网 在 线 仿 真 软 件 国 产 化 研 究 智 慧 管 网 关 键 技 术 标 准 研 究 PIS 系 统 提 升 ERP 系 统 提 升 知 识 层 关 键 站 PCM 油 气 管 道 重 要 设 备 数 字 化 交 付 信 息 安 全 建 设 数 字 化 设 计 成 果 共 享 技 术 开 发 竣 工 资 料 数 字 化 交 付 技 术 开 发 系 统 提 升 设 备 远 程 监 测 及 故 障 诊 断 研 究 管 道 安 全 在 线 监 测 预 警 研 究 场 泄 漏 监 测 与 预 警 技 术 应 用 建设 期及 在役 运营 管道 期数 数据 据标 逆向 准融 恢复 合研 工程 究 数 据 层 三维 设计 成果 共享 利用 成品油 管道 （网） 智能调 控技术 研究 数据质 量控制 技术研 究 基于 电子 标签 的物 资采 购功 能开 发 感 知 层 基于信息 主要能 耗设备 数据传 输改造 工程 站场设备 设施及人 员智能防 护改造工 程 站场全 面感知 技术研 究 安全的 管道控 SCADA 系 制系统 统国产化 优化研 研究 自然环 管道本 社会活 境泛在 体泛在 动泛在 感知 智能化 施工 应用 线路及站场无线信号全覆盖 感知 感知 13 究 （三）建设及实施 二、建设方式 采用信息化建设、科技攻关、工程建设相结合的方式开展智慧管网建设。 科研成果支持数字孪生体构建及应用、运行优化 、管网可靠性和综合决策 原有信息系统功能提升及 系统集成 信 息 化 建 设 信息化建设实现管理体系全面固化，为科研成果 应用提供数据及计算资源 集团公司重大科技专项 科 技 攻 关 智慧管网建设 新建信息系统支持数字孪 生体构建及基础应用 中油管道及地区公司层面科 技研究任务部署 工程建设 新建管道工程 已有管道数据恢复 智能化建设 及物联网系统实施 信息化建设支持工程全数字化移交 科研成果支持泛在感知能力提升 科技攻关 信息化建设 工程建设 31 项研究课题 10 个信息化项目 4 个更新改造项目 能耗设备数据传输改造工程 站场安防改造工程 建议集团公司重大专项开展 6 项 新建项目 4 个 提升项目 4 个 中油管道公司主导开展 15 项 各地区公司自行开展 10 项 保障类项目 2 个 在役管道数据逆向恢复工程 站场控制系统优化改造工程 14 一、 总论 二、 总体设计方案 三、 各业务领域智能化方案 （一）可研与设计分报告 通过建设云平台，进行数字化平台的云部署，向业主、设计单位提供统一的设计与审查环境，达到数据的真实 、全面、统一，实现设计数据的全数字化移交，辅助数据中心实现站场与线路三维模型的可视化应用。 站场设计子系统 线路设计子系统 PCDS 建筑设计子系统 BIM 经济造价设计子系统 SP3D/PDMS 15 （二）物资供应链分报告 根据物资管理业务需求，通过应用电子标签、立体仓储技术，打造前后贯通、上下一体、内外互联的智慧物资 供应链，提高物资采购效率，降低物资采购成本，减少物资库存占用，保障物资供应能力。 决策 分析 报表分析展示 物资需求及用量分析预测 库存及采购计划优化 需求管理 计划管理 采购管理 合同管理 订单管理 生产管理 配送管理 验收管理 仓储管理 结算管理 生产物资 需求计划 储备定额预警 采购方案 采购结果 目录采购 公开招标 邀请招标 竞争性谈判 询价采购 单一来源 合同立项 框架协议 生产进度信息 物流信息查询 物资到货验收 供应商管理库存 质量管理 预制发票 维修工单 合同申报 合同审批 合同履行 合同归档 合同跟踪 采购订单 调拨订单 监造信息 智能仓储库房 供应商交付 发票过账 付款 生产物资 需求平库 物资参数采集 物资出厂 维检修计划 文件审核 物资出入库 物资调拨 物资盘点 物资退货 生产物资 采购计划 业务 应用 手工填报 生产需求 物资调拨计划 供应商 交付文件 施工管理 工程设计成果 物资数据单 工程物资 需求计划 工程物资领用 物资退库 批次管理 施工安装 工程物资 需求平库 生产物资 工程物资 生产 / 工程物资 竣工验收 转成设备 工程物资 采购计划 工程剩余 物资移交 基础 管理 物料数据 供应商数据 管理办法 采购目录 技术标