摘 要： 以海底管道完整性管理為基礎，闡述了GIS在海管信息系統(tǒng)建設中的作用，利用GIS搭建了海管完整性模型框架的思路和方式，并且通過實際項目實踐了海管基礎數據基于GIS的具體應用。
關鍵詞： 海管完整性管理；海管信息系統(tǒng)；GIS
海底管線（簡稱“海管”）是海洋油氣集輸與儲運系統(tǒng)的重要組成部分，在海洋油氣資源的開發(fā)中發(fā)揮著重大作用，被喻為海上油氣田的“生命線”，海管的安全正常運行是海上油氣田安全生產的重要保證。由于海洋油氣集輸的特殊性，易受到波浪和海流等復雜的海洋環(huán)境荷載的作用，一旦發(fā)生故障，處理難度以及造成的經濟損失和危害程度也較陸上管線要高。因此，為保證海管的安全運行，海底管道完整性管理越來越受到海洋石油行業(yè)的重視[1-2]。
1 海管完整性管理基本概念
海底管道完整性是指海管始終處于完全可靠的服役狀態(tài)。其內涵包括3個方面：一是管道在物理和功能上的完整；二是管道始終處于受控狀態(tài)；三是管道運營商已經并仍將不斷采取措施，防止失效事故發(fā)生。完整性管理是指管道運營商持續(xù)不斷地對管道潛在的風險因素進行識別和評價，并采取相應的風險控制對策，將管道運行的風險水平始終控制在合理和可接受的范圍之內。海底管道完整性管理的核心包括：管道信息系統(tǒng)的建立、管道檢測與安全評估、管道風險評價與管理。各部分之間相互聯系，又相互區(qū)別，共同組成海管完整性管理的有機整體[3-5]。海管信息系統(tǒng)中關于海管生命周期的設計、施工、運維、廢棄各階段不同側面的基礎數據是安全評估、風險評價的數據來源，是保證完整性管理順利進行的重要因素。在這些數據當中，存在大量具有空間地理屬性的數據，一般數據庫系統(tǒng)無法直觀表述這些數據所包含的信息。而GIS可以通過直觀的圖形化的手段顯示和處理空間數據，并可將各種屬性數據與空間數據有機地結合起來，非常適合于管道信息的管理和應用。
2 GIS在海管信息系統(tǒng)中的應用
2.1 構建基于GIS的海管完整性數據模型
一條管道從設計、施工、運維到廢棄階段，有大量的動態(tài)數據（監(jiān)測、檢測等數據）和靜態(tài)數據（材料、焊接等數據）產生。這些數據與管道的完整性息息相關，它們關聯的關鍵點就是管道主體?？紤]到管道的空間分布具有明顯的線性特征，在構建管道完整性模型的過程中往往采用線性參考的手段來描述管道主體。如陸地管道模型的構建大多參考了APDM模型，其中構成管道本體的對象是中心線，用控制點和里程樁來描述管道的物理走向，包括站列、站場的表述都與里程相關[6-10]。因為陸地管線一旦鋪設，地理位置就已經固定，通過這種方式可以精確地描述管道。但是，海管完整性模型的構建必須要考慮海管的特點，海管與陸地管道的實際情況相比有一定的區(qū)別，海管鋪設在海底，其路線具有不確定性，由于受到風浪流的作用，海底地貌極易發(fā)生變化，從而導致海底管線發(fā)生部分位置上的移動，甚至是埋設深度的變化，發(fā)生裸露、懸空等現象。因此不能照搬陸地管線模型來構建海管完整性模型。由于海管的起止點（平臺、終端等）的位置是靜態(tài)的，可以用管道的起止端點來表征管線及其方向。通過建立結構化屬性表和非結構化幾何數據表將一條條管線作為一個個空間對象在空間數據庫當中進行管理[11]。再以這些空間對象為紐帶，將管線生命周期各個階段（設計、施工、運維、廢棄）不同側面的動靜態(tài)數據（動態(tài)監(jiān)測數據、路由調查數據、維修檢測數據等）關聯起來，如圖1所示。通過這種方式可以將管道相關數據有效聯系，從而形成一個完整的管道數據倉庫，為以后的管線數據管理以及分析研究工作奠定堅實的基礎。
2.2 通過GIS應用平臺實現海管基礎數據的一體化應用
借助GIS平臺的圖形化展示技術，可以實現海管基礎數據的一體化集中展示和應用，即將管線的實際位置和真實的分布情況顯示在地圖上，結合海管的生產動態(tài)數據（溫度、壓力、流量等）可以在地圖上表征管線運行狀況，并可拾取海管，查詢管線生命周期各階段信息以及海域使用情況。該方式采用不同于以往表格查詢的方式，更加直觀、信息量更大，為海管完整性的管理和研究人員整體了解海管，掌握海管最新狀況提供了幫助，如圖2所示。
GIS的空間分析功能在處理具有空間特征的信息上具有天然的優(yōu)勢，可以為海管的規(guī)劃設計人員提供輔助支持。如海管鋪設的路線軌跡需要考慮已有管線、海上生產設施的分布情況，以及管線是否橫跨漁區(qū)、生態(tài)保護區(qū)、航道、錨地等方面，這樣通過GIS將自然地理數據通過地圖顯示出來，再鋪上海管路線軌跡可以輕而易舉地知道是否具有可行性，這樣可以規(guī)避不必要的設計和施工的風險。
GIS結合海管路由調查數據可以為研究人員研究海管懸跨提供支持。海管淺埋在海底，極易受到自然力（海床變遷、海床局部沖刷腐蝕、高速海流波浪侵蝕沖刷侵蝕、懸跨、海床滑移、海床液化等）的影響，輕則使海管實際位置發(fā)生一定的變化，重則破壞海管導致其失效。而且管道鋪設在海底，導致其無法像陸地管線那樣輕易地進行實地巡檢。多是采用路由調查方式間接了解破壞的鋪設狀況，而路由調查采集的離散數據，無法給用戶直觀感受。為方便系統(tǒng)用戶直觀了解海管的鋪設狀況，利用GIS技術將離散、結構化的海管路由數據通過圖形化的方式直觀表現出來，可以反映海管埋設情況、水深變化和海底地勢起伏，如圖3所示。海管埋設剖面圖為海管管理人員、科研人員了解海管埋設情況，研究管線懸跨提供了輔助支持。
通過GIS實現海管路由和海域使用區(qū)的綜合應用可為避免第三方破壞提供輔助支持。企業(yè)在開展海上油氣生產之前都會為已建立的平臺、管線等海上生產設施向國家申請相應的海域，用于保護它們，防止人為因素造成的第三方破壞的發(fā)生（如輪船拋錨拉斷管線等）。前面提到過海管在海底的線路不是一成不變，極有可能管線部分管段飄出海域使用區(qū)，而失去保護，因此可以將國家批復的海域使用區(qū)和最新的管線路由調查數據相結合，如圖4所示，通過GIS的圖形化界面進行應用，這樣可以一方面告知管理人員海管當前是否處于安全保護范圍之內，另一方面為管理人員向國家申請變更海域使用區(qū)的范圍提供輔助支持。
以GIS為基礎構建的海管信息系統(tǒng)將海管作為空間對象進行管理的方式，可以有效地將海管生命周期不同階段的動態(tài)、靜態(tài)數據關聯起來并形成一個連貫的數據體系。通過GIS將海管基礎數據通過圖形化表現方式進行表現，能夠直觀反映海管狀況。當然GIS對海管的應用并不僅僅局限于基礎數據，將GIS強大的空間建模功能和空間分析能力與海管基礎數據以及海管完整性分析的專業(yè)軟件相結合，能夠為海管的安全評估、風險評價、運行監(jiān)控、應急反應、管理決策等方面提供更多的技術支持。隨著GIS技術的發(fā)展和海管完整性管理體系的不斷完善，可以預見，GIS在海管完整性管理方面必將發(fā)揮更大的作用。
參考文獻
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