摘  要： 以海底管道完整性管理為基礎(chǔ)，闡述了GIS在海管信息系統(tǒng)建設(shè)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(shí)際項(xiàng)目實(shí)踐了海管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基于GIS的具體應(yīng)用。
關(guān)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(chǔ)運(yùn)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(yùn)行是海上油氣田安全生產(chǎn)的重要保證。由于海洋油氣集輸?shù)奶厥庑?，易受到波浪和海流等?fù)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(jīng)濟(jì)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(yùn)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(nèi)涵包括3個(gè)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(yùn)營商已經(jīng)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(yùn)營商持續(xù)不斷地對(duì)管道潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和評(píng)價(jià)，并采取相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策，將管道運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)水平始終控制在合理和可接受的范圍之內(nèi)。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(cè)與安全評(píng)估、管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與管理。各部分之間相互聯(lián)系，又相互區(qū)別，共同組成海管完整性管理的有機(jī)整體[3-5]。海管信息系統(tǒng)中關(guān)于海管生命周期的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、廢棄各階段不同側(cè)面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是安全評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來源，是保證完整性管理順利進(jìn)行的重要因素。在這些數(shù)據(jù)當(dāng)中，存在大量具有空間地理屬性的數(shù)據(jù)，一般數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)無法直觀表述這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，并可將各種屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來，非常適合于管道信息的管理和應(yīng)用。
2 GIS在海管信息系統(tǒng)中的應(yīng)用
2.1 構(gòu)建基于GIS的海管完整性數(shù)據(jù)模型
　一條管道從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維到廢棄階段，有大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（監(jiān)測(cè)、檢測(cè)等數(shù)據(jù)）和靜態(tài)數(shù)據(jù)（材料、焊接等數(shù)據(jù)）產(chǎn)生。這些數(shù)據(jù)與管道的完整性息息相關(guān)，它們關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵點(diǎn)就是管道主體。考慮到管道的空間分布具有明顯的線性特征，在構(gòu)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(gòu)建大多參考了APDM模型，其中構(gòu)成管道本體的對(duì)象是中心線，用控制點(diǎn)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(guān)[6-10]。因?yàn)殛懙毓芫€一旦鋪設(shè)，地理位置就已經(jīng)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(gòu)建必須要考慮海管的特點(diǎn)，海管與陸地管道的實(shí)際情況相比有一定的區(qū)別，海管鋪設(shè)在海底，其路線具有不確定性，由于受到風(fēng)浪流的作用，海底地貌極易發(fā)生變化，從而導(dǎo)致海底管線發(fā)生部分位置上的移動(dòng)，甚至是埋設(shè)深度的變化，發(fā)生裸露、懸空等現(xiàn)象。因此不能照搬陸地管線模型來構(gòu)建海管完整性模型。由于海管的起止點(diǎn)（平臺(tái)、終端等）的位置是靜態(tài)的，可以用管道的起止端點(diǎn)來表征管線及其方向。通過建立結(jié)構(gòu)化屬性表和非結(jié)構(gòu)化幾何數(shù)據(jù)表將一條條管線作為一個(gè)個(gè)空間對(duì)象在空間數(shù)據(jù)庫當(dāng)中進(jìn)行管理[11]。再以這些空間對(duì)象為紐帶，將管線生命周期各個(gè)階段（設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維、廢棄）不同側(cè)面的動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)（動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、路由調(diào)查數(shù)據(jù)、維修檢測(cè)數(shù)據(jù)等）關(guān)聯(lián)起來，如圖1所示。通過這種方式可以將管道相關(guān)數(shù)據(jù)有效聯(lián)系，從而形成一個(gè)完整的管道數(shù)據(jù)倉庫，為以后的管線數(shù)據(jù)管理以及分析研究工作奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.2 通過GIS應(yīng)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)海管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一體化應(yīng)用
　借助GIS平臺(tái)的圖形化展示技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)海管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一體化集中展示和應(yīng)用，即將管線的實(shí)際位置和真實(shí)的分布情況顯示在地圖上，結(jié)合海管的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)（溫度、壓力、流量等）可以在地圖上表征管線運(yùn)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(shì)，可以為海管的規(guī)劃設(shè)計(jì)人員提供輔助支持。如海管鋪設(shè)的路線軌跡需要考慮已有管線、海上生產(chǎn)設(shè)施的分布情況，以及管線是否橫跨漁區(qū)、生態(tài)保護(hù)區(qū)、航道、錨地等方面，這樣通過GIS將自然地理數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)和施工的風(fēng)險(xiǎn)。
　GIS結(jié)合海管路由調(diào)查數(shù)據(jù)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(shí)際位置發(fā)生一定的變化，重則破壞海管導(dǎo)致其失效。而且管道鋪設(shè)在海底，導(dǎo)致其無法像陸地管線那樣輕易地進(jìn)行實(shí)地巡檢。多是采用路由調(diào)查方式間接了解破壞的鋪設(shè)狀況，而路由調(diào)查采集的離散數(shù)據(jù)，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(shè)狀況，利用GIS技術(shù)將離散、結(jié)構(gòu)化的海管路由數(shù)據(jù)通過圖形化的方式直觀表現(xiàn)出來，可以反映海管埋設(shè)情況、水深變化和海底地勢(shì)起伏，如圖3所示。海管埋設(shè)剖面圖為海管管理人員、科研人員了解海管埋設(shè)情況，研究管線懸跨提供了輔助支持。

　通過GIS實(shí)現(xiàn)海管路由和海域使用區(qū)的綜合應(yīng)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(chǎn)之前都會(huì)為已建立的平臺(tái)、管線等海上生產(chǎn)設(shè)施向國家申請(qǐng)相應(yīng)的海域，用于保護(hù)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(hù)，因此可以將國家批復(fù)的海域使用區(qū)和最新的管線路由調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合，如圖4所示，通過GIS的圖形化界面進(jìn)行應(yīng)用，這樣可以一方面告知管理人員海管當(dāng)前是否處于安全保護(hù)范圍之內(nèi)，另一方面為管理人員向國家申請(qǐng)變更海域使用區(qū)的范圍提供輔助支持。

　以GIS為基礎(chǔ)構(gòu)建的海管信息系統(tǒng)將海管作為空間對(duì)象進(jìn)行管理的方式，可以有效地將海管生命周期不同階段的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)起來并形成一個(gè)連貫的數(shù)據(jù)體系。通過GIS將海管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過圖形化表現(xiàn)方式進(jìn)行表現(xiàn)，能夠直觀反映海管狀況。當(dāng)然GIS對(duì)海管的應(yīng)用并不僅僅局限于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將GIS強(qiáng)大的空間建模功能和空間分析能力與海管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及海管完整性分析的專業(yè)軟件相結(jié)合，能夠?yàn)楹９艿陌踩u(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、運(yùn)行監(jiān)控、應(yīng)急反應(yīng)、管理決策等方面提供更多的技術(shù)支持。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展和海管完整性管理體系的不斷完善，可以預(yù)見，GIS在海管完整性管理方面必將發(fā)揮更大的作用。
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