智慧管网总体设计概况

2019年3月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。6月向专家组汇报总体设计方案充实并修改设计方案7月-10月1-2月3月-5月需求调研分析设计方案编写11-12月启动总体设计审查1-3月根据审查意见完善总体设计12月总体设计启动2018年2017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。全方位感知综合性预判自适应优化一体化管控智慧管网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。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。2019年-2020年2021年-2022年第二阶段第三阶段2023年-2025年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。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。0246810数据管理生产运营风险管理完整性管理体系工程建设0246810数据管理生产运营风险管理完整性管理体系工程建设TransCanada&CPGSNAM中油管道0246810数据管理生产运营风险管理完整性管理体系工程建设4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（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。生产运营资产管理工程建设数据管理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。深度神经网络(深度学习)4D打印期望值时间技术预期成熟时间：不到2年2-5年5-10年生物科技-培养组织或人工组织自动驾驶飞行汽车智能微尘通用人工智能增强现实知识图谱面向数据安全的区块链外骨骼神经形态硬件边缘人工智能自动驾驶L5会话式人工智能平台自修复系统技术立体显示5G量子计算人工智能PaaS深度神经网络ASIC智能机器人自主移动机器人脑机界面智能工作空间生物芯片数字孪生碳纳米管物联网平台虚拟助手硅阳极电池区块链互联家庭自动驾驶L4混合现实智能织物超过10年5一、总论二、总体设计方案三、各业务领域智能化方案（一）智能化应用方向工程建设管理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、设计成果移交智能化施工与质量管控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、工程资源管理运行及设备管理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、备品备件管理管道管理及维抢修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智能应急处置与环保监测安全管理、应急管理、环境保护财务管理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。决策能力提升认知能力提升感知能力提升智慧管网云平台计算服务存储服务网络服务基础设施(IaaS)专业业务服务组件业务功能服务公共技术服务应用层(SaaS)专业应用调运管道安全环保设备应急平台层(PaaS)统一数据资源池大数据分析服务机理模型库数据可视化服务专业知识库基础业务服务组件物资传输层感知层边缘终端工程建设感知层应用层知识层数据层决策层决策支持KPI分析经营监控经营预测运营分析决策模型物联网SCADA系统数字孪生工业大数据知识图谱推理规则库专家经验管网可靠性管网运行优化指标体系管理驾驶舱线路设备工艺无线传输有线传输7自适应优化一体化管控全方位感知综合性预判全数字化移交全智能化运营全生命周期管理全业务覆盖（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。设备管理系统EAM管道生产管理系统PPS管道ERP应用集成系统SCADA系统中间数据库管道完整性管理系统PIS管道物联网全业务数据资源池（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管道大数据分析应用数字化设计文件管道工程数字化成果交付施工监测及管理多类设计软件云化施工作业及检测数据设备技术参数及BOM数据设备供应商交付物料单及技术规格数据设计图管材检验及物流仓储数据竣工资料云设计平台管道工程建设管理系统PCM施工过程数据物资采购和使用过程数据管道数据中心采购需求采购订单物资出入库生产经营管理执行结果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8（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方法。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。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。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。管理报表指标分析管理驾驶舱数据挖掘决策地图企业快报移动BI决策办公室数据建模集成抽取数据治理算法分析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。决策层通用领域数据层知识层感知层应用层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.智慧物资供应链3.管网运行全局全时段优化与生产经营协同4.基于可靠性的设备资产全生命周期管理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智慧管网数字孪生体构建与应用技术研究智能管道建设及改造实施指南研究智慧管网关键技术标准研究工业大数据应用技术平台研究信息安全建设移动应用平台建设油气管道重要设备数字化交付三维设计成果共享利用数字化设计成果共享技术开发基于电子标签的物资采购功能开发竣工资料数字化交付技术开发油气管道智慧供应链关键技术及应用研究主要能耗设备数据传输改造工程管道控制系统优化研究设备预知性维修策略优化关键设备远程监测及故障诊断研究大型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天然气管