中國智慧管道的現(xiàn)狀及發(fā)展前景

　　目前，智慧管道已成為中國油氣管道界的熱詞，相關(guān)機(jī)構(gòu)技術(shù)人員圍繞智慧管道開展了大量研究與規(guī)劃工作。然而，迄今為止，中國油氣管道界對(duì)智慧管道的概念尚未形成廣泛共識(shí)，對(duì)其內(nèi)涵與外延缺乏全面、系統(tǒng)、深入、確切的認(rèn)識(shí)，還不能完整、清晰地描繪出未來智慧管道的全景圖像?；诖?，從管道技術(shù)角度出發(fā)，結(jié)合對(duì)現(xiàn)代信息技術(shù)的認(rèn)識(shí)，對(duì)中國油氣管道行業(yè)智慧管道建設(shè)的若干問題進(jìn)行了初步思考，由此形成的認(rèn)識(shí)和觀點(diǎn)或許對(duì)中國智慧管道的健康發(fā)展有些許參考價(jià)值。

　　1智慧管道的內(nèi)涵與外延

　　近年來，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，以“智慧”冠名的概念在人類社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域如雨后春筍般涌現(xiàn)。在這個(gè)由信息化邁向智能化的時(shí)代，具有技術(shù)密集特征的油氣管道行業(yè)提出智慧管道的概念是順應(yīng)時(shí)代要求的必然選擇。智慧管道與智慧地球、智慧城市、智慧社區(qū)、智慧醫(yī)療、智慧課堂、智慧工廠、智慧制造、智慧物流等概念類似。2008年11月，IBM提出智慧地球的概念；2009年8月，又發(fā)布了《智慧地球贏在中國》計(jì)劃書，正式揭開IBM“智慧地球”中國戰(zhàn)略的序幕。目前IBM“智慧地球”戰(zhàn)略已經(jīng)得到世界各國的普遍認(rèn)可，而與“智慧地球”密切相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等技術(shù)已成為許多國家制定本國發(fā)展戰(zhàn)略的重點(diǎn)。

　　“智慧”的本意是對(duì)人的思維能力與決策能力的評(píng)價(jià)，當(dāng)用于形容人以外的其他對(duì)象或系統(tǒng)時(shí)，通常是指該對(duì)象或系統(tǒng)具有類似于人的感知、分析、綜合、判斷及決策能力。如果對(duì)象或系統(tǒng)是類似于油氣管道這種專業(yè)性很強(qiáng)的系統(tǒng)，則這里所說的“人”是指與該系統(tǒng)密切相關(guān)的專業(yè)人員。雖然冠名“智慧”的系統(tǒng)通常要模仿人的感知、交流、分析、判斷、決策方式，但因這些系統(tǒng)建立在計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)、信息技術(shù)、決策技術(shù)的基礎(chǔ)上，故其在許多方面的能力可能超越專業(yè)人員，可謂源于人而高于人。

　　籠統(tǒng)地說，智慧管道可定義為：在全生命周期各個(gè)階段（包括規(guī)劃、可行性研究、設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試運(yùn)、運(yùn)營維護(hù)、改擴(kuò)建、廢棄處置等），綜合應(yīng)用控制、監(jiān)測(cè)、檢測(cè)、預(yù)測(cè)、仿真、優(yōu)化、人工智能、大數(shù)據(jù)分析、計(jì)算機(jī)、數(shù)字化、多媒體、互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信等技術(shù)，按相關(guān)組織或人員的合理意愿和預(yù)期目標(biāo)，以全自動(dòng)或人機(jī)交互方式實(shí)施各種計(jì)劃、作業(yè)、監(jiān)控、管理業(yè)務(wù)的油氣管道。按此定義，智慧管道首先是指實(shí)體管道本身，同時(shí)包括賦予實(shí)體管道智慧特征的技術(shù)支撐系統(tǒng)。對(duì)智慧管道的另一種理解是僅僅指后者，即針對(duì)實(shí)體管道建立的綜合信息管理及決策支持系統(tǒng)。這兩種理解都屬于智慧管道概念的外延，在此主要按后一種理解討論智慧管道。

　　無論按以上哪種理解，智慧管道的核心內(nèi)涵都是指具有高度自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化及網(wǎng)絡(luò)化特征的信息管理、決策支持與自動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)，其可以滿足管道全生命周期內(nèi)的各種業(yè)務(wù)需求。該系統(tǒng)具有自動(dòng)感知、分析、診斷、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、展示、控制、調(diào)節(jié)實(shí)體管道整體及其各組成部分狀態(tài)的功能，可以對(duì)實(shí)體管道全生命周期內(nèi)的各種作業(yè)、工程項(xiàng)目管理、管道運(yùn)營業(yè)務(wù)進(jìn)行自動(dòng)決策或提供決策支持。為實(shí)現(xiàn)這些功能，作為信息管理與決策支持系統(tǒng)的智慧管道通常應(yīng)包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、管道運(yùn)行仿真、管道狀態(tài)評(píng)價(jià)、單元狀態(tài)評(píng)價(jià)、支持管道生命周期內(nèi)各種業(yè)務(wù)和作業(yè)的決策工具或輔助決策工具以及相關(guān)的數(shù)據(jù)庫、知識(shí)庫、模型庫等組成部分。這里所說的針對(duì)實(shí)體管道的業(yè)務(wù)和作業(yè)是廣義的，包含的具體內(nèi)容很廣：既有建設(shè)階段的，又有運(yùn)行階段的；既有工程項(xiàng)目管理方面的，又有運(yùn)行管理、經(jīng)營管理、維護(hù)維修等方面的；既有線路方面的，又有站場(chǎng)方面的；既有工藝方案、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)方面的，又有節(jié)能與HSE方面的；既有管道工藝系統(tǒng)方面的，又有各種輔助系統(tǒng)方面的。

　　智慧管道的具體功能、結(jié)構(gòu)、內(nèi)容因?qū)嶓w管道而異，取決于實(shí)體管道的輸送介質(zhì)類型（原油、成品油、天然氣）、輸送工藝、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、設(shè)備配置、建設(shè)項(xiàng)目管理與施工組織方式、經(jīng)營模式等多方面因素。智慧管道不但適用于新建管道，也適用于改擴(kuò)建管道或管網(wǎng)，即使對(duì)于沒有任何改擴(kuò)建的老管道或管網(wǎng)，也可以構(gòu)建智慧管道。然而，因未必能獲得老管道的完整歷史數(shù)據(jù)，故對(duì)老管道建立的智慧管道系統(tǒng)往往不如新管道完整。

　　從智慧管道的內(nèi)涵與外延可知，其本質(zhì)特征是信息管理和決策，因此其必然與互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、專家系統(tǒng)、系統(tǒng)工程等現(xiàn)代信息技術(shù)和決策技術(shù)密切相關(guān)。同時(shí)，作為一個(gè)專業(yè)特色鮮明的系統(tǒng)，智慧管道也必然包括與油氣管道自身的物理特性、工程特性及各種業(yè)務(wù)需求相關(guān)的專用軟件、數(shù)據(jù)及配套硬件。

　　2智慧管道技術(shù)發(fā)展概況

　　2.1智慧管道溯源

　　在油氣管道行業(yè)，雖然智慧管道本身是近兩年適應(yīng)現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)發(fā)展提出的新概念，但其并非憑空產(chǎn)生，而是早前提出且目前仍在應(yīng)用的一些相近概念的延伸和發(fā)展，主要包括SCADA系統(tǒng)、數(shù)字管道、智能管道。認(rèn)識(shí)到這一歷史延續(xù)性，對(duì)智慧管道進(jìn)一步持續(xù)健康發(fā)展具有兩方面的重要意義：①可以合理繼承和充分應(yīng)用能滿足當(dāng)前需求的成熟技術(shù)，從而避免不必要的重復(fù)研究、重復(fù)建設(shè)；②通過梳理、分析、評(píng)價(jià)近幾十年油氣管道技術(shù)發(fā)展歷程中的相關(guān)技術(shù)成果及存在的問題，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為確定智慧管道的未來發(fā)展方向提供依據(jù)。

　　追根溯源，可以說作為現(xiàn)代油氣管道標(biāo)配的SCADA系統(tǒng)是智慧管道的鼻祖，其是油氣管道或管網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)控的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。無論未來智慧管道發(fā)展到何種程度，SCADA或其他功能更強(qiáng)大的管道運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)將始終是智慧管道的核心組成部分。SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警及各種控制功能自身便具有不同程度的智能性，此外，其還可以與運(yùn)行仿真、運(yùn)行優(yōu)化、狀態(tài)預(yù)測(cè)、泄漏監(jiān)測(cè)、故障監(jiān)測(cè)與診斷等支持管道運(yùn)行的專用系統(tǒng)配套使用，從而提高管道運(yùn)行的智能化程度和水平。近年來，中國石油、中國石化的管道企業(yè)下大氣力研發(fā)成功了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SCADA系統(tǒng)，這也體現(xiàn)了SCADA系統(tǒng)對(duì)油氣管道的重要性。值得一提的是，SCADA系統(tǒng)實(shí)際上是一種經(jīng)典的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，因此可以將其視為當(dāng)前迅猛發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的先驅(qū)。

　　繼SCADA系統(tǒng)以后，智慧管道的前身是數(shù)字管道和電子管道。數(shù)字管道（Digital Pipeline）的概念約形成于21世紀(jì)初，但基本上只有中國油氣管道界使用數(shù)字管道這個(gè)術(shù)語，國外對(duì)應(yīng)的術(shù)語是電子管道（Electronic Pipeline）。國外油氣管道界之所以不采用數(shù)字管道的說法，可能是因?yàn)镈igital Pipeline這個(gè)詞是計(jì)算機(jī)行業(yè)用于表示數(shù)據(jù)傳輸通道的專業(yè)術(shù)語，在管道行業(yè)被賦予另一種含義容易產(chǎn)生混淆。

　　目前中國油氣管道界流行“智能管道、智慧管網(wǎng)”的說法，此處“智能”和“智慧”的含義并無實(shí)質(zhì)區(qū)別，僅僅只是表達(dá)方式不同，其目的或許是為了避免用詞重復(fù)。而“智能”和“智慧”這兩個(gè)詞的原始詞義是有差異的：智能是指人造系統(tǒng)具有某些類似于人的智力活動(dòng)的能力，而智慧是指從事智力活動(dòng)的能力強(qiáng)、水平高，可見智慧比智能的層次高，智慧是高水平的智能。中國石化2014年提出的智能管道概念比較符合“智能”的本意，也可以認(rèn)為是當(dāng)前油氣管道界熱議的智慧管道或“智能管道、智慧管網(wǎng)”的前身。為了體現(xiàn)智慧管道與智能管道的差異，以下將“智能管道、智慧管網(wǎng)”中的“智能管道”均表述為智慧管道。

　　2.2國內(nèi)概況

　　21世紀(jì)初，中國油氣管道界相繼提出數(shù)字管道、智能管道的概念。2003年，隨著連接西氣東輸管道與陜京輸氣系統(tǒng)的冀寧聯(lián)絡(luò)線工程建設(shè)前期工作啟動(dòng)，中國在世界上首次提出數(shù)字管道的概念。作為世界上第一條數(shù)字管道，冀寧聯(lián)絡(luò)線從設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試運(yùn)到運(yùn)行的各個(gè)階段都按數(shù)字管道建設(shè)的要求，收集、管理與管道相關(guān)的各類數(shù)據(jù)，且該過程將貫穿這條管道的全生命周期。數(shù)字管道的概念源于數(shù)字地球、數(shù)字城市等類似概念，其主體是一個(gè)面向?qū)嶓w管道的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或數(shù)據(jù)倉庫，本質(zhì)是對(duì)應(yīng)于實(shí)體管道的一個(gè)數(shù)字化虛擬系統(tǒng)，或是實(shí)體管道的數(shù)字化映像。中國建設(shè)數(shù)字管道的初衷與管道完整性管理（PIM）的目的是一致的，即提高管道運(yùn)行安全性，數(shù)字管道可以為完整性管理提供數(shù)據(jù)支持。

　　事實(shí)上，中國石油的數(shù)字管道建設(shè)和管道完整性管理幾乎同時(shí)起步，而且二者相輔相成。基于數(shù)字管道中的海量數(shù)據(jù)，可以追溯實(shí)體管道生命周期中的歷史數(shù)據(jù)，從而為分析管道事故與故障原因、評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)實(shí)體管道安全狀況、制定事故與故障防范措施及事故應(yīng)急方案提供數(shù)據(jù)支持。油氣管道延伸的地理范圍廣，為了準(zhǔn)確地按空間位置確定實(shí)體管道的狀態(tài)，數(shù)字管道通常建立在地理信息系統(tǒng)（GIS）平臺(tái)上，并借助GPS或其他全球定位系統(tǒng)提供某些事件、狀態(tài)或作業(yè)（如事故、故障、缺陷、檢查、測(cè)試等）對(duì)應(yīng)的空間位置。目前，中國石油已經(jīng)建立了較完善的數(shù)字管道建設(shè)平臺(tái)和管道完整性管理體系。

　　為了提高油氣管道的經(jīng)營管理水平，在提出數(shù)字管道概念的同時(shí)，中國石油于2003年著手開發(fā)管道生產(chǎn)管理系統(tǒng)（PPS）。該系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能主要包括管道調(diào)度、運(yùn)銷管理、計(jì)量管理、能耗管理等幾大類，基本涵蓋了管道運(yùn)行階段的主要管理業(yè)務(wù)，為中國石油實(shí)現(xiàn)其所轄油氣管網(wǎng)集中調(diào)控提供了有力支撐。PPS 1.0版、PPS 2.0版分別于2005年、2013年上線運(yùn)行，應(yīng)用效果顯著，大大提高了中國石油所轄油氣管網(wǎng)運(yùn)營管理效率和質(zhì)量。與PPS 1.0版本相比，PPS 2.0版本的覆蓋范圍擴(kuò)大至中國石油的海外管道、LNG接收站及城市燃?xì)庀到y(tǒng)，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以及功能、性能也得到明顯改進(jìn)，特別是增加了移動(dòng)端應(yīng)用，大大提高了系統(tǒng)應(yīng)用的便利程度。除PPS外，中國石油下屬各管道公司開發(fā)的ERP系統(tǒng)也可為各自公司的智慧管道建設(shè)提供支持。

　　在中國石油冀寧聯(lián)絡(luò)線數(shù)字管道建設(shè)及PPS 1.0版開發(fā)的同期，中國石化針對(duì)其下屬管道儲(chǔ)運(yùn)分公司的業(yè)務(wù)需求，于2004—2005年開發(fā)了原油管理信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)的功能與中國石油PPS系統(tǒng)的功能類似，但應(yīng)用范圍僅限于原油管道及相關(guān)設(shè)施。自2005年上線運(yùn)行后，該系統(tǒng)大大提高了中國石化原油管道及相關(guān)設(shè)施（油港、油庫等）調(diào)度管理工作的水平。在原油管理信息系統(tǒng)成功應(yīng)用的基礎(chǔ)上，中國石化于2014年啟動(dòng)智能管道（全稱為中國石化智能化管線管理系統(tǒng)）建設(shè)及相關(guān)技術(shù)開發(fā)工作，年底在管道儲(chǔ)運(yùn)公司、天然氣分公司、燕山石化等7家單位完成了試點(diǎn)應(yīng)用。2015年1月，中國石化在全公司范圍內(nèi)全面推廣智能管道，同年5月正式投用；2017年11月又正式發(fā)布了智能管道2.0版。該管理系統(tǒng)具有標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、關(guān)系清晰、數(shù)據(jù)一致、互聯(lián)互通的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了油氣流、信息流一體化融合及油氣管道運(yùn)營管理的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、可視化。除日常業(yè)務(wù)管理功能外，該系統(tǒng)還具有泄漏自動(dòng)報(bào)警、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警、專家系統(tǒng)管道維護(hù)、可視應(yīng)急救援等安全保障方面的功能，自投用以來，為中國石化油氣管道安全、平穩(wěn)、可靠、綠色運(yùn)行提供了有力支持。

　　2017年，中國石油在中國率先提出“智能管道、智慧管網(wǎng)”的概念，并決定將中俄東線天然氣管道工程作為智慧管道建設(shè)示范工程，預(yù)定目標(biāo)是全數(shù)字化移交、全智能化運(yùn)營、全生命周期管理。在工程建設(shè)階段，針對(duì)該管道的智慧管道建設(shè)內(nèi)容與數(shù)字管道類似，目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化移交，但實(shí)現(xiàn)方式比以往的數(shù)字管道有顯著改進(jìn)，主要改進(jìn)之處是基于云計(jì)算及時(shí)采集、更新、集成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與施工數(shù)據(jù)，并自動(dòng)生成竣工圖依托互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化、云計(jì)算、移動(dòng)通信等現(xiàn)代信息技術(shù)，中俄東線天然氣管道工程實(shí)現(xiàn)了智能工地和遠(yuǎn)程可視化工地，相關(guān)人員可在管道工程建設(shè)管理系統(tǒng)隨時(shí)了解施工過程歷史資料和實(shí)況。管道線路焊接全部采用攜帶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自動(dòng)焊機(jī)，焊接過程的關(guān)鍵信息、自動(dòng)超聲波檢測(cè)（AUT）數(shù)據(jù)以及管道焊接、焊縫檢測(cè)、防腐、返修、連頭、下溝等主要施工環(huán)節(jié)的監(jiān)控視頻均可實(shí)時(shí)上傳至管道工程建設(shè)管理系統(tǒng)。此外，工地的人、機(jī)、料都配置了二維碼，通過掃碼可即時(shí)查詢工地的人員、材料、設(shè)備等對(duì)象信息。目前，中俄東線智慧管道建設(shè)仍在繼續(xù)推進(jìn)，其有望成為當(dāng)前世界上最接近智慧管道內(nèi)涵、智慧功能最多的智慧管道。

　　2.3國外概況

　　當(dāng)前，智慧管道的概念在國外油氣管道界的熱度總體上低于中國，國外多數(shù)油氣管道公司也尚未系統(tǒng)性地開展智慧管道方面的工作。但從智慧管道的內(nèi)涵和外延看，美國、加拿大及歐洲某些油氣管道公司在智慧管道相關(guān)技術(shù)方面實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到較高水平，主要體現(xiàn)在SCADA及其配套系統(tǒng)應(yīng)用等方面。國外一些大學(xué)曾開展智慧管道相關(guān)研究，如加拿大Regina大學(xué)的一個(gè)研究小組開展了人工智能、專家系統(tǒng)在油氣管道運(yùn)營管理中的應(yīng)用研究，伊朗幾所大學(xué)的研究人員應(yīng)用智能技術(shù)開展了管道系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)與優(yōu)化研究。國外一些油氣管道行業(yè)的技術(shù)咨詢公司是智慧管道的積極倡導(dǎo)者和推動(dòng)者，主要包括GE、埃森哲（Accenture）、西門子（Siemens）等。盡管這些公司熱衷于智慧管道主要是出于商業(yè)利益驅(qū)動(dòng)，但其通過與管道公司合作進(jìn)行智慧管道建設(shè)，客觀上起到了推動(dòng)智慧管道技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用、提高管道公司運(yùn)營管理水平與經(jīng)濟(jì)效益的目的。

　　美國GE公司與埃森哲公司于2013年形成、2014年對(duì)外聯(lián)合發(fā)布了智能管道解決方案（Intelligent Pipeline Solution），這是兩家公司建立全球戰(zhàn)略聯(lián)盟以來推出的首個(gè)行業(yè)解決方案。該解決方案是一個(gè)支撐智慧管道的軟件平臺(tái)，其核心是一個(gè)基于Predix平臺(tái)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案——GE公司的管道管理軟件，此外還融入了埃森哲公司扎實(shí)的行業(yè)知識(shí)、數(shù)字化能力和經(jīng)驗(yàn)。該平臺(tái)的主要目的是使管道公司實(shí)現(xiàn)資源最佳配置，從而降低安全、經(jīng)濟(jì)等方面的風(fēng)險(xiǎn)。美國約60％的油氣管道都是1970年代以前建設(shè)的，管道公司最關(guān)注的問題是如何實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)距離監(jiān)控管道的安全狀況，目前，該平臺(tái)的功能主要涉及油氣管網(wǎng)的政府監(jiān)管、安全隱患、維護(hù)、完整性管理等方面。

　　2016年1月，美國哥倫比亞管道集團(tuán)（Columbia Pipeline Group）成為首家應(yīng)用該智能管道解決方案的公司，在其全公司范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了基于地理空間信息實(shí)時(shí)綜合展示超過2.4×104km州際輸氣管道的狀況，進(jìn)而監(jiān)測(cè)潛在危險(xiǎn)，改進(jìn)安全風(fēng)險(xiǎn)管理并掌握整體安全態(tài)勢(shì)。GE與埃森哲宣稱其智慧管道解決方案在提高哥倫比亞管道集團(tuán)輸氣管網(wǎng)安全性和經(jīng)濟(jì)性方面的作用是史無前例的。為了使智能管道解決方案發(fā)揮更大作用，哥倫比亞管道集團(tuán)期待未來推出的新版本功能更全面、更實(shí)用。

　　加拿大智能管道技術(shù)公司（Intelligent Pipeline Technologies，簡(jiǎn)稱IPLTEC或IPL Technologies）聲稱專注于為油氣管道公司提供智能管道技術(shù)和解決方案，其經(jīng)營理念是以更完善的數(shù)據(jù)做出更合理的決策。該公司的核心業(yè)務(wù)是為在役管道開挖腐蝕檢測(cè)提供一種高分辨率診斷裝置——三維激光掃描儀LaserScan3D及配套數(shù)據(jù)處理軟件VirtualPIPE。開挖檢測(cè)是對(duì)管道完整性管理常用的內(nèi)檢測(cè)方式的補(bǔ)充，可以驗(yàn)證內(nèi)檢測(cè)結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上對(duì)內(nèi)檢測(cè)的技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。與傳統(tǒng)手工方法相比，三維激光掃描可大大提高檢測(cè)的效率、檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與完整性。

　　國外另一套與智慧管道相關(guān)的解決方案是西門子公司開發(fā)的Pipelines 4.0，其是一套適用于管道資產(chǎn)建設(shè)、運(yùn)行管理及全生命周期優(yōu)化的綜合配套工具，對(duì)應(yīng)電機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、泵與壓縮機(jī)等管道設(shè)備的所有組件都是按北美管道公司的需要配置的，從而可以提供更多的決策支持，使管道運(yùn)行更簡(jiǎn)便、更經(jīng)濟(jì)、更可靠、可視性更強(qiáng)。Pipelines 4.0中與智慧管道直接相關(guān)的組件是SmartPumping軟件，其可以降低管道能耗費(fèi)用，且具有消減瞬變壓力、改進(jìn)流量穩(wěn)定性、提高開泵方案系統(tǒng)效率及優(yōu)化泵機(jī)組維修保養(yǎng)策略等功能。管道公司通過應(yīng)用Smart Pumping軟件提供的高級(jí)數(shù)據(jù)分析、人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)等工具，可以統(tǒng)籌考慮各泵站的運(yùn)行方案，從而改進(jìn)和優(yōu)化所轄管道的負(fù)荷管理、運(yùn)行能耗及批次計(jì)劃。Smart Pumping軟件安裝于西門子的物聯(lián)網(wǎng)云操作系統(tǒng)MindSphere中，可為用戶提供軟件即服務(wù)（Software-as-a service，簡(jiǎn)稱SaaS）、即用即付款（Pay-as-you-go）模式的訂購服務(wù)。Smart Pumping軟件可以用智慧的方式為成品油管道批次計(jì)劃優(yōu)化提供實(shí)時(shí)決策支持，例如：根據(jù)管道沿線泵站的電價(jià)差異合理分配各泵站的用電負(fù)荷；根據(jù)高峰電價(jià)與低谷電價(jià)的差別合理安排批次計(jì)劃；基于預(yù)測(cè)條件動(dòng)態(tài)調(diào)整管道壓力以消除或減小水擊影響，從而減少管道設(shè)備的機(jī)械損傷；減少泵站的碳排放等。由于采用了人工智能驅(qū)動(dòng)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，Smart Pumping軟件中的批次計(jì)劃優(yōu)化算法在具體應(yīng)用過程中會(huì)實(shí)時(shí)地自動(dòng)改進(jìn)，而改進(jìn)的依據(jù)則是從各泵站采集的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。

　　2.4數(shù)字孿生技術(shù)及其應(yīng)用概述

　　在中國油氣管道界，數(shù)字孿生體幾乎是與“智能管道、智慧管網(wǎng)”同時(shí)出現(xiàn)的概念，近年來也隨之成為行業(yè)熱詞。國外某些智慧管道解決方案也引入了該概念，因此有必要簡(jiǎn)要介紹數(shù)字孿生體的概念及其在油氣管道行業(yè)的應(yīng)用情況。

　　21世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)在密歇根大學(xué)工學(xué)院工作、目前任佛羅里達(dá)理工學(xué)院執(zhí)行董事的Michael Grieves提出了數(shù)字孿生體（Digital Twin，也叫數(shù)字孿生）的概念，而他卻將其歸功于曾在NASA與他合作過的同事、技術(shù)專家John Vickers。百度百科目前對(duì)數(shù)字孿生的解釋是：充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對(duì)應(yīng)的實(shí)體裝備的全生命周期過程，其是一種超越現(xiàn)實(shí)的概念，可以被視為一個(gè)或多個(gè)重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。雖然這種解釋被廣泛引用，但對(duì)剛接觸數(shù)字孿生這個(gè)術(shù)語的人來說是難以理解的，甚至可以說是不確切、不完整的。

　　其實(shí)，按顧名思義的方式直白地解讀，數(shù)字孿生體即是用數(shù)字化方式表達(dá)的真實(shí)系統(tǒng)的復(fù)制體或?qū)\生兄弟，其是一個(gè)虛擬系統(tǒng)，與真實(shí)系統(tǒng)是一對(duì)雙胞胎。用數(shù)學(xué)語言解讀，數(shù)字孿生體是真實(shí)系統(tǒng)（原型）的一種數(shù)字化形式的影射（imagine map）、鏡像（mirror）或模型。數(shù)字孿生體的功能通常包括但不限于：描述和展示真實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的狀態(tài)和過程進(jìn)行記錄、展示、分析、評(píng)價(jià)、診斷、預(yù)測(cè)、仿真、優(yōu)化等。從功能角度看，數(shù)字孿生體相當(dāng)于可模仿真實(shí)系統(tǒng)狀態(tài)和行為的實(shí)體模型或形象模型。而從表達(dá)形式看，數(shù)字孿生體是由數(shù)學(xué)模型和數(shù)字仿真模型這樣的抽象模型構(gòu)成的。

　　作為數(shù)字孿生體的重要組成部分，用于描述或記錄真實(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的數(shù)據(jù)是一種特殊形式的數(shù)學(xué)模型，而數(shù)字仿真模型本質(zhì)上也是一種數(shù)學(xué)模型。數(shù)字孿生體對(duì)應(yīng)真實(shí)系統(tǒng)的全生命周期，其記錄的真實(shí)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)是隨時(shí)間延續(xù)不斷積累的。基于數(shù)字孿生體，可以根據(jù)需要，隨時(shí)從時(shí)間和空間維度全面了解真實(shí)系統(tǒng)的信息并獲得決策支持，可以在覆蓋全生命周期的過去、現(xiàn)在及未來的時(shí)間隧道上自由穿越。而要在真實(shí)系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)這些則可能需要付出較大的代價(jià)，承受較大的風(fēng)險(xiǎn)，甚至是完全不可能的。

　　迄今，數(shù)字孿生體的主要應(yīng)用領(lǐng)域是航空航天和智能制造業(yè)，其可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、使用及維護(hù)過程中取代傳統(tǒng)的實(shí)體模型（大多為形象模型），從而降低采用實(shí)體模型的成本。石油行業(yè)近幾年才開始引入數(shù)字孿生體的概念，而且其主要應(yīng)用領(lǐng)域是海洋石油開采裝備。國際上涉足數(shù)字孿生體在石油行業(yè)應(yīng)用的公司主要有西門子、BHGE（GE旗下的貝克休斯公司）、McDermott、DNV、BP等。對(duì)石油行業(yè)而言，盡管數(shù)字孿生體是一個(gè)較新的名詞，但其涵蓋的內(nèi)容和采用的方法卻并無獨(dú)到之處，只是現(xiàn)有多項(xiàng)技術(shù)的集成或綜合應(yīng)用，其本身并沒有一套特有的內(nèi)容、理論與方法。正因?yàn)槿绱?，在將該技術(shù)引入國外石油行業(yè)時(shí)曾遭到不少石油業(yè)界人士的質(zhì)疑，其認(rèn)為不要采用數(shù)字孿生體這個(gè)說法，以免造成混淆，而應(yīng)該關(guān)注其功能和內(nèi)容。

　　西門子公司將數(shù)字孿生體分為工廠孿生體和過程孿生體。工廠孿生體的基本功能是以三維形象模型的形式展示實(shí)際系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形態(tài)，而過程孿生體的基本功能是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的特性進(jìn)行仿真。該公司在其智慧管道解決方案Pipelines 4.0中引入了數(shù)字孿生技術(shù)。通過將管道實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)代入管道運(yùn)行過程的數(shù)學(xué)模型則可創(chuàng)建一個(gè)過程孿生體，應(yīng)用該孿生體可以監(jiān)測(cè)管道運(yùn)行狀態(tài)，還可用于建立預(yù)測(cè)性仿真模型，以便改進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)，并提供決策支持。

　　中國21世紀(jì)初倡導(dǎo)的數(shù)字管道與數(shù)字孿生體概念很接近，當(dāng)時(shí)中國石油規(guī)劃的數(shù)字管道內(nèi)容幾乎與當(dāng)前“智能管道，智慧管網(wǎng)”建設(shè)中的數(shù)字孿生體相同。盡管字管道建設(shè)初期的重點(diǎn)是建立基于GIS的管道完整性管理信息平臺(tái)，但其規(guī)劃框架中也包含了計(jì)劃、調(diào)度、仿真、優(yōu)化等與管道運(yùn)行管理核心業(yè)務(wù)相關(guān)的內(nèi)容?？梢栽O(shè)想，若該規(guī)劃得以實(shí)施并持續(xù)改進(jìn)，即使不引入數(shù)字孿生體的概念，也不會(huì)影響中國智慧管道的發(fā)展。

　　3中國智慧管道建設(shè)的基本原則

　　中俄東線天然氣管道僅僅是中國系統(tǒng)地開展智慧管道建設(shè)的開端，隨著這條管道的建設(shè)和投產(chǎn)運(yùn)行，智慧管道建設(shè)將不斷完善和擴(kuò)展。繼該管道以后，預(yù)計(jì)中國未來新建或改擴(kuò)建的許多油氣管道也將采用智慧管道模式。為了使中國的智慧管道建設(shè)可持續(xù)健康發(fā)展，一方面要認(rèn)真總結(jié)和吸取中俄東線天然氣管道的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，另一方面要結(jié)合油氣管道自身特點(diǎn)、中國油氣管道行業(yè)具體情況以及世界油氣管道發(fā)展趨勢(shì)，系統(tǒng)地思考中國智慧管道建設(shè)的目的和基本原則。

　　智慧管道是在現(xiàn)代信息技術(shù)和人工智能技術(shù)迅速發(fā)展的大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生的，但油氣管道行業(yè)建設(shè)智慧管道的初衷并不是迎合這兩方面的技術(shù)發(fā)展，而是要使油氣管道在其全生命周期內(nèi)更安全、更可靠、更高效、更靈活、更經(jīng)濟(jì)、更節(jié)能、更環(huán)保。無論智慧管道建設(shè)采用多么先進(jìn)高深的技術(shù)，這些技術(shù)也只是手段，而不是智慧管道的目的。開展智慧管道建設(shè)和相關(guān)研究應(yīng)始終明確并堅(jiān)持這些目的，而不可將目的與手段混為一談甚至本末倒置，以免導(dǎo)致智慧管道的發(fā)展迷失方向。中國的智慧管道建設(shè)，建議遵循以下基本原則：

　?。?）需求驅(qū)動(dòng)，問題導(dǎo)向。生產(chǎn)需求是新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用的源動(dòng)力。在建設(shè)智慧管道之初，應(yīng)圍繞其目的對(duì)各種需求的必要性、合理性及滿足這些需求的可行性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面、深入、系統(tǒng)的分析論證，以便具體確定對(duì)智慧管道的功能需求和性能要求。油氣管道是生命周期較長、點(diǎn)多線長、投資和運(yùn)行成本體量大、涉及專業(yè)面廣、社會(huì)聯(lián)系較多、HSE要求較高的大型工程系統(tǒng)，盡管建設(shè)智慧管道的目的明確，但要完整、準(zhǔn)確、合理地確定對(duì)智慧管道的具體需求尚需進(jìn)行大量深入細(xì)致的調(diào)研與分析。智慧管道的某些需求可能具有一定的隱蔽性，管道建設(shè)或運(yùn)行管理人員不一定能直接發(fā)現(xiàn)這些需求。

　　例如，為了使線路截?cái)嚅y能按管道運(yùn)行規(guī)程自動(dòng)關(guān)閉，需要記錄截?cái)嚅y處管內(nèi)流體壓力變化的數(shù)據(jù)，并分析降壓速率與閥門動(dòng)作情況的相互關(guān)系，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)線路截?cái)嚅y的控制邏輯和降壓速率閾值；為了給輸氣管道運(yùn)行方案優(yōu)化提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，需要記錄壓縮機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行深度分析以校正壓縮機(jī)及其原動(dòng)機(jī)的特性曲線。這兩個(gè)需求分別與智慧管道的兩個(gè)目的——安全、高效運(yùn)行密切相關(guān)，但只有對(duì)油氣管道運(yùn)行技術(shù)深度了解才能提出并準(zhǔn)確描述。

　　為深度發(fā)掘?qū)χ腔酃艿赖墓δ苄枨?，一方面?yīng)堅(jiān)持問題導(dǎo)向理念，另一方面可以從現(xiàn)代信息技術(shù)和決策技術(shù)自身的功能出發(fā)進(jìn)行反向發(fā)掘。所謂問題導(dǎo)向是針對(duì)管道全生命周期內(nèi)面臨的問題確定智慧管道的功能，這些問題可能需要解決但尚未解決或尚未徹底解決的，也可能需要改進(jìn)原有的解決方案。所謂反向發(fā)掘是技術(shù)提供方基于有可能應(yīng)用于智慧管道的技術(shù)，主動(dòng)啟發(fā)和引導(dǎo)技術(shù)應(yīng)用方去發(fā)掘可能采用這些技術(shù)解決的潛在問題或滿足的潛在需求，甚至創(chuàng)造全新的需求。

　　為使問題導(dǎo)向和反向發(fā)掘在需求分析中真正發(fā)揮作用，技術(shù)提供方與應(yīng)用方的密切配合和深度交流十分重要。交流可以使技術(shù)提供方了解應(yīng)用方期望使用的功能或解決的問題，并初步評(píng)價(jià)滿足這些功能需求的可行性；同時(shí)，也可以使應(yīng)用方了解有可能應(yīng)用于智慧管道的新技術(shù)、新方法，并啟發(fā)和引導(dǎo)應(yīng)用方反向發(fā)掘一些隱性的、潛在的需求。為了使交流達(dá)到更好的效果，可采用頭腦風(fēng)暴方式使交流者充分地自由暢想。這不僅有利于發(fā)掘出應(yīng)用方的隱性需求，還有可能創(chuàng)造出全新的需求。某些全新需求可能會(huì)導(dǎo)致管道生命周期內(nèi)某些業(yè)務(wù)流程的改變，而這種改變有利于達(dá)到智慧管道的目的。盡管反向挖掘有利于發(fā)現(xiàn)潛在需求，但作為技術(shù)應(yīng)用方的油氣管道企業(yè)一定要清醒地認(rèn)識(shí)發(fā)掘出來的潛在需求是否一定是必要的需求。

　　與智慧管道相關(guān)的技術(shù)提供方往往是信息技術(shù)咨詢商，油氣管道企業(yè)在接受其咨詢和服務(wù)時(shí)，應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)能為其創(chuàng)造價(jià)值的真實(shí)需求，而不能被咨詢商牽著鼻子走。對(duì)油氣管道而言，數(shù)字孿生體的外延是針對(duì)實(shí)際管道系統(tǒng)的所有模型的集合，包括各種數(shù)據(jù)模型、仿真模型、預(yù)測(cè)模型、評(píng)價(jià)模型、優(yōu)化模型等，其中有些模型已經(jīng)獲得成功應(yīng)用，有些模型尚待進(jìn)一步研發(fā)。在智慧管道建設(shè)過程中，應(yīng)根據(jù)需求驅(qū)動(dòng)、實(shí)事求是的原則對(duì)待數(shù)字孿生體。首先，不要貪求數(shù)字孿生體大而全，應(yīng)根據(jù)管道企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營需求合理確定數(shù)字孿生體的功能和內(nèi)容，而不是將雖符合數(shù)字孿生體定義、但不符合需求的內(nèi)容納入數(shù)字孿生體，這意味著數(shù)字孿生體并不需要復(fù)制實(shí)際管道系統(tǒng)的全部信息，只需復(fù)制與生產(chǎn)經(jīng)營相關(guān)的信息；其次，不應(yīng)過多關(guān)注和渲染數(shù)字孿生體的概念，應(yīng)該扎扎實(shí)實(shí)地開展內(nèi)容建設(shè)及相關(guān)研究；最后，應(yīng)合理利用現(xiàn)有的成熟模型，并根據(jù)智慧管道建設(shè)的要求對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

　?。?）突出重點(diǎn)，體現(xiàn)特色。從信息技術(shù)和決策技術(shù)角度看，智慧管道與其他領(lǐng)域的智慧系統(tǒng)具有某些共性，但必然也有其特色或個(gè)性。油氣管道的基本功能是輸送原油、成品油、天然氣等流體介質(zhì)，涉及的基本物理過程是流體在管道中流動(dòng)，因此，智慧管道的最大特色是對(duì)油氣介質(zhì)在管道和管網(wǎng)中的流動(dòng)過程進(jìn)行監(jiān)控、計(jì)劃及優(yōu)化。

　　在實(shí)體管道全生命周期內(nèi)，智慧管道的重點(diǎn)功能因階段而異：建設(shè)階段的重點(diǎn)功能應(yīng)圍繞項(xiàng)目管理和建設(shè)過程信息采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)、展示而設(shè)置，投產(chǎn)試運(yùn)階段的重點(diǎn)功能應(yīng)圍繞投產(chǎn)方案編制及投產(chǎn)過程組織、監(jiān)控、數(shù)據(jù)管理而設(shè)置，運(yùn)營階段的重點(diǎn)功能應(yīng)圍繞油氣介質(zhì)流動(dòng)過程監(jiān)控、計(jì)劃及優(yōu)化而設(shè)置。油氣管道的基本功能是輸送油氣介質(zhì)，而該功能主要是基于管道工藝系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，因此，智慧管道的特色首先體現(xiàn)在工藝系統(tǒng)的智慧運(yùn)行、智慧管理及智慧調(diào)控，其在很大程度上反映了智慧管道的總體水平，應(yīng)作為智慧管道建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。除流體流動(dòng)外，油氣管道的另一個(gè)重要特點(diǎn)是輸送介質(zhì)易燃易爆，且由于油氣管道點(diǎn)多線長，一方面其火災(zāi)爆炸事故的社會(huì)影響面較大，另一方面第三方破壞引發(fā)火災(zāi)爆炸事故的概率較高。因此，以防止管道泄漏、斷裂、火災(zāi)爆炸為核心的安全管理始終是管道投產(chǎn)試運(yùn)和運(yùn)營階段的重中之重，與之相關(guān)的功能也應(yīng)該是智慧管道建設(shè)的重點(diǎn)。

　?。?）開放融合，數(shù)據(jù)共享。智慧管道的融合有多重含義，其主要包括：實(shí)體管道全生命周期不同階段的融合，傳統(tǒng)工作流程與新流程的融合，實(shí)體管道各組成部分之間的融合，實(shí)體管道系統(tǒng)與環(huán)境的融合，信息技術(shù)、決策技術(shù)與管道技術(shù)的融合，理論方法與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的融合，基于機(jī)理的方法與基于數(shù)據(jù)分析（包括大數(shù)據(jù)技術(shù)）的方法的融合，管道技術(shù)相關(guān)專業(yè)之間的融合，智慧管道系統(tǒng)與其應(yīng)用人員的融合等。管道全生命周期不同階段的融合是指：每個(gè)階段均可方便地調(diào)用以前各階段保存的數(shù)據(jù)，如在管道運(yùn)營維護(hù)階段，可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)用設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試運(yùn)階段的數(shù)據(jù)。

　　傳統(tǒng)工作流程與新流程的融合是指：針對(duì)工作流程發(fā)生變化的業(yè)務(wù)，智慧管道中對(duì)應(yīng)于新流程的功能應(yīng)該與對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)流程的功能兼容，以便查找和利用傳統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的歷史數(shù)據(jù)，且可以使智慧管道應(yīng)用人員有一個(gè)逐漸適應(yīng)新流程的過渡階段。實(shí)體管道各組成部分之間的融合是指：智慧管道應(yīng)考慮各部分之間的相互聯(lián)系，包括數(shù)據(jù)聯(lián)系和功能聯(lián)系。

　　實(shí)體管道系統(tǒng)與環(huán)境的融合是指：應(yīng)建立管道本身數(shù)據(jù)與環(huán)境數(shù)據(jù)的聯(lián)系，并能處理系統(tǒng)與環(huán)境的相互關(guān)系。這里所說的環(huán)境是系統(tǒng)工程意義上的環(huán)境，實(shí)體管道系統(tǒng)的環(huán)境是指與該系統(tǒng)相關(guān)但又不屬于該系統(tǒng)的所有對(duì)象的集合，包括管道周圍的自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、氣象預(yù)報(bào)以及與管道全生命周期內(nèi)各種活動(dòng)有關(guān)聯(lián)的技術(shù)環(huán)境、商務(wù)環(huán)境等。

　　信息技術(shù)、決策技術(shù)及管道技術(shù)的融合是指：信息技術(shù)為決策技術(shù)以及與管道設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試運(yùn)、運(yùn)營維護(hù)相關(guān)的管道技術(shù)提供所需的歷史或現(xiàn)狀數(shù)據(jù)；決策技術(shù)為與管道技術(shù)相關(guān)的決策提供方法、手段或工具；由管道技術(shù)、決策技術(shù)產(chǎn)生的某些數(shù)據(jù)可通過信息技術(shù)存儲(chǔ)和傳輸。

　　理論方法與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的融合是指：智慧管道某些功能的實(shí)現(xiàn)既采用理論方法，又引入適當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)規(guī)則?；跈C(jī)理的方法通常是指從問題涉及的物理機(jī)理或事物的內(nèi)在邏輯出發(fā)解決問題的方法，由于管道全生命周期內(nèi)可能會(huì)遇到利用基于機(jī)理的方法難以解決或難以圓滿解決的問題，而通過智慧管道可以獲得與這些問題相關(guān)的大量歷史或現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，因此，可以考慮采用或結(jié)合基于數(shù)據(jù)分析的方法解決這些問題。

　　基于機(jī)理的方法與基于數(shù)據(jù)分析的方法融合是指：可以利用基于機(jī)理的方法、基于數(shù)據(jù)分析的方法或二者相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)智慧管道的功能。管道技術(shù)相關(guān)專業(yè)的融合是指：智慧管道中對(duì)應(yīng)實(shí)體管道各相關(guān)專業(yè)的功能應(yīng)根據(jù)需要建立聯(lián)系，而且某些功能自身可能同時(shí)涉及多個(gè)專業(yè)。雖然智慧管道具有較強(qiáng)的自動(dòng)處理能力，但無論其功能和性能如何完善，通常都離不開與其應(yīng)用人員發(fā)生聯(lián)系。

　　智慧管道與其應(yīng)用人員的融合意味著應(yīng)用人員并非被動(dòng)地使用智慧管道的功能，而是在某些方面要發(fā)揮主觀能動(dòng)性：一方面，應(yīng)用人員可以借助智慧管道提高工作效率和工作質(zhì)量，甚至解決單純靠人的能力無法解決的問題；另一方面，應(yīng)用人員在某些方面的能力可能強(qiáng)于智慧管道，在應(yīng)用智慧管道解決某些問題時(shí)可以采用人機(jī)協(xié)同方式，從而實(shí)現(xiàn)智慧管道與其應(yīng)用人員優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。

　　人機(jī)協(xié)同的具體形式多樣，可以是應(yīng)用人員只利用智慧管道提供的信息獨(dú)立做出判斷或決策，也可以是通過人機(jī)交互過程完成某項(xiàng)工作，到底采用何種形式取決于具體情況。此外，智慧管道的某些功能可以具有學(xué)習(xí)能力，在智慧管道使用過程中，其既可以自動(dòng)吸收和積累應(yīng)用人員的經(jīng)驗(yàn)，也允許應(yīng)用人員以適當(dāng)方式向其直接輸入經(jīng)驗(yàn)知識(shí)或規(guī)則。開放是與融合密切相關(guān)的概念，既可以是系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的開放，也可以是系統(tǒng)中各部分之間的相互開放。

　　智慧管道的開放主要有兩重含義：第一層含義是指在建設(shè)智慧管道時(shí)應(yīng)合理應(yīng)用或借鑒其他類似系統(tǒng)采用的成熟技術(shù)或先進(jìn)技術(shù)，以達(dá)到建設(shè)速度、質(zhì)量、成本、效益的最佳平衡；第二層含義是指智慧管道的軟件應(yīng)具有較強(qiáng)的兼容性、可擴(kuò)展性、可移植性以及數(shù)據(jù)可交換性。

　　兼容性主要是指智慧管道軟件各版本間的兼容性、智慧管道軟件對(duì)硬件的適應(yīng)性以及智慧管道與其他相關(guān)系統(tǒng)（如數(shù)字管道、SCADA系統(tǒng)）的互聯(lián)互通；可擴(kuò)展性是指在不改變智慧管道基本軟件架構(gòu)的前提下，可隨時(shí)嵌入新功能或改進(jìn)原有功能；可移植性是指同一套智慧管道軟件對(duì)不同實(shí)體管道的適應(yīng)性或通用性；數(shù)據(jù)可交換性是指智慧管道與其他相關(guān)系統(tǒng)間可按需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，其目的一方面是為智慧管道或相關(guān)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)其各自功能提供數(shù)據(jù)，另一方面是實(shí)現(xiàn)智慧管道與相關(guān)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。對(duì)智慧管道而言，數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享不限于其與相關(guān)系統(tǒng)之間，還包括其自身各部分間的數(shù)據(jù)共享。

　?。?）滾動(dòng)發(fā)展，持續(xù)改進(jìn)。從覆蓋油氣管道全生命周期的角度看，智慧管道在時(shí)間、空間、技術(shù)、經(jīng)營等維度均涉及較廣泛的范圍，且同一條管道在其運(yùn)行階段可能會(huì)發(fā)生空間、技術(shù)、經(jīng)營等方面條件的變化，因此，智慧管道建設(shè)很難一勞永逸，而需要基于滾動(dòng)發(fā)展、持續(xù)改進(jìn)的理念不斷增加或完善功能、提升性能。所謂滾動(dòng)發(fā)展一方面是指按實(shí)體管道全生命周期的階段順序，依次開發(fā)各階段所需的智慧管道功能；另一方面是指按輕重緩急、難易程度、工作量大小等因素安排開發(fā)各項(xiàng)功能的順序。

　　對(duì)一個(gè)具體的智慧管道項(xiàng)目，在確定開發(fā)其各項(xiàng)功能的時(shí)間順序時(shí)，通常需要從上述兩方面綜合考慮。實(shí)體管道空間維度的范圍是指構(gòu)成管道或管網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分，包括管段、站場(chǎng)、閥室及各種設(shè)備等，運(yùn)行階段管道或管網(wǎng)空間維度的條件變化通常是由管道改、擴(kuò)建或技術(shù)改造引起的。技術(shù)維度的范圍是指全生命周期內(nèi)實(shí)體管道涉及的所有技術(shù)，運(yùn)行階段的技術(shù)條件變化可能是由技術(shù)進(jìn)步或管道公司運(yùn)營體制變化引起的，也可能是輸送介質(zhì)顯著變化、輸量大幅度變化或流向變化導(dǎo)致輸送工藝變化引起的。

　　除了實(shí)體管道在設(shè)計(jì)、施工、投產(chǎn)試運(yùn)、運(yùn)行維護(hù)階段可能發(fā)生的技術(shù)變化外，智慧管道自身涉及的信息技術(shù)和決策技術(shù)的發(fā)展也是推動(dòng)智慧管道建設(shè)滾動(dòng)發(fā)展和持續(xù)改進(jìn)的促進(jìn)因素。信息技術(shù)和決策技術(shù)的進(jìn)步一方面可能引發(fā)對(duì)智慧管道功能創(chuàng)新的需求，另一方面為改進(jìn)原有功能提供了技術(shù)手段。經(jīng)營維度的范圍包括實(shí)體管道全生命周期內(nèi)各階段的人員、財(cái)產(chǎn)、物流、商務(wù)、信息等方面的管理工作。

　　鑒于目前中國已成立公共運(yùn)輸商性質(zhì)的國家油氣管網(wǎng)公司，原隸屬于石油石化企業(yè)的油氣管道將對(duì)社會(huì)公平開放，智慧管道建設(shè)必將適應(yīng)重大體制變化的要求。這種體制變化不但要求從經(jīng)營維度對(duì)智慧管道的功能進(jìn)行調(diào)整，而且有可能要求在技術(shù)維度做必要的調(diào)整。例如，油氣管道向社會(huì)公平開放后，其油氣物流管理模式將發(fā)生重大變化，相應(yīng)地需要對(duì)智慧管道系統(tǒng)中與油氣管道（網(wǎng)）流向、流量配置優(yōu)化相關(guān)的功能進(jìn)行調(diào)整與擴(kuò)充。對(duì)天然氣長輸管道（網(wǎng)）而言，向社會(huì)公平開放后將對(duì)供氣保障模式和機(jī)制產(chǎn)生重大影響，相應(yīng)地需要對(duì)智慧管道中與供氣可靠性相關(guān)的功能進(jìn)行調(diào)整。值得一提的是，滾動(dòng)發(fā)展還可以有更廣泛的含義，即從智慧管道技術(shù)發(fā)展歷程的高度布局其未來的發(fā)展，保持智慧管道的歷史、現(xiàn)在及未來血脈相連，從而有利于避免相關(guān)研究開發(fā)工作的低水平重復(fù)，促進(jìn)智慧管道在中國的可持續(xù)發(fā)展。

　　4結(jié)論

　　（1）智慧管道是高度自動(dòng)化、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的信息管理和決策支持系統(tǒng)，具有自動(dòng)感知、分析、診斷、評(píng)價(jià)、預(yù)測(cè)、展示、控制、調(diào)節(jié)實(shí)體管道或管網(wǎng)及其各組成部分狀態(tài)的功能，并可對(duì)實(shí)體管道系統(tǒng)全生命周期內(nèi)的各種作業(yè)、工程項(xiàng)目管理及管道運(yùn)營業(yè)務(wù)進(jìn)行自動(dòng)決策或提供決策支持。

　?。?）智慧管道是SCADA系統(tǒng)、電子管道、數(shù)字管道、智能管道在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算及人工智能時(shí)代的延續(xù)和發(fā)展。SCADA系統(tǒng)是智慧管道的起源，電子管道、數(shù)字管道及智能管道是智慧管道、智慧管網(wǎng)的前奏。延續(xù)智慧管道技術(shù)發(fā)展的歷史脈絡(luò)、合理繼承既有成果有利于避免相關(guān)研究開發(fā)工作的低水平重復(fù)，促進(jìn)智慧管道在中國的可持續(xù)發(fā)展。

　?。?）智慧運(yùn)行、智慧管理及智慧調(diào)控是智慧管道的主要標(biāo)志，其在很大程度上反映了智慧管道的總體水平，應(yīng)作為智慧管道建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容。

　?。?）數(shù)字孿生體是真實(shí)系統(tǒng)的一系列模型的集合，其內(nèi)容并無新意，也無獨(dú)特的理論與方法體系。在中國的“智能管道、智慧管網(wǎng)”的發(fā)展過程中，應(yīng)著眼于油氣管道企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營需求，扎扎實(shí)實(shí)地進(jìn)行油氣管道數(shù)字孿生體的內(nèi)容建設(shè)。

　　（5）中國油氣管道行業(yè)的智慧管道建設(shè)宜堅(jiān)持需求驅(qū)動(dòng)、問題導(dǎo)向、突出重點(diǎn)、體現(xiàn)特色、開放融合、數(shù)據(jù)共享、滾動(dòng)發(fā)展、持續(xù)改進(jìn)的原則。（文/吳長春左麗麗，中國石油大學(xué)（北京）機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院）