海底管道EDIS應用平臺研發與示范工程

宋志強，張曉靈，王飛翔，胡江，曹雷，押延寧

（1.中海油（天津）管道工程技術有限公司 天津 300452；2.中海油（中國）有限公司天津分公司工程建設中心 天津 300452）

海底管道肩負著海洋石油、天然氣等其他重要能源介質的海上輸送任務，是海上油氣田重要的能源生命運輸線之一。由于海底管道的安全運營直接關系到整個海上油氣田的生產和輸送［1］，因此海底管道的安全、環保以及設備設施完整性管理，越來越受到油田建設、生產與運維管理等各相關單位的重點關注。

工程項目全生命周期形成的工程檔案資料數據是企業重要的數據資產之一。為了有效管理和利用這些數字資產，中海油（中國）有限公司在2007年開始探索工程設施的全生命周期的數字化技術［2］，自2010年開始正式啟動EDIS項目建設，對新建和改造的海上油氣田大型設施（其主要包含海上平臺、海底管道、陸地終端、FPSO等海上油氣田大型設備設施）推廣設備設施數字化、規范化、完整性管理。在海上油氣田工程設施建設項目實施過程中，中海油通過建立統一的工程數據中心和應用管理平臺，實現工程設施實體相關的數據信息和項目過程產生的管理性文檔作為無形信息資產納入管理，在工程完工交付時必須實現數字化資產的移交，實現工程設施全生命周期數字化管理［3］。

1 平臺開發背景與意義

目前，中海油已在渤海灣30多個海上平臺推行EDIS項目（注：該項目目前研發已上線系統管理的主要對象是海上石油平臺所包含的各設備設施），實現了對新建或改造的海上平臺建設全生命周期形成的工程文件、工程數據、工程模型的數字化、規范化、完整性管理。

但是，對于作為連接海上平臺之間或平臺與陸地終端之間的重要能源輸送橋梁——海底管道，它是海上油田大型設施建設中極其重要的組成部分。由于該大型設施在全生命周期形成工程信息數據種類繁多、數據邏輯關聯復雜以及管線路由設施模型的特殊性等原因，致使目前主要針對海上石油平臺的EDIS系統不能滿足對海底管道從設計、采辦，到制造、涂敷生產、海上安裝施工以及清管與試壓等管線全生命周期形成的工程文件、工程數據、工程模型等海底管道工程信息的數字化、規范化和完整性管理要求。截至目前，中海油已上線的EDIS系統中，對于新建和在役海底管道，尚存在未建立海底管道EDIS應用平臺的開發現狀。

鑒于上述實際需求，中海油（天津）管道工程技術有限公司依據中海油2012年3月出臺中海油工建［2012］66號文件和EDIS工程信息移交規范要求，依托錦州25-1南油田群新建的9條海底管道，從設計、采辦、建造、涂敷生產以及海上安裝施工等管線全生命周期形成的完工工程文件、工程數據和工程模型等工程資料為數據來源，借鑒已上線的EDIS海上平臺開發架構并結合海底管道工程數據的特點，不僅開發了滿足中海油EDIS已發文對油田大型設施數字化、完整性管理要求的海管工程數據庫（即EDIS＿DB），而且基于海管工程數據庫和管線路由設施的特殊性，開發了基于三維GIS系統的海管工程數據應用平臺，并將兩大應用平臺融為一體開發的海底管道EDIS應用平臺，實現了對錦州25-1南油田群8個海上平臺、兩個終端之間的9條海底管道全生命周期形成的各類工程文件、工程數據和工程模型的數字化規范管理，并依據管線實際路由建立海管路由及路由附件設施的模擬實體工程模型，實現基于三維GIS場景下對海管工程模型與工程數據的交互瀏覽、查詢等管線三維GIS系統各項功能。

海底管道工程信息EDIS應用平臺的研發與推廣應用，不僅可滿足中海油已出臺的EDIS海管規范和海底管道工程項目建造完工后作為工程信息數字化工程移交需求，而且其拓展開發的海管完整性數據庫和三維管道GIS系統是對中海油現有海上油氣田大型設施工程數字化信息系統（EDIS）的重要補充和完善，更重要的是該系統的研發可為中海油下一步針對海底管道開發的完整性管理平臺起到重要的基礎平臺支撐和數據支持作用。

2 平臺開發技術難點

2.1 海管路由三維工程模型的建模難點

由于海底管道鋪設完工路由工程模型建模不同于海上油田大型單點對象的建模，其與海上石油平臺等單一對象的三維建模存在質的差異。主要原因是海底管道路鋪設路由里程長、跨越海域范圍較大，而且存在管線路由高程和地理信息的差異。在中海油新建或在役的海底管道中，從幾千米到綿延上百千米的管線層出不窮，其跨越區域和分布范圍均較廣，從而導致海底管道路由全程的三維建?？珉y以通過單體對象的建模管理形式來實現對海管路由全程的可視化管理。

其次，由于海底管道是連接海上石油平臺之間或平臺與陸地終端之間能源輸送橋梁。其在登陸海上石油平臺端，管線是沿著平臺導管架的樁腿進入海底的，而在管線陸地終端處，管線是隨著管線埋深高程的起幅變化沿著登陸路由陸地開挖管溝進入陸地終端的，從而導致海底管線的路由全程工程模型設施的建模、展示，需要將管線路由涉及的海上平臺、導管架、立管、膨脹彎、平管段、登陸段以及陸地終端等管線路由工程模型相匹配建模和融合，才能真實展示海底管道鋪設完工實際路由及路由附件等海管路由設備設施工程模型的相對位置與連接關系。

2.2 海管路由與空間信息關聯的管理難點

由于海底管道從設計、鋪設、運維檢測、廢棄等全生命周期階段各施工階段會涉及大量管線路由的地理坐標和高程數據，所以，研發系統中如何在三維地理坐標系中準確標志管線的實際路由軌跡和高程，并與管線路由范圍內的交叉跨越、航道等管線特殊區域進行查詢、定位與標志展示（比如管線路由特殊區域通常包含管線路由調查古河道、養殖區、航道等管線特殊區域標志對象）等實際問題，是研發本平臺實現管線路由與空間關系相對應必須解決的一個技術難題。

目前，中海油已上線的EDIS系統則是以Smart Plant Foundation（SPF）為信息管理平臺［4］，SPF并不具備三維空間地理信息管理和展示功能，尚不能滿足海底管道的對管線路由軌跡、位置以及空間信息的數字化管理需求。要解決這些難點問題，研發系統就必須將海底管線路由和空間信息的數字化管理，建立在空間地理信息系統（GIS）下才能解決。因此本研發平臺在結合管線完工工程數據的基礎之上拓展開發的海管三維GIS系統，實現了海底管線路由三維場景路由工程模型鋪設軌跡、高程以及管線特殊區域標志等海管數字化關聯管理功能。

2.3 海管完工資料數字化關聯管理的難點

由于海底管道從設計、采辦、制管、涂敷生產、陸地預制、海上施工與安裝、清管試壓以及運維檢測等管線全生命周期各施工工藝流程在施工完畢時會產生大量的完工工程資料，各施工單位提交業主審核通過后會統一掃描提交各油田海管項目組檔案室進行存檔管理。

但是，目前在中海油已出臺的對海管工程項目完工提交工程資料規范中，只涉及海管設計階段完工資料的規范提交明細和規范分類、編碼，尚缺少采辦、制管、涂敷生產以及海上安裝等海管全生命周期其他階段的完工資料提交規范和分類編碼標準。

因此，針對本項目創新開發的海管完工文檔管理模塊功能，首先需要對海管全生命周期各施工階段提交完工資料進行規范整理、分類，并理清海管全生命周期完工文檔之間的數字化管理邏輯關聯之后，才能設計軟件工程完工文檔管理模塊功能架構和對應數據管理各子模塊功能。由于海管全生命周期形成的完工資料，不僅數據海量、類別繁瑣，而且要理清完工資料之間的邏輯關聯，通常還要依托海管專業知識和豐富的海管工程項目管理經驗，只有將這兩者有效地結合起來，才能研發出與實際海管工程完工資料完全相符的模塊功能。因此，開發海管完工工程資料數字化管理模塊功能，本研發單位走訪渤海、南海等中海油所屬各油田海管工程項目組進行實地考察、調研，并委派軟件開發人員親自參與錦州營口管線海上施工項目積累海管工程專業知識和工作經驗，為理清海管全生命周期完工資料的邏輯關聯和規范化分類編碼而打下了堅實基礎。

3 錦州25-1南油田群海底管道EDIS應用平臺介紹

3.1 錦州25-1南油田群海管工程項目概述

錦州25-1南油田群位于渤海遼東海域，隸屬于中海石油（中國）有限公司天津分公司開發區塊。按照中海油總公司的開發規劃，中海油研究中心受天津分公司委托分別于2005年3月、2006年11月、2007年10月開始對隸屬錦州25-1南油田群的金縣1-1油田、錦州25-1南油田、錦州25-1油田進行項目前期的可行性研究和ODP研究工作。經過各單位建設前期的一系列勘察研究決定：在錦州25-1S油田群所屬8個海上平臺和兩個陸地終端之間新建9條海底管道，管線總計長度為281.1 km，以滿足渤海灣周邊各開發區域對能源的使用需求。錦州25-1南油田群新建海管歸屬油田具體分布如下。

（1）錦州25-1南油田：海管3條，總長度189.6 km。① JZ25-1S CEP-綏中36-1終端12″/18″×94 km 油管線；②JZ25-1S CEP-營口終端14″×89 km 氣管線；③JZ25″1S CEP-JZ25-1S WHPB 10″×6.6 km 混輸管線。

（2）錦州25-1油田：海管3條，總長度53.6 km。①JZ25-1 CEP-JZ20－2 BOP 10″×28 km 氣管線；②JZ25-1 CEP-JZ25-1S WHPA 8″×12.8 km油管線；③JZ25-1S WHPA-JZ25-1 CEP 10″×12.8 km氣管線。

（3）金縣1-1油田：海管3條，總長度37.9 km。①JX1-1 CEPA-JZ25-1S CEP 12″/18″×29.7 km混輸管線；②JX1-1 CEPA-JX1-1 WHPB 12×4.1 km注水管線；③JX1-1 WHPB-JX1-1 CEPA 14×4.1 km混輸管線。

3.2 海管EDIS應用平臺開發架構與功能

本文關于海底管道EDIS應用平臺的開發是基于中海油現有EDIS系統關于海上油氣田大型設施工程信息資源數字化、虛擬化、智能化的開發設計理念，運用現有先進的計算機軟件開發技術、三維建模技術和三維GIS開發技術，并把專業的海管專業知識和豐富的海管項目管理經驗作為研發基礎，實施的系統開發架構設計，從而保證了開發平臺的實用性、通用性和專業性。該研發平臺的成功研發與應用，不僅實現了對海管全生命周期工程信息采集、校驗、跟蹤、審查和可追溯性，而且滿足當前中海油對海底管道全生命周期工程數據信息的完整性和數字化資產完工移交管理需求，從而填補了中海油已上線EDIS系統對海底管道全生命周期工程信息的完整性管理空缺。

本研發平臺示范工程——錦州25-1南油田群海底管道EDIS應用平臺開發架構設計，自前端到底層主要由專業應用層、業務邏輯層、數據存儲層和操作系統層等四大軟件開發邏輯層組成，其各部分組成與系統開發架構如圖1所示。

目前，中海油（天津）管道工程技術公司以渤海海域錦州25-1南油田群新建完工的9條海底管道為研發示范對象，已于2013年11月底完成海管工程信息數字化應用平臺（該平臺主要包含了海管EDIS＿DB和EDIS＿AP兩大應用系統）的開發與調試，現已提交渤海遼東作業區上線運行。

圖1 海底管道EDIS應用平臺系統開發架構

本系統各模塊功能設計，主要通過“三庫一平臺”的系統功能架構來組織實現（即海管工程文檔庫、工程數據庫、工程模型庫和三維GIS應用平臺）。其研發目標主要是在中海油系統內打造一個海管全生命周期各類工程信息的訪問與共享平臺，以達到實現對海管全生命周期各類完工工程文件、工程數據和工程模型的數字化、規范化和可追溯性管理目標。

通過操作研發平臺各模塊功能，不僅能實現對海底管道從前期研究、設計，到制管、涂敷、海上安裝以及清管試壓等海底管道全生命周期形成的各類工程文件、工程數據和工程模型的規范入庫、編輯、瀏覽、查詢、輸出等海管EDIS規范要求各項功能需求，而且該系統還拓展開發了海管三維GIS應用系統，實現了將管道設計、制管、涂敷、安裝等建造與安裝階段的關鍵屬性數據、地理數據與三維GIS場景中所建三維模型關聯掛接呈現、查詢與定位等三維GIS拓展功能。該應用平臺的開發與應用，不僅滿足EDIS規范對海管工程信息的管理需求，而且其拓展開發的海管工程數據庫、模型庫以及三維GIS系統，可為海管運維單位實施運維作業方案制訂和突發事件的應對決策提供可靠的數據保障和決策依據。

4 海管工程數據組織架構與邏輯關聯

根據中海油已上線EDIS系統數字化方法論可知，海底管道工程信息數字化管理系統不是對海管全生命周期各類工程信息進行簡單堆砌管理，而是對各類工程文件、工程數據及工程模型進行分類并建立數據關聯關系，這樣才能通過分類和關聯關系進行數據查找和數據更新［2］。

海底管道工程數據包含設計、制管、涂敷生產、海上安裝、清管試壓、完工后調查以及運維檢測等多個施工階段形成的工程數據。由于不同海上油氣田所屬各條管線的編號ID、管單元編碼ID和焊口號都是唯一的。所以，各管理對象可以依托該唯一性編碼規則來組織管理，以實現對油田所屬各管線對應的全生命周期各施工階段形成的工程數據數字化、規范化管理。海底管道全生命周期關鍵工程數據管理與關聯原理具體如下所述。

中海油所屬各油氣田對應的每條管線路由和路由附件數據可以通過其管線ID（管線EDIS規范唯一編碼）進行查詢；海管12.192 m各管段的防腐、保溫、配重等涂覆生產數據可以通過管單元ID（即12.192 m管段管號）進行檢索查詢；對于海上施工與安裝各段線管單位可通過鋪設時編制的焊口ID號進行組織管理，從而可實現查詢管線各施工節點的組對外觀檢驗、節點防腐漏點檢驗以及各焊口對應的無損檢驗數據等，還可以查詢焊口的焊工信息。因為管線焊口連接著管單元，管單元組成海底管道線，海底管道線屬于油田，所以可依托這4個實體之間形成緊密的邏輯關聯架構，從而建立起海底管道EDIS應用平臺對應的軟件數據結構和關聯關系，進而在研發軟件工程數據管理系統中建立海底管道全生命周期完整性工程信息的邏輯關聯關系。海底管道EDIS應用平臺對應海管工程數據管理的組織架構與邏輯關聯如圖2所示。

圖2 海底管道EDIS應用平臺工程數據管理組織架構與邏輯關聯

5 海管EDIS應用平臺各模塊功能介紹

5.1 工程文檔庫管理模塊

該模塊主要用于組織實現對海底管道在整個全生命周期各施工階段完工后，由各施工單位提交業主審核通過的各類海管完工工程電子文檔資料的管理功能。海管完工文檔資料主要涵蓋了海底管道在前期研究、設計、采辦、建造、安裝與調試等過程產生的各類工程技術文件或資料。其文檔類型主要包含 PDF、XLS、DOC、DWG等格式的完工電子數據。本系統工程完工資料基于中海油現有EDIS工程文檔分類標準和編碼規范進行組織規范、分類存儲管理，以實現對完工文檔的分類存儲、規范編碼、上傳、下載、瀏覽、檢索、文檔屬性查看、預覽等工程文檔規范化、自動化管理功能。

5.2 工程數據管理模塊

該模塊主要用于實現對海底管線基本數據、關鍵施工檢驗數據的專業化、規范化和可追溯性管理。海管完整性工程數據主要涵蓋了海底管道在設計、涂敷生產、海上安裝、清管試壓與后調查等海管各施工階段產生的各類關鍵屬性數據和施工檢驗數據。本系統具體功能主要包括海管各類工程數據的規范錄入、分類存儲、編輯、數據備份與恢復、數據查詢與檢索等海管工程數據庫各項管理與維護功能。除此之外，本開發子模塊還將入庫的海管全生命周期關鍵施工數據與三維GIS場景中所建的管線及路由設施模型進行匹配掛接，實現海管工程數據庫數據與三維GIS模型的交互展示、查詢與定位等三維GIS拓展功能。

5.3 工程模型管理模塊

該模塊主要通過依據管線實際設計尺寸建立海管路由附件設施的三維實體工程模型，實現對入庫管線路由模型設施的專業化、規范化管理功能。該海管工程模型前臺呈現主要采用三維建模場景模式來實現。海管工程模塊庫主要涵蓋錦州25－1S油田群9條海底管道的12.192 m管單元、彎管、法蘭、錨固件、陽極塊、水泥壓塊等管線路由附件設施的實際尺寸單體模型。通過模型庫可實現對各類海管路由附件單體三維工程模型的分類存儲、模型導入、瀏覽、檢索、導出、模型屬性查閱以及添加到三維GIS場景等海管工程模型庫相關管理功能。

5.4 三維GIS應用系統

該子系統主要依托三維GIS平臺開發工具，依據海管鋪設完工實際路由坐標，導入海上平臺、海管路由全程及路由附件設施的三維模擬實體尺寸模型，運用三維可視化模擬技術再現海底管道完工路由區域海表及海面以下的三維場景，實現了三維GIS場景下的海管全程及路由設施的瀏覽、漫游、檢索與定位、分析等管線GIS各項應用功能。

此外，本系統研發的三維GIS應用系統還將海底管道實際鋪設12.192 m管單元、焊接焊口等海管路由模型管理對象通過唯一編碼與海管工程數據庫中的海管涂覆生產和海上施工檢驗數據進行一一匹配掛接呈現，實現在三維GIS場景下的海管工程數據與工程模型的關聯查詢與定位等交互管理功能。與此同時，本系統還對海底管道完工路由區域內的KP區段、土壤與重力鉆孔、跨越與交叉、路由預調查（如管線路經古河道、養殖區、航道、沙坡沙脊等管線路由預調查結果）等管線路由特殊區段和特殊區域工程數據在三維GIS場景中進行實際位置標志，實現了管線路由特殊區域與管線的關聯掛接展示和快速定位、查詢功能。

6 平臺開發技術特點

本研發示范工程——錦州25-1S油田群海底管道EDIS應用平臺，是以中海油已出臺EDIS海管規范為研發指導依據，依托錦州25-1S油田群新建完工的9條海管全生命周期各類工程資料為研發數據支撐，并結合海底管道相應工程文件、工程數據和工程模型特殊的管理特點研發而成。由于海底管道與海上平臺、FPSO以及陸地終端等海上油氣田大型設施單點對象存在較大差異，故海管EDIS應用平臺的研發具有如下技術特點。

（1）本平臺的成功研發融合了海管專業業務知識和實際海管工程項目經驗，并運用了先進的軟件開發技術、三維建模技術、三維緩存技術以及三維GIS開發技術，從而保證的本研發平臺的先進性、實用性和專業性。

（2）本平臺所建海上平臺、管線路由全程及附件（如法蘭、錨固件、12.192 m管單元、立管以及膨脹彎等管線路由工程模型）三維工程模型均是以對象設計施工圖紙為依據，并運用三維建模軟件或PDMS三維模型為制圖源進行全尺寸1∶1建模，從而保證平臺各工程模型的真實性、專業化和兼容性。

（3）在研發平臺三維GIS系統中，實現了海管完整性關鍵屬性數據、施工檢驗數據與三維GIS場景工程模型的關聯掛接與加載顯示，拓展了三維GIS系統的開發應用功能，研發系統的可擴展性強、后續開發空間大，同時也為后續實施海管安全與評估系統的開發奠定了堅實的數據與模型基礎。

（4）本平臺研發建立的海底管道專業管線路由附件工程模型庫（模型庫包含連接法蘭、懸掛法蘭、12.192 m管單元、錨固件、陽極塊、水泥壓塊等），不僅依據設計結構圖紙進行管線路由工程模型的全尺寸建模，而且實現了對海管模型對象的檢索與查閱、模型屬性瀏覽以及模型導出與加載三維GIS場景等模型庫拓展功能，為中海油海底管道的工程模型庫管理功能的開發起到了示范作用。

（5）本平臺研發建立的三維GIS模塊中對應的海底管道、海上平臺、陸地終端以及立管、膨脹彎與平管段等海管路由全程三維實體模型，在三維GIS場景中均運用了先進的三維模型GIS緩存技術，從而保證了海量三維模型同時加載三維GIS場景運行的穩定性、快速性和操作便捷性。

7 平臺應用價值

海底管道工程信息EDIS應用平臺的研發與推廣應用，將改變中海油以往對紙質完工工程資料單一檔案室人工管理效率低的傳統模式，轉變為當前數字化、可視化而高效的科學管理模式，將為中海油海底管道所屬各建造、運維、管理等相關單位技術和管理人員提供一個統一的海底管道工程數據共享與操作管理平臺。因此，該研發平臺的開發應用價值主要體現在以下幾個方面。

（1）本研發平臺不僅滿足中海油現有EDIS海管規范對海底管道全生命周期形成的工程文件、工程數據和工程模型的數字化、規范化管理和新建海底管道工程項目完工移交規范要求，而且可為海上油氣田其他大型設施（包括PFSO、海底電纜以及陸地終端等海上油田大型設施）EDIS應用平臺的研發提供重要借鑒和參考價值。

（2）本項目研發平臺包含的海底管道工程文檔庫、數據庫、模型庫和三維GIS模塊等軟件各模塊功能，不僅滿足中海油現有海管工程數字化信息系統（EDIS）研發功能需求，而且創新開發的海管全生命周期完整性工程數據庫和三維GIS兩大拓展模塊功能是對中海油現有已上線EDIS系統的重要補充和完善。

（3）本研發應用平臺提供海底管道從設計、制管、涂敷、海上施工與安裝等海管全生命周期的各類完工資料和海管完整性工程屬性數據，這些海量數據，將為中海油后續開發海底管道完整性管理平臺等擴展應用平臺（其中，包含海管腐蝕評估系統、安全評估系統、管線應急管理等擴展系統）提供重要的原始數據支持，且可為管線后續運營維護、管線應急響應預案和維搶修方案的制訂等提供重要依據。

（4）在本研發平臺開發過程中，海管全生命周期各施工階段完工資料的整理、審核和完整性工程數據的提取、分類與審核過程是對海底管道各施工階段完工資料完整性、規范性和正確性的最終審核把關。因此，本系統的應用上線能對海底管道各階段施工項目管理的規范性、嚴密性以及各施工單位提交完工資料的準確性、完整性、可追溯性起到較好的監督和跟蹤審核作用，有利于對海底管道各階段的施工質量的提高，從而從海管各施工源頭提高海管的本質安全作出了應有的貢獻。

（5）本研發應用平臺預留系統擴展與外掛接口，能夠實現對后續拓展功能的研發并入和掛接到其他已上線系統。因此，本研發系統具有較好的拓展開發和推廣應用價值。

8 結論與展望

通過依托錦州25-1S油田群新建9條海底管道全生命周期各施工階段工程完工資料研發的海底管道工程信息EDIS應用平臺，不僅符合中海油已頒布EDIS規范對新建或改造海底管道工程項目建造完工后作為工程信息數字化工程移交需求，同時實現了對海底管道從設計、采辦、制管、涂敷生產至海上鋪設與焊口檢驗以及清管試壓等全生命周期各施工階段形成的各類完工工程文件、工程數據和工程模型的數字化、規范化和完整性管理，而且其創新開發的海管海管完整性工程數據庫和三維管道GIS兩大拓展功能模塊，實現了海底管道在三維GIS場景下海管工程模型與工程數據庫關鍵施工數據的關聯掛接、交互瀏覽、查詢與定位、分析等海管三維GIS相關功能。這些研發平臺創新功能的開發與應用，有利于提升中海油對海底管道全生命周期各類工程信息準確性、數字化和完整性管理水平，是對中海油現有已上線EDIS系統的重要補充和完善。

隨著中海油對海上油氣田大型設施（包含海上平臺、海底管道、FPSO以及陸地終端等海上油氣田大型設施）工程信息數字化和全生命周期完整性管理工作的全面開展，本研發平臺——海底管道工程信息EDIS應用平臺也必將逐步在中海油各油田公司所屬新建與改造海底管道工程項目中得到推廣應用，將為中國海油的“二次跨越”戰略目標的實現和海底管道完整性管理平臺的研發起到重要的基礎平臺支撐和數據支持作用。

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