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天然气管网设计及数据管理分析

 论文栏目:数据管理论文     更新时间:2018/3/14 10:29:37   

摘要:随着国内管网建设规模的扩大,国内天然气管网已经逐渐成型,由大规模建设期进入资产管理期,设计公司如何管理这些规模庞大的数据以达到信息流、数据流的畅通,是后期管道运行公司进行良好决策的基础。采用Geodatabase数据格式,对管网设计数据进行管理,形成新形势下企业有效的资产,加强设计公司和管道运行公司的无缝结合,整体提高管理效率。实践表明,采用ArcGIS的Geodatabase数据组织方式对管网设计数据进行良好的数据资产管理,能够提高天然气管网设计效率和分析水平,为管道完整性及后期分析提供畅通的数据流动。

关键词:天然气管道;管网;ArcGIS;数据管理

随着国家天然气干线建设和各省天然气管网建设规模的扩大,设计工作者的数据来源变得越来越丰富,如何利用大量的基础数据进行后续的工作,是数据管理及应用的关键[1-3]。良好的数据管理形成的数据资产会增强企业竞争力,提高企业在项目中的反应速度,同时也切合了国家要求放开管网基础设施数据的政策要求。

1管网数据管理现状

管道数据管理在国际上并不是新鲜的概念,管道运行部门在管道公司建设初期或后期会建立系统的完整性数据,其对数据的管理也随着时代的发展不断完善。目前,运营公司的管道数据已经具有较为良好的生态体系[4],例如国内陕京管道系统、西气东输管道系统均依托GIS系统等建立了较为完整的运营数据管理系统,用于管理管道日常数据,为日产巡检、高后果区识别、资产等提供了良好的数据平台;国外如美国Williams管道公司等也早已开发出以多层数据为底层基础的综合管道管理运营系统等。站场方面,DNV等公司也开发了站场资产全生命周期管理软件SynergiPlant,以方便业主管理。总的来说,在目前的科技发展水平下,管道公司的良好运行依赖于管道资产数据的良好管理与维护。

2管网数据管理模式

管网设计部门的工作在整个项目的全生命周期中处于前期,与运营公司不同,设计公司在前期往往需要大量的管网分析工作,而管网分析需要大量的基础数据。随着我国天然气管网规模的扩大,往往一个局部项目的分析需要用到周边管网的信息,甚至出现多个管网交汇的情况,天然气在互联互通的情况下会产生压力影响[5-7]。这时,以往的单一管道分析思路会有很大的局限性。而布局模型大又需要耗费较多时间和精力获取数据,如果数据存储不当,后期的数据复用将发挥不出应有的作用。在这种情况下,如果设计部门能够对建成及规划管网进行良好的管网数据资产管理,那么将有利于业务的开展,这些数据随着时间的推移能够形成单位内部的组织过程资产。从全生命周期的角度来看,如果完整的数据结构从设计初期就开始延伸,那么对于业主后期的数据管理以及运营也非常有意义。地理信息数据库(Greodatabase)实现了一个面向对象的GIS数据模型——地理信息数据库数据模型。地理信息数据库将每一个要素以行的形式存储在表中,要素的矢量数据存储在表中的shape字段中,属性数据存储在其他字段中,每个表存储一个要素类。而由于用户可以定制对象,这也意味着在地理数据库中潜在的数据类是无限的,在具体应用中可以根据实际需要进行相关扩展应用。随着信息技术的发展,管道行业也出现了一些相关的行业信息化模型,如APDM、PODS、ISAT等。这些模型的出现大多是为了解决管道完整性管理的需要而设置,其内部很多的数据类型来源于运营部门的经验需求[8-10]。如果全面采用该类行业模型方案,对于设计行业往往显得数据量过大,但这些数据的组织结构可以作为设计数据管理的参考。ArcGIS行业模型的本质是Geodatabase数据框架,其问世后在各行各业得到了广泛应用,基本数据架构如图1所示。结合ESRI公司的行业模型以及设计行业数据应用特点,ESRI最早发布了关于管道行业的数据结构模型为APDM(ArcgisPipelineDataModel),在陕京线等管道的完整性管理方面得到了应用。近些年ESRI针对管道(包括燃气行业)采用了更新的UPDM(UtilityPipelineDataModel)代替了AP-DM数据结构,UPDM的设计采取了多家欧美地区管道运行公司的经验,建立了非常全面的数据结构框架,并在其中设定了不同类型的数据表和关系类来指定各要素类的信息[11-12]。UPDM可以作为构建完整的管道设计数据库的基础框架,ESRI将UPDM模型的架构组织为XML文件并免费发布供管道行业企业使用。在设计行业中,虽然不需要UPDM级别的细致数据,但从数据完整性的角度考虑,可以在实际应用中将UPDM作为基础框架参考,并根据需要删减或增加信息,以满足设计工作的要求[13-14]。考虑到目前行业内多种数据管理的模型以及设计行业的特点,管网设计行业数据管理应该符合以下要求:(1)利于日后形成良好的数据资产,在机制更新后能够持久使用,提高数据的利用效率和准确性。(2)尽量采用通用的数据格式,可以对接大多数的基于GIS的模拟仿真软件,利于操作的高效性和无误性。(3)利于业主进行管道完整性数据管理工作及相关的数据对接。(4)利于依托GIS系统进行良好的数据可视化。

3管网数据结构实现

3.1数据的组织

设计工作者在管理数据资产时,应本着实用、易提取、易展示的理念,根据实际需要总结出常用的设计相关数据,并根据Geodatabase的特点将各类数据组织起来,从而形成完整的数据链[15-16]。管道中常用的设计数据属性有以下几类:(1)管线的物理属性:外径、壁厚、粗糙度、管道运行效率、长度、沿线高程、管材、设计压力、MAOP、投产时间等。(2)沿线站场信息:站内设备、压缩机信息和设备使用情况等,气源以及各分输用户气量信息、储气库信息等。(3)管道所属业主信息、股权信息等。(4)管道所经地理位置信息:所经地区、地区所处气温地温、地区潜在需求气量(市场信息)、当地气价、人口信息、需要特别标明的土地利用信息、高风险区等。(5)其他信息:栅格数据包括特殊地段的照片,重要的穿跨越信息、水网、路网、相关图纸以及其他需要注意的信息等。

3.2数据的逻辑结构

参考行业模型数据结构,以及考虑设计行业相关数据需求后[17-18],按照目前国内管道建设及运营情况,应用管道典型数据做出管网数据逻辑结构示意图(图2)。要素类的属性通常采用表格的方式进行添加,可以采用Join和Relate的方法进行关联管理。关系类通常用于表达两个或者多个要素类之间的关系。可以根据实际需要进行添加,例如:管线和地块之间的附属关系可以采用关系类添加所属关系。线路部分的数据表包括的字段名(属性)主要有:名称、外径、壁厚、设计压力、MAOP、粗糙度、效率、穿越等级地区、投产日期等。站场部分的数据表包括的字段名(属性)主要有:站场名称、主要设备、投产日期、使用状况等。天然气价格数据表主要包括天然气阶梯价格、当地政策等信息。需要注意的是各类字段名需要设置合理的数据类型,以便后续使用,其他信息可根据需要进行添加。

3.3数据的录入及模型处理

根据上述数据以及逻辑结果,将信息按照结构顺序分别录入Geodatabase中形成数据资产。为了方便使用,应将数据库进行系统编码,以便在各类关系属性中识别调用。虽然系统提供了一些默认的内部编码,但为了管理的便利,建议用户通过添加自定义编码来进行标识。在完成以上步骤后,基于行业框架的天然气管网设计数据架构就初步地建立起来了。作为数据底层,可以继续根据实际情况合理添加所需要的数据,也可以结合ArcGIS的其他功能进行进一步扩展使用。

3.4数据库的更新机制

数据库初步建立后,随着后期管网改造、规划更新,必定会有新的数据产生,那么对于管网数据库的更新也是必不可少的,更新机制有助于提高管网设计数据资产的长期有效性。对于大型项目的更新,如管线的改线、分输站的扩建、压气站的增压等,可以通过增加时间序列的方法注明所修改时间(可采用Excel创建表格数据,通过Join的方法添加到Geodatabase的数据表格中)。然后根据项目进展情况每半年或者一年进行一次数据更新,以保证数据的时效性。

4应用方向

通过使用Geodatabase的数据对管道设计数据进行管理,建立相应的设计数据库,旨在管理规模日趋庞大的管网数据。在实际应用中,针对不同的侧重方向可以采取不同的技术路线,如果偏重于数据管理和一般的空间数据管理,Geodatabase的数据架构足以应对;如果希望建立专业的空间地理数据库,则需要借助如ArcSDE等专业的空间地理数据来建立。对设计规划部门来讲,天然气管网数据库的建立和完善有利于其业务的开展并产生良性循环。应用方向主要有以下几个方面:(1)管网规模的展示和相关数据可视化。利用ArcGIS专业的Maplex标注功能以及注释等功能,方便地制作出基于数据驱动的专题地图,适用于各种分析报告以及展示,并且可根据数据的更新实现快速定制修改。(2)对接管网仿真软件的建模。越来越多的管网仿真软件开始基于GIS数据建模,数据库的建立可以提高仿真建模的效率,提高大规模管网建模的效率[19]。(3)对接完整性管理软件。和后期管道运营部门可以提前结合,补充设计前期的相关数据,实现完整性管理的可溯源性。(4)对接经济输送数据、投资分析数据等,有效提高管网运行管理的经济性。随着目前上海和重庆天然气交易中心的成立,价格数据已透明化,天然气输送供应走向市场化进程加速,良好的价格信息数据对接项目能够辅助设计者进行管网财务分析。

作者:史学海 于文 王堃

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