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(guò)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(jiǎn)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(kāi)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)奶厥庑裕资艿讲ɡ撕秃Ａ鞯葟?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(lái)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(yíng)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(yíng)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(lái)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(kù)系統(tǒng)無(wú)法直觀表述這些數(shù)據(jù)所包含的信息。而GIS可以通過(guò)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(lái)，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(guò)程中往往采用線性參考的手段來(lái)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(lái)描述管道的物理走向，包括站列、站場(chǎng)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(guò)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(lái)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(lái)表征管線及其方向。通過(guò)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(kù)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(lái)，如圖1所示。通過(guò)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(cāng)庫(kù)，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(guò)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?tīng)顩r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(guò)GIS將自然地理數(shù)據(jù)通過(guò)地圖顯示出來(lái)，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(wú)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(wú)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(guò)圖形化的方式直觀表現(xiàn)出來(lái)，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(guò)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(kāi)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(guó)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(guò)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(guó)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(guò)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(guó)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(lái)并形成一個(gè)連貫的數(shù)據(jù)體系。通過(guò)GIS將海管基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過(guò)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(jiàn)，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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