引言能源是當(dāng)今工業(yè)化時代的發(fā)展基礎(chǔ)與動力，油氣管網(wǎng)系統(tǒng)作為油氣資源的主要輸送方式，已成為國民經(jīng)濟發(fā)展不可替代的基礎(chǔ)設(shè)施。黨的二十大作出“深入推進能源革命，加快規(guī)劃建設(shè)新型能源體系”“加強重點領(lǐng)域安全能力建設(shè)，確保能源資源重要產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈安全”等系列部署，國家能源局于2023年提出推動油氣管網(wǎng)的信息化改造及數(shù)字化升級若干意見，推進智能管道、智能儲氣庫建設(shè)，提升油氣管網(wǎng)設(shè)施安全高效運行水平及儲氣調(diào)峰能力。在數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智能化升級的戰(zhàn)略背景下，如何改變并提升現(xiàn)有油氣管網(wǎng)運行模式，建設(shè)智能管網(wǎng)，提升油氣管網(wǎng)的安全性、可靠性、高效性，以適應(yīng)技術(shù)的高速發(fā)展與管理的新需求，成為當(dāng)前油氣管道行業(yè)亟待解決的難題。 建設(shè)智能管網(wǎng)是“雙碳”目標(biāo)與高質(zhì)量發(fā)展背景下的重大需求，具備泛在感知、多維度認知能力的智能管網(wǎng)融入工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，對加快建立智慧能源及工業(yè)體系、實現(xiàn)能源互聯(lián)，滿足“源-網(wǎng)-儲-用”互動及行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重大意義。近年來，對于如何定義智能管網(wǎng)、如何建設(shè)智能管網(wǎng)等問題開展了相關(guān)研究，但始終未形成共識與統(tǒng)一的方法論。美國哥倫比亞管道公司、意大利Snam管道公司等國外公司在智能管網(wǎng)建設(shè)方面開展了大量工作，但均局限于設(shè)備設(shè)施的智能化監(jiān)測與預(yù)警、專家系統(tǒng)建設(shè)及管道線路信息化管理系統(tǒng)等方面的探索與應(yīng)用，尚未系統(tǒng)提出智能管網(wǎng)的概念。為此，在管道自動化改造、數(shù)字化轉(zhuǎn)型及業(yè)務(wù)場景智能化提升等研究與實踐基礎(chǔ)上，分析管道技術(shù)發(fā)展歷史與趨勢，對標(biāo)國際先進水平與做法，提出智能管網(wǎng)的定義、關(guān)鍵邏輯準(zhǔn)則、建設(shè)與運行方法論，以期滿足當(dāng)前智能管網(wǎng)建設(shè)的需求。
1.1 業(yè)務(wù)對象 中國自20世紀(jì)70年代開始大規(guī)模建設(shè)長輸油氣管道，受各種條件限制，在管道建成后，開關(guān)閥門及啟動設(shè)備等操作主要依靠人工手動操作，調(diào)度控制依靠電話指揮。20世紀(jì)80 年代中期，在鐵大線及東黃復(fù)線輸油管道率先引進SCADA系統(tǒng)，開展了調(diào)度的自動化改造提升，填補了中國油氣管道SCADA系統(tǒng)應(yīng)用空白，隨后得到全面應(yīng)用。SCADA系統(tǒng)雖然在中國油氣管道行業(yè)應(yīng)用較晚，但發(fā)展極為迅速，自主研發(fā)的SCADA系統(tǒng)PCS（Process Control System）軟件各項性能指標(biāo)已達到甚至超過國外軟件，在國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司（簡稱國家管網(wǎng)集團）所有新建管道全面應(yīng)用。目前，第4代SCADA系統(tǒng)正不斷采用互聯(lián)網(wǎng)、面向?qū)ο?、神?jīng)網(wǎng)絡(luò)等新技術(shù)，使其智能化控制、數(shù)字化共享、大數(shù)據(jù)集成等功能大幅擴展，將為保障國家油氣管網(wǎng)安全、平穩(wěn)、高效運行發(fā)揮更加重要的作用。 油氣儲運設(shè)備及管道的運行、維護、管理技術(shù)，同樣經(jīng)歷了從依靠人工巡查、檢測、維修逐步發(fā)展到依靠自動化設(shè)備監(jiān)測、檢測、維修的過程，管理模式也由以應(yīng)對為主的被動管理全面提升為以預(yù)防為主的管道完整性管理。從油氣儲運技術(shù)與管理模式的發(fā)展歷程分析，設(shè)備設(shè)施自動化程度越高、調(diào)控系統(tǒng)監(jiān)視與控制能力越強，對人的依賴程度越低，管理模式自然從依靠人力的管理逐步改變?yōu)闄C械替代人的現(xiàn)代管理，越能顯著提升管道運行能力與水平，技術(shù)進步與管理改進成果也越卓著。因此，研發(fā)裝備、控制系統(tǒng)的自動化與智能化提升技術(shù)，是油氣管網(wǎng)行業(yè)發(fā)展與變革的必由之路。 油氣管網(wǎng)系統(tǒng)不同于單條管道，是從管道互聯(lián)互通、集中調(diào)度、統(tǒng)一管理3個方面形成相互依附與支撐的一張物理網(wǎng)、一張調(diào)控網(wǎng)、一張管理信息網(wǎng)（圖1）。研究智能管網(wǎng)，明確其對象與范圍至關(guān)重要。智能管網(wǎng)的對象包括管網(wǎng)系統(tǒng)的物理實體、管理者及相關(guān)外部要素，但由圖1可知，并不需要對所有要素進行智慧的定義，對于基本設(shè)備或低級別系統(tǒng)，依靠邏輯規(guī)則控制的自動化技術(shù)即可滿足要求，而多設(shè)備形成的系統(tǒng)、專家知識輔助判定、人工參與調(diào)整和決策等是智慧化發(fā)展的重點。 
圖1 長輸油氣管道“三張網(wǎng)”及相關(guān)業(yè)務(wù)關(guān)系圖 1.2 主要定義 從在役油氣管道生產(chǎn)運維業(yè)務(wù)角度定義智能管網(wǎng)，主要是指以人工智能為代表的新一代技術(shù)成為油氣管網(wǎng)生產(chǎn)運維業(yè)務(wù)的主導(dǎo)，實現(xiàn)油氣管網(wǎng)設(shè)備設(shè)施邏輯控制的全面自動化、資產(chǎn)對象的全面數(shù)字化、業(yè)務(wù)規(guī)則的全面流程化；以管道線路、站場設(shè)備、調(diào)控等的智能化支撐全生命周期的全方位感知、多維度認知、一體化執(zhí)行，實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、平臺化管理的新一代油氣管網(wǎng)系統(tǒng)。 結(jié)合油氣管網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與未來發(fā)展趨勢，在不同發(fā)展階段，智能管網(wǎng)的水平與能力不同，對智能管網(wǎng)的定義也有所不同。 在自動化階段，智能管網(wǎng)以主要邏輯控制單元實現(xiàn)自動化控制為標(biāo)志；以實現(xiàn)集中調(diào)控、自動分輸、一鍵啟停、站場與線路全時域、全空域自動化監(jiān)控、非人工日常巡檢、人工勞動強度明顯降低及效率顯著提高為指標(biāo)；管理者以滿足設(shè)備設(shè)施檢維修為主要工作任務(wù)，以信息化報送為主要手段；依靠專家知識與工作經(jīng)驗進行運維決策與管理。 在智能化階段，智能管網(wǎng)以實現(xiàn)數(shù)字化管理為主要標(biāo)志；以實現(xiàn)離線或在線仿真優(yōu)化、均衡能耗等一體化工藝優(yōu)化，自動生成非干預(yù)調(diào)控指令與執(zhí)行，關(guān)鍵設(shè)備狀態(tài)實時監(jiān)測與智能診斷為指標(biāo)；管理者按照數(shù)字化指引以周期性、預(yù)防式維護為主要工作內(nèi)容，以IT系統(tǒng)為主要工具，以數(shù)據(jù)為管理決策依據(jù)；依靠系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析提供運維與管理方案決策。 在智慧化階段，智能管網(wǎng)以實現(xiàn)人機語言交互為主要標(biāo)志；以實現(xiàn)自動生成工藝優(yōu)化方案、自定義及自適應(yīng)人機語言交互黑屏調(diào)控、多源異構(gòu)數(shù)據(jù)實時融合支撐應(yīng)急決策為指標(biāo)；管理者通過人機語言交互，以落實智能系統(tǒng)要求的管理設(shè)備大修更換、對外交流及應(yīng)急響應(yīng)為主要工作內(nèi)容；依靠以知識圖譜等為基礎(chǔ)的智能系統(tǒng)進行自主運維。 1.3 關(guān)鍵特征 從多個行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型過程看，其發(fā)展路線基本為從電動化、電子化、自動化、信息化、數(shù)字化、智能化到智慧化。 在自動化階段，智能管網(wǎng)的典型特征是裝備自動化及在自動化基礎(chǔ)上的生產(chǎn)組織模式優(yōu)化，各裝備基本實現(xiàn)自動化感知及快速響應(yīng)。當(dāng)僅依據(jù)邏輯控制時，各系統(tǒng)不具備適應(yīng)性調(diào)整能力，因此缺乏交互聯(lián)動與自動更新，需要依靠人為設(shè)定相關(guān)參數(shù)（圖2a）。設(shè)備的一鍵啟停、壓縮機站的一鍵啟停、單條管道的一鍵啟停分別處于智能管網(wǎng)的不同階段，在此階段主要依靠多設(shè)備基于邏輯與規(guī)則的自動化控制（圖2b），較復(fù)雜的專家經(jīng)驗難以直接固化于邏輯控制中實現(xiàn)自動化響應(yīng)。目前，中國油氣管網(wǎng)的調(diào)控系統(tǒng)基本實現(xiàn)了較高的自動化水平，但管道線路管理的自動化水平仍然較低，多依靠人工。 圖2 智能管網(wǎng)自動化控制示意圖 在智能化階段，智能管網(wǎng)的主要特征是數(shù)字化管理，其實現(xiàn)基礎(chǔ)是對象數(shù)字化、過程數(shù)字化、規(guī)則數(shù)字化。在此階段，基于IT系統(tǒng)對工作指引的能力顯著提升，在自動化感知與數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，基于規(guī)則與流程，可將實時的數(shù)據(jù)、多維的規(guī)則及參考的知識庫按照流程推送給設(shè)備或管理者作出響應(yīng)（圖3），但尚不具備自主學(xué)習(xí)與自我提升能力。當(dāng)前，國家管網(wǎng)集團正在推行數(shù)字化變革，在IT承載與自動化感知方面尚未實現(xiàn)聯(lián)動，需要不斷豐富與完善數(shù)字化場景及方案，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)字化。
圖3 智能管網(wǎng)多維感知交互示意圖 在智慧化階段，智能管網(wǎng)的主要特征是智能化自主學(xué)習(xí)與決策，不再依賴人工，管理者主要從事管道系統(tǒng)無法自愈及從事的工作，在最優(yōu)化工藝的選擇方面智能管網(wǎng)具有自學(xué)習(xí)與優(yōu)化能力（圖4），基本取消人工監(jiān)視與工藝優(yōu)化。 圖4 智能管網(wǎng)自主優(yōu)化與判斷示意圖
智能管網(wǎng)的核心是感知、認知與執(zhí)行，全感知主要包括管網(wǎng)系統(tǒng)的運行感知、環(huán)境感知及信息感知，感知后形成的數(shù)據(jù)通過智能分析形成決策，數(shù)據(jù)同期納入數(shù)據(jù)湖，支撐與指導(dǎo)決策，智能認知決策形成執(zhí)行命令，包括裝備的自我調(diào)節(jié)、優(yōu)化與調(diào)控、安全與能力提升等，以達到安全、高效、環(huán)保的目的（圖5）。 2.1 面臨的挑戰(zhàn) 在智能管網(wǎng)研究與建設(shè)方面，雖然經(jīng)過多年積累已形成一些技術(shù)成果與經(jīng)驗做法，如中俄東線天然氣管道工程的智能化實踐，但仍然充滿挑戰(zhàn)，存在諸多需要持續(xù)提升與攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，管理理念的更新也刻不容緩?，F(xiàn)有挑戰(zhàn)包括：①智能管道建設(shè)缺少基礎(chǔ)理論與實踐經(jīng)驗支撐；②現(xiàn)役管道自動化程度參差不齊，尚未實現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)全感知；③數(shù)字化轉(zhuǎn)型尚未完成，基礎(chǔ)數(shù)字化軟硬件尚需開發(fā)；④智慧化研究尚未起步，工業(yè)人工智能（Artificial Intelligence, AI）模型研究困難重重。 2.2 基本原則 根據(jù)國家能源局《關(guān)于加快推進能源數(shù)字化智能化發(fā)展的若干意見》提出的需求牽引、數(shù)字賦能、協(xié)同高效、融合創(chuàng)新的原則，結(jié)合智能管網(wǎng)建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)與當(dāng)前基礎(chǔ)，提出智能管網(wǎng)建設(shè)基本原則： 1）統(tǒng)籌規(guī)劃，分階段建設(shè)。根據(jù)當(dāng)前需求，堅持結(jié)果導(dǎo)向，統(tǒng)籌規(guī)劃國家管網(wǎng)集團智慧化建設(shè)與運行方案；充分整合利用現(xiàn)有先進技術(shù)，快速布局自動化提升與全感知物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。 圖5 智能管網(wǎng)建設(shè)邏輯示意圖 2）數(shù)智賦能，數(shù)字化引領(lǐng)。從管網(wǎng)自動改造的過程及無人站場建設(shè)的經(jīng)驗看，制約智能化提升的主要阻力來自對新技術(shù)的信任度不夠及對傳統(tǒng)做法的依賴性過強。從工作效率與效能看，通過實現(xiàn)全時域自動化監(jiān)視與預(yù)警，風(fēng)險管理模式與巡護模式發(fā)生了根本轉(zhuǎn)變，風(fēng)險防護精度明顯改善，巡護勞動強度大幅降低，有效提高了經(jīng)營效益與運維效果（圖6）。 圖6 全時域全空域自動監(jiān)視與人工巡護模式示意圖 3）創(chuàng)新驅(qū)動，智慧化變革。對于智能管網(wǎng)的高階段建設(shè)，需要提前布局，既要適應(yīng)新能源革命對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的影響，又要通過智慧運維提升管控水平。然而，油氣管網(wǎng)行業(yè)的AI技術(shù)，面臨因受眾小而只能依靠自主研發(fā)的被動局面。因此，提前分析自身業(yè)務(wù)需求，布局各專業(yè)AI模型的研發(fā)，借助大行業(yè)AI技術(shù)基礎(chǔ)，研究工業(yè)通用AI基座，系統(tǒng)提升運維智能化水平，是油氣管網(wǎng)智能化變革的必由之路。 4）經(jīng)濟實用，可靠性第一。智能管網(wǎng)建設(shè)，必然面臨諸多新技術(shù)的試用，許多技術(shù)的應(yīng)用效果未知或未驗證，進行嘗試是必要的。但在智能管網(wǎng)建設(shè)過程中，不能過度建設(shè)，也不能設(shè)置過多無用功能，以確保統(tǒng)籌布局的經(jīng)濟適用性與安全可靠性。對于開展智能化改造的設(shè)備及系統(tǒng)均需具有較高的可靠性，否則必然出現(xiàn)人工智障，導(dǎo)致系統(tǒng)事故發(fā)生。 2.3 基本邏輯 基于感知的認知、基于認知的執(zhí)行是智能管網(wǎng)的基本邏輯（圖5），智慧的核心是認知，智慧的關(guān)鍵是數(shù)據(jù)及命令的信息流，智慧的基礎(chǔ)是自動化控制。因此，針對智能管網(wǎng)對象的系統(tǒng)化分析與一體化建設(shè)是關(guān)鍵，但對于不同的對象層級，應(yīng)該從以邏輯控制為主逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芸刂?，這就需要系統(tǒng)分析業(yè)務(wù)與場景、業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)與IT（Information Technology）、IT與組織等的邏輯架構(gòu)。 2.3.1 業(yè)務(wù)與發(fā)展邏輯架構(gòu) 對于油氣管網(wǎng)生產(chǎn)運維業(yè)務(wù)而言，智能化的目標(biāo)是實現(xiàn)運維管理一清二楚、故障風(fēng)險一目了然、應(yīng)急處置一鍵響應(yīng)。因此，以目標(biāo)導(dǎo)向為原則，對業(yè)務(wù)進行場景化分解，發(fā)揮數(shù)據(jù)使能、對象使能、業(yè)務(wù)使能的綜合驅(qū)動力作用，形成生產(chǎn)運維場景化業(yè)務(wù)的生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系雙輪驅(qū)動的發(fā)展思路（圖7）：①自動化、信息化以及設(shè)備的可靠性、安全保障能力等生產(chǎn)力水平的提升，驅(qū)動產(chǎn)生技術(shù)變革，智能站場、智能管道、智能調(diào)控等適配技術(shù)隨之發(fā)展，是智能管網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵；②智能化技術(shù)發(fā)展推動智能管網(wǎng)不斷迭代升級，促使生產(chǎn)組織模式轉(zhuǎn)變，以滿足勞動力生產(chǎn)率提升要求。新的生產(chǎn)關(guān)系會產(chǎn)生新的技術(shù)發(fā)展與管理提升需求，因而驅(qū)動生產(chǎn)力水平的進一步提升，形成相互促進、良性動態(tài)循環(huán)的新生態(tài)。 圖7 基于生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系“雙輪驅(qū)動”的業(yè)務(wù)發(fā)展思路圖 數(shù)據(jù)使能是指在實現(xiàn)業(yè)務(wù)對象、業(yè)務(wù)過程、業(yè)務(wù)規(guī)則數(shù)字化的基礎(chǔ)上，結(jié)合風(fēng)險預(yù)測模型、綜合決策判定模型等發(fā)揮數(shù)據(jù)價值；對象使能是指關(guān)鍵設(shè)備設(shè)施具備智能化水平與感知條件，可對系統(tǒng)進行全面的健康診斷及預(yù)知維護；業(yè)務(wù)使能是指業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、制度要求等經(jīng)結(jié)構(gòu)化處理，結(jié)合數(shù)字化指引的新模式，實現(xiàn)作業(yè)全過程風(fēng)險的強管控。 2.3.2 業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)邏輯架構(gòu) 油氣管網(wǎng)系統(tǒng)生產(chǎn)運維整體業(yè)務(wù)的核心數(shù)據(jù)是SCADA數(shù)據(jù)，也是油氣管網(wǎng)調(diào)控業(yè)務(wù)的核心。在人工調(diào)控指揮的時代，調(diào)控數(shù)據(jù)是管道運行管理的主數(shù)據(jù)。隨著自動化智能化的發(fā)展，不僅核心層的SCADA數(shù)據(jù)不斷擴充，各種檢測、監(jiān)測等感知數(shù)據(jù)不斷形成，支撐并提高了管道運行管理水平與能力，而且逐步在SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上，構(gòu)筑了檢測與監(jiān)測設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)，提高了對設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)測與維修等的數(shù)字化管理，形成了物聯(lián)網(wǎng)對設(shè)備設(shè)施的管理，支撐了多維度SCADA調(diào)控的物理保障層。同時，在互聯(lián)網(wǎng)信息共享的基礎(chǔ)上，對外融合互聯(lián)網(wǎng)提供的氣象、交通、土壤等數(shù)據(jù)，支撐綜合分析、判定及決策的外圍信息平臺層。在SCADA核心層、物理保障層及互聯(lián)網(wǎng)平臺層之間，為保證數(shù)據(jù)的安全性，分別需要構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)安全保護隔離。 業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系從核心到外圍是復(fù)雜而多變的，對于油氣管網(wǎng)運營商而言，在智能管網(wǎng)建設(shè)與持續(xù)提升過程中，需要根據(jù)具體情況及業(yè)務(wù)需求選擇適宜的業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)關(guān)系模式。 2.3.3 數(shù)據(jù)與IT邏輯架構(gòu) 數(shù)據(jù)是依靠IT來承載的，特別是油氣管網(wǎng)點多線長的業(yè)務(wù)特點，決定了只有運用IT才能真正承載數(shù)字化管理，實現(xiàn)流程與業(yè)務(wù)的統(tǒng)一。由于業(yè)務(wù)IT系統(tǒng)是業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)承載的平臺，隨著機器學(xué)習(xí)、自然語言處理、計算機視覺等多個領(lǐng)域的持續(xù)發(fā)展，業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)規(guī)則、業(yè)務(wù)活動、數(shù)據(jù)信息、應(yīng)用模塊如何發(fā)揮系統(tǒng)化的協(xié)同作用變得至關(guān)重要，構(gòu)建基于流程的IT，特別是適應(yīng)業(yè)務(wù)場景應(yīng)用的IT系統(tǒng)是發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，只有在流程的基礎(chǔ)上結(jié)合業(yè)務(wù)場景，打通流程對業(yè)務(wù)的支撐，才能建設(shè)貫通業(yè)務(wù)場景需求與流程約束的IT系統(tǒng)。國家管網(wǎng)集團正是通過一種基于“A模型”的IT系統(tǒng)承載業(yè)務(wù)流程實施方法（圖8），實現(xiàn)制度、流程及標(biāo)準(zhǔn)的IT落地。 2.3.4 數(shù)字化管理業(yè)務(wù)組織邏輯架構(gòu) 在數(shù)字化管理基礎(chǔ)上，集中監(jiān)視、專業(yè)診斷及預(yù)警等技術(shù)推動了業(yè)務(wù)管理與現(xiàn)場作業(yè)的直連，現(xiàn)有的管理多層級模式不僅額外增加了流程與工序，也降低了效率，因此業(yè)務(wù)組織模式變革成為必然。油氣管網(wǎng)生產(chǎn)運維的核心關(guān)注點包括管道運行狀態(tài)、設(shè)備設(shè)施狀態(tài)、管道完整性水平、綜合安防能力、巡檢安全作業(yè)、管道泄漏監(jiān)測等，在傳統(tǒng)模式下，其依靠屬地管理者根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與經(jīng)驗決策處理；在數(shù)字化、智能化管理模式下，各項業(yè)務(wù)進展與數(shù)據(jù)均匯集到集中監(jiān)視與應(yīng)急指揮中心，實施全天24 h集中監(jiān)視，建立預(yù)警模型，對超閾值狀態(tài)進行自動報警管理。同時，集中監(jiān)視與應(yīng)急指揮中心負責(zé)制定巡檢計劃，進行巡檢管理，指導(dǎo)作業(yè)區(qū)執(zhí)行巡檢計劃，開展集中巡檢、聯(lián)合巡檢等（圖9）。 圖8 基于“A模型”的數(shù)據(jù)、流程、標(biāo)準(zhǔn)及IT系統(tǒng)協(xié)同作用機制圖 圖9 數(shù)字化管理管道運維與巡檢模式圖 通過生產(chǎn)運行、資產(chǎn)維護與應(yīng)急系統(tǒng)可實現(xiàn)整個管網(wǎng)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一調(diào)度與應(yīng)急指揮（圖 10），其中生產(chǎn)運行系統(tǒng)包括SCADA系統(tǒng)、調(diào)運模擬與仿真優(yōu)化系統(tǒng)（優(yōu)化仿真軟件）及管道生產(chǎn)運行管理系統(tǒng)（National Pipeline Production and Operation Management System, PPS）；資產(chǎn)運維與應(yīng)急系統(tǒng)包括資產(chǎn)完整性管理系統(tǒng)（Asset Integrity Management System, IMS）及遠程監(jiān)視與應(yīng)急指揮系統(tǒng)（集團公司應(yīng)急指揮中心+地區(qū)公司監(jiān)視與應(yīng)急指揮系統(tǒng)）。 圖 10 集中監(jiān)視與應(yīng)急指揮業(yè)務(wù)組織邏輯圖 2.3.5 一體化數(shù)字孿生邏輯架構(gòu) 數(shù)字化發(fā)展分為數(shù)字孿生、數(shù)字原生及數(shù)字永生階段（圖 11） ：數(shù)字孿生是將工業(yè)產(chǎn)品、制造系統(tǒng)等復(fù)雜物理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、狀態(tài)、行為、功能及性能映射到數(shù)字化的虛擬世界，通過實時傳感、連接映射、精確分析及沉浸交互來刻畫、預(yù)測、控制物理系統(tǒng)，實現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)虛實融合，依靠人工信息更新生長，使系統(tǒng)全要素、全過程、全價值鏈達到最大限度的閉環(huán)優(yōu)化；數(shù)字原生是指數(shù)字化依靠系統(tǒng)自動更新生長，由以物理世界為重心向以數(shù)字世界為重心遷移轉(zhuǎn)換；數(shù)字永生是指現(xiàn)實世界與數(shù)字世界二者密不可分，成為一套系統(tǒng)自主生長。油氣管網(wǎng)發(fā)展目標(biāo)是構(gòu)建業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)一體化邏輯條件下的智能管網(wǎng)系統(tǒng)，直至邁入數(shù)據(jù)永生階段。 圖 11 數(shù)字化發(fā)展階段示意圖
智能管網(wǎng)是國家現(xiàn)代化新質(zhì)生產(chǎn)力的重要組成部分與發(fā)展動力，是破解發(fā)展與安全的關(guān)鍵路徑[26-30]。結(jié)合內(nèi)外部技術(shù)與環(huán)境的變化，統(tǒng)籌發(fā)展與安全、創(chuàng)新與可靠性、投入與產(chǎn)出等，以技術(shù)創(chuàng)新為動力，以在役管道智能化改造為關(guān)鍵實施方式，依托區(qū)域化、專業(yè)化生產(chǎn)組織模式改革探索適應(yīng)新技術(shù)條件下的生產(chǎn)組織模式作為依托，構(gòu)建具有國際水平、適應(yīng)中國企業(yè)特色的油氣管網(wǎng)管理形態(tài)與管理范式，引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。 智能管網(wǎng)建設(shè)與運行方法論遵循“安全高效的結(jié)果導(dǎo)向-智慧第一的準(zhǔn)則要求-驅(qū)動系統(tǒng)建設(shè)”的總體思路，在準(zhǔn)確研判當(dāng)前形勢的基礎(chǔ)上，立足中國油氣管網(wǎng)智能化建設(shè)實際需求與現(xiàn)狀[31-33]，以統(tǒng)籌規(guī)劃、數(shù)智賦能、創(chuàng)新驅(qū)動、經(jīng)濟實用為基本原則，遵循“對象-業(yè)務(wù)-數(shù)據(jù)-IT-組織”的基本邏輯架構(gòu)，通過形成包括理論創(chuàng)新、形態(tài)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、組織創(chuàng)新5大維度的智能管網(wǎng)新質(zhì)生產(chǎn)力與生產(chǎn)關(guān)系體系，推動智能管網(wǎng)建設(shè)服務(wù)油氣能源行業(yè)發(fā)展（圖 12）。 3.1 智能管網(wǎng)理論基礎(chǔ)與創(chuàng)新 智能管網(wǎng)的基礎(chǔ)理論創(chuàng)新，要以統(tǒng)籌安全與發(fā)展為引領(lǐng)，推動基礎(chǔ)科學(xué)研究及多學(xué)科與智能管網(wǎng)交叉融合創(chuàng)新，改變現(xiàn)有行業(yè)面窄、基礎(chǔ)學(xué)科支撐力不強的局面。 圖 12 智能管網(wǎng)建設(shè)與運行方法論邏輯圖 1）統(tǒng)一智能管網(wǎng)建設(shè)是必由之路的共識。在新的時代背景下，傳統(tǒng)非數(shù)字行業(yè)的發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。油氣管道行業(yè)不僅要適應(yīng)新能源對油氣帶來不可逆的替代，而且要應(yīng)對人對工作崗位、自然及社會環(huán)境選擇的第一性原則需求。以機械替代人既是管理要求也是自然淘汰發(fā)展的必然，國外先進企業(yè)在眾多專項技術(shù)方面已經(jīng)取得進展，中國油氣管道行業(yè)只有統(tǒng)一認識，全產(chǎn)業(yè)鏈共同轉(zhuǎn)變觀念，才能真正促進全產(chǎn)業(yè)在正確的道路上快速發(fā)展，縮小與國際先進水平的差距。 2）開展智能管網(wǎng)基礎(chǔ)理論研究。研究材料基因基礎(chǔ)理論、結(jié)構(gòu)及可靠性基礎(chǔ)理論、管網(wǎng)天然氣流動模型基礎(chǔ)理論、優(yōu)化均衡基礎(chǔ)理論等，建立“安全-經(jīng)濟-低碳”三元均衡約束下的智能管網(wǎng)建設(shè)與運行理論體系，把握管道聯(lián)通管網(wǎng)后的介質(zhì)、調(diào)控及管理“三張網(wǎng)”一體化的優(yōu)勢，理清工控網(wǎng)絡(luò)安全、事故應(yīng)急及系統(tǒng)崩潰等極端條件下的響應(yīng)與策略，形成適應(yīng)“一張網(wǎng)”的新型智慧穩(wěn)定形態(tài)，建立完整系統(tǒng)的分析理論與穩(wěn)定均衡求解方法，形成相對較完整的智能管網(wǎng)基礎(chǔ)理論。油氣管道作為一個行業(yè)，涉及專業(yè)多，在材料、流體力學(xué)、自控等多專業(yè)基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，通過大數(shù)據(jù)積累與知識圖譜構(gòu)建等，率先實現(xiàn)專業(yè)AI模型的建立與應(yīng)用。 3.2 智能管網(wǎng)新形態(tài) 智能管網(wǎng)組織新形態(tài)涵蓋智能監(jiān)測與控制、數(shù)據(jù)集成與管理、安全風(fēng)險評估、應(yīng)急響應(yīng)與處置、優(yōu)化調(diào)度與運行、維護保養(yǎng)與檢修、智能化決策支持以及人才培養(yǎng)與創(chuàng)新等多個方面。這些方面相互關(guān)聯(lián)、相互促進，共同構(gòu)成了智能管網(wǎng)的核心要素與關(guān)鍵環(huán)節(jié)。構(gòu)建區(qū)域化、專業(yè)化管理新范式，形成資源統(tǒng)籌調(diào)控、能耗統(tǒng)一優(yōu)化、設(shè)備集中專業(yè)化監(jiān)視、數(shù)據(jù)集中智能化分析等智能管網(wǎng)新形態(tài)。通過加強各方面的建設(shè)與管理，可以推動油氣管道行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展。 3.3 技術(shù)創(chuàng)新 在技術(shù)創(chuàng)新維度，要推動建立智能管網(wǎng)系統(tǒng)下的創(chuàng)新體系，而非傳統(tǒng)管道系統(tǒng)與研究方法下的創(chuàng)新，并遵循系統(tǒng)觀念及第一性原則，符合客觀規(guī)律。針對基礎(chǔ)性、緊迫性、前瞻性、顛覆性4大類方向，采用人工智能的新思路，思考智能管網(wǎng)的要素特征，構(gòu)建全新的研究方法，支撐智能管網(wǎng)建設(shè)新需求。如在高等級鋼環(huán)焊縫失效機理方面，已率先應(yīng)用材料基因研究方法，開展知識圖譜、高通量等研究，提高了研究效率與智能化水平；在智能管網(wǎng)理論與體系方面，創(chuàng)新形成智能管網(wǎng)“能量-信息-物理”理論，構(gòu)建“感傳知用”技術(shù)體系，開發(fā)知識庫、數(shù)字孿生理論模型及建設(shè)運維大數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建天空地一體化感知技術(shù)體系，形成智能分析算法庫，為管網(wǎng)智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。 3.4 產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新 在產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新維度，要全景式認識智能管網(wǎng)對行業(yè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的影響與帶動，識別基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)、數(shù)字產(chǎn)業(yè)及新興產(chǎn)業(yè)等不同類別的企業(yè)在價值形態(tài)、協(xié)調(diào)模式及創(chuàng)新驅(qū)動等方面的特征與趨勢，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈共同創(chuàng)新，打造智慧新生態(tài)。 3.5 組織創(chuàng)新 在組織創(chuàng)新維度，要以區(qū)域化、專業(yè)化、市場化、共享化為導(dǎo)向，對內(nèi)進一步優(yōu)化生產(chǎn)組織，對外強化產(chǎn)業(yè)鏈引領(lǐng)，提升中國油氣輸送領(lǐng)域資源配置能力與管理效能。傳統(tǒng)生產(chǎn)組織在智能管網(wǎng)形態(tài)下必然存在諸多障礙，需要明確傳統(tǒng)方式在新技術(shù)條件下的更新、替代路徑，強化協(xié)調(diào)統(tǒng)一，修訂標(biāo)準(zhǔn)、制度、法規(guī)要求。強化智能管網(wǎng)的聯(lián)盟與引領(lǐng)，依托智能管網(wǎng)建設(shè)，組織產(chǎn)業(yè)鏈的智能管網(wǎng)聯(lián)盟，搶占各專業(yè)制高點，推動產(chǎn)業(yè)化升級。
當(dāng)前，油氣管道行業(yè)通過自動化改造、智能調(diào)控及完整性管理等較大程度提升了管道運行管理水平。先進傳感技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析及云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用，成功實現(xiàn)了管道運行狀態(tài)的實時監(jiān)控及運行數(shù)據(jù)的采集分析，大大提高了管道的安全性與運行效率。但不同管道的自動化水平參差不齊，管道整體水平還有待提升。各專業(yè)方向在智能管網(wǎng)建設(shè)過程中，都要補齊自動化能力，建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)及實施數(shù)字化變革等。 4.1 智能調(diào)控運行 4.1.1 藍圖目標(biāo) 智能調(diào)控運行包括智能調(diào)控、智能能耗管理、智能計量管理等。智能調(diào)控建設(shè)的藍圖目標(biāo)是構(gòu)建一個全面智能化、高效自動化的油氣管道調(diào)控體系，最大化實現(xiàn)調(diào)控運行的優(yōu)化與效能。智能能耗與計量的目標(biāo)是實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)關(guān)鍵用能設(shè)備、計量設(shè)備的數(shù)據(jù)全感知、數(shù)據(jù)智能分析及自主優(yōu)化。通過深度整合先進技術(shù)與調(diào)控業(yè)務(wù)需求，打造具有國際領(lǐng)先水平的油氣調(diào)控中心，實現(xiàn)管網(wǎng)實時優(yōu)化決策方案的智能生成、操作指令的自動流轉(zhuǎn)與執(zhí)行，以及預(yù)警應(yīng)急機制的即時響應(yīng)。同時，推進“常態(tài)黑屏、報警喚醒”的高級調(diào)控模式，顯著提升管網(wǎng)運行的安全性與可靠性。通過持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用突破，推動智能調(diào)控技術(shù)向更高階智能化邁進，為油氣管道行業(yè)的持續(xù)、健康發(fā)展提供堅實的技術(shù)支撐與保障。 4.1.2 研究內(nèi)容 鑒于智能管網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展與演進，智能調(diào)控已成為推動管網(wǎng)科學(xué)高效運行的核心發(fā)展方向。隨著管道物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，在傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將不斷拓展SCADA系統(tǒng)的范圍與內(nèi)容，所涉及的數(shù)據(jù)也可為AI建模與學(xué)習(xí)提供良好的基礎(chǔ)。要堅持以需求為導(dǎo)向、目標(biāo)為引領(lǐng)的發(fā)展原則，深度融合先進的人工智能技術(shù)與調(diào)控業(yè)務(wù)，高效管理調(diào)度數(shù)據(jù)、知識及經(jīng)驗，提前布局開展智能調(diào)控AI大模型研究，推動技術(shù)體系智能化升級，顯著提升管網(wǎng)運營水平。當(dāng)前，智能調(diào)控領(lǐng)域存在諸多不足：雖然多項調(diào)控輔助技術(shù)已研發(fā)應(yīng)用，人工智能技術(shù)在管網(wǎng)調(diào)控領(lǐng)域取得初步成效，但應(yīng)用仍顯零散，且應(yīng)用深度、廣度有待加強；前沿基礎(chǔ)理論研究薄弱，關(guān)鍵技術(shù)原創(chuàng)性突破較少，尚不能完全滿足生產(chǎn)應(yīng)用需求，與高階智能調(diào)控要求存在差距。 基于技術(shù)與管理差異及行業(yè)形勢，綜合提出油氣調(diào)控業(yè)務(wù)發(fā)展思路，重點研究內(nèi)容有：①深化“智能調(diào)”實現(xiàn)，包括優(yōu)化調(diào)度決策，加強全局分析診斷與優(yōu)化調(diào)整，推動數(shù)字流程管理體系融合；②強化“智能控”落實，包括提升感知數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性，完善控制邏輯可靠性，增強自動化控制手段穩(wěn)定性；③加強前沿技術(shù)探索，依托數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等技術(shù)，推動工況識別、參數(shù)預(yù)警、過程優(yōu)化決策等技術(shù)應(yīng)用；④以數(shù)字化變革為基礎(chǔ)，研究與其他系統(tǒng)的深度融合；⑤完善智能調(diào)控運行頂層架構(gòu)，統(tǒng)籌技術(shù)攻關(guān)，實現(xiàn)核心技術(shù)突破、升級與推廣。 4.2 智能物理保障 4.2.1 藍圖目標(biāo) 智能物理指以管道、設(shè)備等資產(chǎn)系統(tǒng)為主要對象，包括智能管道、智能站場及設(shè)備管理等，以“全面感知、風(fēng)險可控”為總體目標(biāo)，通過視頻智能識別、周界安防、激光可燃氣體檢測、設(shè)備運行參數(shù)監(jiān)測、光纖預(yù)警、無人機巡檢、智能陰保、全方位地災(zāi)監(jiān)測等感知技術(shù)的安裝部署，集成物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、大模型、云計算等智能化技術(shù)，結(jié)合管道業(yè)務(wù)場景需要，通過多種技術(shù)的融合聯(lián)動及深化應(yīng)用，實現(xiàn)站場與管道線路的智能化管控，形成“全方位感知、綜合性預(yù)判、一體化管控、自適應(yīng)優(yōu)化”能力，保障管道安全高效運行。 4.2.2 研究內(nèi)容 開展專業(yè)化AI模型研究，特別是動設(shè)備運行與性能監(jiān)測、光纖預(yù)警系統(tǒng)、高等級鋼焊縫失效分析、陰極保護、內(nèi)外檢測數(shù)據(jù)等的AI模型研究，以及管道與設(shè)備智能分析決策大模型及人機對話管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)。在基礎(chǔ)研究方面全面開展以下工作： 1）油氣站場環(huán)境風(fēng)險全感知。輸氣站場增設(shè)開放空間高靈敏度天然氣檢測傳感器，實現(xiàn)站場內(nèi)天然氣泄漏氣團的成像定位與量化，提升站場天然氣泄漏的感知能力與報警準(zhǔn)確率；輸油站場增設(shè)多光譜油品泄漏監(jiān)測裝置，提升站場油品泄漏的感知能力。 2）安防監(jiān)視預(yù)警全聯(lián)動。對輸油氣站場工業(yè)攝像機、周界報警、激光泄漏檢測、火災(zāi)報警系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)進行優(yōu)化，配置高清智能攝像機，實現(xiàn)站場區(qū)域監(jiān)測全覆蓋；提升站場視頻智能識別能力，聯(lián)動、核實、自動識別光纖周界入侵報警事件與人員，并調(diào)用站場內(nèi)視頻攝像頭，實時智能跟蹤入侵人員。 3）集中監(jiān)視與遠程運維系統(tǒng)建設(shè)。統(tǒng)籌設(shè)計規(guī)劃集中監(jiān)視系統(tǒng)功能、系統(tǒng)配置、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、數(shù)據(jù)流向，實施系統(tǒng)建設(shè)及技術(shù)改造，實現(xiàn)對生產(chǎn)運行、設(shè)備設(shè)施、綜合安防、管道預(yù)警、施工作業(yè)等數(shù)據(jù)的集中監(jiān)視。4）基于數(shù)字孿生的站場智能運維與巡檢。實現(xiàn)泛在感知數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入管網(wǎng)傳感系統(tǒng)數(shù)字化平臺，融合可穿戴AR（Augmented Reality）巡檢設(shè)備、無線防爆手持器、SCADA工藝運行參數(shù)等信息，建立TSN （Time-Sensitive Networking）傳感器網(wǎng)絡(luò)，使試點站場具備站場智能運維所需的多源數(shù)據(jù)感知及高效傳輸能力。 5）第三方損傷及打孔盜油防護。在試點管道集中開展光纖預(yù)警、智能視頻監(jiān)控、無人機巡檢的強化推廣應(yīng)用，通過現(xiàn)場測試、算法升級、增加算例等方式，不斷訓(xùn)練深化單項技術(shù)防控能力；通過技術(shù)聯(lián)動決策系統(tǒng)構(gòu)建、機制測試、平臺數(shù)據(jù)融合分析等方式，不斷提升技術(shù)融合聯(lián)動效果。 6）全方位地災(zāi)風(fēng)險防控。綜合運用衛(wèi)星遙感技術(shù)實現(xiàn)災(zāi)害易發(fā)區(qū)精準(zhǔn)掃查，運用管道本體應(yīng)力應(yīng)變、深表部位移、土壓力等監(jiān)測感知技術(shù)實現(xiàn)管道易損性精準(zhǔn)評估，應(yīng)用無人機巡查技術(shù)對管道沿線地形、地貌、地質(zhì)構(gòu)造、環(huán)境因素等進行詳細調(diào)查分析，確定可能存在的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險。 7）高后果區(qū)管理。通過加密設(shè)置或更新迭代高后果區(qū)智能視頻監(jiān)控設(shè)備、增設(shè)無人機巡檢裝置等手段，建立高后果區(qū)內(nèi)風(fēng)險行為一鍵報警機制，逐步替代或降低高后果區(qū)人工巡檢頻次，完善技防+人防聯(lián)動機制，強化高后果區(qū)風(fēng)險識別驗證閉環(huán)管理，提升線路管理人員效能。 4.3 智能應(yīng)急與防護 4.3.1 藍圖目標(biāo) 油氣管道智能應(yīng)急與防護建設(shè)錨定建設(shè)世界領(lǐng)先油氣管網(wǎng)生產(chǎn)運維體系這一戰(zhàn)略目標(biāo)，以創(chuàng)建全國油氣管道搶修保駕“一張網(wǎng)”為原則，運用信息化、智慧化手段完成油氣管道應(yīng)急資源管理、應(yīng)急指揮決策及應(yīng)急保障技術(shù)的不斷提升，形成科學(xué)化、專業(yè)化、精細化的油氣管道智慧應(yīng)急解決方案，實現(xiàn)油氣管道敏捷應(yīng)急、科學(xué)應(yīng)急、精準(zhǔn)應(yīng)急、動態(tài)應(yīng)急，最終實現(xiàn)12 h快速恢復(fù)油氣供應(yīng)的奮斗目標(biāo)。 4.3.2 研究內(nèi)容 借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動應(yīng)用等技術(shù)手段，通過對應(yīng)急資源管理的數(shù)字化、智能化、智慧化提升，實現(xiàn)應(yīng)急隊伍及人員能力的智能評估，輔助應(yīng)急隊伍體系建設(shè)與科學(xué)發(fā)展。建立智能應(yīng)急響應(yīng)、智能信息查詢、智能災(zāi)害推演、智慧搶險方案、智能資源調(diào)配、智能應(yīng)急指揮的一體化智慧應(yīng)急平臺，構(gòu)建多災(zāi)種、多類型事故跨區(qū)域信息共享與應(yīng)急協(xié)作聯(lián)動機制，滿足實戰(zhàn)中輔助決策及綜合應(yīng)急指揮調(diào)度的智慧化需求。進一步研究應(yīng)用智能化手段，從源頭把控生產(chǎn)運維作業(yè)計劃及作業(yè)方案審批，精準(zhǔn)掌控作業(yè)時間、及時跟蹤作業(yè)進展、智能管控現(xiàn)場作業(yè)，實現(xiàn)施工現(xiàn)場無紙化、可視化、視頻監(jiān)控智能化，確保生產(chǎn)運維業(yè)務(wù)作業(yè)安全、有序、可控。將物聯(lián)網(wǎng)、無人機、機器人、現(xiàn)代通信等技術(shù)手段與傳統(tǒng)應(yīng)急保證技術(shù)深度融合，提升現(xiàn)場信息獲取速度與處理效率，保證應(yīng)急指揮決策的及時性與有效性，并與應(yīng)急人員實時互動，提供智能化的輔助與支持，大幅提升應(yīng)急搶險工作效率及安全性。 4.4 智能IT支撐 4.4.1 藍圖目標(biāo) 基于業(yè)務(wù)對象、規(guī)則、過程、場景全面數(shù)字化實現(xiàn)，促進油氣管網(wǎng)“感、傳、知、用”各層級的智能化提升由量變走向質(zhì)變。將資產(chǎn)完整性全生命周期、全業(yè)務(wù)范圍、全工作鏈條的數(shù)據(jù)與模型標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)劃化、集成化，形成綜合信息流。通過多源頭數(shù)據(jù)、多業(yè)務(wù)場景、多模型決策的非線性疊加，發(fā)揮技術(shù)的增值效應(yīng)，形成新型協(xié)同運轉(zhuǎn)的業(yè)態(tài)模式，實現(xiàn)資產(chǎn)管理一清二楚、智能聯(lián)動一站決策、故障風(fēng)險一目了然、應(yīng)急處置一鍵響應(yīng)、業(yè)務(wù)指標(biāo)一應(yīng)俱全、項目經(jīng)費一貫拉通，全面固化數(shù)字化指引，助力作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)落地與工作效率提升，大幅提升生產(chǎn)運維業(yè)務(wù)風(fēng)險預(yù)判的準(zhǔn)確度與預(yù)控的與時性，推動“源-網(wǎng)-儲-用”協(xié)調(diào)發(fā)展。 4.4.2 研究內(nèi)容 圍繞油氣管網(wǎng)智能建設(shè)，前瞻性的研究方向主要有行業(yè)基礎(chǔ)AI模型、各專業(yè)知識圖譜與基本物理邏輯、傳感器與通信智能化、基于大模型的油氣管網(wǎng)智能運行與維護。當(dāng)前需要聚焦以下方面開展研究： 1）研究一體化數(shù)據(jù)模型及全生命周期數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，支撐管道線路與站場設(shè)備資產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，打通工程建設(shè)期與生產(chǎn)運行期數(shù)字化移交渠道；研究管道數(shù)據(jù)治理體系，提升數(shù)據(jù)質(zhì)量。 2）研究適用于管道生產(chǎn)運維應(yīng)用場景的精簡、集約、安全的云邊協(xié)同邊緣計算平臺，實現(xiàn)感知數(shù)據(jù)的全域?qū)崟r采集。將各類型感知數(shù)據(jù)匯聚至邊緣計算平臺，結(jié)合模型預(yù)測算法、人工智能算法等實現(xiàn)數(shù)據(jù)在邊緣平臺的初步處理，建立生產(chǎn)運維智能化平臺與數(shù)據(jù)采集端的連接，構(gòu)建“云邊端協(xié)同”體系架構(gòu)。 3）研究局部移動物聯(lián)專網(wǎng)，實現(xiàn)各類線路運維類數(shù)據(jù)采集終端的數(shù)據(jù)實時接入，打造全集團共享的移動數(shù)據(jù)資源池，全面支持智能陰極保護樁、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測等各類安全預(yù)警動態(tài)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控；研究量子通信技術(shù)應(yīng)用技術(shù)，在數(shù)據(jù)通過有線與移動傳輸?shù)倪^程中，實現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩用鼙Ｗo，并支持生產(chǎn)現(xiàn)場移動端平臺訪問的安全秘鑰防護體系，結(jié)合移動端北斗等技術(shù)的同步應(yīng)用，打造具有代際領(lǐng)先安全優(yōu)勢的高效傳輸定位網(wǎng)絡(luò)。 4）以“應(yīng)急資源共享、應(yīng)急處置快速響應(yīng)”為總體目標(biāo)，將大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)進行融合應(yīng)用。應(yīng)急人員可以通過實時監(jiān)測、模擬、仿真等技術(shù)識別潛在的災(zāi)害風(fēng)險，建立應(yīng)急智能化資源調(diào)配與輔助決策支持模型，實現(xiàn)異常事件接警、響應(yīng)、解除全程敏捷化處置，提升應(yīng)急響應(yīng)速度，將事故影響程度降至最低水平。 5）以控碳為核心，研究單耗、綜合能耗的計算與分析模型，為碳達峰行動方案的制定及執(zhí)行監(jiān)控提供模型支撐。
智能管網(wǎng)的建設(shè)運行涉及領(lǐng)域多，影響深遠，是一場戰(zhàn)略性、革命性、全局性變革。當(dāng)前，初期建設(shè)已取得顯著成果?；诂F(xiàn)有研究與實踐基礎(chǔ)，結(jié)合未來發(fā)展方向，創(chuàng)新提出生產(chǎn)運維維度的智能管網(wǎng)的定義及建設(shè)與運行方法論；系統(tǒng)闡述了智能管網(wǎng)的3個發(fā)展階段及不同階段的特征、各要素的邏輯架構(gòu)，進而提出智能管網(wǎng)建設(shè)與運行在基礎(chǔ)理論創(chuàng)新、形態(tài)創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新及組織創(chuàng)新的5個維度體系架構(gòu)；結(jié)合工程實際，分析智能調(diào)控運行、智能物理保障等建設(shè)目標(biāo)與研究內(nèi)容。下一步，瞄準(zhǔn)智能管網(wǎng)建設(shè)戰(zhàn)略需求，應(yīng)從以下方面開展探索研究與實踐： 1）堅持系統(tǒng)思維開展研究、建設(shè)及運行。智能管網(wǎng)建設(shè)是系統(tǒng)性工程，要實現(xiàn)系統(tǒng)的研究對象、系統(tǒng)的邏輯架構(gòu)的一體化推進。當(dāng)然，單項技術(shù)進步是系統(tǒng)性工程建設(shè)的重要組成部分，能夠推進系統(tǒng)性工程整體水平的提升。 2）堅持基礎(chǔ)研究與人工智能研究同步開展。油氣管道連接成油氣管網(wǎng)后，在工藝與運行等多方面發(fā)生了變化，同時材料、自動化等方面的技術(shù)也在不斷進步，流體力學(xué)模型、材料基因結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)拓撲等技術(shù)與基本物理邏輯需要持續(xù)深入研究。當(dāng)然，有效利用現(xiàn)有數(shù)據(jù)與技術(shù)，開展人工智能研究，特別是油氣管道行業(yè)的人工智能研究勢在必行。 3）強化網(wǎng)絡(luò)安全與底線思維應(yīng)對。網(wǎng)絡(luò)安全是智能管網(wǎng)的重要基礎(chǔ)，缺失網(wǎng)絡(luò)安全保障的智能管網(wǎng)建設(shè)是不可行的。因此，要同步開展智能管網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全保障技術(shù)研究與建設(shè)，保障在出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障、大范圍斷電等極端狀態(tài)時就地站控與人員電話指揮調(diào)控運行的路徑暢通。 智能管網(wǎng)建設(shè)促進了能源的綠色可持續(xù)發(fā)展，帶動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級與高速發(fā)展，為經(jīng)濟增長提供了新的動力，為國家能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化做出積極貢獻，發(fā)展前景廣闊。隨著技術(shù)的不斷進步與應(yīng)用場景的不斷拓展，智能管網(wǎng)將在生產(chǎn)運維、工程建設(shè)、戰(zhàn)略規(guī)劃等領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。同時，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，智能管網(wǎng)建設(shè)將向著更加智能化、自動化、高效化的方向發(fā)展。期待在不遠的將來，智能管網(wǎng)成為推動中國能源事業(yè)發(fā)展的重要力量。 作者：馮慶善，國家石油天然氣管網(wǎng)集團有限公司
1 智能管網(wǎng)的對象、定義及特征
2 智能管網(wǎng)建設(shè)邏輯與方法論
3 智能管網(wǎng)建設(shè)與運行體系
