由“榆-济”输气管道工程谈数字化管道建设

摘要:文章根据榆林-济南输气管道工程第十五标段、第十六标段等数字化管道建设的经验,介绍了数字化管道施工现场数据采集的内容、人员设备配置和数据采集的方法。

关键词:数字化管道建设;数据采集;管道地理信息

中图分类号:TE973文献标识码:A

文章编号:1009-2374 (2010)24-0133-03

随着数字化技术的应用及推广,在我们的日常生活中越来越多地接触到数字化技术,而将“数字化管道系统”应用于长输管道施工中,是管道施工领域新的创举。将看似毫不相关的管道施工参数通过三维坐标系有机地联系于一体,形成了统一的控制网络,不仅为施工过程中的管理提供了有效的平台,为建成投产后的运行创造了相当准确的数据管理系统,而且对将来的管道维护、检修提供了最准确的数据保证。

中原油田建设集团公司施工的榆林-济南输气管道工程部分线路标段,施工前期安排专人参加了业主组织的数

字化管道技术学习后,迅速将数字化管道技术在工程中进行应用,经过现场实践,在数字化管道建设过程中通过不断摸

索实践,取得了一些成绩。在榆济项目经理部安德分部组织的百日劳动竞赛中,我标段的基础资料和数字化管道建设

被评为第一名,在年底公司组织的QC成果会上,我们编制的《提高数字化管道工程数据上报质量》被评为第一

名。现将工作中的各方面工作总结如下,与各位同行们进行商榷。

1管道施工现场数据采集的内容

管道施工数据采集的内容,主要包括管道的地理信息和施工信息。地理信息包括:地下隐蔽工程、地上工程和附属物的位置坐标等,如焊口、弯头、穿越障碍物、阀室、站场、阴极保护桩的三维坐标 (X坐标、Y坐标、Z高程),阀室、站场、阴极保护地面工程的位置,影响管道质量的地质情况。施工信息主要包括:施工日期、施工区间、施工内容、施工人员、质量检测、施工环境、施工材料等。

1.1组成管道系统的材料数据

管道安装所用材料主要包括:钢管、弯头、防腐套(片)、光缆、阴极保护材料、管件、阀门、仪表以及其他附属设施等。

施工数据应记录组成材料的型号、尺寸、规格、出厂序号或编号,如管道的材质、直径、壁厚、防腐等级、焊条型号、焊条直径、批号等。

1.2施工质量控制信息

质量信息主要包括影响管道安装质量以及对管道运营存在危害的潜在因素的信息。管道安装主要包括:沟深、沟宽、石方地段细土垫层和覆土厚度、相临管道最小水平净距、管道交叉最小垂直间距等数据;管道连接包括:坡口型式、施工环境、 采取的焊接工艺、施焊人员、焊接时间、检测方法、检测结果、缺陷处理方式和结果、焊口防腐和测试结果等。

1.3施工进度控制信息

进度信息主要包括:测量放线、作业带清扫、管沟开挖、布管、焊接、焊口检验、防腐、下沟、回填、试压等各工序的进度。这些数据应包含施工日期、起始桩号和里程,日生产量和累计生产量等。及时上报这些信息,可以使项目决策层掌握施工进展情况,根据项目施工计划找出偏差,及采取资源调整或工期调整措施。

1.4管道地理信息

地理信息主要是利用全站仪等测量仪器,在管道下沟后和隐蔽前,利用基准参考点,逐点测量每道焊口的三维坐标、连续里程、转角走向等信息。三维坐标信息采集的对象包括:管道焊口、弯管、弯头、阀室、站场、管道穿越 (穿越河流、道路、光缆电缆、地下管道等地下设施等)、三桩 (里程桩、阴极保护桩、警示桩)、压载块和其他附属设施等。

1.5声像资料

对于特殊位置或环境、特殊施工工序,或对安装质量容易造成隐患的环节,要用照相机、录像机等工具记录声像资料,以便在出现质量缺陷时查阅、对比,同时也可作为追究责任和索赔的依据。

2管道施工现场数据采集的资源配置

2.1人员配置和要求

从事数据采集和录入人员,应有一定的工程实践经验,具有一定的IT技术知识,并在施工前接受专业数字化培训。每个机组除了派技术员或统计员专门负责管道数据采集外,还应派专门的测量人员负责地理数据的采集。测量人员最好按日焊接2km进行配置。数据录入人员可根据项目日焊接工程量配置,如果日焊接量不超过5km,项目部可配置1人。

2.2测量工具配置和要求

测量工具应包括:手持GPS、经纬仪、全站仪等,辅助设施应包括彩旗、花杆、长竹竿等。全站仪最好用新型的,如徕卡TPS800,该仪器具有易操作的汉字操作系统。在使用前,应将GPS的参考坐标系统和图纸参考坐标设置一致,并进行校核。经纬仪和全站仪应在校核有效期内使用。

2.3数据传输设备的配置

数据传输设备是将施工现场采集的数据,借助计算机和通讯网络传输到项目控制中心,其组成和要求如下:

计算机及网络环境:CPU P4 2.0G以上,内存512M以上,64M显卡和VGA显卡支持 1024x768以上,10/100M网卡或ADSL调制解调器,现场具备宽带上网条件。不少于40G的磁盘剩余空间。

操作系统采用Windows XP SP1或更高系统,浏览器IE6.0,软件采用Microsoft Office2000以上,有计划管理软件、项目管理软件和工程绘图软件。

辅助设备应包括USB接口外储硬盘、打印机、扫描仪、数码相机等,用于储存、输出、图形转换和声像采集等,以满足数字化要求。

3管道施工数据的采集方法

3.1外设控制点的选取和设置

为确保各点坐标测量的准确性,通常在线路外侧设置多个坐标控制点,该控制点的坐标就是以后测量的基准点。为方便测量和保证测量精度,控制点的选取应满足以下要求:

(1)视野开阔,能对要测量的管道及其附属物通视。

(2)控制点周围平坦,易于架设测量仪器,保证操作精度和操作安全。

(3)控制点易于保存,该点应是采集管道焊口地理坐标的基准点,同时也是业主代表对测量数据进行校核验证的基准点。

3.2外设控制点的测量

控制点的参数测量应至少以两个已知坐标点为参考点,如在山区或林区,该区域在管道作业带清理前不可通视或难以通视,现假设除中心点1和中心点2可以通视外,其他中心点在作业带清扫前都不能通视。为防止作业带清理过程中,将已知的中心桩点破坏,造成测量基准丢失,应将中心桩移位,然后在作业带外选取外设控制点,见图1。

首先选取能通视的两个基准中心点1和中心点 2,再在管道作业带外选取一个外设控制点1,使控制点1除满足上述条件外,能最大限度地观测管道中心线,能至少和中心点1和中心点2两个中的一个通视,现假设控制点 1和桩点2、3、4均通视,然后选取能和中心点5、6、7均通视的外设控制点2。为保证同时和多点通视,外设控制点常选在较高的位置。

以中心点2作为测站点,利用中心点1和中心点2的已知参数 (、y、Z)进行定向,然后对外设控制点1进行测量,将测量的结果储存记录。测量完外设控制点1后,将全站仪架设到外设控制点1,利用外设控制点1作为测站点,同时利用中心点2进行定向,然后测量外设控制点2的参数,并将其储存记录。用类似方法测量设定的其他外设控制点或测站点。

3.3外设控制点的测量校核

根据测量学原理,为保证测量精度,应对测量结果进行验证,验证最常用的方法就是测量闭合法。即将外设点的测量曲线终点和一个已知的基准点进行封闭重合,来验证两者的数据差别。如果误差在允许范围内,则说明测量准确,选择的外设参考点可靠。

在图1中,也可以以外设点2为测站,验证已知管道中心点4、5、6的坐标,如果误差在允许范围内,说明测量准确。

3.4引起测量误差的原因和减小误差的措施

测量误差一般是由于操作不当、测量环境恶劣、仪器精度误差、基准点参数不准、测站误差等引起的误差积累。

操作不当一般是由于操作员测量水平不高、责任心不强造成的。主要表现为在架设仪器整平 (或对中)过程中,没有使电子水准器精确整平,导致激光对点器与参考点没有对中;定向参考点的反光棱镜用手扶持,没有采用支架,或者采用支架而没有水准器,不能使支架处于完全垂直状态;输入参数时不细心,测量数据四舍五入,造成下次测量时参考源错误。

测量环境恶劣主要是高温、风天、阴雨天等。高温时由于空气上升引起波动,对光线传播有影响,多次测量造成误差积累和放大。

仪器本身误差多数是由于仪器超出有效使用期限,或仪器受到振动而损坏,造成精度不够。出现这种情况时,应立即将测量设备送到有资质的部门。

基准点参数错误是产生误差最主要的因素,最大误差可达到几十米,甚至超过1000m。出现这种情况时应进行复测,找出误差产生的原因,向业主或设计部门寻求帮助。在实际测量中发现,这种错误多数是在选择设计路线时,由于标记混淆造成交桩错误引起的。

测站误差是在两已知基准点不能通视的情况下,因测量仪倒向次数太多,从而造成数据误差积累。

3.5测量数据的传输

根据业主要求,在管道施工现场采集的数据应及时从全站仪中输出并上传到数据平台。数据传输到平台后,数据平台管理者会及时检查、对比,对有疑问的数据及时反馈到数据采集者,以便核实更正。

3.6管道数字化数据作用

在管道施工过程中,及时将数据上传到数据信息平台,可以起到信息查询、分析、监督等作用。及时将信息传人数据平台,一方面,可以将施工进度、质量、物资使用状况等信息传输到项目经理部,以供领导了解施工生产信息,及时作出调整决策;另一方面,数据传输到平台后数据管理者将这些信息汇集,生成图表、曲线等,并结合现场图像资料、声音、图片和动画等表示出管道建设的进展概况,并配语音、字幕等提示,直观、生动地展示管道建设各参与单位的情况,供所有管道参建单位共同监督和学习,以扬长避短,宣传先进,加快建设进程,提高管道建设质量。

3.7数字化管道记录的控制

在管道施工过程中,对管道数字化数据的采集和记录,应按照以下要求进行:

(1)对施工过程中形成的数字化记录,应及时做好收集、标识、编目、储存和保管工作,确保数据真实、准确。

(2)所有数字化管道记录的要求和表格应在开工前统一编制目录,并制成表格印发,工程技术主管人员应在工程进行中经常检查数字化记录的填写和保管情况。

(3)所有数字化管道记录应清晰,存放在适宜的条件下,防止损坏、变质和丢失。

(4)所有数字化管道记录的存放应便于查找,可随时提供给业主和监理检查,数字化管道记录应充分反映工程进展情况和数字化体系管理情况。

通过该工程的数字化管道建设工作,我们积累了相应的数字化管道施工管理经验、锻炼了施工队伍、提高了公司外闯市场的能力。今后,我们在施工中将继续发扬不怕困难、勇于创新的拼搏精神,并学习兄弟单位的好的管理经验,开展深入的研究,促进各方面管理再上新台阶。

作者简介:宋庆杰(1973-),男,河南商丘人,中原油田建设集团公司工程师,研究方向:项目管理。