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                                        数字孪生技术筑牢化工公共管廊安全运维防线

                                        来源:上海经信委  撰稿人:  发布时间:2022年09月02日 浏览:
                                        摘要:

                                         制造业是数字化转型的主战场,更是上海构筑未来发展战略优势的重要支撑。市第十二次党代会明确提出,要推动制造业与服务业融合发展,产业数字化与数字产业化协同发展、工业互联网与消费互联网贯通发展。

                                          制造业是数字化转型的主战场,更是上海构筑未来发展战略优势的重要支撑。市第十二次党代会明确提出,要推动制造业与服务业融合发展,产业数字化与数字产业化协同发展、工业互联网与消费互联网贯通发展。为贯彻落实市第十二次党代会精神,加快构建现代化经济体系,积极应对新冠疫情带来的新挑战、新机遇,配合《上海市制造业数字化转型实施方案》发布,特推出“工赋引擎”专栏,精选展示《工赋引擎:上海市工业互联网创新发展实践案例集》中制造业数字化转型优秀案例,积极发挥标杆示范的引领带动作用,全力促进我市制造业数字化转型革新与重塑发展。

                                          公共管廊是化工园区特有的公用基础配套设施,通过公共管廊,气液物料得以在各企业之间、工厂与码头之间便捷、高效地流动,公共管廊也被世界先进化工园区普遍采用。然而,在发挥公共管廊高效、经济等优势的同时,如何确保公共管廊长期安全可靠地运行,也成为决定化工园区能否安全、可持续发展的关键问题。由于公共管廊管理上具有布局的开放性、物料的多样性和危险性、边生产边施工的特殊性、管理的复杂性、设施的重要性等特点,伴随化工园区管道数量的不断增加,由此产生的运维风险决定了公共管廊在管理上存在一定难度。管廊管道安全状况不仅直接关系到相关企业的正常运行,更关系到社会稳定和经济发展。因此,构建智慧化管理服务系统,提高化工园区公共管廊管理水平,显得尤为迫切。

                                          上海化学工业区公共管廊有限公司成立于2003年4月3日,是全国首家提供专业化公共管廊服务的公司,主营业务是向化工区内用户提供输送油、气和化学品的管廊服务。公司基于多年的数字化探索与实践,打造了以数字孪生为基础的公共管廊智能服务云系统。系统结合GIS平台的能力和数据、完整性管理技术、云计算和大数据分析等技术,形成“智慧管廊集成服务+数据融合分析+云平台”的智慧管廊架构与服务体系。公司借助该系统成功地预防和减少管廊事故发生,经济合理地保障管廊的安全运行,实现管廊内部的跨部门业务协同。

                                          以“112”为核心,让化工区“大动脉”更通畅

                                          上海化学工业区公共管廊有限公司基于数字孪生的公共管廊智能服务云系统,可以总结成“112”,即一个具有数字孪生的智慧管廊、一个智慧管廊服务云平台以及智慧管廊大数据分析系统和智慧管廊运维服务系统。同时,系统以“112”为核心,不断进行以“一个云,全方位数据”为目标的数据采集和建设。

                                          基于数字孪生的公共管廊智能服务云系统通过建立物理公共管廊数字孪生模型,使主要的业务部门围绕统一的数据应用模型,开展业务流程工作及其优化工作;通过基于数字孪生的大数据智能分析模型,对化工园区管廊进行前中后全流程的数据管理与应用,实现化工园区管廊的远程安全监控、风险区域识别、健康状况检测和风险预警能力;通过云平台的智能应用微服务组件管理,帮助公共管廊公司把标准化的管廊服务体系和管廊智能服务微应用相结合,实现跨企业、跨地域的扩展;通过统一的管廊智能服务一张“脸”,为内部用户和外部客户提供统一的服务界面,对内通过基于位置的移动服务和数据智能技术,实现围绕公共管廊安全和服务的跨部门的协作,对外赋能产业集群用户实时了解自己管道的运行状态、施工状况、监控视频及传感器状态等,为他们提供了统一的自服务窗口和协同安全管理的互动渠道。在数据采集层,通过集成物联网技术、传感器技术、人工智能、机器人技术、图像识别技术等先进技术实现管廊管道数据从点到线到面的全方位集成。在数据处理上,从事前数据预测到事中处理再到事后控制,并反馈数据至系统实现数据处理的闭环和优化。

                                          分层架构功能建设,保障管廊全场景安全运维

                                          基于数字孪生的公共管廊智能服务云系统可以简单总结成“一张脸、一个脑和一颗心”。其中,“一张脸”指的是智慧管廊运维服务系统,“一个脑”指的是智慧管廊大数据分析系统,“一颗心”指的是智慧管廊服务云平台。

                                          在总体架构基础上,演化出化工公共管廊的分层架构:

                                          边缘层由各类传感器、检测器、机器人等终端组成,主要有管道应力检测、管道测厚、气体检测、公共管廊智能巡检机器人、智能摄像头等终端,实现实时采集管道数据、气体数据、天气数据、图像信息、空间位置信息。

                                          数据采集层负责接收各类终端数据,并为其他系统提供接口访问。在边缘层之上抽离数据采集层,实现与边缘层的数据交互,实时接收边缘层上传的数据,以及下发到业务层的指令,实现数据采集与指令下发的复用性,如应力采集系统、测厚系统、智能摄像头图像采集。

                                          数据存储层由实时数据库、缓存数据库等组成,形成了以MySQL、SQLserver为持久化存储的核心、Redis为缓存核心的数据存储系统,同时基于智慧管廊大数据分析系统形成了统一数据模型库、核心数据基础库、业务数据库、GIS数据库、智能算法库。

                                          数据融合层以大数据融合分析处理为核心,实现各业务系统数据流转无缝连接,以及为数据处理分析提供共性数据的支撑。基于此目的开发了智慧管廊大数据分析系统,对各业务系统的数据进行采集和存储,对数据进行预处理,实现数据的标准化,并实现了数据的分析建模,为公司的数据可视化提供基础。

                                          业务层承担各业务系统的管理功能,有商务服务、工程服务、运行服务、HSE服务、研发服务、管理服务。此层作为直接面向用户使用的层级,与业务紧密相关,同时经常会用到其他服务的数据。通过数据融合层可以规范业务层的数据录入,解决数据的流转等问题。

                                          数据智能技术创新,赋能行业体系构建

                                          在项目建设过程中,数据智能技术得到创新应用,包括管道碰撞分析、数据驱动风险分析和基于多米诺事故的应急辅助决策。

                                          公司借助两化融合和数据智能技术,通过基于数字孪生的公共管廊智能服务云系统的构建,围绕公共管廊公司持续提升安全管理和服务质量的可持续竞争力,形成了基于“数字孪生模型”的数据智能,实现了管理方式由被动响应式向主动预测式转变;由依赖人工的被动安全管理向基于数据智能的预测、预警和预案的精细化管理方式转变,实现了客户服务由业务协同驱动向产业集群持续互动的方式转变。

                                          公司多年来通过1+1+1安全管理保障体系有效地保障了化工园区的管道的安全运行,所积累的先进经验通过国家标准GB/T 36762-2018《化工园区公共管廊管理规程》向全国化工园区推广,为其他化工园区管廊的安全管理提供明确、可适用的参照依据,提高化工园区在危险化学品安全输送、风险防控和科学管理方面的能力。公司通过构建基于数字孪生的公共管廊智能服务云系统,使先进的管理体系和服务能力实现跨企业、跨地域的扩展,同时基于多租户架构可以方便地满足不同企业的定制化需求,快速地把智慧管廊服务体系扩展到上海及全国其他地方,起到引领和示范作用。

                                          同时,基于数字孪生的公共管廊智能服务云系统有力地支持了公司可持续竞争优势及相关指标的实现。基于数字孪生的公共管廊智能服务云系统成功地预防和减少管廊事故发生,经济合理地保障管廊的安全运行,实现管廊内部的跨部门业务协同,实现巡检效率提升10%,百万工时伤害率小于0.8,提升客户满意度到98%以上,新增客户16家(截至2021年10月)。基于公司的管廊管理服务体系成功地发布了国家标准,使得化工园区公共管廊公司的管理和综合服务能力位列国内领先水平,同时成功输出管理经验,引领整个行业提升管理和服务水平。

                                          素材来源:《工赋引擎:上海市工业互联网创新发展实践案例集》第一篇 场景应用篇 案例15 《数字双胞胎技术加持保障化工公共管廊安全运维》

                                        责任编辑:褚赞赞
                                        分享文章到:
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