摘　要：天然氣的快速發(fā)展為燃氣企業(yè)帶來了很大的發(fā)展機遇，而企業(yè)規(guī)模的擴大、生產(chǎn)安全要求的提高以及市場競爭的加劇，對燃氣企業(yè)生產(chǎn)運營工作也提出了更高的要求。通過信息化技術和手段，對現(xiàn)有燃氣網(wǎng)進行智能化升級和改造，以達到提高企業(yè)運營效率、保障企業(yè)運營安全的目的，是各個燃氣企業(yè)領導和專家的一致共識。智能燃氣網(wǎng)建設不是一個對原有體系推倒重建的過程，如何在燃氣企業(yè)現(xiàn)有設施基礎上，把先進的IT軟硬件技術如物聯(lián)網(wǎng)、云計算、智能終端等整合進來，實現(xiàn)生產(chǎn)運營過程管理的電子化、標準化、流程化、智能化，是本文重點探討的問題。

關鍵詞：智能燃氣網(wǎng)　物聯(lián)網(wǎng)　云計算　生產(chǎn)運營　安全管理

1　概述

1．1　燃氣企業(yè)運營管理面臨新的挑戰(zhàn)

十八大報告中，把“大力推進生態(tài)文明建設”提到了前所未有的高度，天然氣作為優(yōu)質廉價的綠色清潔能源，在我國必將得到進一步的高速發(fā)展，燃氣企業(yè)正面臨著前所未有的發(fā)展機遇。同時，隨著企業(yè)用戶數(shù)量持續(xù)增長、管網(wǎng)規(guī)?？焖贁U張，以及政府和社會對公共安全更高的要求，燃氣企業(yè)的生產(chǎn)運營工作也面臨著越來越嚴峻的挑戰(zhàn)。主要體現(xiàn)在以下幾點：

(1)城市環(huán)境的復雜，管網(wǎng)規(guī)模的擴大，使得燃氣管網(wǎng)面臨更加嚴重的安全威脅，管網(wǎng)腐蝕、第三方破壞等引起的燃氣泄漏事故時有發(fā)生，如何通過技術和管理手段，進一步提升管網(wǎng)本質安全，是燃氣企業(yè)需要重點關注的內容；

(2)在出現(xiàn)燃氣供氣不足或泄漏等應急情況時，燃氣企業(yè)原有的應急指揮體系由于信息化程度不高，對人的因素依賴大，已經(jīng)越來越難以滿足當前人們對事故事件處置自動診斷、小范圍影響、快速恢復的要求；

(3)上游供氣的不確定因素、公服用戶的增多、季節(jié)性用氣的不均勻，如何保障對用戶可靠、穩(wěn)定供氣對燃氣企業(yè)現(xiàn)有的燃氣輸配調度體系提出了更高的挑戰(zhàn)；

(4)激烈的市場競爭客觀上要求燃氣企業(yè)通過提高內部管理效率，降低綜合管理成本來增強自己的綜合競爭力。

1．2　智能燃氣網(wǎng)是燃氣企業(yè)發(fā)展的方向

為了應對這些挑戰(zhàn)，北京燃氣提出了“智能燃氣網(wǎng)”建設理念——通過把“物聯(lián)網(wǎng)”、“云計算”、位置服務、智能終端、商業(yè)智能等IT技術與專業(yè)燃氣業(yè)務相融合，在原有燃氣企業(yè)的信息化基礎上進行縱向應用深化以及橫向業(yè)務關聯(lián)，打破數(shù)據(jù)的孤立和流程的隔離，在統(tǒng)一的企業(yè)私有云服務基礎上，構建燃氣企業(yè)各類業(yè)務智能化應用以及頂層的決策分析平臺，促進燃氣企業(yè)通過信息化軟硬件建設全面提高燃氣企業(yè)綜合管理水平。

“智能燃氣網(wǎng)”本質上是通過技術革新和管理創(chuàng)新的方式，全面提高燃氣企業(yè)生產(chǎn)運營水平，降低燃氣企業(yè)綜合運營成本，它是技術和管理發(fā)展的內在要求，是燃氣企業(yè)發(fā)展韻必然方向。

1．3　智能化技術改造目標和內容

“智能燃氣網(wǎng)”涵蓋的內容非常廣泛，包含廣泛的物聯(lián)網(wǎng)感知體系，有線、無線、自組等多樣化的網(wǎng)絡通訊體系，基于共享數(shù)據(jù)中心的，能夠為全企業(yè)提供數(shù)據(jù)和業(yè)務服務的“企業(yè)私有云”體系，融合管網(wǎng)完整性管理、生產(chǎn)調度管理、應急指揮管理、客戶關系管理等核心業(yè)務的企業(yè)運營標準化體系，頂層應用數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘的決策分析體系等等。圖l是智能燃氣網(wǎng)建設總體架構。

要想在單獨一篇技術論文中，把“智能燃氣網(wǎng)”建設方案全部闡述清楚幾乎是不可能的，在本文中，將重點闡述燃氣企業(yè)如何在現(xiàn)有的管理和信息化基礎之上，通過技術改造和升級，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的融合、流程的統(tǒng)一以及各類智能化應用，為最終實現(xiàn)“智能燃氣網(wǎng)”打下一個堅實的基礎。具體內容包括：

(1)燃氣企業(yè)私有云——說明燃氣企業(yè)如何在現(xiàn)有數(shù)據(jù)基礎上，進行數(shù)據(jù)的融合和統(tǒng)一，為燃氣企業(yè)生產(chǎn)運營各類專業(yè)化應用提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和服務。

(2)綜合調度平臺——在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)和流程基礎上，通過信息的統(tǒng)·和流程的整合，搭建燃氣企業(yè)綜合調度平臺，為燃氣企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)、管網(wǎng)運行、應急搶修等核心業(yè)務提供全面的信息化支撐。

(3)智能化應用——在現(xiàn)有的數(shù)據(jù)和業(yè)務基礎上，增加各類專家模塊，為用戶提供智能化管理支持。

2　技術方案

2．1　企業(yè)私有云

隨著云汁算技術的發(fā)展，IT資源的應用和共享方式發(fā)生了巨大的變化。企業(yè)私有云為智能燃氣網(wǎng)數(shù)據(jù)集成與業(yè)務集成提供基礎性服務，它用來解決目前國內燃氣企業(yè)信息化中普遍存在的數(shù)據(jù)孤島和業(yè)務隔離現(xiàn)象，在燃氣企業(yè)信息化建設中，，GIS地理信息系統(tǒng)、SCADA生產(chǎn)與監(jiān)控建設、客戶關系系統(tǒng)以及其它業(yè)務系統(tǒng)都是逐步建設完成的，這造成了很多關聯(lián)數(shù)據(jù)和業(yè)務的相瓦隔離，不利于管理過程的流程化和精細化，并使得很多高級的智能化應用無法實現(xiàn)。在這里不討論和硬件相關的通用技術部分，企業(yè)私有云建設主要包括共享數(shù)據(jù)中心建設和云服務平臺建設。

2．1．1共享數(shù)據(jù)中心

智能燃氣網(wǎng)企業(yè)私有云建設首先要解決的問題是數(shù)據(jù)的集成。燃氣企業(yè)運營數(shù)據(jù)主要包括地理數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、管網(wǎng)完整性檔案數(shù)據(jù)、各類專業(yè)管理數(shù)據(jù)等，數(shù)據(jù)非常龐大，數(shù)據(jù)之間有著密切關聯(lián)。不同的數(shù)據(jù)存儲和訪問方式可能差別巨大，如GIS地理數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)，都有各自鮮明的專業(yè)特點。由于這些差距，智能燃氣網(wǎng)企業(yè)私有云有自己的行業(yè)特點，數(shù)據(jù)的集成并不需要把這些完全統(tǒng)一存儲起來，而是在多個數(shù)據(jù)中心基礎上構建一個邏輯上的共享數(shù)據(jù)中心，為用戶提供對象統(tǒng)一訪問服務。如圖2所示。

如何才能把不同種類的數(shù)據(jù)利用物理或者邏輯的方式集成起來?答案是通過統(tǒng)一的管網(wǎng)設備設施編碼，它同樣是智能燃氣網(wǎng)標準化建設體系里面的重要內容。北京燃氣集團從多年前就開始管網(wǎng)設備設施和物資體系的標準化工作，如存GIS地理信息系統(tǒng)里面就已經(jīng)采用了l5位的統(tǒng)一管網(wǎng)編碼，但大部分業(yè)務系統(tǒng)設備設施的編碼體系還不完全一致，需要轉換或者對照才能把這些業(yè)務數(shù)據(jù)關聯(lián)起來。圖3足數(shù)據(jù)從串聯(lián)到完全關聯(lián)的過程。

為了提高數(shù)據(jù)訪問和處理的效率，還需要把經(jīng)常訪問的對象數(shù)據(jù)緩存到企業(yè)私有云共享數(shù)據(jù)中心物理數(shù)據(jù)庫中。通過構建一個功能強大的數(shù)據(jù)交換平臺，利用管網(wǎng)對象統(tǒng)一編碼規(guī)則，可以完成各類數(shù)據(jù)的交換和同步工作。

2．1．2企業(yè)私有云服務

數(shù)據(jù)的集成最終是為了數(shù)據(jù)的有效利用和業(yè)務的集成，智能燃氣網(wǎng)企業(yè)私有云需要完成云計算PAAS層研發(fā)建設工作(IAAS層由于GIS數(shù)據(jù)和實時數(shù)據(jù)庫的相對獨立以及專業(yè)性，并不需要在硬件層面上完全虛擬化構建)，為業(yè)務系統(tǒng)提供各類標準化計算與服務，如圖4所示。

企業(yè)私有云提供的平臺服務主要包括：

安全認證服務——用戶必須通過安全認證，才能訪問授權數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)訪問安全；

對象實時數(shù)據(jù)訪問服務——為用戶提供對象的實時數(shù)據(jù)訪問服務，可訪問對象的當前實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，該服務主要是針對管網(wǎng)的各類節(jié)點如調壓站箱、計量儀表等；

對象位置數(shù)據(jù)訪問服務——為用戶提供對象的位置數(shù)據(jù)訪問服務，如對象的空間地理坐標，某個區(qū)域范同內的某類對象集合等；

對象檔案數(shù)據(jù)訪問服務——每個管理對象的靜態(tài)基礎數(shù)據(jù)和重要、業(yè)務數(shù)據(jù)都會統(tǒng)一入檔，可以通過該服務查看對象的完整的檔案數(shù)據(jù)；

組件注冊服務——用戶可以在平臺上發(fā)布注冊自己的自定義組件，供自己或不同系統(tǒng)調用；

組件訪問服務——用戶可以通過名稱或索引搜索可訪問組件并調用；

流程集成服務——系統(tǒng)提供標準的業(yè)務流程引擎，流程被注冊后可以跨系統(tǒng)調用不同的已注冊組件，實現(xiàn)基于SOA架構的業(yè)務集成；

數(shù)據(jù)交換服務——可通過數(shù)據(jù)交換服務，自動把子系統(tǒng)的基礎數(shù)據(jù)或業(yè)務數(shù)據(jù)與云平臺同步。

2．2　綜合調度平臺

企業(yè)私有云完成了數(shù)據(jù)的集成和服務的統(tǒng)一，如何把這些數(shù)據(jù)和服務有效的利用起來，為用戶提供各類專業(yè)化服務，才是系統(tǒng)建設的真正目的。燃氣企業(yè)在信息化建設過程巾，形成了各個獨立的系統(tǒng)如GIS／scADA／CRM／EAM等等，用戶要想完成某件事情，比如應急過程中需要查看某個調壓箱沒備的確切位置、當前實時數(shù)據(jù)、設備類型、維修保養(yǎng)歷史等等，往往要到多個系統(tǒng)才能實現(xiàn)，非常的小方便，而實際上，這些數(shù)據(jù)都是相互關聯(lián)的，對一個管網(wǎng)對象，用戶往往需要在同一個視圖界面中，完成對他們的查看和操作。而綜合調度平臺就是在企業(yè)私有云的基礎上，進一步完成對用戶視圖界面的集成，為用戶的各類專業(yè)化應用提供全面的支撐。

2．3　智能計算模塊

“智能燃氣網(wǎng)”通過企業(yè)私有云，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)和服務的集成，通過調度視窗，實現(xiàn)了界面和功能的集成。但要想實現(xiàn)真正的各類專業(yè)智能化應用，還需要對原有的很多業(yè)務進行智能化改造。“智能燃氣網(wǎng)”的智能化很大程度體現(xiàn)在諸多專業(yè)的智能計算模型上，通過凋用這些計算模塊，可以為生產(chǎn)作業(yè)、管網(wǎng)運行、應急指揮、技改大修計劃等核心業(yè)務提供智能化支持。以下對部分智能模塊進行說明。

2．3．1智能運行

燃氣安全事故事件的發(fā)生，有著一定的規(guī)律和特點，據(jù)統(tǒng)計，將近90％的燃氣事故事件都是由腐蝕泄漏和第三方破壞引起的。燃氣公司通過諸多的技術和管理手段來保障管網(wǎng)運營安全，其中，對管網(wǎng)進行巡檢運行，及時發(fā)現(xiàn)并處置管網(wǎng)異常，預防消除事故事件隱患，是各個燃氣企業(yè)普遍采用的方法。

對管網(wǎng)巡檢運行系統(tǒng)的智能化技術改造主要體現(xiàn)在利用GPS定位技術和嵌入式GIS技術動態(tài)記錄人員軌跡，利用語音輔助功能實時指引運行人員最優(yōu)行進路線，運行人員可以隨時查看管網(wǎng)設備各類數(shù)據(jù)。管理層通過對運行覆蓋率進行分析，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)運行盲區(qū)，改進管網(wǎng)運行計劃，全面提升管網(wǎng)運行工作效率和質量。

2．3．2智能輸配調度

智能輸配結合先進的自動控制技術、信息通信技術、分析決策技術，靈活配置資源進行輸配調度工作，實時監(jiān)測及調控管網(wǎng)運行狀況，保證城市燃氣管網(wǎng)正常運行；將SCADA系統(tǒng)與GIS地理信息系統(tǒng)相結合，準確顯示實際地理位置的管網(wǎng)壓力、流量等情況，對管網(wǎng)監(jiān)控更加真實、具體，實現(xiàn)管網(wǎng)輸配全景監(jiān)控。

在企業(yè)運營規(guī)則的指導下，根據(jù)約束條件運用各種優(yōu)化算法及模型，達到提高運行可靠性、節(jié)省運行費用等優(yōu)化目標，在管網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的狀態(tài)下實現(xiàn)企業(yè)運營的最優(yōu)化。例如：通過SCADA系統(tǒng)從遠程設備上獲取數(shù)據(jù)，動態(tài)模擬計算出管線的效率等參數(shù)，最后根據(jù)這些參數(shù)及預測的用氣量求解出運行方案，確定系統(tǒng)的運行方式、壓縮機及調節(jié)閥等的控制參數(shù)和各氣源的供氣量。

通過智能輸配模塊可對管網(wǎng)運行進行有效控制，當發(fā)生較大故障時，仍然能夠保障燃氣的正常供應；在局部遇到自然災害、突發(fā)性破壞時，也能夠盡量保證管網(wǎng)安全運行。

2．3．3智能故障診斷

在管網(wǎng)日常運行監(jiān)控過程中，通過SCADA系統(tǒng)提供的實時數(shù)據(jù)，對管網(wǎng)運行狀態(tài)進行在線整合、分析、計算，根據(jù)計算結果判斷當前運行狀況是否安全、穩(wěn)定，對疑似危險點進行預判，再根據(jù)分析結果是否可能發(fā)生故障，提前采取應對措施。例如：燃氣企業(yè)可以利用管網(wǎng)模型，對未來一段時間內的用氣趨勢做預測。假設在一個一周內某電廠的用氣模型里，到了某個節(jié)點，實際情況跟模型所預測的不符合，就意味著出了問題：可能是用戶用法發(fā)生了變化，也有可能是管道發(fā)生泄漏了。

故障診斷是一整套預警機制。一旦傳感器感應到異常的用氣情況變化——比如說管內壓力突然減小，故障診斷系統(tǒng)在接收到來自傳感器的數(shù)據(jù)之后就可以立刻報警，提示管理人員管網(wǎng)存在泄漏的可能性，使管道工人從繁復的日常排查中解放出來。

配合不同類型的傳感器，故障診斷也可以做出其他預警。一套能夠感知氣質環(huán)境的傳感器就可以做氣質預警，以檢測出在管道內化學物的位置和分布情況。

當管網(wǎng)發(fā)生故障時，故障診斷系統(tǒng)根據(jù)接收到的信息數(shù)據(jù)診斷故障設備、類型，排除誤報警情況；確定故障類型及設備后，通過分析計算向調度人員提供故障處理方案，輔助完成決策選擇；同時調動相關基礎平臺實時在線分析、評估，給出調整結果，平衡管網(wǎng)運行狀態(tài)，使管網(wǎng)運行在最佳狀態(tài)。

除了對管網(wǎng)壓力、流量數(shù)據(jù)分析之外，還對管網(wǎng)上的設備屬性參數(shù)進行記錄及保存，根據(jù)對設備的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析計算，判斷是否出現(xiàn)需要維修的情況，并根據(jù)維修記錄、事故頻率及類型制定維護計劃。

2．3．4多氣源供應優(yōu)化

“十二五”期間，北京將實現(xiàn)多氣源供應，將增加進口LNG和煤制天然氣，多氣源涉及氣源置換、供氣安全、氣源分配優(yōu)化調度等新課題。

智能燃氣網(wǎng)需要有對氣源配置進行優(yōu)化分析及自動調配的功能。

3　總結

以上重點介紹了燃氣企業(yè)如何來在現(xiàn)有的信息化基礎上進行智能化技術改造，主要包括形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)基礎，構建企業(yè)私有云，為用戶提供統(tǒng)一的綜合調度平臺，冉在這些基礎上搭建各類智能化應用模塊，為企業(yè)的生產(chǎn)運營、應急指揮、輸配調度等提供全面的史撐。

智能化技術改造方案包含很多技術和管理思路的突破，主要有以下幾點：

(1)創(chuàng)新性把企業(yè)私有云技術應用到燃氣企業(yè)信息化過程當中，對如何基于管網(wǎng)對象統(tǒng)一編碼構建燃氣企業(yè)共享數(shù)據(jù)中心提出了具體可行的思路；

(2)對如何在企業(yè)私有云基礎上，搭建燃氣企業(yè)統(tǒng)一的綜合調度平臺提出了技術改造方案，徹底解決原有多個系統(tǒng)需要分別登陸，數(shù)據(jù)不統(tǒng)一，功能分散的弊端；

(3)對專業(yè)化模塊如何集成到綜合平臺中進行了說明，解決原有的專業(yè)系統(tǒng)往往是孤立系統(tǒng)，無法在具體應用中發(fā)揮更大作用的缺點；

(4)智能運行、智能輸配等智能化模塊，對具體專業(yè)管理領域內的智能化技術改造提出了詳細的方案，具有很強的理論和實踐意義。

燃氣企業(yè)智能化技術改造不但是技術的革新，由于流程的集成和管理的精細化，它還是一個管理的革新，在建設和實施過程中，涉及大量工作人員職能的提升和工作方法的改進，這個是尤為需要重視的。