广州燃气集团数智化生产运营体系的实践探索.pdf

55广州燃气集团数智化生产运营体系的实践探索罗天杰 赖文福 何焱辉 喻大明(广州燃气集团有限公司)【摘要】中国城镇燃气行业历经多年的发展，燃气安全已成为城市安全生命线的重要组成部分。广州燃气集团通过建设数智化生产运营体系，积极探索与数字化、智能化要素深度融合的城镇燃气行业生产运营解决方案，实现高效协同的数字化管理、动态全面的可视化展现、科学准确的智能化决策，从而提高运营管控智能化和精细化水平，用数智赋能提升广州“新城建”和“智慧燃气”建设水平。【关键词】新城建；智慧燃气；BIM；人工智能【中图分类号】TU996 【文献标识码】AExploration of the Integrated Digitalized and Intelligent Production and Operation System in Guangzhou Gas GroupLUO Tianjie，LAI Wenfu，HE Yanhui，YU Daming(Guangzhou Gas Group Co.,Ltd.)【Abstract】After years of development,the safety of gas in urban areas has become an important part of“Urban Safety Lifelines”in China.Guangzhou Gas Group has actively explored solutions for the production and operation of urban gas industry that integrate deeply with digital and intelligent elements,by building a digital and intelligent production and operation system.This system enables efficient and coordinated digital management,dynamic and comprehensive visual representation,scientific and accurate intelligent decision-making,thereby improving the intelligence and precision of operational control.By empowering gas safety with digital and intelligent technology,the level of construction for New Urbanization and Smart Gas in Guangzhou is expected to be improved.【Keywords】New Urbanization；Smart Gas；BIM；AI收稿日期：2023-07-14作者简介：罗天杰，男，工学硕士，系统分析师，主要从事企业信息化建设工作。随着信息技术的不断发展，通过运用数字化、智能化手段，能有效应对在能源革命不断深化和城镇燃气规模不断扩大的背景下，由于燃气业务和管网的发展与社会对燃气安全的高度关切，以及海量燃气业务数据与传统管理模式形成的矛盾，为城市进一步提升安全和智能化管理水平做出贡献。广州燃气集团积极推动科学技术创新落地，将云计算、大数据、AI、物联网、BIM 等技术与燃气业务深度融合，通过数字化提升燃气供应链、业务链各环节管理水平，建设数字化生产运营体系，为广州“新城建”和广州燃气“智慧燃气”建设赋能，实现“保安全、强服务、暖民心”的使命。本文主要介绍以生产运营综合管理平台为核心，在场站侧、管网侧、用户侧等环节采用的数智化新技术、新措施和新做法，秉持“技术保安全”理念，以取得了较好的安全、经济与社会效益，为“新城建”及城燃企业建设提供数字化转型升级的参考。1.建设背景广州燃气集团有限公司（以下简称“广州燃气”）成立于 1983 年，原名广州市煤气公司，前身是 1975 年成立的广州市煤气工程筹建处，2009 年划归广州发展集团成为其属下全资子公司。以城市燃气经营为主体，致力于打造自主掌控的气源采购、储存运输、终端销售、延伸服务一体化“新城建”市政基础设施篇56天然气全产业链，统筹广州市高压管网建设和上游气源采购，下游天然气输配及分销，上游资源目前已形成广东大鹏进口 LNG、自主采购进口 LNG、西气东输二线等多路稳定气源形成了自主掌控的多气源供应体系。中游储运建设广州LNG 应急调峰气源站项目及配套管线，建成后年周转量可达 100 万吨以上，可将广州市天然气应急保障提升至 10 天以上。下游终端加快广州市天然气利用工程四期工程建设，建成后年供气总规模达 83.86 亿立方米，通过大力发展智慧燃气，已在广州市投放物联网智能燃气表超 182 万台，广州已成为全国率先实现物联网智能表规模化普及应用覆盖率最广的智慧燃气城市。随着城镇化和燃气普及使用的不断发展，燃气的需求正不断增大1，配套的燃气管网建设和运营管理进一步扩大，由于燃气易爆、易燃以及有毒等特点，分批逐年建设的新老管网等燃气设施规模庞大且错综复杂，对于城燃企业生产运营的安全管理要求越来越高2。根据近年全国燃气事故分析报告3，2022 年国内（不含港澳台）发生了 802 起事故，造成 66 人死亡，487 人受伤，近三年事故数量如图 1 所示。其中近年如宁夏银川富洋烧烤店“6 21”特别重大燃气爆炸事故4、湖北十堰市“6 13”重大燃气爆炸事故5等，事故死伤惨重令人痛心，促人反思。为了切实维护城市燃气安全生命线，城燃企业深入开展燃气安全排查专项行动6，特别是老旧管网、老旧设备等的隐患整改、升级替换，不断加强现代信息化的建设工作，通过加装各式自动检测和安全防护设施，建设相关管理系统提高运营管理能力。由于建设主线不明晰、建设时期不同步等原因，使得在一些业务部署的设备虽然使用配套的系统平台，但配套平台往往仅能为自身服务，其数据来源单一、管理面狭小，无法与其他运营数据互通，逐渐形成一个个数据孤岛7；这些配套平台虽然能支持设备的日常使用，却忽视了系统平台的功能优化和更新迭代，无法为城燃企业在整体运营管理、安全风险管控、领导决策辅助等方面提供全面有效的支持8，这是企业信息化建设初期普遍存在的现象。广州燃气致力于建设“智慧燃气”，为“城市生命线”打造“看得见”“管的住”的安全，通过大力投资基础设施建设以及老旧基础设施智能化改造，以安全运行、高效运营、服务用户为核心思想，以降本增效、创造价值为核心目标，建设起了以生产运营综合管理平台为核心，全方位覆盖场站、管网以及用户终端的包括管网规划设计、工程施工、管网输配、设备抢维修、管网改造、管网管理、运行监控、企业综合运营等全生命周期、全业务闭环的数智化生产运营体系。通过对生产运营各个关键业务环节的信息化管理和综合集成，实现高效协同的数字化管理、动态全面的可视化展现、科学准确的智能化决策，从而提高运营管控智能化和精细化水平。2.建设亮点广州燃气数智化生产运营体系建设以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的二十大精神、网络强国、数字中国、“双碳”目标等建设要求，基于“强后台、大中台、微应用”的建设思路，充分应用云计算、大数据、图 1 近三年季度燃气事故伤亡数量分布图 2 广州燃气数智化生产运营体系架构图“新城建”市政基础设施篇57物联网、人工智能、5G 等新兴技术，以生产运营综合管理平台为核心，构建全方位、全覆盖、全流程场站侧、管网侧、用户侧生产运营长效机制，架构如图 2 所示。其中开展了一系列数智化项目的探索与建设，如场站侧的智能巡检机器人、基于 BIM 的场站建设数字化交付以及基于 AI 的智能监控等；管网侧的基于大数据的管网安全评估、北斗高精度燃气泄露检测以及智能无人机巡检等；用户侧的基于物联网的智能燃气表以及智慧码应用等。实现了智能终端、泄露和压力监测、无人机等与燃气生产运营管理的深度融合，对燃气供需状况、设施实时动态、安全状态等应用场景的全流程监测，为燃气决策提供支撑，实现燃气“一网统管”；通过场景化数据建模、分析和价值挖掘能力，形成统一的全量数据和数据底座，实现数据价值挖掘和共享，从而实现联动协同治理；不断融合和联动整合新技术、新系统，通过终端的智能化，打通政府、企业、研究机构等内外部数据，实现运营、维护、调度、应急指挥、施工作业等的智慧化集成。2.1 生产运营中心生产运营综合管理平台，以 GIS 技术平台为支撑，融合打通 SCADA、客户服务、工程管理以及生产运营相关的生产调度应急管理系统、燃气管网巡检系统、生产设备设施运维管理系统、生产作业管理系统、燃气精准定位服务管理系统、视频监控等业务系统之间的数据通道，建成一体化的综合信息化管理平台，实现各系统的数据共享和数据统一管理与发布。综合管理驾驶舱系统，亦是大屏可视化分析决策系统，如图 3 所示，通过融合各个业务领域数据，深入开展数据分析挖掘，搭建起生产运营大数据可视化集成的展现与分析决策平台。该系统对生产运营全业务、全要素的海量数据在不断追求高广度、高精准度以及高精细化程度的数据建模与融合分析，为日常生产运营的各要素、资源、事件的科学管理及重要事件的高效指挥与决策，提供关键的信息支撑。燃气管网巡检系统，如图 4 所示，以 GIS 系统为基础底图结合北斗精准定位系统，具备巡检计划管理、缺陷管理、施工管理、考勤管理等功能，实现了巡检任务精细化的区域与线路规划，能对巡检人员及车辆的实时定位和历史轨迹查询，从而更科学有效开展缺陷以及第三方施工工地管理，保障管网运行的安全。生产调度应急管理系统，如图 5 所示，基于应急预案管理和 GIS，结合管网巡检系统等联动消息上报与实际应急情况调用相应的应急预案，从上报的疑似燃气泄露位置图 3 大屏可视化平台图 5 生产调度应急管理系统监控中心图 4 燃气管网巡检系统“新城建”市政基础设施篇58通过爆管分析自动形成关阀方案和受影响片区及用户清单，一键生成并多渠道推送处置方案、调度指令等关键应急信息到最合适的抢险队和相关上级领导，将能根据联动的泄露监测数据、缺陷信息自动生成应急工单并结合应急资源即刻派单出发抢险，实现生产调度的自动化管理和应急抢修的快速响应。生产设备设施运维管理系统，如图 6 所示，具备从设备到货安装、调试、验收、移交、投产、维护保养、维修消缺、技改/更换到报废等的全生命周期管理能力，通过多途径检测设备的运行状况，记录设备维修情况，确保设备的稳定运行，降低设备故障带来的风险。2.2 场站侧（1）基于 BIM 的场站建设数字化交付广州 LNG 应急调峰气源站项目是广州燃气集团为落实国家天然气保障要求的重大民生项目，是广州市重点建设项目。传统的大型石化燃气项目通常存在建设周期长、建设流程和现场环境复杂以及风险源种类多等难点，该项目通过基于 BIM 的数字化交付的现代化手段，创新开发建设了基于BIM 可视化的工程管理平台“数字化建设工程管理平台”，如图 7 所示。该系统为项目的工程数据集成管理、数据交付标准制定、二三维联动展示、交付运维一体化等提供可靠、扎实的基础，为建设运维提供实时且便利的信息获取渠道。同时，可为调试检修、安全审查、管网调峰等提供重要依据，有效提高工程数据使用的合理性、降低运营失误的概率、降低设备与备品备件的损耗，成为广州市重点建设项目中，各参建方一体化数字化交付功能的技术和应用中心，提高 LNG 气源站运营的安全性和可靠性。（2）智能巡检机器人天然气场站是天然气输配系统的关键节点，肩负着承接上游来气和供下游市区用气的责任，直接影响国家的能源安全和市民的生产生活。为了保障其生产安全，避免“跑冒滴漏”等情况，场站班组需要周期性使用如肥皂水等对站内设备的易漏点进行检漏工作，但这种传统大量依靠人工“望、闻、问、切”的判断方式，存在巡检质量低、判断方式单一、劳动强度大、恶劣环境工作成本高等问题，整体效率偏低，生产安全无法得到全面保障。通过建设智能巡检机器人系统，如图 8 所示，其具备自主导航、自动读表、测温分析、泄露检测、异常报警、无人值守等功能，从而协助甚至替代场站人员进入场站重点区域开展日常巡检任务，提升了日常巡检的效率，降低了人员的工作强度；在异常情况下能立即发出报警与运营中心联动，实时回传现场各项环境和视频数图 6 生产设备设施运维管理系统图 7 数字化 BIM 管理系统图 8 机器人参与应急演练“新城建”市政基础设施篇59据，供应急处置部门有更直观的现场判断依据，有力保障了场站员工的生命安全，提升了现场应急处置协同能力以及响应速度。（3）基于 AI 的智能监控从场站到管网的运行检测和安全监管目前仍保持在 7 24 小时驻场值守，外加人工巡检的模式，随着社会对燃气安全要求的提高以及视频技术的不断发展，视频终端呈现多平台、多模式、广部署的态势，使得传统的人工监控难以满足全覆盖、高频次的监管要求，受制于人的精力与经验亦无法保证能对每一个视频中暴露的异常情况，做出准确、及时地判断、定位和处置。因此通过建设基于 AI 的视频监控平台，如图 9 所示，实现全域视频的统一纳管，无论是场站、管网、施工现场、无人机上的固定或移动的视频终端，提供标准、统一的接入配置和管理服务；通过统一、开放的人工智能模型管理，为每一个视频终端赋予更高效、智能的采集和识别能力，提供仪表读数采集、行为检测、物品管控、烟火检测等功能；构筑强云、边、端协同能力，为不同品牌、不同性能、不同接入方式的视频终端，按需提供最优的 AI赋能支持，提升燃气安全的视频监控管理水平。2.3 管网侧（1）基于大数据的管网安全评估广州燃气管理有埋地中压管网 6300 余公里，盘立管7600 余公里，管网规模庞大，可安排的检测活动有限，传统数据支撑的水平低，纵有海量数据却没有得到有效联动和使用，且城市环境复杂，外部信息没有得到充分应用以指导管网巡检。通过建设基于大数据的管网安全评估系统，如图10 所示，以数据驱动创建网格安全监管应用模型，对城市管网所在区域风险进行科学评估，全面掌控区域风险态势，为安全生产计划的编排、检测单位的检测和防腐设计、应急人员对风险点的快速定位以及运行人员重点区域巡视等，提供了科学评判依据和支撑。（2）北斗高精准燃气泄露检测广州燃气管理的管道当中超 20 年的老旧管网达 2800余公里，占总体管网约 20%，随着时间的推移，老旧管线的安全隐患将日益凸显，早期泄露检测采用“点-线”结合的巡检方式，对车行线路上的管道进行甲烷浓度 PPM 级别（十万分之一）检测，需要人工二次复核泄露状况，管网整图 9 AI 智能识别与多场景接入与采集图 10 管网安全评估系统图 11 北斗高精准泄露检测系统图 12 智能无人机巡检系统“新城建”市政基础设施篇60体的健康情况无法直观呈现，检测深度和广度无法满足现时“点-线-面”的安全需求。通过建设北斗高精准泄露检测系统，如图 11 所示。通过提升系统检测精度到 PPB（十亿分之一）级别，实现快速准确地小微泄露检测；通过对甲烷和乙烷的双激光分析，有利于减少因沼气引起的误报干扰，减少无效的人工复测工作；结合 10 厘米级北斗高精度定位和泄露检测算法，可将历史检测数据进行叠加分析，自动生成泄露风险云图、检测报告等，为提升燃气管网的安全运营管理水平提供了坚实、可靠的数据支撑。（3）智能无人机巡检广州燃气管理有高压管网 400 余公里，管网建设时间长，分布广，存在由于自然地质灾害损坏、第三方人为破坏、长服役年限产生的力学性能下降以及内外壁腐蚀问题，有约 20%的管道途经河流、山脉、沟壑等严酷复杂地形，使得人工巡线的安全及管理成本颇高。通过建设智能无人机巡检系统，如图 12 所示，无人机搭载可见光和红外双光吊舱，能高效地完成全天候、全时段大范围常规巡检；利用任务吊舱可实时采集并回传管网周遭环境信息，异常情况可及时发现、提醒以及现场取证，能精准识别管道第三方破坏、泄露等异常情况；发生紧急情况时，能派遣无人机先行及时进入复杂环境，对存在的安全隐患或抢险作业提供空中监控支持，为决策制定提供有效支撑。2.4 终端侧（1）基于物联网的智能燃气表广州燃气截止 2023 年 5 月已累计在广州投入物联网表182 万只，物联网智能覆盖率超 80%，使广州成为全球首个百万级物联网智能表规模化普及应用，覆盖率最广的智慧燃气城市。通过基于 NB-IoT 网络广覆盖、大连接、高可靠、低功耗等的优势，使得数据能在线回传和提示预警功能，有效提升抄表效率和安全性。为了进一步落实本质安全保障，降低户内燃气泄露安全隐患，广州燃气通过研究户内燃气小泄露和过流泄露等燃气事故异常工况模型，研制并逐步推广了带安全监控功能的物联网智能燃气表9，如图 13 所示，实现了异常大流量泄露关阀并告警、超长时间用气告警并关阀、连续多天不用气关阀并告警在内的 7 项监控功能，在年初的 4 个月时间里，共发现了 20 单大流量泄露，燃气表自动发出告警并关闭阀门，避免危险事件发生；以及 170 余单微小流量泄露隐患，均得到及时的隐患处置避免状况升级。通过大力推广安全燃气表，以“让百姓零次跑，让数据跑起来”的理念提高用户的燃气服务体验，同时提高户内燃气安全监控水平，切实保障人民的人身财产安全。（2）智慧码应用根据城镇燃气管理条例10等相关法律法规，燃气需定期入户进行安全工作，广州燃气创新打造“智慧码”数字化运营服务体系，如图 14 所示，取代传统入户安检需制图 13 I 代物联网智能燃气表和带安全监控功能的 II 代表图 14 智慧码在安检中的运用“新城建”市政基础设施篇61作的纸质登记卡，以码为依托实现“一物一码”，员工、客户及监督机构扫码便可按权按需获取安检入户登记情况，建立设备生命周期画像，设备健康状况即刻了解，增强数据资产运营管理能力，以码为桥联通“用户末梢”，客户扫码动态获取抄表安检、缴费充值、停气通知、维修上门等智能推荐服务，提升客户服务水平。3.建设成效广州燃气集团通过建设数智化的生产运营体系，实现了燃气信息集成化、全生命周期数字化、可视化以及决策支撑智能化。在“一张图”的综合运营平台系统上直观了解全域的生产运营相关信息，从门站到终端用户的燃气信息全生命周期信息可追溯，发生异常情况快速定位并提供科学、有效的应急预案，从而在以下方面取得新进展：3.1 安全效益作为保障民生的公共事业企业，在为用户提供安全、稳定用气的投入上，是不计成本，不计得失的。广州燃气年投入超千万改造户内受腐蚀管道、有序推进内立管整体外迁；年投入超亿元改造地下管网，近 6 年累计更新 529 公里；服务热线 96833 全年无休、全天 24 小时服务社会，成立 22 年来已累计接听电话 1500 万余通，年人均接电逾 2 万通，为市民提供燃气开通、业务查询办理、咨询答疑等服务，处理及时率为 100%；配备 14 个抢险队分布在广州各区全天候值守待命，开设 24 小时抢险专用电话 85515920，收到抢险指令后不分昼夜迅速出车，快速到达抢险现场抢险。通过生产运营体系的数智化改造升级，从计划、实施、检查与处理全链条实现安全闭环管理提升，用数智化建设反哺完善安全管理体系，异常及时预警快速响应。3.2 经济效益广州燃气致力建设“智慧燃气”，通过研发生产并大力推广物联网智能燃气表，近 7 年燃气表投入数超 182 万只，覆盖率超 80%，如图 16 所示，得益于表具的无线数据回传、提示预警等功能，对于 220 万客户而言免受了人工入户抄表的打扰，对于一线外勤人员而言能将更多的时间服务于有需要的客户，开展其他更有价值的业务，从而提高了人员利用率，同时减少了人工传递、数据校对时的工作量及中间可能产生的人工误差，提高了数据质量与人力资源效率。其次，通过优化管网巡检计划、设备维修计划，深入应用智能调压技术，优化管网运行方式、运行参数以及调度指挥，配合相图 15 抢险队 24 小时值守与送气下乡图 16 物联网智能燃气表投入数与覆盖率图 17 近 6 年客户总体满意度“新城建”市政基础设施篇62应的改扩建工作，有效地减少管网的漏损、爆管事故，减少每年约 10 万方气损。3.3 社会效益通过有效的设备维护以及备品备件的管理，避免设备运行故障、减少故障次数，使故障率降低 8%，减少了大修次数，延长设备生命周期，提高设备重复利用率 15%以上，为实现“双碳”目标做出贡献。通过与生产运营管理理论及“云、大、物、移、智”等信息化技术的结合，有力地促进广州市燃气安全管理水平的提高，使管理方式由人工经验型向科学智能型转变。经第三方社情民意调查，如图 17 所示，燃气集团客户满意度屡创新高，年均受表扬 1000 余宗，为促进社会稳定、保障和谐社会建设做出贡献。4.未来展望广州燃气将继续深化数智化生产运营体系建设，不断夯实广州燃气安全管理根基。探索管网管理智慧化，深化GIS 系统、SCADA 系统以及管网仿真系统的结合运用，为气源调配提供智慧化支撑；探索抢险维修智慧化，进一步运用 BIM 等系列三维可视化展示技术，将更广域、多维、异构的数据汇聚到管网、调度、安全、物资一张图上，提高生产运营效率，提升监测预警能力，降低安全管理风险；探索跨行业安全服务实施，通过引入更多的社会安全领域相关方，充分利用数据赋能，用广燃生产运营安全管理经验，打造跨界的安全生态治理服务平台。5.结语为了保障燃气安全稳定供应，广州燃气集团全力以赴不断强化安全建设，积极响应双碳目标，坚持新发展理念，利用“云大物移智”等新兴技术开展科技创新，深入推进广州“新城建”与广燃“智慧燃气”建设，通过建设数智化的生产运营体系，将数字化要素融入生产运营的各个领域，从供应链的场站、管网到终端全链条，从规划、施工、输配、调度、监控等全流程全生命周期，用数智赋能打造城市燃气安全运营高水平的管理体系，广州燃气将继续奋力探索“智慧燃气”，在增进民生福祉的道路上笃行致远，坚定不移走高质量发展之路。【参考文献】1 国家能源局.中国天然气发展报告.EB/OL.（2022-02）2023-07-11.http:/ 广东省人民政府办公厅.广东省人民政府办公厅关于印发广东省能源发展“十四五”规划的通知 EB/OL.（2022-04）2023-07-11.http:/ 中国城市燃气协会安全管理工作委员会.全国燃气事故分析报告：2022 年 全年综述 J.中国燃气安全,2023(2):46-66.4 银川市人民政府.银川烧烤店爆炸事故造成 38 人伤亡，其 中 31 人 经 抢 救 无 效 死 亡.EB/OL.（2023-06）2023-07-11.https:/ 房县人民政府.县安委办关于切实汲取事故教训立即组织开展燃气安全专项整治的紧急通知.EB/OL.（2022-09）2023-07-11.http:/ 广东省应急管理厅.广东各地排查不停歇，拧紧燃气“安全阀”.EB/OL.（2022-06）2023-07-11.http:/ 李嘉宇,张靖,唐诚等.“双碳”目标下中国城市燃气企业转型升级的探索与实践 J.天然气工业,2022,42(11):124-131.8 朱远星,彭知军,李超等.城镇燃气企业数字化规划方法探讨 J.城市燃气,2021(11):9-14.9 严朝聚,许俊城,钭伟明.浅谈带安全监控功能的物联网燃气表的应用 J.城市燃气,2023(1):9-13.10 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