智慧管网总体架构与发展策略思考
税碧垣
中国石油管道科技研究中心·油气管道输送安全国家工程实验室
摘要：为了进一步提升管道行业对智能化发展的认识和理解，调研分析了国内外智慧行业发展现状及趋势，收集了国外智能管道相关应用案例，总结了中国智慧管网建设已开展工作成果及中俄东线智能管道工程实践做法。国内外智慧行业（包括智慧管网）建设总体上均处于发展的初级阶段，发展方向主要集中在物联网、数字孪生、机器人、设备智能诊断、工业互联网平台应用等方面，同时提出了数据统一、系统集成以及标准化发展的总体思路。基于此，提出了智慧管网建设系统全面且具有工程可操作性的总体解决方案：基于业务维度、智慧维度、能力维度构建了智慧管网总体架构，并明确了各维度具体内容，以结果为导向建立了智慧管网能力成熟度评价的基本模型。依据“由简到难、由点到面、由局部到整体”的原则，提出了“智能化、智慧化、平台化”三大阶段逐步递进的智慧管网发展路线图。最后，对当前智慧管网建设中存在的问题进行了深入分析，提出了有针对性的发展策略。
关键词：智慧管网；智慧行业；总体架构；成熟度模型；发展路线图；问题与策略
年12月29日，国家发改委、国家能源局印发《能源生产和消费革命战略（—）》，提出将全面建设“互联网+”智慧能源，促进能源与现代信息技术深度融合，推动化石能源开采、加工及利用全过程的智能化改造。年5月19日，国家发改委、国家能源局发布了《中长期油气管网规划》，提出必须牢固树立和贯彻落实新发展理念，大力发展天然气管网，优化和完善原油与成品油管道，提高系统运行智能化水平，构建布局合理、覆盖广泛、外通内畅、安全高效的现代油气管网。年7月8日，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，描绘了未来十几年中国人工智能发展的宏伟蓝图，确立了“三步走”目标：①到年，人工智能总体技术和应用与世界先进水平同步；②到年，人工智能技术与应用部分达到世界领先水平；③到年，人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平。*的十九大报告指出，要推动互联网、大数据、人工智能与实体经济深度融合，习近平总书记强调“要深入把握新一代人工智能发展的特点，加强人工智能和产业发展相融合”。为此，加速推进人工智能与管道行业的融合发展，成为国家整体发展战略下管道行业应承担的责任和使命。
年12月9日，国家石油天然气管网（简称“国家管网”）集团有限公司正式成立，将管理约9.37×km管道、8座储气库、10座LNG接收站以及12家省网公司，标志着中国石油天然气体制改革进入一个全新阶段，其适逢国家能源新战略实施、油气管网大规模建设以及国家人工智能产业发展进入关键时期。为此，国家管网集团提出了“打造智慧互联大管网、构建公平开放大平台、培育创新成长新生态”的“两大一新”战略发展目标。其中，首要的即是在现有管网运营基础上，基于物联网、大数据、云计算、人工智能等新兴技术，建设具有“全方位感知、综合性预判、一体化管控、自适应优化”能力的智慧互联大管网，实现油气管网“全数字化移交、全智能化运营、全业务领域覆盖、全生命周期管理”的目标，将国家管网集团打造成世界一流的能源基础设施运营商。
智慧管网是随着智能电网、智慧城市、智慧工业等名词的提出而衍生出的概念，其是深度学习、图像识别、语音识别等人工智能技术在民用领域广泛应用之后向工业领域的渗透和扩张。从可预见的角度，智能技术在管道行业的应用，将大大提升管网系统的感知能力、安全预警能力及优化运行能力，形成海量的数据资产并利用其隐藏价值，实现管理和决策的简洁性、高效性、科学性，提升管网系统的整体安全和盈利能力。因此，无论是站在国家战略发展高度，还是从企业转型升级提升安全和效益出发，智慧管网建设都势在必行。然而，智慧管网建设必须遵循科学发展规律，既不能因循守旧，也不能急于求成、求全责备。当前已开展的智慧行业实践经验、智慧管网建设目标的确立、总体架构与建设路径、智慧管网建设方面存在的问题及其应对策略等，在现阶段必需认真思考，且有必要进行深入研究和探讨。
1 智慧行业发展现状
1.1
行业发展现状
1.1.1
智能电网
智能电网也被称为“电网2.0”，国内外并无统一的定义。在中国，文献[1]给出的定义为“智能电网是建立在集成、高速双向通信网络基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好、使用安全的目标”。
智能电网是自动的、广泛分布的能量交换网络，与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流与业务流高度融合的发展趋势[2]。智能电网主要具有以下特点[3]：①自愈。具有实时、在线、连续的安全评估与分析能力、强大的预警与预防控制能力、自动故障诊断与隔离能力以及系统自我恢复的能力。②坚强。在电网发生大的扰动和故障时，仍能保持对用户不间断供电的能力，而不发生大面积停电事故；在自然灾害、极端气候条件或外力破坏下，仍能保证电网的安全运行；具有确保电力信息安全的能力。③兼容。支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源接入，能够实现与用户的交流、互动，满足用户多样化电力需求，并提供对用户的增值服务。④优化。实现资源合理配置、资产优化利用，提高能源利用效率，降低投资成本和运行维护成本。⑤实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化、规范化、精益化的管理。
年，美国IBM公司率先提出了智能电网的解决方案。随着智能时代的到来，世界各国智能电网建设均已启动，许多国家确立了智能电网的建设目标、行动路线、投资计划[4]。从国外来看，近年来，信息和通信技术的发展极大推动了当代智能电网的新成员——微电网技术的发展[5]。总的来看，美国重点
