Глава 2. Изыскания и трассирование трубопроводов
2.1. Методы изысканий
2.1.1. Общие положения
Работы по изысканиям и трассированию трубопроводных линий должны быть направлены на рациональное решение инженерных задач, присущих этому виду транспорта, с учётом особенностей местных природных условий для обеспечения нормальной работы основных сооружений трубопроводных систем и при наилучшем сочетании строительных и эксплуатационных затрат.
Трасса трубопроводной линии определяет положение в пространстве продольной оси трубы. Проекция трассы на горизонтальную плоскость называется планом, а развёрстка трассы на вертикальную плоскость – продольным профилем линии. Полоса земли вдоль трассы, отведённая для размещения трубопроводной линии, устройств для эксплуатации трубопровода, а также территории НС, КС, терминалов и других сооружений, называется полосой отвода.
Процесс прокладки трассы в ходе проектирования называется трассированием трубопроводной линии. Идеальной была бы трасса, представляющая собой прямую в плане линию с пологими спусками и подъёмами в профиле. Однако, это не всегда возможно (см. рис. 2.1) из-за необходимости обхода населённых пунктов, заповедных зон, серьёзных естественных препятствий (гор, озёр, болот и т.д.). Поэтому план трассы проектируется в виде сочетаний прямых участков и кривых.
Рис. 2.1. План трассы трубопроводной линии
Начальная и конечная точки трубопровода намечается на начальных стадиях проектирования при составлении ТЭО. Оптимальной считается трасса трубопровода, сооружение которого позволяет получить максимальные или минимальные значения оценочного критерия.
Наиболее общим и универсальным оценочным критерием является минимум капитальных и эксплуатационных затрат. Частными критериями оптимальности являются:
- минимум материаловложения (кратчайшая трасса);
- минимум трудовых затрат при сооружении трубопровода (прохождение трассы по благоприятным для строительства участкам местности);
- минимальный срок строительства (прокладка трассы вдоль существующего трубопровода, где уже есть ряд сопутствующих сооружений – связь, вдольтрассовые дороги, водоснабжение, канализация, электроснабжение и т.д.; где имеются строительные подразделения и нет необходимости значительных затрат времени и средств на подготовительные работы).
Поскольку многие трассы нефте- и газопроводом проходят по северным районам, инженерно-технический персонал, выполняющий работы по изысканиям, проектированию и строительству должен быть знаком с основами инженерного мерзлотоведения и нормами на строительство в районах с вечномерзлыми грунтами и с глубоким сезонным промерзанием.
Все разделы проектирования магистрального трубопровода должны быть связаны с основными этапами разработки организации производственных процессов строительства, в том числе с разработкой технико-экономического обоснования (ТЭО), определением очередей строительства и целесообразных сроков ввода их в эксплуатацию, с учётом своевременной поставки товарной нефти и газа потребителям, с решением условий размещения баз строительства и оптимизацией транспортных схем, сроков поставки оборудования, строительных материалов и др.
В этой связи особое значение приобретают состав, содержание и полнота материалов изыскания трассы трубопровода по этапам строительства. От них зависят объективность, степень обоснованности и целесообразность решений по организации строительства в целом и по организации производства строительно-монтажных работ в частности.
При разработке ТЭО изыскания трассы трубопровода заключаются, как правило, в камеральном трассировании по топографическим картам – районам прохождения трубопровода (масштабов 1 : 1 000 000 - 1 : 100 000) и составлении карт-схем по различным вариантам. В результате проработок составляют укрупненный план и профиль трассы трубопровода с краткой пояснительной запиской.
Изыскания для строительства магистрального трубопровода выполняют в два этапа: для технорабочего (технического) проекта и для рабочих чертежей.
С точки зрения обеспечения разработок вопросов организации строительства трубопровода необходимыми являются:
- экономические изыскания - выявление экономических данных районов, по территории которых намечается прокладка трубопровода; установление объемов и характера грузовых операций на железнодорожных станциях, в речных портах, на перевалочных базах с учетом возможности развития их пропускной способности в период строительства трубопровода (в частности, наличие речных транспортных средств необходимой грузополдъёмности, изучение транспортной схемы районов); выяснение возможности кооперирования (в строительстве дорог, мостов, пристаней, аэропортов и т.п.) с организациями и предприятиями других министерств и ведомств; изучение ресурсов местных строительных материалов;
- топографические и аэрофотосъемочные изыскания - планово-высотное обоснование; вариант трассы и условия транспортировки элементов трубопровода (камеральная, по крупномасштабным картам и планам землепользования, инструментальная предварительная, окончательная), нивелировка, топографическая и аэрофотосъемка;
- инженерно-геологические изыскания - предварительные, полевые и камеральные работы, обеспечивающие получение сплошного геологического профиля по рельефу местности по оси трассы трубопровода;
- гидрометеорологические изыскания - выявление климатических условий строительства, характеристики (режима) Пересекаемых трубопроводом водных преград, зон сезонного затопления и границ обводнения участков трассы трубопровода, границ и основных характеристик болот, оврагов, балок и других преград;
- геофизические изыскания, позволяющие определить значение удельного сопротивления грунтов по трассе трубопровода (для назначения и расчета защиты трубопровода от коррозии), характеристику переходов трубопровода через водные преграды в сложных геологических и геоморфологических условиях, мощность торфяных пластов на болотах, характеристику участков с многолетнемерзлыми грунтами (мощность деятельного слоя и его температура, островная мерзлота, льдонасыщенность грунтов и т. п.);
- изыскания источников водоснабжения и условий канализирования сточных вод;
- изыскания местных строительных материалов для линейной части трубопровода - песчаных грунтов и супесей (устройство постели, присыпка трубопровода), песка, гравия, гальки, щебня (устройство насыпей, дорог и др.), глин и суглинков (перемычки и др.), деловой древесины, порубочных остатков (вдоль трассовые временные дороги), камыша, мха, торфа (утепление, солнцезащита в полевых жилых городках) и др.
Перечисленные проработки позволяют дать как качественную, так и количественную оценку природно-климатическим условиям строительства трубопровода именно с точки зрения организации. Кроме того, они являются основой для разработки (ксер. 2– 4 стр.) и строительного генерального плана и транспортной схемы строительства.
Особое значение имеют сводные ведомости по участкам трассы трубопровода, в частности, характеристики крупных рек, малых рек и ручьев, оврагов и балок, болот различных типов, железных дорог, автомобильных дорог, линий электропередач, воздушных, кабельных и радиорелейных линий связи, пересекаемых трассой трубопровода, населенных пунктов и отдельно стоящих объектов, заселенных участков, подземных коммуникаций и сооружений, участков отчуждаемых сельскохозяйственных угодий, строений, подлежащих сносу, участков, где предусматривается рекультивация земель, участков богарных и поливных земель и др. Данные этих ведомостей особенно ценны при разработке проектов организации строительства и проектов производства работ.
Изыскания трассы трубопровода для последующей разработки организации строительства включают изучение и подготовку материалов по согласованию проектных решений с заинтересованными организациями: управлениями железных дорог, территориальными управлениями пароходств, железнодорожными станциями и портами в части транспортировки, выгрузки, складирования и хранения труб, машин, механизмов и др.
2.1.2. Аэрокосмические съёмки в инженерных изысканиях
В последние годы в инженерных изысканиях для трубопроводного транспорта все больше используются фотосъёмки, выполненные с помощью авиации и космических аппаратов.
Фотографирование участков трассы для получения топографических карт позволяет получать плановую, перспективную, панорамную и перспективно-панорамную съёмку. Масштабы плановой съёмки обычно выполняют от 1 : 2000 до 1 : 50000, перспективную - от 1 : 2000 до 1 : 25000.
Аэрофотосъемочные (АФС) работы дают заснятую на аэрофотопленку территорию земной поверхности в квадратных километрах. Конечной продукцией аэрофотосъемок являются аэроснимки, на которых изображена сфотографированная площадь. Количество информации, полученной на аэроснимке, его изобразительные и измерительные свойства характеризуют фотокачество аэроснимка как продукции.
Стоимость работ на аэрофотосъемку 1 км2 площади устанавливаются в зависимости от группы районов, масштаба съемки и характера местности. Группы районов для аэрофотосъемки установлены двух категорий. Ко второй группе районов отнесены территория Мурманской обл., Ямало-Ненецкого, Таймырского и Эвенкийского автономных округов, Красноярского края (севернее и восточнее рек Сым, Енисей и Б. Пит); Иркутской обл. - восточнее рек Ангара и Илим и севернее линии ст. Селезнево - ст. Лена - Н. Ангарск; Якутии (республика Саха); Хабаровского края - севернее рек Мая и Уда; Магаданской, Камчатской и Сахалинской областей, все острова Северного Ледовитого и Тихого океанов. Вся остальная территории России носится к первой группе.
На основании данных аэрофототопографической съёмки возможно быстро и достаточно точно проложить варианты трубопроводных трасс. В сочетании с данными аэроэлектроразведки определить расположение коренных горных пород, а также предварительные характеристики поверхностных грунтовых слоёв, в том числе положение мерзлых пород и линз пресных и грунтовых вод.
2.1.3. Аэрокосмические геоинформационные технологии в изысканиях и строительстве
Аэрокосмические съемки территории, по которым прокладываются трубопроводные трассы, позволяют проектировщикам и строителям получать общую наглядную обстановку в районе строительства, и на её основе принимать рациональные инженерные решения. Использование материалов аэрокосмические съемки в геоинформационных технологиях (ГИС-технологии) позволяют решать многие инженерные задачи обоснованно и объективно с учётом количественной оценки альтернативных вариантов.
ГИС-технологии позволяют решать задачи построения многоуровневых информационных баз пространственных данных, обеспечивающих доступ ко всему комплексу ресурсов эффективным и наглядным способом, обобщая информацию для успешного решения задач проектирования, строительства, управления объектами, инвентаризации и отслеживания их состояния и ресурса. ГИС доказали свою высокую эффективность при решении различных оперативных задач в процессе сооружения и эксплуатации объектов, в том числе в условиях чрезвычайных ситуаций.
При разработке электронной версии в трехмерном изображении формирование базы данных выполняется на основе универсальной открытой стандартной модели данных (ОСМД) по трубопроводным системам с использованием программного продукта «Plant Space Design Series». В ОСМД интегрирован опыт работы и нормативная база российской и зарубежной нефтегазовой индустрии. Термин «открытая» означает, что эта модель не жесткая, раз и навсегда зафиксированная конструкция, а ее формирование представляет постоянно управляемый процесс, отслеживающий изменения в информационных технологиях, в технологии транспортирования, в регулирующих нормах и др.
В конце прошлого века в фирме ООО «РНГС-Инжиниринг» был разработан метод автоматизированного проектирования и управления строительством трубопроводных комплексов, представленных в виде пространственных моделей природных и техногенных структур, построенных с применением современных аэрокосмических и геоинформационных данных. Метод, основанный на кибернетической системе (см. рис. 2.2), использующий единую основу – «Виртуальный мир», может успешно применяться при проектировании крупных трубопроводных комплексов в сложных и труднодоступных районах, особенно в Сибири и на Дальнем Востоке.
С помощью этого метода можно решать следующие задачи.
Инженерные изыскания трасс на основе топографо-геодезических, инженерно-гео-логических и геоэкологических информационных данных.
Гидравлический и тепловой расчеты нефте- и газопроводов (расчет трубопроводной системы, размещение насосных и компрессорных станций, тепловые расчеты резервуарных парков).
Конструирование и прочностные расчеты (конструирование трубопроводных систем и водных переходов, противокоррозийная активная и пассивная защита, конструирование резервуарных парков, проектирование системы SCADA).
Система управления проектами с помощью кибернетической системы.
Метод управления рисками (геополитическими, природно-техногенными, экологическими, социально-экономическими) и предупреждения чрезвычайных ситуаций на основе кибернетической системы.
Системы управления качеством проектирования и строительства.
Создание и обновление Базы Данных нормативно-справочной информации трубопроводных систем (завод-изготовитель, спецификации, стоимость и др.).
Созданная кибернетическая система одновременно сможет решать различного рода многочисленные задачи управления трубопроводными проектами на единой информационной основе путем создания «Виртуального мира». Эти задачи можно сгруппировать с учетом единства технологии их решения.
Разработанная технология интегрированной обработки данных аэрокосмических и наземных съемок, многомерного моделирования сложных структур и экспертного анализа с применением геоинформационных технологий и систем, состоит из:
• технического обеспечения (мощные графические станции на базе Pentium-III и IY специальной конфигурации);
программного обеспечения с базовым ГИС-пакетом Microstation и пакетами прикладных программ Descartes для создания электронных карт и фотокарт, Terra Modeler для построения трехмерных моделей местности, трассирования и профилирования и другие программы;
информационного обеспечения - баз картографических данных (электронных топографических карт, фотокарт или ортофотокарт, геологических и других тематических карт, аэрокосмофотоснимков), баз знаний (образцов и эталонов дешифрирования геоэкологических объектов по аэрокосмическим снимкам) и метазнаний (формализованных правил пользования базами знаний).
Рис. 2.2. Структура Кибернетичской системы при трассировании трубопроводов
Электронные топографические карты создаются путем сканирования и векторизации традиционных топографических карт соответствующего масштаба, охватывающие на рассматриваемой территории все возможные варианты трасс. В первую очередь рассчитывается координатная сетка, с ней совмещается карта, по которой векторизуются рельеф, гидрография, пункты геодезической сети и отметки высот. Это осуществляется с помощью ГИС-технологий на основе базовой программы Microstation. Процесс векторизации производится в полуавтоматическом режиме для совмещенных оригиналов карт или в автоматическом при наличии расчлененных оригиналов или копий, где отдельно представлены рельеф, гидрография и другие объекты.
Трехмерная модель рельефа создается по электронным топографическим картам в автоматическом режиме с помощью программы Terra Modeler, совместимой с Microstation.
Электронные фотокарты или ортофотокарты создаются путем совмещения электронных топокарт, представленных в векторном виде, с аэро- или космическими снимками высокого разрешения, представленными в растровом геокодированном виде, где каждая ячейка растра определена в трехмерном пространстве. Они необходимы для обновления топокарт, в основном, инфраструктуры, и составления инженерно-геологических карт. Масштаб фотокарты определяется разрешающей способностью изображения. Так, при использовании спектрозональных космических снимков, полученных камерой КФА-1000, возможно создание фотокарт с увеличением до масштаба 1:15000. Составляемые для этих целей электронные фотокарты, благодаря контрастно-сочетающейся цветовой гамме и теневого эффекта, дают полное представление об исходном ландшафте в его трехмерном визуальном восприятии, что значительно упрощает процесс совмещения геологической, экзодинамической, морфологической и другой информации при экспертном анализе.
Совмещение аэрокосмических изображений с топографической картой (послойный синтез) усиливает эффект объемности изображения и помогает быстро и точно с помощью ландшафтных индикаторов и сопоставления разновременных снимков определить динамику развития природных процессов.
В результате дешифрирования экзогенных геологических процессов можно на этапе экспресс-проектирования определить состояние участков намечаемой трассы, что позволяет дать количественное определение опасности и экономическую оценку «риска» нанесения ущерба самому трубопроводу и сопутствующему хозяйству.
Фотоизображения местности позволяют выделить кадастровую информацию в соответствии с требованиями федеральных, региональных и местных законодательств и подсчитать размер возмещения убытков землепользователям. По фотоснимкам можно прогнозировать направления развития городского строительства и других населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий, железных и автомобильных дорог, чтобы избежать многочисленных согласований по трассе на начальной стадии проектирования.
Трассирование по каждому варианту производится в трехмерном пространстве в интерактивном режиме (Рис. 2.3). При трассировании используются электронные топокарты, фотокарты, трехмерные модели рельефа и другая имеющаяся в распоряжении информация о местности. Необходимо отметить, что положение трубопроводов на местности на протяжении сотен километров определяет столь большое многообразие различного рода условий, что учет всех факторов на данном этапе не представляется возможным.
Рис. 2.3. Схема трассирования трубопровода в интерактивном режиме
Результат трассирования - координаты точек поворота трасс, выбранные с учетом рельеф инфраструктуры местности, ландшафтов, кадастровых характеристик, геоморфологии и геоэкологии местности. По этим данным с мощью программы Terra Modeler строятся профили трасс в автоматическом режиме. По результатам сравнения профилей выбирается основной и альтернативные варианты трассы.
При сопоставлении вариантов трасс учитывается протяженность трубопровода, коэффициент извилистости трассы, перепады высот, количество переходов через водные препятствия, а также геоэкологические характеристики трассы.
Профилирование, т. е. построение высотного положения трубопровода, сопровождается указанием отметок поверхности грунта, уклона трубопровода на каждом участке, расстояний между смежными отметками, определения пикетажа, категорий участков трубопровод краткой инженерно-геологической характеристикой в полосе строительства, взятых из результатов инженерно-геологических исследований.
Инженерно-геологические изыскания выполняются по данным оперативных спектрозональных космических съемок МСУ-Э с разрешающей способностью 25 - 30 м на местности, что по детальности отображения отвечает задачам экспресс-проектирования, а также КФА-1000 с разрешением на местности 5 - 8 м, которые используются при рабочем проектировании.
Возможность использования данных дистанционного зондирования Земли в разные годы и сезоны, полученных в различных диапазонах одновременно, и их интегрированная обработка на ЭВМ по специально разработанным технологиям интерпретации и экспертного анализа позволяют не только наиболее полно отдешифрировать объекты и представить ситуацию на местности, но и оценить динамику опасных экзогенных и геоэкологических процессов, что во многих случаях определяет степень риска или опасности строительства и эксплуатации трубопровода.
Снимки содержат информацию о таких процессах, свойствах и качественных характеристиках среды, которые недоступны при использовании прямых наблюдений или измерений на местности. Это прежде всего касается задач выявления участков потенциальной опасности - тектонически ослабленных «узлов» и гравитационно неустойчивых массивов для составления карт опасных явлений или «карт риска», рассчитанных на прогнозирование возможных опасных ситуаций, оценку степени риска при строительстве и эксплуатации нефтегазопроводов и соотношение этих результатов с другими вариантами проекта трассы как для технико-экономического, так и экологического обоснования принимаемых решений по выбору трассы. На рис 2.4. показан один из дирижаблей предназначенный для инженерных изысканий на трассах проектируемого газопровода через всю Южную Америку.
-
Рис. 2.4. Дирижабль малой грузоподъемности, представленный ООО «ВНИИГАЗ» (Россия) представителям венесуэльской компании PdVSA Gas в качестве летательного аппарата для аэрофотосъемочных изыскания
Дирижабль, развивающий скорость до 110 км/ч, оснащен оборудованием, позволяющим проводить геологическую съемку и создавать трехмерные модели исследованных территорий, необходимые для реализации трубопроводных и многих других проектов. Имеющийся на борту дирижабля комплекс дистанционного зондирования земли уже сейчас позволяет осуществлять геотехнический мониторинг трубопроводов, а также создавать трехмерные модели исследуемых районов. С помощью тепловизора можно видеть увлажненные участки пород и оценивать степень коррозионной угрозы. Комплекс оборудования помогает проводить геоэкологические исследования. Дирижабль может совершить посадку практически в любой местности. Плавность, скорость перемещения и надежность полета этого летательного аппарата - основные достоинства, позволяющие получать более качественные материалы для трехмерных моделей местности. Дирижабль способен лететь без посадки для дозаправки до 1 400 километров. Его оболочка выполнена из особого многослойного синтетического волокна, ее устройство позволяет при необходимости скачивать гелий, сворачивать (пустая оболочка весит 900 кг), а затем транспортировать на любые расстояния в сложенном виде.
Оптимизация принимаемых решений на этапе экспресс-проектирования осуществляется с точки зрения главного качества, достижение которого в той или иной конкретной обстановке, является уровнем необходимой меры надежности и безопасности трубопровода при минимизации объемов наиболее дорогостоящих работ. Поэтому величина критерия оптимальности зависит от главной задачи (функции цели), которую ставит заказчик на том или ином этапе проектирования. Функцией цели могут быть: минимизация длины трубопровода, максимальная безопасность и надежность при эксплуатации, наличие дорог в непосредственной близости от трассы и др.Так же могут быть учтены все условия одновременно в соответствии с весовыми коэффициентами каждого аргумента.
Магистральные трубопроводы и их участки делятся на категории, требования к которым в зависимости от технических и природных условий различны.
Благодаря разработанной технологии можно в короткий срок выполнить трассирование, профилирование и инженерно-геологические изыскания по результатам интегрированной обработки данных аэрокосмических и наземных съемок (фондовых топографических и геологических карт и отчетов).
Экспресс-проектирование не предусматривает использование самых дорогостоящих и трудоемких работ - наземных топографических съёмок и инженерно-геологических изысканий. Их в значительной степенни заменяют результаты интегрированной (компьютерной) обработки и экспертного анализа данных дистанционного зондирования Земли (космических спектро-зональных изображений местности) и существующих топографических карт, геологических карт, материалов бурения скважин и других данных, имеющихся в федеральных и местных фондах.
Информационная система проектирования трубопроводов состоит из следующих основных групп.
Первая группа включает в себя задачи по информационному обеспечению проектов и управления территорией. Для ее решения создаётся Информационно-аналитическая система (КиберИНФО), состоящая из баз данных и баз знаний на всю анализируемую территорию. Базы данных включают:
- топографическую основу в масштабах от 1:1 000 000 до 1:200 000, обновляемую в процессе работ по данным космических съемок. Для проектируемых строительных площадок и вдоль трасс трубопроводных систем предусматривается технология крупномасштабных топографических съемок методом аэрофотосъемки или лазерного сканирования. Картографическая информация представлена в базе данных как в растровом, так и в векторном виде, как по отдельным номенклатурным листам карт, так и в виде единой основы, в нужной системе координат картографической проекции. Топографическая основа используется Кибернетической системой для составления пространственных моделей местности (рельефа, ландшафта, инфраструктуры, гидрографии), которые формируют базовую пространственную модель - «Виртуальный мир»;
- геологическую основу в тех же масштабах, включающую общегеологические карты, карты четвертичных отложений, инженерно-геологические карты различного назначения и тематики, карты сейсмотектонической активности и др. Геологическая основа используется Кибернетической системой для пространственного моделирования логических и инженерно-геологических структур при создании «Виртуального мира»;
- данные космических съемок - для большей части территории России имеются космические изображения с аппарата Landsat-7, выполненных в 2000 и 2002 гг. в различных диапазонах спектра с разрешающей способностью на местности 15 - 30 м, а также с российских аппаратов КФА-1000 с разрешающей способностью 4 - 5 м. Космическая информация используется Кибернетической системой для обновления топографических карт, инженерно-геологических изысканий на этапе технико-экономического обоснования проекта и для подготовки технического задания полевым бригадам с целью детализации и уточнения изысканий, уже выполненных камеральным путем на этапе рабочего (детального) проектирования (рис. 2.1). Для зарубежных территорий используются космические изображения с разрешением на местности 1 м, что позволяет создавать новые карты и трехмерные модели местности с точностью масштабов 1:5 000 и 1:2 000, что дает основание использовать эти материалы на этапах рабочего проектирования;
- базы данных текстовой информации (легенды к картам, отчёты инженерно-геологических изысканий, материалы бурения и др.), хранятся в форматах DOC и имеют привязку к картографической информации.
Базы знаний включают образцы дешифрирования аэрокосмических изображений для различных топографических объектов, инженерно-геологических структур, опасных эрозионных процессов, неотектонических разломов, а также модели решения задач, используемые с помощью метазнаний в экспертных системах. Базы знаний используются для изучения информационных свойств объектов, их пространственных и динамических характеристик, по которым составляется их модельный «портрет» или образ (рис. 2.3).
Вторая группа задач связана с решением прикладных задач с помощью специально создаваемых Экспертных систем (КиберЭКСПЕРТ). Например, модуль инженерно-геологических изысканий по данным аэрокосмических съемок позволяет:
создавать крупномасштабные пространственные модели инженерно-геологических структур для автоматизации проектирования объектов строительства;
осуществлять поиск и инвентаризацию месторождений строительных материалов (песков, щебня, песчанно-гравийной смеси);
выполнять геоэкологические исследования для решения задачи оценки влияния проекта на окружающую среду методом моделирования геоэкосистем.
Третья группа задач связана с созданием баз данных отдельных узлов и конструкций объектов нефтегазового строительства в двух- и трехмерном пространстве и использования их при проектировании (этап рабочего проектирования). Модуль КиберКОНСТРУКТОР, используя эту базу данных, может сконструировать, например, трубопровод из отдельных узлов (как из кирпичиков сложить здание) и в автоматическом режиме подготовить всю необходимую для проекта документацию (спецификации, стоимостные расчеты, прочностные расчеты и т. д.). Конструирование объектов строительства связано с прогнозным моделированием и анализом ситуаций, согласованием множества критериев качества (целей) управления и принятием управляющих решений, обеспечивающих устойчивость функционирования природно-техногенных систем.
Благодаря созданной и совершенствуемой Кибернетической системе управления проектами и уже созданным базам данных и знаний можно в предельно короткие сроки проектировать трубопроводные системы любой протяженности за счет сокращения объемов полевых работ изысканиях в 5 - 10 раз, выполнить оценку влияния проектов на окружающую среду с определением рисков и возможных ущербов по различным сценариям развития событий. Значительно сокращаются затраты на выполнение этих работ по сравнению с традиционными технологиями проектирования: рутинные операции заменяются результатами дешифровывания и экспертного анализа аэрокосмических изображений высокого разрешения с последующей выборочной сверкой на местности.
Для электронной версии исполнительной документации принимается проектная документация и материалы изысканий масштабом М 1:1000. С помощью специализированного пакета «Intergraph Site Select CAD» строится цифровая модель рельефа с использованием таких его элементов, как горизонтали, высотные отметки, хребты, обрывы, промоины, русла рек.
В состав наиболее важных первичных данных, в частности входят:
результаты закрепления трассы (площадок);
геодезическая разбивочная основа для строительства;
исполнительный профиль по данным нивелировки дна траншеи с указанием пикетов;
параметры траншеи;
- фактическое положение трубопровода и его элементов с географической и пикетной привязкой;
параметры, маркировка и местоположение труб, соединительных деталей и узлов трубопровода, сварных соединений;
параметры, маркировка и местоположение запорной и распределительной арматуры;
параметры, маркировка и местоположение элементов ЭХЗ;
результаты проверок и измерений толщины изоляционного покрытия;
- журнал изоляционно-укладочных работ и ремонта изоляции;
журнал сварочных работ;
журнал скрытых работ;
- землеустроительная документация по представлению земель под строительство и эксплуатацию объекта;
- выписки из Государственного земельного кадастра;
- технические паспорта имущественных комплексов и отдельных объектов недвижимости, входящих в состав производственно-технологического комплекса трубопроводной системы.
При выполнении работы координатная привязка элементов трубопровода и геометрических размеров траншеи осуществлялась в полевых условиях на месте проведения строительно-монтажных работ с применением приборов GPS.
В процессе разработки электронной версии «как построено» составляется детальный перечень объектов трубопроводной системы, разрабатываются электронные формы исполнительной производственной документации согласно требованиям ВСН, отрабатывается методика составления электронных паспортов на изготовление технологических узлов линейной части трубопровода и насосных (компрессорных) станций с трехмерной визуализацией объектов и переводом данных в формат ОСМД с координатной привязкой наземных объектов. Также может осуществляется привязка участков прокладки кривых холодного гнутья на сложных участках с учетом корректировки проектных данных, восстанавливается геодезическая сеть. Кроме того, возможна интеграция данных по неразрушающему контролю (рентгенография), по гидроиспытаниям методом стресс-теста и по внутритрубной дефектоскопии.
Таким образом, полученная в результате выполнения работы электронная модель участка по технологии ОСМД включает картографирование и расположение всех элементов трубопровода, вдольтрассовых объектов, объектов инфраструктуры, границ земельного отвода, охранной и санитарно-защитных зон с возможностью точного определения их координат в трехмерном пространстве.
Полученная электронная модель существенно влияла на качество выполнения работ, особенно в горной местности. Для углов поворотов, где используется компоновка отводов холодного гнутья, реализовывается алгоритм оптимизации раскладки кривых. Он позволяет выдавать различные варианты раскладки труб (уменьшение биссектрисы угла или снижение напряжений в кривых, составляющих угол) с учетом реальных длин и углов изгиба гнутых отводов. Точная разбивка кривых дает возможность сократить объем земляных работ на углах поворота, а также снизить напряжения в трубопроводе, которые возникают в процессе эксплуатации.
Электронная версия документации, содержащая паспортные данные всех объектов трубопровода и их пространственные координаты, позволяет производить проверку проектных решений и анализ отступлений от проекта в процессе строительства и эксплуатации, исключает потерю данных и дает возможность иметь в хронологии «историю» создания и эксплуатации газопровода - стадии его проектирования, строительства и эксплуатации. С помощью этой системы можно анализировать причины возникновения дефектов трубопровода, привязывая их по координатам к геологическим, экологическим, сейсмическим и другим ГИС.
Создание ОСМД обозначила необходимость представления результатов всех технологических операций в электронном виде. Это связано с тем, что при создании таких объектов накапливается огромный объем разноплановой информации, большая часть которой в настоящее время заносится в банк данных вручную, а, следовательно, во многом зависит от квалификации оператора и других его индивидуальных особенностей. Именно в этой области создания банка данных наблюдаются наиболее часто ошибки и неточности. И в первую очередь это относится к таким важнейшим элементам трубопроводных систем, как трубы, соединительные детали, краны и т.п.
В связи с тем, что при сооружении магистральных трубопроводов сертификаты на трубы на бумажных носителях поступают на стройки с опозданием, а номера труб, из которых состоит трубопровод, записываются в журнал регистрации вручную, происходят грубые ошибки, которые в процессе эксплуатации и в случае аварий не позволяют точно определять не только класс прочности, химический состав металла и истинный возраст труб, но и выявлять их производителя.
В процессе эксплуатации газопроводов очень часто происходит нарушение защитного изоляционного слоя на поверхности труб, что может привести к ускоренной коррозии металла и в итоге к его разрушению. Определение повреждений изоляционного покрытия является трудоемкой и дорогостоящей операцией.
Исключить указанные недостатки существующей в настоящее время системы сбора и хранения информации по трубам, а также осуществлять мониторинг состояния изоляционного покрытия труб и соединительных деталей возможно с применением системы электронного сертификата (СЭС) на трубы, соединительные детали и другие комплектующие изделия строящихся объектов.
Электронный сертификат представляет собой электронный чип – транспондер (ретранслятор), хранящий информацию и имеющий интегрированную антенну для беспроволочной передачи данных. Большим преимуществом транспондеров является, во-первых, наличие информации, одна часть которой остается постоянной и неизменной, а вторая может быть перепрограммирована, и, во-вторых, возможность бесконтактной передачи данных посредством электромагнитных волн.
Транспондер изготавливается в виде пластинки толщиной от 50 мкм до 1,5 - 2,0 мм, в зависимости от объема передаваемой информации, площадью до 250 мм2 и имеет свой идентификационный номер от завода-изготовителя. Он надежно закрепляется на трубе под изоляцией, причем закрепление чипа может осуществляться как на заводе-производителе труб, так и в трассовых условиях при строительстве объекта на различных его элементах. Место закрепления чипа на трубе или соединительных деталях выделяется цветом.
В чип на заводе-производителе труб с помощью специального устройства записывается информация о конкретной трубе (или соединительной детали), включая химический состав и прочностные показатели металла, дату её изготовления и завод-производитель, а также информация о типе изоляционного материала, технологии его нанесения, эксплуатационных характеристиках покрытия и др. Внести изменения в записанную информацию на чипе в трассовых условиях невозможно. При этом наличие бумажного сертификата остается также необходимым.
Информация о трубе в процессе строительства считывается с помощью специального электронного ручного устройства, аналогичного устройству, которое сегодня применяется в кассах магазинов при покупке товара. Информация может накапливаться в считывающем устройстве и затем передаваться на компьютер или другой электронный носитель в любое время и в любом месте. Особенно это удобно в процессе подготовки генподрядчиком технической документации «как построено», когда можно внести в банк данных полную информацию как о свариваемых трубах, так и о качестве сварного соединения, его местонахождении на трассе строящегося трубопровода с точной привязкой к местности с помощью приборов GPS (космическая навигация). Информация, полученная и внесенная в банк данных таким способом, по своей точности и скорости занесения полностью будет отвечать современным требованиям строительства сложных и ответственных объектов.
Выпускаемые сегодня чипы по своей надежности, помехоустойчивости к электрическим и магнитным полям, долговечности, коррозионной стойкости полностью удовлетворяют требованиям, предъявляемым к трубам и другим комплектующим изделиям трубопровода.
С помощью специальных транспондеров в процессе эксплуатации трубопровода можно не только определять сертификатные данные отдельных его элементов, но и оценивать техническое состояние изоляционного покрытия. В обоих случаях трубопровод используется как волновод, по которому передается необходимая информация. При незначительном разрушении изоляционного покрытия на отдельных элементах трубопровода информация от транспондера, расположенного за местом разрушения покрытия, не дойдет до приемного устройства, находящегося на диспетчерском пункте. Зная местонахождение каждой трубы или элемента трубопровода, можно с большой точностью определить место повреждения изоляционного покрытия.
Своевременное получение и накопление в нужном объеме достоверной информации позволит сэкономить финансовые и людские ресурсы в период строительства и эксплуатации трубопровода и повысить качество выполняемых работ.