Структура информационно-аналитической системы анализа риска эксплуатации инженерных коммуникаций

Работа посвящена проблеме создания автоматизированных проблемно-ориентированных комплексов программ для мониторинга объектов инженерных коммуникаций с учетом материалов, обеспечивающих реализацию алгоритмов расчета количественных показателей риска эксплуатации газопроводов с использованием данных внутритрубной диагностики, показателей электрометрических обследований и визуальных обследований в шурфах. Показано, что система проектирования ремонта инженерных коммуникаций должна базироваться на определенных математических моделях, а управление процессами ремонта предполагает использование определенных количественных соотношений, что позволяет применять в управлении математические методы и широко использовать современные информационные технологии.

Ключевые слова: инженерные коммуникации; информационно-аналитическая система; риск эксплуатации; внутритрубная диагностика, электрометрические и визуальные обследования.

The work is dedicated to the problem of creation of problem-oriented programming complexes for engineering communications monitoring, taking into account the materials that provide implementation of algorithms of calculation of quantitative indicators of risk of pipeline operation using the in-line inspection data, indicators and Visual surveys electrometrical surveys in the pits. Shown that designing system repair utilities should be based on certain mathematical models and process control repair involves the use of quantitative ratios, allowing the management of mathematical methods and extensive use of modern information technologies.

Keywords: engineering communications; information-analytical system; the risk of exploitation; vnutritrubnaâ diagnostics, electrometric and visual survey.

Системы инженерных коммуникаций являются сложными техническими комплексами, проектирование, сооружение и эксплуатация которых ведется на основе действующих нормативно-технических документов. При этом следует учесть, что системы инженерных коммуникаций проходит по мере своего существования ряд стадий жизненного цикла (проектирование, строительство, эксплуатация, ремонт и т. д.).

При проектировании систем инженерных коммуникаций необходимо учитывать такие их особенности, как значительная протяженность, расположение объектов инженерных коммуникаций на территориях, расположенных в различных природно-климатических зонах, особенности рельефа местности и почв в районах прохождения и т. п.

На различных стадиях жизненного цикла инженерных коммуникаций формируется большое количество разнородной информации о состоянии трубопроводов, объектов их инфраструктуры и прилегающей к ним местности, в том числе оперативно-диспетчерской информации о значениях контролируемых параметров технологических процессов, режимах работы.

В состав этой информации также входят результаты испытаний и диагностических обследований объектов систем инженерных коммуникаций, сведения о проведенных ремонтных работах, авариях и инцидентах, выбросах вредных веществ и т. п.

Эти данные, а также сведения о проектно-конструктивных решениях инженерных коммуникаций, в сочетании со статистическими данными и оценками, полученными экспертным путем, служат информационной основой при проведении работ по комплексной оценке и прогнозированию технического состояния, анализу риска эксплуатации участков инженерных коммуникаций, последовательность которых приведена на рис. 1.

После завершения диагностических работ на объектах системы инженерных коммуникаций выполняется комплексный анализ результатов проведенных обследований, целью которого является определение потенциально опасных участков и разработка предложений по проведению дополнительных диагностических обследований, ремонтно-профилактических и расчетно-аналитических работ.

Процедура комплексного анализа включает в себя два последовательно реализуемых этапа работ: 1) сбор, систематизация и предварительный анализ исходных данных; 2) выявление потенциально опасных участков, разработка рекомендаций по проведению дополнительных диагностических обследований, аналитических расчетов и ремонтных работ для устранения закритических дефектов на участках.

Рис. 1. Структурная схема выполнения работ по комплексному анализу риска эксплуатации инженерных коммуникаций

По результатам выполнения первого этапа комплексного анализа формируется информационная модель данных об инженерных коммуникациях, объектах его инфраструктуры и элементах прилегающей местности, а также создается раздел базы данных информационно-аналитической системы, который может содержать необходимые сведения из проектной, исполнительной и эксплуатационной документации, результаты выполненных ранее диагностических обследований и испытаний (внутритрубных инспекций, электрометрических измерений и т. д.), результаты топографо-геодезических работ и инженерных изысканий и др.

Второй этап комплексного анализа заключается в анализе и сопоставлении результатов диагностических обследований и включает в себя: анализ результатов внутритрубной дефектоскопии (оценка дефектов труб и динамики изменения потерь металла трубы при наличии дефектов, оценка работоспособности участков инженерных коммуникаций с учетом роста размеров коррозионных дефектов, ранжирование дефектов по степени опасности); анализ результатов обследований состояния защитного покрытия и средств электрохимзащиты; анализ результатов технического диагностирования переходов через автомобильные и железные дороги и других структурных элементов инженерных коммуникаций.

Результатом работы является перечень потенциально опасных участков инженерных коммуникаций, предложения по проведению дополнительных диагностических и расчетно-экспериментальных работ, а также предложения по проведению ремонтных работ на участках. В результате второго этапа комплексного анализа будет определена вся информация, необходимая для получения оценок риска эксплуатации участков инженерных коммуникаций.

Сформированная на первом этапе комплексного анализа информационная модель инженерных коммуникаций будет дополнена информацией, полученной при проведении второго этапа комплексного анализа.

На основе сформированной на предыдущих этапах информационной модели инженерных коммуникаций можно обосновать и апробировать структуру информационно-аналитической системы (ИАС) для анализа риска эксплуатации инженерных коммуникаций по результатам обследований, и как следствие, предупреждения природно-техногенных аварий [1].

Информационно-аналитическая система должна базироваться на трех уровнях сбора информации, которые определяют содержательную структуру и отражают динамику состояния сложных технических систем: 1) базовой информации о системе инженерных коммуникаций, сформированной на основе паспортов объектов; 2) нормативно-технической информации, регламентирующий процессы эксплуатации системы инженерных коммуникаций, порядок проведения работ по техническому диагностированию, оценке результатов технического диагностирования, анализу рисков эксплуатации объектов инженерных коммуникаций; 3) оперативной информации, полученной при проведении технического диагностирования.

Такой подход позволяет обеспечить своевременное предупреждение природно-техногенных аварий на всех стадиях функционирования сооружений. Основными факторами, обеспечивающими своевременное предупреждение аварий, являются следующие: объективизация информационной составляющей информационно-аналитической системы за счет использования оперативной информации, полученной при проведении технического диагностирования, что позволяет получить объективные оценки технического состояния и ресурса оборудования; надежность хранения информации в базе данных; точность машинной обработки вводимой информации; ретроспективный характер информации в базах данных, что позволяет выявить временные тренды, оценить скорость коррозии и получить прогноз технического состояния объектов инженерных коммуникаций; оперативность выдачи результатов расчетов в любом виде (цифровом, графическом, текстовом; на бумажной и электронной основе); возможностью оперативного обновления, размножения и передачи информации.

Структура ИАС предусматривает три взаимосвязанных блока, формирующих базу данных: 1) входящая информация; 2) расчетные блоки; 3) формирование оценок и прогнозов [2–4].

При формировании перечня задач, решаемых в системе, ИАС изначально ориентируется на следующее: предупреждение природно-техногенных аварий при эксплуатации объектов системы инженерных коммуникаций; обоснование управленческих решений по выбору объемов и методов ремонта участков инженерных коммуникаций; создание корпоративной базы данных для выполнения процедуры анализа рисков эксплуатации объектов системы инженерных коммуникаций.

Основу базы данных ИАС составляет подсистема пакета прикладных программ CAD_Construction, предназначенная для сбора, фильтрации и хранения оперативной информации о результатах проведения диагностических обследований на объектах системы инженерных коммуникаций. В качестве исходной информации для формирования базы данных используется внемашинная и внутримашинная информация.

Внемашинную информацию формируют: материалы, полученные при проведении внутритрубной диагностики и результаты их дешифрирования; данные, полученные при проведении коррозионных обследований инженерных коммуникаций; данные, полученные с применением методов неразрушающего контроля и диагностики состояния сооружений; статистические данные и природно-ресурсная информация, получаемые от федеральных и региональных государственных организаций; оперативная информация служб и подразделений организаций, осуществляющих строительство и эксплуатацию сооружений, об изменчивости состояния исследуемых сооружений и конструкций (данные об имевших место отказах, авариях, ущербе, принятых мерах инженерной защиты).

К внутримашинной информации относятся: цифровые технологические схемы участков инженерных коммуникаций; цифровые паспорта участков инженерных коммуникаций; информация о техническом состояние исследуемых сооружений (наличие дефектов, деформаций, остаточный ресурс, уязвимость, безотказность, ремонтопригодность, коррозионная стойкость и т. п.); нормативно-техническая информация (база данных нормативно-технических документов по проектированию, строительству и эксплуатации объектов газовой промышленности) [5]; справочная информацию (государственные федеральные и региональные нормативные акты по экологии, землепользованию и строительству, правовому положению земель и их собственников); оценочная природно-ресурсная информация, необходимая для проведения анализа рисков о пригодности земель для хозяйственного использования и их стоимости; заселенности территорий, прилегающих к охранной зоне инженерных коммуникаций; экологическом состоянии почв, поверхностных и подземных вод, грунтов, растительного покрова, состоянии, данные об имеющихся и потенциальных ущербах состоянию системы и окружающей среде.

Перечисленные свойства ИАС значительно повышают обоснованность и качество управленческих решений по оценке рисков эксплуатации объектов инженерных коммуникаций, снижают роль субъективных факторов в оценках и практически исключают ошибки в оценке состояния системы инженерных коммуникаций, связанные с недостатком информации о степени опасности развития природных и природно-техногенных процессов.

При разработке CAD_Constructionиспользуются хорошо зарекомендовавшие себя программные комплексы настольного типа, работающие под управлением операционной системы Windows, в частности, система программирования Microsoft Visual FoxPro 9.0, обеспечивающая высокопроизводительную и эффективную обработку больших объемов данных. Наличие средств объектно-ориентированного проектирования и специализированного встроенного языка SQL обработки запросов к базам данных (в том числе и к распределенным) делают Visual FoxPro 9.0 мощным средством проектирования клиентских приложений в распределенных информационных системах. Дополнительные модули расширения позволяют использовать Visual FoxPro 9.0 в сочетании с технологией Microsoft.Net, например, при проектировании Web-приложений. При создании ИАС следует руководствоваться требованиями нормативно-технических документов на создание автоматизированных систем в информационной среде [6–9].

Литература:

1.                  Хренов Н. Н. Основы комплексной диагностики северных трубопроводов. Наземные исследования. — М.: Изд-во «Газоил пресс», 2005. — 608 с.

2.                  Колотилов Ю. В., Митрохин М. Ю., Короленок А. М. и др. Экспертная система мониторинга линейной части магистральных газопроводов. — М.: Изд-во «Известия», 2009. — 445 с.

3.                  Колотилов Ю. В., Митрохин М. Ю., Дзиоев К. М. и др. Аналитическое планирование ремонта магистральных газопроводов в информационной среде. — М.: Изд-во «Известия», 2009. — 464 с.

4.                  Колотилов Ю. В., Митрохин М. Ю., Дзиоев К. М. и др. Функционально-технологический мониторинг системы обслуживания и ремонта газопроводов. — М.: Изд-во «Известия», 2009. — 512 с.

5.                  Кузнецов П. А., Колотилов Ю. В., Лим В. Г. Информационно-вычислительные технологии в организационно-технологическом проектировании. — М.: Энергоатомиздат, 2002. — 450 с.

6.                  Гайдамакин Н. А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки данных. — М.: Изд-во «Гелиос АРВ», 2002. — 368 с.

7.                  Гвоздева В. А., Лаврентьева И. Ю. Основы построения автоматизированных информационных систем. — М.: Изд-во «Инфра-М», 2007. — 320 с.

8.                  Душин В. К. Теоретические основы информационных процессов и систем. — М.: Изд-во «Дашков и К^о», 2003. — 348 с.

9.                  Фуфаев Д. Э., Фуфаев Э. В. Разработка и эксплуатация автоматизированных информационных систем. — М.: Изд-во «Академия», 2010. — 304 с.

Подрисуночная подпись

Рис. 1. Структурная схема выполнения работ по комплексному анализу риска эксплуатации инженерных коммуникаций: Комплексный анализ результатов диагностических обследований /// Проведение расчетно-аналитических работ, статистическая обработка результатов обследований /// Проведение ремонтно-профилактических работ, испытаний, дополнительных диагностических обследований /// Оценка и прогнозирование технического состояния участков /// Экспертиза промышленной безопасности участков с целью продления сроков их эксплуатации /// Анализ риска эксплуатации участков /// Планирование методов и очередности проведения ремонтных работ