腐蝕控制工程全生命周期智能化建設

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摘要：如何通過信息化手段將腐蝕控制過程中產(chǎn)生有效數(shù)據(jù)組織利用好，對于保障工程質(zhì)量具有重要意義。文章分析了腐蝕控制工程智能化建設現(xiàn)狀和存在的問題，提出采用通用數(shù)據(jù)模型存儲腐蝕數(shù)據(jù)，形成工程全生命周期標準化數(shù)據(jù)倉庫，建設腐蝕控制工程全生命周期智能化平臺，建立基于大數(shù)據(jù)的認證認可和準入評價體系，為腐蝕控制工程建設質(zhì)量提供保障。

關(guān)鍵詞：腐蝕控制　智能化　大數(shù)據(jù)　全生命周期　元數(shù)據(jù)　檢測認證

0引言

腐蝕作為最常見的自然災害之一，其存在具有普遍性、隱蔽性、漸進性的特點[1]。長年累積形成的材料腐蝕破壞是造成很多重大安全事故的根本原因，為工程項目的質(zhì)量埋下了隱患。如何提高工程項目的腐蝕控制水平，減少腐蝕對工程質(zhì)量造成的影響已成為全球共同關(guān)注的焦點問題。隨著智能化系統(tǒng)和設備在腐蝕控制領(lǐng)域中的應用日趨廣泛，將各類智能化系統(tǒng)采集并存儲的海量數(shù)據(jù)和全生命周期質(zhì)量管理相結(jié)合，通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段為工程質(zhì)量提供強有力的保障，具有重要的理論研究和實際應用意義。

1發(fā)展情況分析

1.1大數(shù)據(jù)建設的趨勢

（1）管理方式多樣化腐蝕控制工程智能化系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)種類和數(shù)量繁多，不能簡單使用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化方式存儲。根據(jù)大數(shù)據(jù)特點制定適合的數(shù)據(jù)存儲策略、了解數(shù)據(jù)信息工作的各種規(guī)律，通過先進的技術(shù)方法保持數(shù)據(jù)管理的有效運行，是大數(shù)據(jù)技術(shù)整體發(fā)展的趨勢；（2）模型分析先進化大數(shù)據(jù)處理面對著眾多存儲數(shù)據(jù)，采用單一或少量的分析模型及組合已經(jīng)滿足不了大數(shù)據(jù)分析的需要。通過組織多種模型并建立模型庫，結(jié)合人工智能等先進技術(shù)，充分利用軟件工具進行處理是大數(shù)據(jù)分析發(fā)展的趨勢；（3）數(shù)據(jù)資源共享化智能化應用采集及存儲的大量價值數(shù)據(jù)遍布在行業(yè)各個企業(yè)應用中，這種分布式布局決定了任何公司及個人都不可能掌握所有需要的數(shù)據(jù)。通過建立數(shù)據(jù)分享和標準化機制，為多方提供安全、便捷、可靠的數(shù)據(jù)存儲和交互模式，實現(xiàn)共贏是大數(shù)據(jù)建設的趨勢。

1.2國內(nèi)應用案例

基于大數(shù)據(jù)的腐蝕控制全生命周期智能化系統(tǒng)涉及工程從誕生到結(jié)束的全過程，時間跨度大，建設周期長，整體投入要求高，國內(nèi)目前在石化管道、交通電力、航空航天等領(lǐng)域應用較多。中海油湛江分公司文昌油田作業(yè)區(qū)于2009年開始圍繞海上油氣田平臺、陸地終端和海底管道等設施逐步建立了腐蝕監(jiān)控信息系統(tǒng)，后期經(jīng)過不斷完善，形成了工程完整生命周期內(nèi)各類設施的信息分享平臺。系統(tǒng)對平臺設備和井道基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，采用動態(tài)提取方式獲得海底管道設施檢測數(shù)據(jù)和異常預警信息，通過數(shù)據(jù)對比和分析計算得出設備腐蝕程度，對設備壽命進行智能評估和預測，為設備維修和延壽提供依據(jù)。系統(tǒng)上線后為油田生產(chǎn)提供了科學的管理和監(jiān)測分析手段，防止由于重大安全事故造成的環(huán)境危害和財產(chǎn)損失[2]。腐蝕數(shù)據(jù)管理是智能化應用的基礎(chǔ)。我國對腐蝕數(shù)據(jù)標準化建設與數(shù)據(jù)共享起步較晚，自2006年以來，中國政府已投入過億資金，建立了國家環(huán)境材料腐蝕平臺。該平臺采用元數(shù)據(jù)存儲方式，收集整理了覆蓋中國不同地區(qū)典型環(huán)境（大氣，土壤和水）30個腐蝕野外測試試驗臺站所積累的材料腐蝕基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以及材料數(shù)據(jù)（各種金屬、涂層、高分子材料、建筑材料）、實驗數(shù)據(jù)（電化學、環(huán)境加速、腐蝕評價）和圖譜數(shù)據(jù)等。未來該平臺將重點收集急迫的或新興行業(yè)領(lǐng)域相關(guān)的腐蝕數(shù)據(jù)，形成標準化的腐蝕大數(shù)據(jù)倉庫，為各類腐蝕控制工程智能化應用提供有力支撐。

1.3目前存在的問題

1.3.1系統(tǒng)整合度低，數(shù)據(jù)融合度不足

腐蝕控制行業(yè)基本是由設計單位、研制單位、施工單位、服務保障單位、最終用戶等多方構(gòu)成，質(zhì)量數(shù)據(jù)多存儲于各單位內(nèi)部，具有明顯的數(shù)據(jù)私有化特點。系統(tǒng)之間難以整合，無法開展有效的數(shù)據(jù)分析，不能實現(xiàn)與其它管理平臺的數(shù)據(jù)共享，導致相同數(shù)據(jù)的重復收集，對人力和計算資源造成浪費。

1.3.2標準體系建設缺失

腐蝕控制工程智能化裝備和信息系統(tǒng)的標準化建設尚處于空白階段，導致各類產(chǎn)品和系統(tǒng)實現(xiàn)方式千差萬別，彼此之間難以數(shù)據(jù)對接并協(xié)同工作，為后期智能化應用和系統(tǒng)運維等帶來隱患。

1.3.3智能化建設整體質(zhì)量難以保證

腐蝕控制工程中采用的智能化設備和軟件系統(tǒng)普遍缺少必要的檢驗檢測步驟，無法保證數(shù)據(jù)的準確性、結(jié)果的合理性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，對智能化施工單位、系統(tǒng)開發(fā)商等缺少必要的認證認可和市場準入制度約束，參建單位水平參差不齊，為智能化建設整體質(zhì)量留下隱患。

2建立材料腐蝕全生命周期數(shù)據(jù)標準和數(shù)據(jù)庫

2.1數(shù)據(jù)標準與基于本體的材料腐蝕元數(shù)據(jù)模型

為形成與材料腐蝕自身所對應數(shù)據(jù)的完整性及復用性，需要建立數(shù)據(jù)標準規(guī)范，在工程生命周期內(nèi)通過數(shù)據(jù)模型進行業(yè)務數(shù)據(jù)整合，在信息交互時執(zhí)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準。通過腐蝕材料數(shù)據(jù)標準的建立，可以在腐蝕控制工程全生命周期內(nèi)，將產(chǎn)生、應用、交互的數(shù)據(jù)信息形成完整的數(shù)據(jù)信息鏈。采用元數(shù)據(jù)表述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息的方式在眾多應用領(lǐng)域中已變得日趨普遍。材料腐蝕元數(shù)據(jù)使用數(shù)字化手段描述材料的腐蝕特征、周邊環(huán)境因素、試驗地點、試驗方式等基本信息和彼此間的關(guān)系，通過標準化結(jié)構(gòu)保證數(shù)據(jù)信息可以被計算機系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫辨識、分解和組織歸納。由于材料腐蝕數(shù)據(jù)數(shù)量龐大、層次復雜、結(jié)構(gòu)多樣，直接采用元數(shù)據(jù)不能解決好微觀結(jié)構(gòu)異構(gòu)和對象復雜關(guān)聯(lián)等問題，需要在元數(shù)據(jù)之上建立基于本體的材料腐蝕元數(shù)據(jù)模型。本體是共享概念模型的明確的形式化規(guī)范說明，其基本建模元語包括類、關(guān)系、函數(shù)、公理、實例五部分[3]。根據(jù)材料腐蝕特征元數(shù)據(jù)的特點，可以構(gòu)建基于本體元數(shù)據(jù)模型的多元組，作為材料腐蝕的數(shù)據(jù)模型，為獲取和共享信息提供互操作機制。

2.2材料腐蝕全生命周期數(shù)據(jù)庫

材料腐蝕全生命周期管理覆蓋了腐蝕控制工程涉及的設計、采購、制造、施工、測試、驗收、運行、監(jiān)/檢測、維保、維修、報廢、延壽、評估等全部環(huán)節(jié)。將項目生命周期各個階段的業(yè)務過程數(shù)據(jù)和材料本體數(shù)據(jù)相結(jié)合，建立統(tǒng)一的材料腐蝕全生命周期數(shù)據(jù)模型，是構(gòu)建材料腐蝕全生命周期數(shù)據(jù)庫的重要基礎(chǔ)。通過該數(shù)據(jù)庫的建立，實現(xiàn)了對材料本身及周邊環(huán)境數(shù)據(jù)、業(yè)務活動數(shù)據(jù)和生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源的集中存儲和開發(fā)利用，為大數(shù)據(jù)平臺上的智能化應用提供支撐。

3建立基于大數(shù)據(jù)的腐蝕控制工程全生命周期智能化平臺

基于大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)建立腐蝕控制工程智能化平臺，將工程全生命周期內(nèi)收集的海量數(shù)據(jù)分類存儲和分析處理，有利于對數(shù)據(jù)進行多維度融合，及時發(fā)現(xiàn)并預測工程整體過程中存在的質(zhì)量問題，為工程各階段的質(zhì)量控制提供數(shù)據(jù)支撐，為業(yè)主、施工方、設計方等工程利益相關(guān)方提供統(tǒng)一的智能化服務。腐蝕控制工程全生命周期智能化平臺的架構(gòu)共分為數(shù)據(jù)獲取層、分析層、管控層和呈現(xiàn)層四部分。數(shù)據(jù)獲取層將采集的數(shù)據(jù)通過集成數(shù)據(jù)總線傳遞給全生命周期數(shù)據(jù)處理引擎，經(jīng)數(shù)據(jù)識別處理后，按照全生命周期各階段進行分類并保存到大數(shù)據(jù)倉庫中，將材料腐蝕記錄等數(shù)據(jù)存放于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫中；在分析層結(jié)合機器學習、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)，通過業(yè)務分析引擎對材料壽命評估、防腐蝕系統(tǒng)可靠性分析、腐蝕模擬仿真、專家建議等智能化應用提供數(shù)據(jù)分析支持；在管控層通過任務調(diào)度引擎對腐蝕進行監(jiān)控預警、對安全進行審計和管理；在呈現(xiàn)層通過數(shù)據(jù)可視化引擎對智能化應用進行界面展示和交互操作，并通過外部接口同需要對接的第三方系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳遞。這種分層架構(gòu)設計從技術(shù)上實現(xiàn)了防腐蝕工程各個階段數(shù)據(jù)的互通和集中管理，有利于開展數(shù)據(jù)全生命周期分析和質(zhì)量控制。

4建立基于大數(shù)據(jù)的認證認可和準入評價體系

國家質(zhì)量基礎(chǔ)，即計量、標準、合格評定（包括認證認可、檢驗檢測）已經(jīng)成為未來世界經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的三大支柱[4]，是腐蝕控制工程智能化建設質(zhì)量保障的重要手段。隨著大數(shù)據(jù)、智慧算法、區(qū)塊鏈等信息技術(shù)手段的逐步應用，為傳統(tǒng)認證領(lǐng)域全面走向智能化、信息化指明了方向。通過基于大數(shù)據(jù)的腐蝕控制工程全生命周期智能化平臺，可以為工程生命周期過程內(nèi)覆蓋的所有企業(yè)和產(chǎn)品做出精準“畫像”，對其產(chǎn)生的防腐蝕效果和綜合質(zhì)量進行有效分析和評價。與第三方系統(tǒng)對接后，可作為其質(zhì)量信用查詢、第三方檢測結(jié)果、市場準入評價的重要判斷依據(jù)，使認證手段更加立體，推動了智能檢測認證與智能質(zhì)量評價的協(xié)同發(fā)展，實現(xiàn)了主觀評價與客觀評價的有機結(jié)合，促進了認證認可標準的一致性、統(tǒng)一性，為參建單位服務質(zhì)量和產(chǎn)品質(zhì)量提供了保證。另外，通過與互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)進行資源整合和信息共享，建立統(tǒng)一服務窗口，縮短了平臺和用戶距離，做到智能互聯(lián)一站式服務，幫助企業(yè)獲取權(quán)威、可信的質(zhì)量數(shù)據(jù)和企業(yè)評價結(jié)果，解決企業(yè)在質(zhì)量檢測認證方面遇到的困難。

5結(jié)語

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的迅速普及和應用，腐蝕控制工程逐步面向智能化、信息化的方向發(fā)展。將大數(shù)據(jù)和腐蝕控制工程全生命周期智能化建設相結(jié)合，能夠更好的對工程各個階段涉及的智能化建設內(nèi)容進行規(guī)范管理，將各個環(huán)節(jié)識別出的數(shù)據(jù)進行共享融合，形成工程運行事前優(yōu)化預測、事中實時監(jiān)測、事后分析改進[5]的信息化閉環(huán)解決方案。另外，通過完善相關(guān)標準體系，促進系統(tǒng)互聯(lián)和數(shù)據(jù)互通，開展基于大數(shù)據(jù)的認證認可等質(zhì)量服務，保證腐蝕控制工程智能化建設的整體質(zhì)量。

參考文獻

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作者：王勛龍 王恩生 李傳增 石鵬 單位： 青島海檢集團有限公司 海檢檢測有限公司