油气长输管道智能化施工管理

于洋　车荣杰

摘 要：本文首先介绍了利用RFID技术进行智能化物资管理及施工管理的方法。针对半自动焊机焊接质量无法有效监控的问题，本文介绍了一种焊机数据采集方案。针对隧道施工危险系数高的特点，本文阐述了一种隧道人员定位系统。所有功能最终都通过物联网平台进行统一的数据采集与管理，这些技术对于施工现场的智能化管理具有重要意义。

关键词：射频识别技术;物资管理;焊机数据采集;隧道人员定位;物联网平台

1 引言

目前油气长输管道工程中普遍存在场站、人员较为分散的特点，施工过程中经常会出现监督管理力度不足等问题，使建设工程存在大量安全隐患。焊接设备的地理位置随着施工进程不断改变，工程管理者难以及时掌握和有效管理焊接设备异地的工作情况。将焊接数据记录下来，可以有效监管焊接质量和施工过程。此外，在长输管道的隧道施工过程中，由于施工环境恶劣，工种危险系数高，使隧道施工单位面临巨大的管理困难。对施工过程进行智能化管理，可以及时发现工程中遗留的安全隐患，实现油气长输管道的可持续发展。

2 基于RFID原理的仓储材料及设备管理

RFID（Radio Frequency Identification）主要功能在于识别及流向追踪。RFID是一种非接触式识别系统，由标签、读写器及应用支撑软件等3部分组成。RFID较其他技术明显的优点是电子标签和读写器无需接触便可完成识别。它改变了条形码依靠一维或二维几何图案来提供信息的方式，通过芯片来提供存储在其中的数量巨大的信息。

基于RFID技术的仓库管理模式可以通过对物资的电子标签进行扫描的方式去完成入库过程。读写器可以安装在物资入库处，以实现物资的自动扫描，同时也可以利用专门人员逐一的对物资进行扫描。这一扫描方式具有时间短效率高的特点。扫描完成后的物资信息还可以直接被记录到RFID标签当中，以备有关人员随时对信息进行提取和查找。

由于建设工程中施工现场环境复杂，且时常有不可预见状况发生，因此，若能充分掌握工地中机具及设备的位置，则能控制调度整体施工作业节拍并可提高生产力效率。RFID技术追踪施工工地的机具及设备，因其可读取范围及距离，主要利用主动式标签追踪工地内的机具设备。针对国外相关机构所作的研究结果显示，应用RFID导入追踪工具的企业，其员工找寻工具所耗费的时间较传统方法约节省40%。

3 半自动焊机数据采集方案

目前在水网地区的油气管线焊接中多使用半自动焊机，大多数半自动焊机无法实现焊机数据的在线采集，通过在半自动焊机中内置数据采集模板的方式，可以改善这种情况。数据采集板（含移动Sim卡一张）从半自动焊机内各传感器提取信号，通过嵌入式软件采集并存储半自动焊机工作数据（焊接电流、焊接电压、送丝速度、层间温度、焊接角度等）和位置信息;数据采集板内集成WiFi模块和蓝牙模块，以备数据上传至移动终端使用。通过无线扫码器可将焊口及焊接人员信息传至数据采集模板，实现数据的归一化管理，模板构成见图1。

4 半自动焊机数据传输移动端开发

对于数据采集板中存放的焊接数据，最便捷的方式是通过无线通信方式直接传递至现场移动端进行显示校验。首先将WiFi模块配置成AP模式产生一个局域网，将移动端和数据采集板分别连接此局域网。每个设备连接时WiFi模块会依次分配IP地址，由此可以得到数据采集板的IP地址。在移动端应用程序中创建一个套接字并为它绑定数据采集板的IP地址和端口，当数据采集板的端口处于监测状态时可以通过IP地址找到采集板，并通过端口进行两个设备的TCP连接，完成TCP连接后就可以进行设备间的数据传输。

在移动端和数据采集板的数据传输上，采用Modbus TCP协议。在移动端将对应的指令按照协议的要求进行打包并发送给数据采集板，采集板得到指令包后进行解包并提取指令进行执行，将相应的数据打包发送回移动端。

5 隧道人员定位系统

油气长输管道隧道工程的管理涉及方面众多，安全管理和工效管理是隧道施工现场的重中之重。隧道施工面临着施工环境恶劣复杂、保障条件差、多工种、人机混合等风险。通过在隧道顶部架设AP，作业人员携带定位标签的方式建立隧道人员定位系统，结合隧道入口的人脸识别系统等，在任何时刻任意位置，定位基站都可以感应到信号，并上传至现场监控中心，得出人员ID、位置、具体时间等有效信息。

目前隧道工程上常用的定位技术有以下几种，比较如下：

综合以上三种现有定位技术，RFID技术目前不适合精准定位;UWB定位精度高，在成本逐步降低的情况下在隧道定位系统中可以优先考虑。

6 基于物联网技术的油气长输管道数据采集

油气长输管道施工过程中，会产生大量的过程数据、施工影像、施工环境参数等。如何将这部分施工数据采集完整，并自动上传，是进行油气长输管道智能化施工管理的前提条件。通过焊机数据采集板、RFID读写器、施工管理助手、现场摄像、人脸识别系统、人员定位系统等设备将现场焊机数据信息、机具设备信息、施工人员信息、环境参数等信息进行在线采集。采集数据可通过现场的无线路由器传入现场数据中心，也可以通过3G/4G等无线通讯技术将数据传递至远端的数据中心。

7 结语

在施工管理的机械、材料、安全等方面应用RFID技术，为油气长输管道智能化施工管理提供了便捷路径。半自动焊机数据采集方案可根据用户需求定制特定的焊接参数进行上传，在现场移动端和控制室同时进行监视，显著提升焊接设备的管理效率。在施工管理最为复杂的隧道建设中，使用人员定位系统，可以做到作业人员的精确定位。基于物联网技术的油气长输管道工程建设，采用多种技术融合的方式，为工程智能化施工管理奠定了良好的基础。

参考文献：

[1]李恒敏，朱洪亮，许玉东等.基于GPS定位和移动互联网的焊接设备远程监控系统[J].电焊机，2017，47（5）：48-51.

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[3]陳蕾，吴克辛，刘浩飞，李静原，张一.施工现场物资管理与智能工地建设方法分析[J].施工技术，2018，47（7）：1-3+25.

[4]唐啸楠，刘海峰.石油工程施工阶段质量控制探讨[J].企业改革与管理，2017，23（12）：214.

作者简介：

于洋（1983- ），男，工学硕士，现工作于山东省天然气管道有限责任公司，高级工程师，主要从事运行调度、仪表自动化、信息化建设等工作。

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