本案例基于國內(nèi)自主研發(fā)的管網(wǎng)仿真算法，實(shí)時(shí)在線計(jì)算，模擬出全輸配管網(wǎng)的動態(tài)數(shù)據(jù)，基于運(yùn)算大數(shù)據(jù)，開發(fā)出輸配運(yùn)營功能模塊，助力燃?xì)馄髽I(yè)規(guī)劃建設(shè)、氣源采購、安全運(yùn)營。

圖1 系統(tǒng)概況

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，并具有異常預(yù)警、表具管理、氣體溯源、管網(wǎng)建設(shè)、氣源調(diào)度、管網(wǎng)切斷模擬等功能。

系統(tǒng)可提升管網(wǎng)整體安全管理水平，節(jié)約投資建設(shè)及氣源采購成本，輔助供銷差治理，契合國家生命線工程建設(shè)，具有良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

圖2 輸配系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)

打破國外軟件壟斷，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展

國內(nèi)燃?xì)庑袠I(yè)管網(wǎng)仿真軟件（含離線軟件），多為國外軟件或基于國外引擎開發(fā)，存在價(jià)格昂貴、計(jì)算速度慢、專業(yè)性強(qiáng)，指導(dǎo)性差，數(shù)據(jù)安全難保障等問題。

本案例打破國外軟件壟斷，具有完全知識產(chǎn)權(quán)，實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的國產(chǎn)化應(yīng)用，行業(yè)內(nèi)具有重大突破性。

本案例實(shí)現(xiàn)了燃?xì)夤芫W(wǎng)數(shù)字化、實(shí)時(shí)在線、異常事件預(yù)警、未來工況數(shù)字化模擬，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)安全、高效運(yùn)營，引領(lǐng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

主要突破有：

①采用改進(jìn)的“Godunov格式”，全面適應(yīng)空間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的管網(wǎng)模型，靈活性高，可在計(jì)算運(yùn)行中任意改變管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而不會出現(xiàn)計(jì)算異常；

②采用“高階K-T算法”可大幅提高計(jì)算精度和速度，減少計(jì)算資源消耗；

③采用完全“并行計(jì)算”內(nèi)核，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模線程（1萬以上）同時(shí)計(jì)算；

④采用“組合式”高智能算法，具有深度自學(xué)習(xí)能力，高速尋優(yōu)和深層挖掘能力隨使用時(shí)間增加而不斷增強(qiáng)，自適應(yīng)性高。

系統(tǒng)精度：壓力精度達(dá)0.001Pa，流量精度達(dá)0.001m³/h；計(jì)算速度：10000節(jié)點(diǎn)數(shù)<0.01s；規(guī)模上已做到1千萬以上節(jié)點(diǎn)數(shù)，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。

定制化功能模塊，助力燃?xì)夤景踩咝н\(yùn)營

系統(tǒng)通過燃?xì)夤芫W(wǎng)輸配系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真計(jì)算，可滿足管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)、多氣源優(yōu)化調(diào)度、異常報(bào)警、氣體溯源、熱值/虛擬計(jì)量追蹤計(jì)算等業(yè)務(wù)管理需求。

系統(tǒng)針對燃?xì)夤緦?shí)際需求，開發(fā)專屬功能模塊，打通該系統(tǒng)與實(shí)際運(yùn)維管理人員聯(lián)動，為企業(yè)解決輸配瓶頸、提高管網(wǎng)泄漏安全保障、管網(wǎng)老舊改造、氣源優(yōu)化管理、拓展大用戶等業(yè)務(wù)提供科學(xué)支撐。大大提高城燃企業(yè)的智慧化程度，大幅降低燃?xì)馄髽I(yè)經(jīng)營成本，提升管理水平，助力高質(zhì)量發(fā)展。

圖3 管網(wǎng)建設(shè)功能模塊

應(yīng)用效果良好，行業(yè)普適高

本案例于2023年6月13日在長興華潤燃?xì)獬晒ι暇€，應(yīng)用效果顯著。技術(shù)成熟度高，目前已進(jìn)行產(chǎn)品化推廣。本案例結(jié)合國內(nèi)城燃企業(yè)實(shí)際運(yùn)行需求定制化開發(fā)功能，同時(shí)支持個性化需求，適用于整個燃?xì)庑袠I(yè)，受眾廣，包容度強(qiáng)?？蔀轭I(lǐng)導(dǎo)層提供決策依據(jù)，可為生產(chǎn)運(yùn)營提供運(yùn)行支撐，契合城市生命線工程建設(shè)。

全網(wǎng)打通，鍛造智慧燃?xì)獾暮诵拇竽X

本案例可支持城燃企業(yè)本地部署，也可支持集團(tuán)化云部署。充分利用物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)，打通與城燃GIS系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜管網(wǎng)快速建模，輸配系統(tǒng)及時(shí)更新；通過人工智能算法實(shí)時(shí)計(jì)算出全管網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對全管網(wǎng)運(yùn)營監(jiān)控管理。

系統(tǒng)集成各數(shù)據(jù)系統(tǒng)，打通全管網(wǎng)，鍛造智慧燃?xì)獾暮诵拇竽X。在高速尋優(yōu)運(yùn)算的支持下，系統(tǒng)具備日益增強(qiáng)的思考和學(xué)習(xí)的能力。助力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，技術(shù)水平行業(yè)領(lǐng)先。

1  應(yīng)用場景

設(shè)計(jì)研究中心聯(lián)合長興華潤燃?xì)忾_展系統(tǒng)的試點(diǎn)示范項(xiàng)目建設(shè)，系統(tǒng)模型包含整個長興華潤高中壓管網(wǎng)近七百公里，場站近十個，調(diào)壓箱柜一千多個，于2023年6月13日正式上線，綜合仿真精度達(dá)95%以上，能夠?yàn)殚L興華潤公司日常運(yùn)行決策提供科學(xué)的支撐，取得了較好的示范效果。

長興華潤公司至系統(tǒng)上線運(yùn)行以來，將系統(tǒng)不斷應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營中，開展了大量的應(yīng)用工作。在管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方面節(jié)約建設(shè)成本約5%，多氣源調(diào)度方面節(jié)約氣源采購成本預(yù)計(jì)節(jié)約5%，同時(shí)輔助供銷差管理，預(yù)計(jì)提升0.5%左右；同時(shí)提高了管網(wǎng)運(yùn)行安全管理，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益。

圖4 建設(shè)方案模擬

繼長興示范項(xiàng)目后，本系統(tǒng)已完成對某大型城燃企業(yè)3400多公里高中壓管網(wǎng)的仿真模擬計(jì)算，計(jì)算時(shí)長約3分鐘。在城市燃?xì)飧咧袎汗芫W(wǎng)仿真系統(tǒng)的應(yīng)用中，該規(guī)模及體量的仿真計(jì)算能力，國內(nèi)尚屬首次。

2  應(yīng)用導(dǎo)向

本方案可為城燃企業(yè)提供管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控助力運(yùn)維管理，提供各種工況仿真模擬，提供決策支撐。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，將逐步實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)與實(shí)際業(yè)務(wù)的融合，形成仿真系統(tǒng)跨部門、跨職能協(xié)同的應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間運(yùn)維數(shù)據(jù)共享，多部門協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)智慧化運(yùn)維管理。

1  實(shí)施情況

本案例通過長興華潤近9個月的使用情況，進(jìn)一步升級系統(tǒng)核心算法，增加仿真模擬模塊，提升系統(tǒng)預(yù)警能力，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與實(shí)際業(yè)務(wù)的深度融合，達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先的、具有完全知識產(chǎn)權(quán)的管網(wǎng)仿真智能輸配運(yùn)行系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了從技術(shù)轉(zhuǎn)化到產(chǎn)品化的落地，系統(tǒng)的應(yīng)用將助力燃?xì)馄髽I(yè)提升管理水平及管網(wǎng)整體安全水平，并助力燃?xì)馄髽I(yè)管網(wǎng)數(shù)據(jù)完整性及統(tǒng)一性的提升，具有良好的社會效益及經(jīng)濟(jì)效益。

2  應(yīng)用成效

“華潤燃?xì)鉂櫻泄芫W(wǎng)仿真智慧輸配運(yùn)行系統(tǒng)”的應(yīng)用，主要成效有：

（1）安全提升

系統(tǒng)計(jì)算出全管網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，可實(shí)現(xiàn)對管網(wǎng)低壓、超速以及管網(wǎng)壓力的流失等報(bào)警，保障管網(wǎng)安全運(yùn)行。同時(shí)，對各種事故工況下，可實(shí)現(xiàn)對閥門切斷方案的整體把控。

（2）管理提升

系統(tǒng)計(jì)算出管網(wǎng)的事實(shí)狀態(tài)，有利于及時(shí)了解管網(wǎng)的狀態(tài)，提升運(yùn)營管理水平。同時(shí)，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對各種實(shí)際運(yùn)行工況進(jìn)行模擬分析，提供科學(xué)的決策支持。

（3）數(shù)據(jù)治理

在開展系統(tǒng)建設(shè)的過程，需要對城燃企業(yè)原有的GIS、SCADA及CIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的治理，使數(shù)據(jù)的完整性和統(tǒng)一性達(dá)到較高的水平，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)有利于進(jìn)一步發(fā)掘數(shù)據(jù)的價(jià)值。

（4）節(jié)約建設(shè)成本

系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對各類規(guī)劃建設(shè)進(jìn)行仿真模擬分析，優(yōu)化管道選型，避免重復(fù)投資，節(jié)約建設(shè)成本。

（5）節(jié)約氣源成本

系統(tǒng)多氣源調(diào)度模塊，可實(shí)現(xiàn)對各個氣源之間的優(yōu)化調(diào)度，在保障供氣穩(wěn)定的情況下，優(yōu)化起源采購方案，節(jié)約氣源采購成本。

（6）供銷差治理

系統(tǒng)表具管理功能模塊，可對輸配系統(tǒng)表具進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)表具存在的問題及時(shí)排查，尤其是對計(jì)量偏差較大或壓力變化大的用戶進(jìn)行及時(shí)排查，輔助輸差管理。

同時(shí)，基于仿真計(jì)算開發(fā)老化管道管理、燃?xì)庑孤╊A(yù)警的高階算法，助力國家老舊管網(wǎng)改造及生命線工程建設(shè)。