智能工地在长输管道全自动焊接中的应用

智能工地在长输管道全自动焊接中的应
用
摘要：中俄东线天然气管道工程作为国家管网的样板工程，根据“重应用、重效果、重安全”和“不搞新技术罗列，不搞信息孤岛，不搞锦上添花”的要求，我单位充分发挥长输管道全自动焊接施工技术优势，在建设实体管道的同时，也建设出国家管网第一条数据为中心的虚拟管道，实现虚拟管道和实体管道的同步移交，以实现项目建设各阶段的数据传递和共享，提升管道的“标准化、数字化、可视化、自动化、智能化”水平为目标。

关键词：长输管道；全自动焊；标准化；数字化；智能化
1 总体架构
中俄东线天然气管道工程（永清—上海）连云港—泰兴段智能管道建设，通过在施工现场部署无线局域网，确保作业范围内WiFi信号全面覆盖。

全自动焊接机组机械化施工机具、项目管理助手、视频监控终端等设备可通过无线局域网接入国家管网服务器，结合二维码、电子标签、摄像头、手机等终端设备，实现对工程建设过程的实时视频监视、感知和数据采集。

真实准确反映现场作业过程，及时完整进行资料数字化移交归档，提高过程管控能力，确保工程建设质量。

从而实现以下目标：
1）实时掌握现场作业情况，避免作业过程不规范；
2）实时监视施工机具工况数据，发现问题，及时预警；
3）施工数据现场采集，关键数据自动输出，确保数据真实、准确；
4）掌握重点区域人员和设备情况，确保安全作业；
5）施工全过程数据完整数字化移交和归档，确保过程可追溯。

1.1整体框架
长输管道全自动焊接通过搭建智能工地，利用信息化手段对现场进行有效管控。

采用二维码和RFID技术封装人员信息，通过终端设备扫描证件后，准确识别现场人员基本资料、岗位职责、资质证件等关键信息，提高现场人员管控力度，强化入场合规性，有效杜绝安全隐患。

对施工设备（中频加热、焊机等设备）进行改造，实现影响焊接质量重要参数的实时采集，并利用二维码、电子标签技术将实时采集的施工过程数据与通过移动终端采集的施工结果数据、施工管理数据进行集成。

在施工现场组建视频监控系统，规范现场人员施工行为，为管理者提供远程监管手段，形成以智能工地为平台的工程项目全面在线管理。

智能工地系统拓扑图
1.2工作流程
1) 施工前开启智能工地一体机和工况数据传输设备、布置好视频监控设备，检查设备是否运行正常。

2) 将智能工地一体机放置在机组中间位置，保证施工现场局域网覆盖，保
证工况数据传输设备和视频监控设备连接正常。

3) 作业面监控画面覆盖施工现场整体情况，焊棚在作业面监控画面视野之内，距离不超过50米；焊接作业画面在棚内监控中央。

4) 工况采集需按要求步骤逐步开展工作：项目管理助手（采集版）打印焊
口二维码、扫码枪扫描焊口编号二维码、人员二维码、设备二维码信息后开始焊
接作业。

5) 焊接过程中监控焊机关键工况参数，实际值超过规范值时及时查找原因。

6) 焊接完成后现场验收工况数据，核对验收工况数据，描述焊口状态，施
工单位和监理单位签字入库。

7) 智能工地一体机、摄像头具备当日现场施工连续工作能力，保证设备运
行正常。

2 工况数据采集
设备进场前对焊机进行改造，增加传感器与传输模块，实现工况数据的自动采集。

通过分析焊接过程参数（电流、电压、送丝速度等）可以辅助提高焊接质量。

2.1实时曲线展示
通过扫描人员及焊口二维码与现场机具建立关联关系，通过现场一体机的局域网将焊接的实时数据（预热温度、电流、电压、送丝速度等）传输到国家管网的中心服务器。

通过访问智能工地工况大屏可以远程查看当日焊接量、正在焊接数据、实时数据参数、每道口每层对应的人员信息、设备信息。

工况大屏展示
2.2历史数据查询
在工况数据管理平台可查看各机组当日施工量，通过焊口编号可查看焊口的历史工况数据，实现焊接过程数据的可追溯。

2.3焊接超限报警
通过焊口编号将工况数据与焊接工艺规程关联，对超过焊接工艺规程标准值的数据进行报警，可以辅助提升焊接质量。

2.4工况数据验收
对采集的工况数据进行分析，计算焊口各工序各焊枪电压、电流、送丝速度等关键参数的最大值、最小值和符合率，对焊口工况数据进行验收归档。

通过工况数据与无损检测相结合，可以为焊机参数设置提供依据。

3 视频监控
智能视频监控系统对焊接机组通过NVR将视频接入国家管网中心平台，无网络情况下视频可以在本地存储，网络恢复后续传至中心服务器。

各施工机组的作业面和棚内监控画面可在互联网通过客户端及手机APP查看。

中俄东线南段的视频监控在中段的基础上进行优化、升级，增加太阳能电池板供电，改造焊接棚内监控设备，解决视频传输不稳定、无信号等情况，彻底实现实时监控画面，做到施工作业带内，监控无死角，全方位、同步实时监控、实时历史回放等功能。

棚内监控作业面和棚内监控画面展示
4 电子标签管理
4.1人员管理
机组入场前将人员信息上传到国家管网工程项目管理系统人员信息档案库，监理通过工程项目管理系统进行审核报验。

人员信息审核通过后生成人员二维码并制作二维码胸牌，焊接开始前通过扫描人员二维码胸牌采集焊工信息。

人员信息档案库人员二维码胸牌
4.2机具管理
机组入场前将机具设备信息上传到国家管网工程项目管理系统机具设备档案库，监理通过工程项目管理系统审核报验。

生成的机具二维码标签粘贴到相对应的设备上，焊接开始前通过扫描设备二维码采集焊机信息。

机具设备档案库机具二维码标签
4.3焊口二维码
在布管对口之后，将生成焊口编号。

使用项目管理助手进行焊口编号预制，按照焊口编号生成规则，生成焊口编号二维码。

通过蓝牙连接二维码打印机，打印焊口编号二维码标签。

焊口编号二维码标签作为唯一的身份标识，后续与之相关的检测、防腐等各工序作业时，通过扫码自动获取焊口标识，并将数据有效的关联起来。

焊口二维码封装数据为焊口编号、施工单位、施工机组、焊接工艺规程、焊口编号预制日期；焊口二维码标签外观显示数据为焊口编号、施工单位、施工机组、焊接工艺规程、焊口编号预制日期。

施工助手焊口二维码预制打印焊口二维码
5 机组定位
由于管道施工沿线跨度大，施工作业面分散，施工各机组位置每天都在变化。

各机组一体机有内置GPS定位模块，可通过统一平台进行定位导航，将机组施工地理位置清晰显示在地图上，方便业主、监理巡检，掌握施工动态。

6 现场数据采集
施工现场通过项目管理助手采集施工过程数据，焊口编号、管材编号、人员编号、设备编号等信息通过二维码扫码获取。

数据采集后同步到国家管网项目管理系统，确认数据无误后上报质检员、机组长进行审核，最后上报监理进行审核、办结。

每条数据都可以在流程跟踪里查看办理到哪一环节和办理时间，对数据进行跟踪。

通过对管道建设的开工前期、建设实施中期和竣工验收后期三个阶段进行重点管控，确保施工全过程在统一平台上有效衔接、高效运转，实现全过程的精细化项目管理。

同时施工过程中围绕管道建设施工数据信息管理、人员信息管理、施工机具管理，持续积累管道"本体数据"和"过程数据"，实现管道施工各阶段信息的集成共享、递延传承和丰富完善，为业主提交规范、完整、准确的管道资产数据。

国家管网平台数据采集展示
平台数据详情展示
7 结论
智能工地通过优化、升级后应用于中俄南段全自动焊接施工中，在提高焊接
质量、规范施工作业等方面有显著帮助。

具体应用如下：
1.
工况数据自动采集实现了全自动焊接过程数据的可追溯，数据超限预警可以
通过分析焊接参数（预热温度、电流、电压、送丝速度等）进而提高焊接质量。

2.
视频监控可以实时掌握现场作业情况，避免作业过程不规范。

管线移交运营
单位后视频监控历史回放可以辅助其查看管道建设施工过程。

3.
电子标签管理通过人员、设备和计量器具进场及退场报验，可以掌握施工现
场人员和设备情况，确保安全作业。

4.
管道施工沿线跨度大，施工作业面分散，通过统一平台定位导航，便于业主、监理巡检，掌握施工动态。

5.
施工数据现场采集，关键数据自动输出，可以保证数据真实、准确、及时。

参考文献：
［1］中俄东线天然气管道工程（永清—上海）连云港—泰兴段智能工地建
设方案，2021.01
8。