为了加强管廊运维过程中风险管控，实现精细化的安全管理、提升客户服务质量以及快速复制到全国其它园区，从而推动行业管理水平的提升，在上海市工业互联网创新专项的支持下，上海化学工业区公共管廊有限公司积极开展基于数字双胞胎的公共管廊智能服务云的建设工作。系统建设内容可以总结成“112”，即一个具有数字双胞胎的智慧管廊、一个智慧管廊服务云平台，加上大数据融合分析处理和智慧管廊运维服务两大系统。 智慧服务系统通过建立物理公共管廊数字孪生模型，使主要的业务部门围绕统一的数据应用模型，开展业务流程工作及其优化工作；通过基于数字孪生的大数据智能分析模型，实现了化工区管廊的远程安全监控、风险区域识别、健康状况检测和风险预警能力；通过云平台的智能应用微服务组件管理，帮助公共管廊公司把国标化的管廊服务体系和管廊智能服务微应用，实现跨企业、跨地域的扩展；通过统一的管廊智能服务一张“脸”，为内部用户和外部客户提供统一的服务界面，对内通过基于位置的移动服务和数据智能技术，实现围绕公共管廊安全和服务的跨部门的协作，对外赋能产业集群用户实时了解自己管道的运行状态、施工状况、监控视频及传感器状态等，为他们提供了统一的自服务窗口和协同安全管理的互动渠道。

    基于数字双胞胎的公共管廊智能服务云成功地减少和预防管廊事故发生，经济合理地保障管廊的安全运行，实现管廊内部的跨部门业务协同，实现巡检效率提升10%，百万工时伤害率小于0.8；提升客户满意度到98%以上，新增客户10家。基于公司的管廊管理服务体系成功地发布了国家标准，帮助化工区公共管廊公司的管理和综合服务能力位列国内领先水平的同时，成功输出管理经验，引领整个行业提升管理和服务水平。

一、面临的问题

    公共管廊是化工园区内特有的公用基础配套设施，通过公共管廊，气体、液体物料得以在各企业之间、工厂与码头之间便捷、高效流动，已为世界先进化工区普遍采用。国内一些化工园区公共管廊已经形成规模，大多数化工区均已建立或正在建立公共管廊一体化运输体系。然而，在发挥公共管廊高效、经济等优势的同时，如何确保公共管廊长期安全可靠地运行，也成为决定园区能否安全、可持续发展的关键问题。由于公共管廊管理上具有管廊布局的开放性、物料的多样性和危险性、边生产边施工的特殊性、公共管理的复杂性、设施的重要性等特点，加上园区管道数量的不断增加，由此产生的运维风险决定了公共管廊在管理上存在一定难度。同时，各地管廊已陆续出现弯管断裂、管道掉落、挑梁断裂、冲撞管廊、管廊坍塌等一系列的事件。管廊管道安全状况不仅直接关系到相关企业的正常运行，而且关系到社会稳定和经济发展，同时严重威胁周边环境和人民生命财产的安全。因此建设智慧化管理服务系统，提高化工园区公共管廊安全管理水平，显得尤为迫切。

二、基于数字双胞胎的公共管廊智能服务云

面向化工区产业集群的公共管廊智能服务云的总体架构如图1所示，可以简单总结成“一张脸、一个脑和一颗心”。 其中，一张脸指的是智慧公共管廊服务系统，一个大脑指的是公共管廊大数据分析系统；一颗心指的是公共管廊服务云。

    1．建设基于数字化双胞胎模型的智慧公共管廊服务系统，实现化工区管廊运营和安全管理的一体化。智慧公共管廊的建设，首先要面向化工区产业发展的实际需求，对现有管廊架构进行新建和部分扩建，在物理世界中形成满足需求的化工区管道运输服务的公共管廊。其次，利用高清摄像头、气体传感器、热红外成像仪、测厚仪、巡检机器人等技术手段，构建公共管廊安全监控体系，形成物理世界的管廊系统。其次，基于GIS平台的管廊基础信息库和业务数据库和日常业务所产生的动态数据，打造信息世界中的公共管廊数字孪生系统，形成具有数字化双胞胎模型的公共管廊。并在数字孪生系统的基础上，以GIS平台为基础，以数据应用模型为核心，形成面向产业集群的智能安全管理和服务运维新型能力，实现对企业内部工程、健康安全环保（HSE）和运行部等的一体化业务支持能力，确保了组织的可持续竞争优势。

最后，通过智慧管廊“一张脸”，即统一的门户的开发建设，赋能内外用户通过统一的渠道开展业务，客户可以实时了解自己管道的相关信息，包括管道的运行状态、监控视频及传感器信息等。

    2．以公共管廊数据孪生模型为基础，实现数据智能驱动的管廊安全管理和服务。数据智能驱动的管廊安全管理和服务首先体现在面向管理者的驾驶舱，它通过将企业运营、安全、生产、财务等多业务维度的指标进行统一的可视化展现，赋能管理者可以快速、直观、便捷地通过各种可视化动态图表，了解公共管廊各方面的业务运营情况，快速的了解各种类型管道的危害程度、工程情况、实时施工工程情况、安全教育情况、安全隐患整改情况、巡检情况等，并且可以快速发现管道的状况及异常点，并以此为依据，第一时间快速的制定相应的对策。

    其次，数据智能驱动的管廊安全管理和服务体现在面向各部门的业务管理过程中的各种定制化的数据分析服务。化工园区内危险化学品集中度高，化工装置相互联系紧密，且通过管道相互联接，园区企业大都通过管廊连接形成整体，管廊事故容易引发事故连锁，酿成灾难性事故。结合园区管廊的特点，对管廊泄漏、火灾、爆炸事故演化机理分析，建立管廊火灾、爆炸事故消防力量需求模型；使用集成开发环境 VS2015，采用三层B/S架构开发, 形成化工园区管廊事故多米诺风险评价与应急辅助决策支持模块，实现化工园区管廊事故多米诺风险评估；基于业务流程中的实际闭环数据，定制化地开发响应的机器学习算法，通过数据的不断积累持续提升算法质量，使数据和算法成为各部门提升智慧化的驱动力。

    源源不断的数据智能来源于中科院的公共管廊大数据智能分析系统，它包括从数据采集、存储、处理、分析建模和可视化应用的完整的大数据生命周期管理能力，可面向化工产业集群生态打造过程中安全监管、设备健康管理等产业集群服务需求，针对性地建立数学分析模型开展大数据融合分析，实现各种基于数据智能的类人服务，提高管理决策水平。

    建设立足上海化工区产业集群生态，辐射全国化工区的公共管廊服务云。面向化工产业集群生态打造需求，建设化工区公共管廊服务云，实现服务能力跨企业、跨地域的扩展，同时基于多租户架构可以方便地满足不同企业的定制化需求。该云平台基于现有成熟的云计算容器技术（Docker），解决云平台的资源管理、并行计算、资源分配、安全管理、服务监控等基本问题，打造一个可以方便的水平扩展的能力、资源的按需供给和按用计费的云平台。最终，满足上海化工区产业集群生态打造的同时，快速地把智慧管廊服务体系扩展到上海及全国其它地方，起到引领和示范作用。

三、基于公共管廊智能服务云打造的新型能力

    借助两化融合和数据智能技术，通过公共管廊智能服务云的建设，围绕公共管廊公司持续提升安全管理和服务质量的可持续竞争优势的需求，形成了以下新型能力。

1.基于“数字孪生模型” 的数据智能，实现公共管廊业务能力的持续智能化提升。公共管廊智能服务云在化工园区公共管廊管理领域提出和实践“数字化双胞胎”尝试，通过基于GIS平台的管廊模型和相关数据模拟管廊在现实环境中的行为，实现整个管廊运营过程的数字化，基于实时在线数据建立机器学习模型，对公共管廊面临的风险做到提前预警、提前防范。基于统一的大数据智能分析系统，引入监督性、非监督性的多种机器学习算法和中文文本处理技术，利用现有的管廊数据资源，创新性的针对管廊管段进行了聚类建模和特征总结，针对巡检文本进行了文本分析和描述与问题间的关联分析，实现了基于机器学习的管廊风险评估，评估管段的状态与危险程度，并识别了危险事件与表征之间的潜在关联。

    2.实现管理方式由被动响应式向主动预测式转变。由依赖人工的被动安全管理向基于数据智能的预测、预警和预案的精细化管理方式转变。首先，通过统一线上管理，提高数据处理效率，降低安全隐患。传统的公共管廊巡检方式，是通过相机拍照将巡检发现的缺陷隐患信息记录保留，再手动记录上传，往往会造成录入效率低下、出错率高、追溯难等问题。利用手持app，巡检人员能够及时将现场的缺陷隐患信息上传，做到巡检数据的就源输入，确保数据的准确性和一致性，实现巡检工作的规范化、信息化。

    其次，开发基于数据智能的巡检功能，实现由被动安全管理向主动的数据智能驱动的安全管理方式转变。在降低工作量的同时，加强了精细化的管理。如管廊区域的管道身份信息以电子标签的方式分布在各处，巡检人员利用手持端扫描，可快速获取管道的基本信息和位置信息，从而对数十根管道快速准确的识别。同时，系统基于历史数据、事件、地理位置等信息，通过融合数据分析和预测，结合巡检过程发现的隐患数据和问题记录系统，智能推送消息和巡检任务，提醒巡检人员重点关注，防止巡检人员漏查。同时，在公共管廊的工程设计阶段，基于数字化双胞胎，实现数据智能驱动的管道碰撞仿真分析。

     3.实现客户服务由业务合同驱动向产业集群持续互动的方式转变。公共管廊智能服务云通过多租户能力，可以快速输出公共管廊业务能力。采用分级管理的方式实现对不同客户及权限的管理，提供管廊运维客户自助服务，客户登陆后可以方便查看自己的管廊信息，包括管廊的工程信息、缺陷隐患、监控视频等。公共管廊智能服务云同时为客户提供和线上线下互动和实时反馈的能力，实现了事件互动、应急互动、需求互动、经验分享互动等场景的协同，未来用户可以通过结合自己内部物料信息，不断提升安全管理能力。

    在公共管廊智能服务云项目建设过程中团队开展了技术、管理等各方面得创新工作，产生了一些重要成果，也收获了一些经验教训。

    首先，项目建设中得突出创新有如下两点：

    创新点一：数据智能技术得创新，主要包括管道碰撞分析、数据驱动的风险分析和基于多米诺事故的应急辅助决策。管道碰撞分析针对园区内客户的管道上架需求，无需现场进行测量排摸，利用数字双胞胎系统，可以通过三维数据快速建模，实现数据智能驱动的管道碰撞仿真分析，判断该位置是否可行，是否可能与其他已有的管道发生碰撞，是否部分路段的管位已被占用等问题，无需每次人员到现场反复测量，从而做到提前预知预测的管理；数据驱动的风险分析通过引入监督性、非监督性的多种数据挖掘算法和中文文本处理等技术，对管廊管段进行了聚类建模和特征总结，针对巡检文本进行了文本分析和描述与问题间的关联分析。挖掘评估了管段的状态与危险程度，并提炼识别了危险事件与表征之间的潜在关联，可以辅助后期未来巡检过程中，基于管道情况直接识别问题，提前发现危险，另一方面也能进行更好的预防性维护，减少管道安全隐患；基于多米诺事故的应急辅助决策，主要针对化工园区是危险化学品生产和储存企业集聚的区域，存在的危险物质较多且储存量大，并且上下游产业链中的危险化学品（如苯、乙烯、乙二醇等）大都通过管道输送，一旦某企业所属管道发生爆管或泄漏事故，就可能危及相邻企业，引发灾难性的多米诺事故连锁效应。通过开展管廊事故多米诺效应机理研究，对管廊事故多米诺事故风险进行评价，并根据评价结果采取相应的技术和管理措施，研究建立危险化学品火灾特性、类型、对相邻管道和管廊的影响、周边环境、气象条件等多因素耦合下的消防力量、消防资源需求模型，利用该系统进行应急演练和应急培训，可以辅助制定科学合理的事故应急决策方案，科学高效的开展事故救援，降低事故损失。

    创新点二：通过云服务，支撑管理最佳实践以管理体系贯标和信息化能力的方式走向全国。公司多年来通过1+1+1安全管理保障体系有效地保障了园区的管道的安全运行，所积累的先进经验通过国家标准GB/T36762-2018《化工园区公共管廊管理规程》向全国化工园区推广，为其他化工区管廊的安全管理提供明确、可适用的参照依据，提高化工园区在危险化学品安全输送、风险防控和科学管理方面的能力。而通过建设基于云计算技术的化工区公共管廊智能服务云，有助于将先进的管理体系和服务能力实现跨企业、跨地域的扩展，同时基于多租户架构可以方便地满足不同企业的定制化需求，快速地把智慧管廊服务体系扩展到上海及全国其它地方，起到引领和示范作用。

    同时，在整个项目建设得过程中我们也收获满满。首先，公共管廊智能服务云有力地支持了企业可持续竞争优势及其指标的实现，具体成果如表1所示。其次，该项目为上海化工区公共管廊公司带来了丰厚的知识产权收益和相关荣誉。2018年9月17日正式发布了1项国家标准GB/T36762-2018《化工园区公共管廊管理规程》；获得发明专利1项、软件著作权5项，包括上海公共管廊事故多米诺风险评价与应急辅助决策支持系统、智慧管廊驾驶舱系统、智慧公共管廊运维与服务系统、智慧公共管廊运维与服务软件（手持端）和智能客户服务子系统；项目成果获“2019年度中国设备管理创新成果一等奖”，帮助企业荣获“2019年度设备智能化与技术创新标杆企业”荣誉称号。

    基于数字双胞胎的公共管廊智能服务云成功地减少和预防管廊事故发生，经济合理地保障管廊的安全运行，实现管廊内部的跨部门业务协同，实现巡检效率提升10%，百万工时伤害率小于0.8；提升客户满意度到98%以上，新增客户10家。基于公司的管廊管理服务体系成功地发布了国家标准，帮助化工区公共管廊公司的管理和综合服务能力位列国内领先水平的同时，成功输出管理经验，引领整个行业提升管理和服务水平。

    当然，在项目实施过程中我们也收获了经验教训，让我们更加清醒地认识到通过数据驱动企业智能化得提升是一个持续改进的长期过程。首先，闭环业务数据的不断积累是关键，它是企业智能化过程中新的生产资料；其次，不断提升数据质量，使其能够满足数据应用模型的需求，是训练出具有真正智能的算法的关键；最后，企业的两化融合提升过程是一个管理和技术不断碰撞，通过数据和技术不断驱动业务流程和组织结构优化的过程，企业必须要坚定信念，持之以恒。

    基于数字孪生的公共管廊智能服务云通过建立物理世界和信息世界的公共管廊数字孪生，围绕企业实际业务需求探索数据智能驱动管理模式创新和技术创新，不断优化企业业务流程和组织结构，提升企业安全管理和服务过程的智能化水平，对化工区公共管廊领域具有重要的参考价值。同时，项目在数据能力和数据应用方面的探索，为工业互联网企业通过业务流程数据驱动企业智能化提升方面，给出了很好的案例，具有重要意义。