——首钢京唐钢铁联合有限责任公司能源GIS管理平台纪实

邱观永    杨玉孝

生活中，按下电灯开关，拧开水龙头，点燃气灶，打开一个网页，接通一个电话，这些平常的生活细节我们习以为常，轻轻一按，我们便可使用电能、水能、气能、网络能。但很少有人想到承载这些能源的各种管线。

另据报导，我国钢企2012年1～4月份重点大中型钢铁企业累计实现利润仅11.5亿元，同比下降331亿元，降幅达96.7%；亏损企业亏损额104亿元，亏损面达到33.8%。

诚然，钢企“举步维艰”的生存状态与市场供求紧密相连。于是乎，各钢企为求生存各显神通，当酣战一时的“价格战”成强弩之末后，众厂商转向技术革新的新战场，以期通过科学管理，降低成本来要效益要利润。

首钢京唐钢铁联合有限责任公司（以下简称京唐公司）通过推进“两化”融合，对能源管线进行科学管理，减少了能源的浪费，提高了能源的利用效率。制造系统实现年节能83.88万吨标煤，占全年能源总消耗量的15.56%；能源生产系统年节能21.2万吨标煤，总计105.1万吨标煤，折合减排CO2达（327.56）万吨/年，节能减排同时为企业创造了不菲的利润。

这得益于京唐公司“新一代可循环钢铁流程工艺技术”。“十一五”期间，为全面提高我国钢铁工业的竞争力，同时提高钢铁工业资源和能源的利用效率，逐步建立资源、能源可循环的生产体系，降低生产成本，节约物耗和能耗，实现可持续发展，减少温室气体的排放量，改善环境条件，建设绿色花园式新型钢铁厂。国家科技部组织了国家“十一五”科技支撑计划项目——“新一代可循环钢铁流程工艺技术”项目的研究开发工作，京唐公司承担了该项目15个课题中的12个。另外，国家863计划也将“流程工业能效分析与运行优化系统的开发与应用”列入了国家高技术研发项目。其中“基于GIS的能源管理系统”便是这两个计划中的重要支撑课题之一。钢企的能源消耗巨大，而能源的输送与转换需要靠遍布厂区的各种管线来支撑。实际上，对能源的科学高效管理，就是对承载各种能源管线的科学高效管理，而管线是由各种水管、气管、电缆、热力管线等组成，这时候就不仅仅是单个管线的管理，而是由各种管线组成的一个网络的科学管理，只有对管线网络进行高效管理才能实现对能源的高效管理，管能源系统就是管管线网络，管好管线网络就可以促进能源的系统管理，两者相辅相成。

管线管理－传统向现代的华丽转型

法国作家雨果曾说：“下水道是城市的良心”。

2011年，北京暴雨，两名年青人命丧下水道，同期，全国各地陷入困水之危，武汉看海，南昌看海成了一时调侃热词。就在前不久，北京女白领魂断热水坑……

据统计，2007年，深圳燃气泄漏事故发生25起，郑州供水主干管道爆管235处，兰州市半月内城市供水管网被破坏近10次……

无疑，这些频频发生的管线悲剧和事故让我们认识到，坚实的大地下面其实很脆弱，管线的任何“风吹草动”都会影响我们的生活。这也昭示着我们应该对“地下杀手”更加重视，以寻求一条更加智慧的解决之道。

大到一座城市，小到一家企业，管线的管理都至关重要。作为管线“集中营”的钢企，京唐公司通过运用信息技术，驱动着管线的智能化升级，管线管理的信息化也为企业节约了成本，创造了利润。

京唐公司是首钢集团下属成员企业，位于渤海湾畔的唐山曹妃甸，具有“面向大海有深槽，背靠陆地有浅滩”的优越地理环境。有两座5500立方米的高炉，5座300吨转炉，年均钢产能1000万吨，是我国钢企自主创新的代表。

钢企各专业的管线种类繁多、集中、复杂。如何高效管理这些密如“蛛网”的管线，让这些企业的“血管”流通得更顺畅，保证企业的正常安全生产。显然，传统的手工档案管理和巡逻式排查滞后企业发展需求。

“以前某家餐馆生意火爆，那一定是厨师菜做得好吃，一旦厨师辞职，生意也随之冷淡。但现在，如果有配方，厨师走后饭菜照样可口，生意照做，并不因厨师的离职而萧条，只需按配方做菜即可。” 京唐公司副总经理、教授级高工李杨用一个浅显的类比来阐述传统作坊与现代企业的区别。

企业要做的就是研制一种能够传承下去的“配方”，让知识和企业信息能够固化在系统上，并不依赖于个体。钢企以前对管线的管理采用传统的人工归档、查询、转绘图档等，但这种方式效率低，准确率低，不能迅速及时地为工程设计及施工提供准确有效的信息及技术支持，且钢铁厂在日常生产过程中，各种抢修、补修、改造、新建等工程项目较多，各种管线常“因需而动”。

对于钢企来说，能源是命脉，是核心。对能源的管理某种程度上是对承载能源管线的管理。

能源就是具有能量的资源，作为一种物质，它是运动的，而能量就是对物质运动状态的度量。我们如何描述物质的运动过程和轨迹，探索和把握物质运动的规律呢？物质在空间上必然有一个静止的位置存在，我们可以用GIS技术定位和描述物质；在此基础上如果我们再加上时间维度，则物质运动状态就会展现出来，钢企中的电、水、气、热等能源介质就可以通过空间维度＋时间维度进行管理，掌握它们的三维坐标和运动轨迹，并展示在地图上，形成一个系统模型－基于GIS的能源管理平台。

京唐公司副总经理    李杨

李总说，要对钢企的各种管线用GIS技术进行管理，先期有一些基础工作要做。他认为，GIS在钢企的应用中，不仅局限于能源管线方面的管理，它的内涵和外延是非常广阔的，它的应用可逐步扩展和实现，第一步必须对各种管线进行基础测绘，建立相关的管线数据库。第二步对管网数据进行应用。第三步以GIS为核心的企业数据集成。最后才是形成一个大的信息化管理平台，这个平台是以综合运营平台为总线的企业信息集成。这是一个循序渐进的过程，不能跨越式发展，跨过了第一第二步跳跃到第三第四阶段是不行的，无异于建空中楼阁，即使勉强实施，在使用过程中也会遇到诸多困难。所以，实施企业信息化要放眼长远，步步为营，稳扎稳打，打好基础。

通过对前期各管线数据的收集、核对、入库，建立管线的电子档案，实现了资源的高度共享，只需要对某根管线轻轻一点，其管线的属性就一目了然，包括管线的性质、铺设位置、铺设时间、长度、生产商、管理员信息、运营状态、影响的区域范围等。

GIS改变了传统手工管理管线的方式，轻轻一点，管线的个性体型等特征都会“原形毕露”。节约了人力物力，提高了企业管理效率。

智能化带来高效率

著名的海恩法则指出：每一起严重事故的背后，必然有29次轻微事故和300起未遂先兆以及1000起事故隐患。为了主动压降事故发生的可能性，我们需要从细腻的基础管理着手，将事故消灭在萌芽状态。

钢企管线密如繁麻，如果管道因开挖、老化等原因导致爆破或者泄漏，不仅会酿成重大的灾害事故，而且漏水、漏电、漏气、漏热等更是一种严重的资源能源浪费。如果对管线能够做到防患于未然，就可将事故“扼杀”在萌芽状态且减少能源浪费。

在京唐公司的能源调度中心，工作人员向我们展示了该平台，对于如何做好管线事故的预防工作，工作人员介绍到，系统会对老化的管线进行检测和预警，系统提供的管线老化检测功能可以根据管线的使用年限和维修次数，来检查出老化的管线，并将老化的管线列出到数据列表窗口中。我们就可根据系统上的标示在管线寿命终止前更换新的管道，既安全又节能。

同时，系统还对管道维修信息和埋设时间信息进行详细记录，根据用户设定的维修次数限制和老化时间限制，系统会主动对老化管道和超期服役管道信息进行监控。相关信息超出警戒范围，系统自动报警，提醒维护人员主动对超警戒管段进行维护，避免事故的发生。

此外，平台还提供了警戒哨的自动预警功能。在系统启动时，会根据警戒条件，例如超年限使用的管道或者维修次数过多的管道等等条件，进行预警，并将其超警戒的管道罗列输出出来。一方面避免了潜在事故的发生，另一方面减少了水、气、热等的泄漏。

对于要检修开挖的地下管线，如何保障其它管线的正常运作呢？系统对此设置了影响范围检测功能，例如：需要更换某一根给水管线，在开挖施工前，通过影响范围检测功能，分析出哪些管线将在施工范围内，从而避免在维修给水管线时，挖断燃气、电力、通讯等其他管线。而这一切都可基于系统进行前期的分析，然后做出科学的决策。

京唐公司能源信息中心主任汪国川通过介绍系统的几个功能向记者讲述GIS如何对管线的高效管理。

汪国川主任（左数第四）向记者讲解系统

GIS模型的隐性价值

如果说智能化管理能够为企业带来显性的价值，那么通过对成本模型的分析做出科学决策就是对企业的一种隐性价值。

京唐公司已经实现了对能源全流程的网络管理，构建了全流程能源网络系统，实现能源管理网络化，通过GIS仿真系统，对各种能源介质的空间、时间实现了精确定位；采用网络信息化管理技术，对任何一种能源介质通过空间、时间体系中的六个指标进行实时在线监测、调度和管理；实现能源运行决策模型化，通过能源网络运行控制和预报模型（包括过程模型、成本模型和决策模型）实现智能化管理。采用该项先进技术每年可节约9.16万吨标煤。

钢铁产品制造需要大量的各种能源，如水、电、气、热等，而在钢铁产品生产过程中，又会产生大量的余压、余热、废水、废渣等，这些貌似没有利用价值，但正如垃圾是放错了地方的资源一样，如果处置不当，不仅污染环境而且增加企业的处理成本。变废为宝是唯一的出路，以炼钢过程中产生的余热蒸汽为例，是用于海水淡化还是进行发电，这涉及到一个处理成本与产出价值的关系问题，而这可以基于GIS进行科学判断，即通过成本模型进行经济分析，帮助我们做出科学决策。

京唐公司在规划之初，就明确提出：要追求四个100%，即固体废弃物要100%回收利用、煤气要100%回收、余热蒸汽要100%回收、废水要100%回收利用，实现基本“零排放”目标。在公司的生产实践中，这四个100%之所以能够得到很好的贯彻，就是遵循了循环经济的理念和过硬的专业技术。

在京唐公司，水资源高效利用便是其节能减排的典型。京唐公司的一次水资源中，海水占96%，发电厂采用海水直流冷却。同时，建有海水淡化工厂，采用MED（低温多效）工艺日产淡水5万吨。海水淡化形成的浓盐水直接送往南堡盐场制盐。这样，京唐公司每年可节约地表水资源2400万吨，节约工业盐7200吨/年。

正是通过这种先进的节能技术和科学的能源管理，京唐公司每年可节约工业水612.35万吨，努力追求污水的“零”排放。2011年，京唐公司全厂水重复利用率达到98.2%，吨钢新水消耗平均为3.8立方米/吨，吨钢取地表水仅为1.6立方米/吨。

完善的能源管理与供给体系，为京唐公司创造了大量利润。2011年，京唐公司的自供电率平均为90.12%，其中利用低品质余热余能等发电率为46.5%。全流程追求“零排放”驱动着钢铁的绿色转型。

集成创新力促管理升华

GIS在企业中的应用越来越多，其角色也变得越来越重要，企业的需求推动着GIS不断融入其它技术中，同时也整合和集成引领其它信息技术的发展。

京唐公司能源GIS管理平台一期目标是做好对遍布厂区的各种管线的管理，在未来，京唐公司计划把这个平台扩展成类似于Windows的操作平台，很多系统都可以集成到这个平台上，通过本系统平台与各子系统间的综合集成建立长效管理机制，实现本系统平台与其他子系统间的信息共享与同步更新。实现即插即用，与SCADA系统的监控、报警等信息，与视频点信息，与管网模型结果、预测模型结果等的综合信息集成。小模块都可以集成和安装到该平台上，点击进去，会一层一层展示内容，像剥洋葱一样，尽可能把模块的信息展示详尽，形成一个综合管理的大网。

GIS平台不仅可将已有的业务系统融合进来，还根据需要灵活搭建了具体的业务应用系统，为后续的扩展建设预留了空间，集成了管线专业系统及环境在线监测等系统，最终实现了对京唐钢铁厂所有基础信息、办公数据、生产经营等专题数据的综合一体化管理，满足京唐公司可持续发展的需要。

通过上马信息化大平台，以GIS为核心，集成其它各个子系统，可以为钢铁企业的管理创效益、提效率。

京唐公司能源调度中心

一是大平台节约成本，提高了资源的利用效率，打破了各个子系统各自为政的信息孤岛，发挥整合优势。二是信息化大平台可提升自动化、信息化管理水平，提高劳动生产率。主要工序和能源管理全部实现生产自动化，全部实现计算机智能化全自动控制，建立ERP、MES、GIS等各级信息管理系统，实现了在线生产实时监控、资源能源调配和定单管理等。

管线信息化加速钢企绿色转型

目前，我国大中型重点钢铁企业超过70家，钢铁产能约4亿吨，在调结构，促转型的经济变革中，钢企也应顺势而为，向优质、高效、节能、环保和低成本的目标迈进。

作为整个能源GIS管理平台技术提供方，北京首钢自动化信息技术有限公司（以下简称首自信公司）项目总监周海伦提到，（编者注：首自信公司也是首钢集团下属成员企业，为整个集团提供信息化技术支撑。）作为冶金行业能源GIS的管控，是非常重要和关键的，首自信公司一直专注于能源系统的研究、开发和推广，而GIS在能源系统中又可大展身手。

京唐公司负责GIS系统开发的工程师和景福此前也提到，钢企能源GIS系统，必须寻求三维仿真实力雄厚的GIS厂商合作，否则做出来的只是数学模型，难以对能源系统进行有效管理。

能源GIS平台都是逐步建立起来的，从开始的调研，总体设计，详细设计，数据采集，数据校验，模型建设等。该系统能够无缝连接，达到现场动态数据的实时展示，这是它的一大创新点。

经过两年多的艰苦攻关，能源GIS管理平台作为“863计划－流程工业能效分析与运行优化系统的开发与应用”的一个子课题，取得了非常圆满的成功。据悉，该项目已于2011年3月18日经过国家科技部专家组的验收，并在全国钢铁企业中推广应用。通过此项目，还培养了一大批人才，提升了企业的信息技术研发能力。

实践证明，通过GIS的开发和应用，提高了生产效率，大幅度降低了生产成本，实现了节能减排，建设了清洁环保的绿色工厂。

背景小资料：

“新一代可循环钢铁流程”项目是国家863计划科研攻关成果，总共有15个课题，其中基于GIS的能源管理系统是其中子课题之一，该课题的核心和关键是建立对各种管线的信息化管理，从而提高能源的利用率，通过节能减排达到增大钢企利润的目的，该系统主要由在管线建设方面经验丰富的中地数码集团承建。