智慧管网：噱头还是刚需？

刘萝卜锅

品质源于技术 服务源于态度

这是阿什卡微信号第1027篇原创文章

首发于2023年6月9日

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什么是智慧管网

一部分人类可能认为，没有人，就没有管道。但事实是，没有管道，就没有人。

在这个星球上，人类文明不到一万年，但管道已经发明十亿年了。

管道，最初是多细胞生物用来搞内部沟通的：消化食物、分配营养、输送能量……

生物管网的搭建，都是整体统筹、分步实施、精准施工，不会突然想起要埋血管就挖呀挖结果挖断了气管又开始抢修气管，因为不会智能建造的生物系统早就被淘汰了。

在生物管网的进化发展中，除了越来越复杂的消化、呼吸、循环等长输系统，生命还顺便发明了注射器、发射器等短输器械。

生物管道系统不仅庞大精密，还非常智能。比如我们呼吸——

成分复杂的空气，通过鼻腔、气管过滤保湿，经过支气管，运抵肺泡，筛选氧气分子，交给血液，进入复杂的血管系统——请注意，两套管网这就系统融合互联了。

接下来，氧气分子由红细胞包邮上门，快递给全身各个组织细胞，各取所需，供应精准匹配，童叟无欺。

与此同时，组织细胞产生的废物二氧化碳，通过复杂的血管系统，由血浆和红细胞带给肺泡，经过支气管、气管、鼻腔，呼出体外。

这一套下来，绝对值得一个五星好评：运行高效智能。然而对于生物管网系统来讲，全自动化物流系统控制，只是基操。

任何系统只要运转，难免损伤和BUG，这就必然涉及到修修补补，不然整个系统很快就会崩掉。怎么办？这就要进一步研究复杂系统控制了。

控制系统，是生命体的出厂标配，它包括三体：控制主体、控制客体、控制媒体。

只看名字，三体的关系就一目了然。

主体想要控制好客体，就必须“知道”客体的实际状态，不知道就乱控制，或者凭着虚假认知去控制，那麻烦就大了——体现在精神上就是神经错乱、精神病、幻听幻视幻想症，体现在生理上就是各种过敏、红斑狼疮、类风湿、哮喘等等。

主体乱控制、瞎指挥固然很糟，但失控或者不作为的话，也好不到哪里去，比如感觉障碍病、痛觉缺失症、艾滋病、植物人等等。

不必亲身体验，我们也能达成共识：乱控、失控，都会危害系统，甚至导致系统崩溃。

所以，主体对客体，必须及时采集数据；客体对主体，必须及时反馈信息——这样，系统实现了感知交互可视、数据全面统一，主体才好恰当地调动和配置资源，正确地实施控制。

那么问题来了，通过什么采集数据、实施控制呢？当然是通过媒体。我们体内最大的媒体就是遍布全身的物联网系统——神经系统。当然，无处不在的生化信号分子、功能蛋白等等，也是媒体的重要组成部分。

很好理解的是，三体之间，并无明显分界线。比如神经系统，它是媒体，也可以是主体和客体。

平凡的我们，每一个人，都是由极其精妙、无比复杂、异常强大的控制主体、控制客体和控制媒体三大系统交互而成。

我们挑最简单的聊聊。

你的手指受了伤，管道泄漏出血，伤口处就会释放炎症介质，刺激附近的数据采集终端——痛觉神经末梢，发出电信号，通过神经元，经过脊髓，传递到数据中心大脑，大脑皮层通过数字孪生可视化平台——这里要简单解释一下：

大脑为了感知和掌控身体，不惜动用中央沟后侧的一条脑区，虚拟了一个“仅自己可见”的数字化身体模型，具象化表述一下左脑区的半边模型，大概就是这样：

模型上的每个点，都映射着身体对应部位的感觉，便于大脑全方位感知。这个模型就是你身体的数字孪生体。模型按标准拼装起来大概是这模样：

这个自体感受模型，俗称“[color=var(--weui-LINK)]彭菲尔德小侏儒”。

你的大脑通过这个内建的数字孪生体，进行智能监测：定位受伤处，感受到疼痛，操纵缩手，避免继续受伤。同时指挥眼睛验伤，观察环境，分析受伤原因，进行综合性判断，做出决策：不能用这根手指继续戳仙人掌了！看着扎在手上的那些刺，你的大脑顿时觉得痛入心扉，于是指挥另一只手帮助拔刺，处理伤口。大脑还会根据情况，调动镇痛系统，适当释放内啡肽等多种药物，抑制疼痛信号传递，安慰自己。与此同时，免疫系统、再生系统已经自动启动，防止感染，止血防漏、修补伤口、清除废料等等，这些更复杂的过程略过不说，我们只要知道，这一切都是高度自动化、智能化、协同化、一体化的就好。

仙人掌事件的整个过程，都会存入中央数据库，作为经验供全身借鉴，这样，下次眼睛再看见仙人掌，不仅那根手指不会伸过去戳，其他手指、脚趾以及身体各部都不会去戳，成功避免了再次受伤——这就是自适应优化。

刘萝卜锅

作为智慧系统，不仅要玩转程式化操作，还要会根据不同场景，做出不同的应对。回到仙人掌事件。如果当时你正在被一头熊追呀追，你爬墙逃命时，刚才那根手指被仙人掌扎了一下，这个痛觉信号就会被WDR神经元截留。因为这时，逃离熊口是第一要务，你的大脑需要紧张专注地调动全身软硬件资源逃命，比如扫描判断最佳逃跑路线；分泌肾上腺素，调节血管供应，提升肌肉力量和速度；本体感觉压制其他感觉，增强运动能力，等等。倘若这种时刻，花香、鸟语、手指痛、脚气痒……这些丰富的信号源源不断原封不动地交给大脑并行处置，那场面，你就想想吧。所以，我们的控制主体会以大数据为基础，针对实际变化，自动进行智能分析决策，给出最优应对方案，这才让种群存活率支持我们繁衍至今。

这些有效数据，都会被中央数据库收纳处理，并持续更新，伴你终生，这就是全生命周期数据。

上述种种，说的就是生命控制系统，对生命体进行综合全面控制，以实现生命存活发展的目标，这就是一体化管控、全生命周期管理。

人类管窥了生物管网的大智慧，第一反应是什么？跪——显然是不具有现实意义的，最符合人类特征的行为，当然是——学。

我们要搞自己的智慧管网。

聊到这儿，智慧管网的概念已是如此清晰：运用物联网、数字孪生、智能监测、大数据、云计算等技术，把管网系统连成一个有机的整体，综合发挥系统功能作用，对其进行有目标的控制——这种高度数字化、自动化、智能化、可控化的管网系统，就是智慧管网。

然而刚才面对神级管网智慧差点跪下去的我们都知道，搞智慧管网并不容易，为什么一定要搞呢？

比起生物管道，人类发明管道的时间很短，形成“管网”的历史更短。最早称得上“管网系统”的，是古罗马人公元前144年建成的陶管城市供水系统，由水库、沉井、渠道、隧洞、渡槽、虹吸管、陶管等构成，分布全城，终端是公共浴室、街道喷泉供水等。

工业革命以来，管网系统成了支持现代城市运转的标配，它是现代城市的循环系统、神经系统，哪个失灵都会造成城市运转偏瘫甚至崩溃。

经历过短暂停水电气堵下水道的市民都可以想象，如果这种情况持续个月余半年的，会是怎样一种生活体验。

虽然我们没有经历过这种事，但不代表这种情况不会发生。

因为，系统越复杂，维护起来就越困难；组件越古早，维护起来就越不容易。复杂度、陈旧度、意外等因素叠加，达到一定阈值，就有拉长暂停维修期的危险。

随着经济技术的高速发展，城市建设也随之提速，道路、建筑、设施的改造建造，无不牵扯不断扩容、日趋复杂的管网系统，一些以前不是问题的问题迅速成长为越来越大的问题：资料残缺、管理分散、人工巡检困难，管线位置失准、事故预防不力、维修维护时效不佳，等等。

穿山越岭跨国过海的油气管道系统不说，就只说相对简单的城市供水系统，我国住建部发布的统计年鉴显示，仅2019年，我国城市公共供水管网的漏损水量就达到近百亿吨，甚至有些县城供水100，漏水30。

无论哪一类管网，其坏损所造成的损失之巨大，都远远超出了常人的想象。据统计，仅管道腐蚀这一项损失，就吃掉我国每年GDP的5%。要知道，2023年，我国军费、财政性教育经费、科研经费支出与GDP的占比分别为1.3%±、4%+、2.2%±，哪个都没有腐蚀的多。

如何解决这些问题？生物管网以几亿年的运作经验给出了最佳解决方案：智慧管网。

刘萝卜锅

这么大的升级，怎么操作呢？大体分三步：

第一步，数据有效性治理。收集、查验、校准、补齐现有管网的三维空间分布、特征点、附属物属性、现状等等信息，建立管网信息数据库，实现数据化管理。

第二步，数字化系统互联。配置智能传感、无人机巡线、物联网、数字孪生等新技术，实时掌握管网运行情况及变化，及时反馈数据信息、更新数据库，实现管网智能监测。

第三步，智慧系统搭建。运用大数据、云计算、机器学习、人工智能技术，辅以配套的管网设计、建设、巡检、维护等全套机制，使之系统高度智能化、自动化，实现智慧管控。

当然，这三大步是在统筹规划下进行的，其中涉及无数环节，而且需要不断升级，绝不可能一蹴而就。而且，这三大步，也可以从其他角度分成五大步：标准化、数字化、自动化、知识化、智能化。这样聊起来，本来逐渐清晰的事情似乎又变得模糊起来。不过，无论如何，我们都可以通过智慧管网的鲜明特征，掌握它建成时的样子：

数据全面统一

感知交互可视

系统融合互联

供应精准匹配

运行智能高效

预测预警可控

是不是很眼熟？是的，它要向生物管网学习，一套真正的智慧管网，就是要全方位感知、综合性判断、一体化管控、自适应优化，达成对整个系统的数字化、自动化、智能化全生命周期管理。又很眼熟是不是。

这个目标看起来似乎有点缥缈，其实离我们并不遥远。

早在2004年，中国石油就在“西气东输”工程中提出了数字化管道的概念。

2017年，中国石油依托中俄东线天然气管道工程，开始了以“数字化移交、全智能化运营、全生命周期管理”为理念的智能管道工程。

2018年，大数据理念纳入中国石油智慧管网总体设计方案。

2019年，中国石油首个智能管道建设试点项目中俄管道东线北段投入运营。

2022年，通过试点查验，昆仑泰客公司提出的昆仑能源管道完整性管理与数据排查试点数据查验方案，得到昆仑能源管道管理部门的认可。

2023年，昆仑泰客公司承担昆仑能源管道完整性管理与数据排查检验工作，涉及昆仑能源31家省公司、400多家项目公司、约11.16万公里管道，主要是利用管道拓扑检验、项目属性信息检验、管道标绘检验和管道属性信息检验等方法，进行数据查验纠偏和综合分析，形成报告和解决方案，进行数据有效性治理，助力昆仑能源管网数据化管理，为智慧管网建设打好基础。

PS：管道综合技术服务是昆仑泰客公司三大主营业务之一，拥有管道数据对齐，三维数字化，摄影测量与遥感，探测、检测、修复、保护等技术，致力于管道完整性管理、管道全生命周期管理、管道智能化建设，为建设世界一流能源基础设施服务。

PS：图片多数来自网络，侵删。

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