面向大规模地下燃气管网的数字孪生安全管控技术与系统研发应用

20251030

电力、热力、燃气及水生产和供应业

本课题研发了大规模地下燃气管网数字孪生安全管控系统1套，主要指标包括燃气管网运维场景下数字化高保真模型224个，且涵盖管道、场站、区域3个层级；故障定位平均时间61.33秒，故障定位平均准确度92.47%；日天然气消耗量平均预测精度95.34%；管道结构应力风险预警平均准确度92.26%，结构应力反演平均实时性0.8969秒；系统具备管网一张图、预警/预测、应急/安防、故障定位/处置、巡检策略推优5大功能。研制了北斗短报文数据传输硬件装置1套，灾害工况下，数据传输完整性98.44%。 此外，成果由北京航天拓扑高科技有限责任公司、北京航空航天大学联合研制，北京顺义燃气有限责任公司负责应用测试。（1）北京航天拓扑高科技有限责任公司，隶属中国运载火箭技术研究院（即航天一院），公司已持续为北京市燃气管网、热力管网建设和运行提供产品与服务30余年，能源系统和产品应用于全国一半以上副省级城市的燃气管网。承担了包括北京燃气、深圳燃气、华润燃气、山西燃气、江苏燃气、中国雄安集团智慧能源公司等企业的燃气智慧运营平台、智慧指挥调度、巡线抢险管理、GIS管网、燃气数字化管道等智慧燃气项目研发和落地实施，在燃气管网的安全管控方面具备扎实基础。（2）北京航空航天大学数字孪生研究团队（负责人陶飞：教育部长江学者特聘教授、国际前沿交叉科学研究院院长）是国内最早从事数字孪生理论研究和应用探索的团队之一，建立数字孪生五维模型理论-技术-工具-标准体系。创办数字孪生国际期刊、牵头举办数字国际和国内学术会议、出版数字孪生设计-制造-服务学术专著3部，发表IEEE Trans., CIRP等高被引论文30余篇相关工作得到了央视科教频道专题报道。团队先后牵头主持国家重点研发计划、国家自然科学基金重点国际(地区)合作基金、国家自然科学基金优青，以及北京市自然科学基金杰青和面上、北京市科技新星、北京市科技计划等，获国家科技进步二等奖2项（均排1）、教育部自然科学一等奖（排名1）、科学探索奖、北京市杰出青年中关村奖等，团队入选北京市卓越青年科学家支持计划。（3）北京顺义燃气有限责任公司是一家区属国有企业，承担着顺义区天然气、液化石油气、压缩天然气的供应、管理、建设和发展工作。 上述单位现阶段理论、技术、应用成果，也为本课题研发的软件系统和硬件装置的转化应用提供了保障。

（1）具备切实业务需求；（2）具备一定启动资金；（3）能够保障课题成果在现场的测试、迭代、部署；（4）能够在知识产权方面达成良好合作意向。

仅限国内转让

（1）预期年新增经济效益不低于200万元；（2）预期能够在燃气安全运维方面做出一定贡献，保障人民群众生命财产安全，具备显著社会效益。

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

智慧城市已成为国家重要布局，智慧能源是智慧城市建设的关键，而智慧燃气作为智慧能源的核心组成部分，是生产与生活的重要基础。燃气在能源互联中处于中枢位置，起着关键的作用。燃气管网安全监测运维直接关系人们群众生命财产安全。本课题针对当前燃气管网数字化模型维度少、管网故障成因不明与定位不准、管道应力实时监测缺失与预警能力不足、管网智能化巡检手段缺失与灾备应急不及时等一系列安全管控难题，研发数字孪生安全管控软件系统和硬件装置，并在北京顺义燃气开展示范应用，打造市-区联动标杆应用。具体包括：燃气管网数字孪生多维模型构建及融合关键技术、数字孪生增强的燃气管网故障快速定位与负荷预测关键技术、面向燃气管网应力预警的多物理场反演与孪生即时可视关键技术、面向管线巡检与灾备应急的孪生预演与前置评估关键技术、大规模地下燃气管网数字孪生安全管控系统研发及示范应用。取得主要成果包括大规模地下燃气管网数字孪生安全管控系统1套、北斗短报文数据传输硬件装置1套、申请发明专利6件（其中授权2件），登记软件著作权2件，为北京加强全国科技创新中心建设贡献了力量。