标准数字化是指利用数字技术（云计算、大数据、区块链、物联网、人工智能等）对标准本身及其生命周期全过程赋能，使标准承载的规则与特性能够通过数字设备进行存储、读取、传输与使用的过程[1]。标准数字化转型是全球发展趋势，在标准化创新发展和国际战略竞争中扮演着越来越重要的角色[2]。国际标准化组织（ISO）、国际电工委员会（IEC）和世界各国纷纷发布标准发展战略，将标准数字化作为重要的发展方向[3-4]。2021年10月，中共中央、国务院印发了《国家标准化发展纲要》，提出“不断提高标准数字化程度，发展机器可读标准、开源标准，推动标准化工作向数字化、网络化、智能化转型”的要求[5]。
为提高劳动效率，强化标准执行力，避免不同标准之间的矛盾，并确保所有相关人员对标准形成统一且准确的理解，标准数字化研究迫在眉睫。如何在纸质标准、电子档标准的基础上，努力探索标准数字化发展方向，包括语义识别、知识图谱、元数据、数据集、机器可读标准等领域都需要标准化团队与数字化团体联合开展技术研究工作[6]，实现标准机器可读、可直接应用，机器可反馈给标准制定者有用信息，支撑标准制定、修订工作。天然气工业是我国能源的支柱产业之一，天然气的产、供、储、销各环节涉及技术领域广、标准多，标准数字化可以提高标准的先进性和互通性，有利于智慧油气田建设和标准的实施，从而提高企业的管理效率和竞争力，为其可持续发展打下坚实的基础[7]。本文旨在介绍国内外在天然气领域标准数字化方面已开展的研究，重点探讨天然气质量计量标准数字化研究的进展及目前存在的问题，并提出下一阶段的研究路径与思考，为天然气工业从业者及其他行业标准数字化研究者提供参考。
根据ISO、IEC有关文件的描述，标准数字化的核心是机器可读标准，可理解为技术内容可直接由机器、软件或自动化系统解析和使用，以用户/应用特定的、可移植的数字化形式提供的新型标准[8]。IEC/ISO采用0~4级的等级模型来描述机器可读标准所具有的数字化能力。2021年，为了描述一个更具远见的目标场景，德国标准化学会（DIN）和德国电工委员会（DKE）在IEC/ISO标准分级模型基础上增加了“机器可控内容”（5级）的级别（见表1），该等级的数字标准的内容可以自动编译和修改，也可以由机器触发，从而达到更高的成熟度，该阶段的数字标准能够不断地自动化地适应新的知识[9]。
2019年，ISO提出了机器可用、可读、可迁移标准（standards machine applicable, readable and transferable, SMART）的概念，以机器可读标准为方向推动标准数字化工作，并给出了SMART思维导图，如图1所示。2020年，欧洲标准化委员会（CEN）和欧洲电工标准化委员会（CENELEC）公开发布了《2020年欧洲标准化工作规划》，提出了开展在线标准化项目、开展未来标准项目及开展开源创新项目3个目标，从营造集成化工作环境、提供机器可读标准到与开源活动团体建立联系并将其成果融入标准化工作等方面进行布局[10-12]。2019年，英国标准协会（BSI）启动在数字化环境中进行标准协作开发的敏捷流程。俄罗斯在《2019—2027年俄罗斯标准化发展措施方案》中提出将国家标准转换为“机器可读格式”，并明确将标准库中80%的标准转化为机器可读标准的目标[13]。
当前，采用标准标签集（STS）、XML等方法对标准内容进行结构化表示的技术已相对成熟，ISO、IEC等国际标准组织，德国、美国、英国等发达国家已整体达到第2级机器可读标准水平[14]。国内外对机器可读标准的研究重点集中在第3、4级，即与应用场景深度融合的SMART标准均已在各自识别的优先领域开展试点工作，如德国的工业4.0、机械、汽车等领域，美国的无人机系统、5G、商业航天工业、先进材料等领域。
我国国家市场监督管理总局也于2020年部署了第一批机器可读标准试点项目，包括工业自动化（由机械工业仪器仪表综合技术经济研究所承担）和航空（由中国航空综合技术研究所承担）两个领域[15]。2022年，成立全国标准数字化标准化工作组（SAC/SWG29），负责组织标准数字化基础通用、建模与实现共性技术、应用技术等领域国家标准制修订工作。我国国家标准处于1级开放数据格式文档阶段，并在优先试点领域开展3~4级标准的探索，但目前尚未有系统研究。国家标准馆基于语义识别技术与丰富的国内外标准数据，开发了中外标准内容指标比对系统；中国电子技术标准化研究院提出并立项了IEEE P2959《面向标准的知识图谱技术要求》；中国标准化研究院牵头起草了GB/T 22373—2021《标准文献元数据》，部分行业起草了专门的标准数字化标签集。
全国天然气标准化技术委员会（SAC/TC 244）从2021年开始了天然气标准族谱研究，从标准、单位、体系、对象、人物和标准化技术委员会（以下简称标委会）来构建模型（见图2）。研究以单个“标准”为对象（见图3），主要包括标准制修订内容、标准历年版本、强相关标准、适用范围、适用对象，以及标准名称、标准编号、标准分类号、标准性质、主管部门、归口单位、起草单位、起草人等。通过对单个标准知识要素的建模、抽取、融合，再结合标准研制、推广、应用、实施等标准化活动产生的经验、成果和需求，形成了覆盖90项国家及行业标准、2 421项数据关系的天然气领域标准族谱体系。该标准族谱的构建，为天然气标准的制修订人员、管理人员与使用者搭建了一个便捷、高效的信息平台。依托该平台，相关人员能够快速查找、获取天然气标准的相关信息，对于提高标准制修订效率，加速标准实施进程、推动标准创新和发展具有重要意义。
国际标准化组织天然气技术委员会ISO/TC 193于2018年开展了天然气首个数字化标准《天然气 气相色谱分析仪数据格式 XML文件格式》的制定工作，该标准于2022年发布，编号为ISO 23219：2022（见图4）。2023年，SAC/TC 244下达了标准制定项目，进行采标。该标准采用XML标记语言统一规定气相色谱分析数据的报出格式，XML是一种可扩展的标记语言，是能够描述数据对象的计算机语言，便于各种应用程序的读入，以实现相关参数的计算和记录。统一规定各类型不同厂家的气相色谱仪的数据报出格式，可避免在采用应用程序处理不同仪器数据过程中的接口不匹配问题，从而大幅提升采用气相色谱仪分析数据进行数据处理、计算的效率，同时也有利于提高天然气分析用气相色谱仪性能评价的效率和准确度[16-18]。中国在ISO/TC 193天然气技术委员会2023年年会上，提出了《天然气总硫含量的测定 XML文件格式》国际标准立项，并成立了“数据交换文件格式”国际工作组，有利于推动天然气领域数字标准的国际化进程。
中国石油等国内油气企业积极响应数字化转型的号召，通过开展《石油标准资源数字化建设与应用研究》相关科研项目，深入探索了油气行业标准的数字化实施路径。开展了天然气质量与计量等专业机器可读标准研究，选取典型场景进行数字化标准的试点应用，逐步建立标准数字化管理模式及方案，助推企业数字化转型。研究选取了天然气贸易交接站计量现场作为试点，假设使用超声流量计测量天然气流量、在线色谱仪分析组分，选取天然气术语、取样、组分分析、压缩因子和发热量计算、体积计量、质量判定和能量计量的相关标准[19-22]，设计逻辑流程，在将GB/T 8423.4—2022《石油天然气工业术语 第4部分：油气计量与分析》、GB/T 11062—2020《天然气 发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》、GB/T 13610—2020《天然气的组成分析 气相色谱法》等10项标准转化为XML的基础上，对其数据进行计算，对其质量进行逻辑判定（见图5），实现了天然气贸易交接场景的应用和展示。
标准数字化作为前沿技术趋势，正推动传统天然气行业向数字化、智慧化全面转型。这一转型不仅极大地提高了劳动生产率，还显著降低了天然气产供储销各环节的建设生产成本，促进了行业的整体优化与升级。在标准层面，实施数字化策略有助于提高标准的制定质量与水平，通过精简标准数量，可有效避免标准间的重复与矛盾，从而提升标准的执行效率。
标准数字化的推进也有助于政府监管部门对强制性标准的实施进行更加及时、全面地监控。天然气行业标准数字化的成功经验和模式在未来具备广泛的可复制性和推广潜力，能够为其他传统行业的数字化转型提供宝贵的借鉴与启示，推动整个社会经济体系的智能化升级和可持续发展。
根据国家市场监督管理总局项目“天然气产供储销全产业链标准化体系研究”成果，天然气全链条涉及到的国家、行业标准超过2 000项，涵盖油气勘探开发技术、分析方法、设备材料、安全环保、计量计算等多个领域[23]，不同领域标准在数字化转化、智能应用等方面面临着不同的挑战，主要包括以下几方面。
1） 现有的天然气标准无论是纸质版还是电子版，均基于人类阅读和理解模式设计，无法满足生产、质检等实施场景的智能化要求。天然气的生产场景一般会涉及到多个标准，而现有的纸质版标准和电子版PDF标准，本质上仍依赖于人工进行解读和操作，机器、设备无法直接从中读取和理解标准的具体要求，无法在数字化、智能化的转型过程当中应用。例如，天然气产品的质量涉及到GB 17820、GB/T 13610等方法标准及GB/T 11062等计算标准，其实施均会产生数据和报告[24]。一个数据和报告的产生，可能涉及多环节、多标准，如测定范围判定、标准物质使用、校准、精密度判定、物性参数计算、不确定度计算、评价计算等，智能化实施面临诸多困难和挑战。
2） 不同使用者对标准存在不同解读，不同设备制造商开发的标准系统计算结果和数据格式不一致。天然气产、供、储、销各环节均需要大量的分析仪器设备，以天然气贸易交接为例，涉及的仪器设备种类繁多，包括流量计、色谱仪、流量计算机、压力表、温度表等。其中，色谱仪作为关键的分析设备，其输出格式的差异给使用者带来很多不便。流量计算机在使用同一标准（GB/T 17747.2—2011《天然气压缩因子的计算 第2部分：用摩尔组成进行计算》）计算压缩因子的过程中，也存在偏差，有时高达0.5%，这些偏差可能会给天然气贸易带来较大的纠纷。
3） 从业人员在快速学习和准确掌握最新标准上面临巨大的压力，尤其是多次修订的标准。在天然气行业技术飞速发展、标准迭代频繁等的背景下，现有人员如果需要快速学习和准确了解现行标准的要求，不仅需要投入大量时间搜集获取资源，还须深入理解新要求和应用新知识，因此效率低，成本高，无法满足天然气工业快速发展的要求。
4） 在天然气行业中，标准数字化的通用技术尚未得到广泛而有效的传播。这导致该行业的许多从业者对标准数字化的概念、标准数字化的重要意义与如何应用标准数字化存在困惑。标准数字化所涵盖的关键技术，如标准标签集、公共数据字典、语义识别、互操作、知识图谱、大数据等，对于天然气行业的研究人员和标准制修订人员而言，尚属较为陌生的领域。
天然气工业的高质量发展离不开标准和数字化。目前，标准化工作主要由科技创新或质量安全环保部门进行管理，而数字化工作则主要由信息化部门通过信息化的改造工程来推进。为了实现标准化与数字化的深度融合与协同推进，建议开展以下研究和工作（见图6）。
1） 天然气工业标准数字化开展更深入的分类研究，如：术语标准、产品标准、方法标准、计算标准、工程设计施工标准等因其性质不同，是否在数字化的过程中分类去考虑其特性而进行转化应用；标准中的“宜”“可”在数字化的过程中为非强制性语义，资料性附录为非强制性要求，此类非强制要求怎样进行数字化应用；标准引用标准，如引用标准未数字化应如何推进等。
2） 开展机器可读标准研究，将标准“工具化”，形成XML标准，形成配套标准软件，尤其是计算类标准，形式贯标工具，让研究单位、仪器厂商和标准使用方更容易获取该资源，以确保要求一致、计算准确。
3） 开展天然气领域标准智慧化前瞻性研究，引入算法和模型，在收集足够多数据的基础上，使其可以自动提示升级标准的各项指标，初期经确认后发布新标准，待成熟后，自动发布新标准，尤其是在自动化领域的标准。
4） 国家市场监督管理总局或全国数字化相关标委会统一制定标准族谱或标准图谱的技术要求，天然气相关的标准化技术组织开展标准族谱或标准图谱的构建工作，并形成统一的数据库，推动天然气产业的各方面高效地获取标准化的相关信息，降低获取难度，提高标准制修订、标准实施的工作效率，避免标准的重复和矛盾。
5） 开展天然气某一业务的标准数字化应用研究，例如在天然气贸易计量领域开展应用研究，联合标准制定单位、仪器仪表厂商和使用场景用户，对涉及到天然气贸易计量业务的标准进行数字化，并探索智能化场景应用，发现问题并进行完善，从而在行业内构建起一套可复制、易推广的数字化经验模式。
1） 数字化转型已成为未来发展趋势，《国家标准化发展纲要》明确提出“发展机器可读标准、开源标准”的重要任务。在这一背景下，天然气工业的数字化转型迫切需要构建并依托数字化标准体系作为支撑。
2） 天然气工业在数字化转型的进程中正面临着一系列严峻挑战：①现有天然气纸质或电子化标准已难以满足行业快速发展的需求，存在信息获取效率低、内容更新滞后等问题；②由于不同设备制造商开发的系统数据格式各异，导致数据互操作性差，信息孤岛现象日益严重；③在使用标准进行计算时，可能因为对标准解释不一致或执行细节差异而产生误差，影响决策的准确性；④学习掌握复杂多变的标准化知识对于从业人员而言成本高昂，进一步阻碍了标准的普及与深化。因此，需要开展深入的标准数字化研究，旨在制定形成机器可读标准，并在行业内进行推广应用，为天然气工业的数字化转型奠定坚实基础。
3） 天然气工业在数字化转型的浪潮中，对于机器可读标准的研究正不断深入，现阶段的研究方向主要集中在“机器可读文件”“可读可执行内容”的开发上，并积极探索天然气典型场景的应用研究。未来，这一领域的发展将在此基础上进一步拓展，重点向“机器可交互内容”的研究迈进。
2025, Vol. 54 Issue (1): 125-131 2025, Vol. 54 Issue (1): 125-131