電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地探索、研究與應(yīng)用

陸國俊

摘要：電網(wǎng)建設(shè)關(guān)系國計(jì)民生，隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提升電網(wǎng)建設(shè)效率和質(zhì)量的需求愈發(fā)明顯，如何借助尖端前沿科技，運(yùn)用“云大物移智”等新技術(shù)手段構(gòu)建電網(wǎng)工程智慧工地，目前仍處于探索研究階段。本文將結(jié)合相關(guān)行業(yè)智慧工地建設(shè)現(xiàn)狀及電網(wǎng)工程建設(shè)管理實(shí)際需求，結(jié)合試點(diǎn)情況，探討電網(wǎng)工程智慧工地的建設(shè)思路和應(yīng)用成效。

Abstract： Power grid construction is related to national economy and people's livelihood. With the development of national economy， the need to improve the efficiency and quality of power grid construction is becoming more and more obvious. How to use advanced science and technology to build power grid intelligent construction site is still in the exploratory stage. This paper will discuss the construction ideas and application effects of smart construction sites in power grid engineering， combining with the current situation of intelligent construction sites in relevant industries and the actual needs of power grid engineering construction.

關(guān)鍵詞：智慧工地;電網(wǎng)工程建設(shè);云大物移智;信息技術(shù)

0? 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，用電需求日益增長，電網(wǎng)工程建設(shè)規(guī)模迅速擴(kuò)大。在大量工程同時開展建設(shè)的過程中，如何保證工程進(jìn)度、質(zhì)量、安全、人員等管理要素規(guī)范有序，成為電網(wǎng)工程項(xiàng)目管理的研究重點(diǎn)。

1? 概述

1.1 智慧工地的概念

2017年建設(shè)行業(yè)年度峰會發(fā)布了《中國建筑施工行業(yè)信息化發(fā)展報告（2017）》，主題為“智慧工地應(yīng)用與發(fā)展”。

報告對智慧工地的概念進(jìn)行了定義：智慧工地是建立在高度的信息化基礎(chǔ)上的一種支持人事物全面感知、施工技術(shù)全面智能、工作互通互聯(lián)、信息協(xié)同共享、決策科學(xué)分析、風(fēng)險智慧預(yù)控的新型信息化手段。

1.2 電網(wǎng)工程與建筑工程的差異

電網(wǎng)工程建設(shè)項(xiàng)目與建筑工程建設(shè)項(xiàng)目都包含建筑物構(gòu)建工程，但兩者同時存在明顯差異性，使電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地不可完全復(fù)制建筑行業(yè)的智慧工地概念。

電網(wǎng)工程建設(shè)項(xiàng)目與建筑工程建設(shè)項(xiàng)目的差異性如表1。

以上差異決定了電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地的內(nèi)容除了需要圍繞工地現(xiàn)場管理開展外，還需要結(jié)合電網(wǎng)工程建設(shè)自身的特點(diǎn)構(gòu)建全過程、全方位、多維度的智慧工地體系。

2? 電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地

電網(wǎng)工程建設(shè)雖然與建筑工程建設(shè)存在差異，但在管理角度方面同樣是圍繞“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等工程管理五大要素進(jìn)行管理。從應(yīng)用技術(shù)的角度來看，電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地應(yīng)充分利用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動應(yīng)用、人工智能等先進(jìn)的信息化手段進(jìn)行構(gòu)建。在技術(shù)應(yīng)用效果上，電網(wǎng)工程智慧工地應(yīng)達(dá)到感知實(shí)時化、服務(wù)在線化、監(jiān)管透明化及分析智能化的要求。

2.1 總體架構(gòu)

電網(wǎng)工程智慧工地總體架構(gòu)設(shè)計(jì)為開放式的集成平臺，（如圖1）由三大部分組成，分別為設(shè)備感知層、數(shù)據(jù)感知層、平臺應(yīng)用層。后臺由云計(jì)算平臺架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)提供支撐，保證智慧工地平臺穩(wěn)定高效運(yùn)行。

2.2 設(shè)備感知層

設(shè)備感知層與工地現(xiàn)場緊密關(guān)聯(lián)，主要由各類傳感器、視頻監(jiān)控、標(biāo)識設(shè)備等智能硬件設(shè)備構(gòu)成。這些設(shè)備與建設(shè)工程相關(guān)的人、機(jī)、料、法、環(huán)等現(xiàn)場元素產(chǎn)生直接交互，主要用于施工現(xiàn)場實(shí)時數(shù)據(jù)的采集。根據(jù)所屬因素類別，可以將目前應(yīng)用于智慧工地的主要前端感知設(shè)備劃分以下5類：

2.2.1 人員管理設(shè)備

人員管理相關(guān)的感知設(shè)備可分為人員信息記錄設(shè)備及人員行為記錄設(shè)備。人員信息記錄主要通過標(biāo)識與識別類設(shè)備實(shí)現(xiàn)人員信息庫建立。人員行為記錄主要通過考勤記錄、安全穿戴記錄、人員活動區(qū)域與路線記錄，實(shí)現(xiàn)對人員活動的全方位立體監(jiān)控。

2.2.2 機(jī)械管理設(shè)備

通過應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備管理的相關(guān)傳感器記錄各部位的實(shí)時狀態(tài)數(shù)據(jù);結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)的對機(jī)械設(shè)備的位置監(jiān)控;對施工中具有較大安全風(fēng)險的工程部位和特種設(shè)備進(jìn)行的監(jiān)測監(jiān)控。

2.2.3 物料管理設(shè)備

由于不同物資材料的性質(zhì)不同，需要根據(jù)物資特點(diǎn)選配不同的感知設(shè)備對物資材料的到貨數(shù)量及使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。

2.2.4 質(zhì)量管理設(shè)備

通過各種測距、測角、測高等檢測儀器收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合圖像識別和定位技術(shù)，與結(jié)構(gòu)化的標(biāo)準(zhǔn)庫進(jìn)行比對，自動判別工程建設(shè)過程中各道工序、環(huán)節(jié)與成品是否符合所應(yīng)遵循的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.2.5 環(huán)境監(jiān)測設(shè)備

用于監(jiān)測施工工地現(xiàn)場環(huán)境，并根據(jù)監(jiān)測的數(shù)據(jù)類型不同而采用各種不同設(shè)備，也包括對于施工過程中需要重點(diǎn)關(guān)注的施工區(qū)域和孔洞臨邊區(qū)域進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控監(jiān)測的設(shè)備。

2.3 數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層是一個承上啟下的層級，主要負(fù)責(zé)將設(shè)備感知層獲得的數(shù)據(jù)和圖像進(jìn)行存儲和處理，采用負(fù)載均衡策略將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、存儲、比對、查詢?nèi)蝿?wù)分配到多臺服務(wù)器上，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)類型和應(yīng)用場景，進(jìn)行差異化數(shù)據(jù)處理，形成不同的數(shù)據(jù)感知：

2.3.1 基礎(chǔ)信息感知

利用數(shù)字標(biāo)識設(shè)備、無線識別設(shè)備、門禁考勤設(shè)備、定位設(shè)備等等，生成各類工地現(xiàn)場元素的數(shù)字標(biāo)簽，通過無線自動識別，記錄各元素在各區(qū)域的進(jìn)出行為，并進(jìn)行實(shí)時位置跟蹤，形成對工地現(xiàn)場各元素的基礎(chǔ)信息的綜合感知和記錄。

2.3.2 作業(yè)空間感知

利用邊沿探測設(shè)備、工程測量設(shè)備，將施工場區(qū)進(jìn)行數(shù)字化和網(wǎng)格化，基于場區(qū)總體布置信息、分部分項(xiàng)劃分信息和工程測量數(shù)據(jù)，形成對于作業(yè)場地的立體空間感知。

2.3.3 高危作業(yè)感知

利用各類型專用監(jiān)測儀器，對于工程高危作業(yè)環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時狀態(tài)感知。

2.3.4 作業(yè)環(huán)境感知

通過對有機(jī)組合環(huán)境監(jiān)測設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)，形成針對施工現(xiàn)場氣象、環(huán)境、資源消耗的實(shí)時感知。

2.4 平臺應(yīng)用層

平臺應(yīng)用層直接與用戶產(chǎn)生交互，提供基于設(shè)備感知層、數(shù)據(jù)感知層的信息處理和數(shù)據(jù)運(yùn)算結(jié)果。平臺應(yīng)用層根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)可以劃分不同的應(yīng)用模塊：

2.4.1 人員管理模塊

實(shí)現(xiàn)人員信息采集、統(tǒng)計(jì)和展示，監(jiān)督作業(yè)人員安全防護(hù)穿戴和作業(yè)行為，形成進(jìn)場人員資信畫像，對人員進(jìn)出場進(jìn)行大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，為核實(shí)項(xiàng)目實(shí)施進(jìn)度、合理調(diào)配人力資源提供客觀參考依據(jù)。見圖2。

2.4.2 機(jī)械監(jiān)控模塊

將機(jī)械的實(shí)時運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)回傳至系統(tǒng)后臺，開展高效的分析、監(jiān)控和預(yù)警。預(yù)判人員進(jìn)行違規(guī)操作時，及時告警提醒，中止危險行為，有效掌握機(jī)械風(fēng)險防控的主動權(quán)。

2.4.3 環(huán)境監(jiān)控模塊

通過現(xiàn)場集成一系列監(jiān)測數(shù)據(jù)，并可以根據(jù)現(xiàn)場工序和管理需求適時增減監(jiān)測內(nèi)容，自動啟動調(diào)控設(shè)備對環(huán)境因素進(jìn)行調(diào)節(jié)，使工地環(huán)境始終保持在一個最適合作業(yè)的狀態(tài)。

2.4.4 大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺

以各模塊應(yīng)用為基礎(chǔ)，開展大數(shù)據(jù)分析。隨著智慧工地的推廣和前端感知設(shè)備的完善，數(shù)據(jù)獲取的能力不斷增強(qiáng)，在此過程中將形成豐富的數(shù)據(jù)資產(chǎn)。

3? 應(yīng)用案例

廣州供電局110千伏藝苑變電站是南方電網(wǎng)在建變電容量最大的110千伏戶內(nèi)變電站。由于藝苑變電站所處地理位置的特殊性及其建成后對周邊用戶環(huán)境的重要影響，廣州供電局將藝苑變電站項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)定為“建成具有安全、可靠、綠色、高效特點(diǎn)的世界一流電網(wǎng)示范項(xiàng)目”。其中智慧工地在藝苑變電站的應(yīng)用實(shí)踐內(nèi)容如下。

3.1 總體結(jié)構(gòu)

智慧項(xiàng)目管控平臺總體（圖3）架構(gòu)由三部分組成，分別是智能分析大數(shù)據(jù)模塊、智慧工地現(xiàn)場管理模塊、企業(yè)信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)接入模塊。

3.2 應(yīng)用內(nèi)容

作為廣州供電局智慧工地應(yīng)用試點(diǎn)項(xiàng)目，藝苑變電站的智慧工地應(yīng)用主要以現(xiàn)場的實(shí)際情況及管理需求為建設(shè)藍(lán)本，并在技術(shù)應(yīng)用效果上滿足“感知實(shí)時化、服務(wù)在線化、監(jiān)管透明化、分析智能化”的目標(biāo)。

3.2.1 現(xiàn)場監(jiān)控

藝苑變電站利用一體化考勤設(shè)備、人臉識別設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對人員考勤、作業(yè)安全、現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行、施工環(huán)境等現(xiàn)場要素的全方位多角度監(jiān)控。對施工現(xiàn)場存在的人員、設(shè)備、環(huán)境等安全風(fēng)險進(jìn)行實(shí)時的有效防控。

3.2.2 可視化進(jìn)度管理

藝苑變電站從設(shè)計(jì)階段開始應(yīng)用BIM三維建筑模型技術(shù)，并以此為基礎(chǔ)開展項(xiàng)目全過程管理，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案、施工人員和物料分配;開展安全技術(shù)專項(xiàng)方案可視化交底，提高現(xiàn)場安全管控水平;形成項(xiàng)目建設(shè)全過程完整數(shù)據(jù)資產(chǎn)，為資產(chǎn)全生命周期管理、數(shù)字化移交、智慧運(yùn)維打好基礎(chǔ)。

3.2.3 形成標(biāo)準(zhǔn)

通過在藝苑變電站等多個試點(diǎn)的探索研究，我們初步進(jìn)行了歸納總結(jié)，明確平臺模塊化技術(shù)架構(gòu)、數(shù)據(jù)字段標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)集成接口、硬件資源部署等技術(shù)要求，統(tǒng)一電網(wǎng)工程技術(shù)、采購、安全、質(zhì)量、進(jìn)度、造價和綜合7大管理業(yè)務(wù)的統(tǒng)計(jì)分析基本功能，形成了一套可復(fù)制可推廣的電網(wǎng)工程智慧工地建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系。

3.3 存在問題

110千伏藝苑變電站是廣州供電局示范性項(xiàng)目，全面開展7S管理、大力推進(jìn)機(jī)械化施工，整體建設(shè)智慧工地的過程較為順利。但仍存在需要后續(xù)優(yōu)化的問題：

3.3.1 設(shè)備選型問題

由于當(dāng)前未有電網(wǎng)工程建設(shè)領(lǐng)域未有統(tǒng)一的智慧工地設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，因此在選購相關(guān)設(shè)備的時候，不同廠家的同一類設(shè)備的規(guī)格型號、配置要求均存在差異，需要花費(fèi)大量時間進(jìn)行設(shè)備選型與匹配。

3.3.2 實(shí)施溝通問題

在藝苑變電站開展智慧工地建設(shè)的過程中，工作人員需要同時擁有信息化、電網(wǎng)建設(shè)、工程建設(shè)的經(jīng)驗(yàn)和知識，并與不同專業(yè)的工作人員進(jìn)行長期溝通，才能有效推進(jìn)相關(guān)技術(shù)和設(shè)備的應(yīng)用。在此過程中，溝通對象多、信息來源復(fù)雜、溝通耗時長等均是影響建設(shè)實(shí)施的重要因素。

4? 結(jié)語

綜上所述，在電網(wǎng)工程領(lǐng)域，目前智慧工地的建設(shè)還處于起步階段，其它工程建設(shè)行業(yè)也較少有廣泛應(yīng)用且成熟的標(biāo)準(zhǔn)可以借鑒。對于電網(wǎng)工程來說，探索智慧工地建設(shè)既要參考其它行業(yè)已有的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，也要充分考慮自身專業(yè)的特點(diǎn)，不可盲目套用。智慧工地建設(shè)在110千伏藝苑變電站的成功試點(diǎn)，對深化研究電網(wǎng)工程建設(shè)的智能化、數(shù)字化、在線化發(fā)展，具有很好的借鑒作用。根據(jù)本文的研究結(jié)論，電網(wǎng)工程建設(shè)智慧工地，有其可行性和必要性，值得進(jìn)一步深化探索和推廣應(yīng)用。

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