基于BIM和無線定位技術在變電站作業安全管理中的應用

摘 要：智能電網建設對變電站的安全運行提出了更高的要求，但目前的變電站運行仍存在一定的人為因素隱患。基于建筑信息模型，采用無線定位技術的變電站作業安全管理系統能夠以技術手段避免人為因素的影響。簡述了變電站作業安全管理系統的工作流程以及應用情況。

關鍵詞：BIM；變電站；作業安全；管理；無線定位技術

我國的智能電網建設已經進入全面建設階段并取得顯著成果，變電站作為電網的基礎，也是電網生產運行的高危工作區域，其作業安全管理尤其重要。為了提高變電站的安全管理水平，管理部門除制訂了一系列規程、制度外，還為變電站配置了綜合自動化系統、視頻監控系統、五防系統、電氣設備在線監測系統等等，以上技術設施大大提高了變電站的自動化水平，為變電站的作業安全管理提供了一定的技術支撐[1]。但是，上述系統的配置主要根據電氣量和化學量的變化和異常來判斷電網的狀態，既不能對變電站全覆蓋，也不能實時定位及時預警和報警，往往只能在事故進行中或者發生后為事故原因分析提供數據記錄分析的手段，無法對危險因素進行事先防范與預警，變電站現場的人身與設備安全因人員違章、現場作業混亂、現場管理不到位、不按規程巡視等人為因素的影響一直無法得到技術上的保障，致使某些基于人為因素的安全隱患無法避免[2]。

1、系統需求分析

統計數據表明，變電站現場的安全事故中大約有三分之一是因為值班人員或作業人員未認真執行設備巡視規程、未認真執行安全操作與管理規程、超區域作業、現場監護查勘不到位等人為因素所造成的[3]。

基于人為因素的變電站安全隱患主要表現在：①變電站現場巡視不到位。②對進入工作區域的人員監護監控不力。③誤入危險區域。

新型變電站作業安全管理系統通過無線傳感器網絡實現精確定位，將定位信息在變電站平面圖上進行實時顯示，不同的工作組通過不同顏色的點進行標示，便于區分觀察。工作人員的工作路線都將記錄在數據庫中，并且實現路線動態回放，便于日后查詢工作人員的工作情況。系統后臺監控軟件界面精美、專業，操作方便、快捷。變電站地理信息系統建模形象、逼真、直觀，界面美觀，方面使用。后臺系統實時展示移動目標當前位置，并在變電站地理位置圖上標示，跟蹤目標移動軌跡。該系統由四部分組成：①基于寬帶無線射頻定位技術CSS 的無線傳感網絡。②基于波形探測感應技術的檢測報警設備。③與傳感網絡、檢測設備協同互動的高分辨率、可動態調節跟蹤的視頻設備。④后臺計算機管理系統。系統結構如圖1所示。

2、系統的工作模式

系統具有現場需要的多種工作模式，如巡視模式、參觀模式、檢修模式、操作模式和探測模式等，不同模式下的監控側重點有所不同。

巡視模式：主要對工作人員是否按規定時間、規定路線、規定位置巡視進行監控。

參觀模式：主要對外來參觀考察人員的行進路線、參觀時間、參觀區域、停留時間等進行監控，防止進入危險區域或出現意外。

檢修模式：按檢修內容設定檢修人數、檢修工作區域、危險區域、檢修工作時間等，防止非檢修人員混入、誤入非工作區域、超出工作時間等。

操作模式：按操作內容設定操作人數、操作工作區域、危險區域、操作工作時間等，防止監護人員不到位、誤入非操作區域、超出操作時間等。

探測模式：對進入變電站區域內的其他動態目標進行監控，包括車輛、施工機械與設備等。由于車輛體積大、行進速度快，對其監控的實時性要求更高。同時，車輛進入變電站后，也需要隨時監控車輛的當前位置，確保其行駛、停放在安全區域。

同時，也可以根據新的運行管理模式需求，擴充新的工作模式。

3、系統初始化設置

系統平臺構建完成后，需要對系統進行初始化設置，定義相關規則及屬性。根據功能需求分析及該預警系統架構，結合施工現場安全管理的實際需要，進行如下初始化工作，并將相關設置輸入預警系統。

（1）危險區域定義。

根據施工現場的實際情況，將施工現場劃分為Ⅰ～Ⅳ共4個危險等級。

（2）BIM模型建立。

本系統在實施前必須根據傳統的二維圖紙建立BIM模型，以此實現將二維視圖向三維視圖的轉化。BIM模型也是本系統可視化的載體，現場的所有實時信息以及預警信息均將在BIM模型中體現[4]。

（3）主要工作流程：

首先在后臺監控計算機上對需要對變電站工作人員和進入變電站的其他工作人員進行身份注冊，驗證信息后設定他要領取的移動終端的編號，并根據工作人員需要執行的操作設定對應的工作路線、工作時間、工作區域、危險區域等；工作人員進入施工現場后通過寬頻無線定位網絡，將定位數據傳遞給前置機，前置機按照定位算法通過計算確定工作人員的當前位置，一方面根據已設定的危險間隔判斷當前位置是否合法，不合法則向工作人員發送相應的報警信息；另一方面將工作人員的當前位置信息發送給后臺監控系統，在變電站平面圖上將工作人員的位置坐標顯示出來，便于后臺監控人員的觀察。同時，變電站內工作人員的行進路線等信息將保存在數據庫中，日后可以通過動態方式重新查看其工作路線，實現了對施工現場工作人員的有效監督[5]。

4 結論

電網在發展，需求在提高，技術在前進。將無線定位技術應用于變電站的作業安全管理，用技術手段替代人工管理，對于變電站的安全運行具有開創性的意義。應用實踐證明，基于無線定位技術的變電站作業安全管理系統能夠消除人為因素造成的安全隱患，為變電站安全提供了強有力的技術支撐。相信隨著智能電網建設的加速，無線定位技術將在變電站作業安全管理中發揮更大的作用。

參考文獻

[1] 栗云江.變電站綜合自動化技術問答[M].北京：化學工業出版社， 2009.

[2] 陳獻偉.變電站危險點分析[M].北京：中國電力出版社， 2009.

[3] 羅治強，董昱，胡超凡. 2008 年國家電網安全運行情況分析[J].中國電力， 2009.

[4] 張涇杰，韓豫，馬國鑫，韓詩純.基于BIM和RFID的建筑工人高處墜落事故智能預警系統研究[J].工程管理學報，2015.29（6）：17-21.

[5] 谷月雁，司剛，劉清瑞.無線定位技術在變電站作業安全管理中的應用[J].電氣技術.2012（12）：78-81.

作者簡介：左睿（1983-），男，湖南省人，碩士研究生畢業，工程師，從事電力自動化運行的專業研究與工廠供配電設計工作。