抽水蓄能及水電站項目群建設智慧管控系統(tǒng)總體構想

路振剛，黃悅照，王洪玉，朱安平，王 凱

（國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

1 中國水電及抽水蓄能電站建設現(xiàn)狀

截至2018年底，中國水電裝機容量約3.5億kW，年發(fā)電量約1.2萬億kWh，均保持世界第一，中國水電壩工技術繼續(xù)領跑國際。水電在推動能源生產(chǎn)和消費革命、促進能源減排、高效調控和開發(fā)利用水資源等綜合效益持續(xù)顯現(xiàn)。

擁有305m世界最高的混凝土雙曲拱壩的錦屏一級電站獲得素有國際工程咨詢領域“諾貝爾獎”之稱的“菲迪克2018年工程項目杰出成就獎”。瀾滄江大華橋、黃登、里底3座大型水電站首臺機組先后投產(chǎn)，創(chuàng)新驅動智能建造發(fā)揮重要作用。黃登水電站在203m世界最高碾壓混凝土重力壩施工中創(chuàng)造了智慧碾壓新技術。舉世矚目的豐滿重建工程新壩于2018年建成，老壩開始拆除，其智慧管控系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。

到2018年底，我國非化石能源發(fā)展領跑全球，發(fā)電裝機占比達38.1%。作為容量最大、技術最成熟的儲能設施——抽水蓄能電站建設迎來大發(fā)展，到2018年底我國抽水蓄能電站運行容量已超過3000萬kW，已建和在建容量均居世界第一。其中國家電網(wǎng)公司已累計開工26座抽水蓄能電站工程，在運、在建裝機容量分別達到1923萬kW、3615萬kW。根據(jù)國家“十三五”能源和電力規(guī)劃，要求加快抽水蓄能電站建設，并明確“十三五”抽水蓄能電站開工容量達6000萬kW，到2020年我國抽水蓄能電站運行容量將達到4000萬kW，可以預見未來抽水蓄能電站將迎來黃金發(fā)展期。國網(wǎng)新源控股有限公司未來2～3年在建項目將達到約40個，點多、面廣、線長的抽水蓄能電站項目群建設規(guī)模已然形成。

2 中國水電及抽水蓄能電站智能建造發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題

鐘登華院士在對數(shù)字化大壩研究總結的基礎上提出了智慧大壩的概念，并指出智慧大壩是以數(shù)字化大壩為基礎框架，以“大云物移智”為手段，建立動態(tài)精細化的可追溯、可分析、可控制的智能化大壩建設與運行管理體系。分析了智慧大壩與數(shù)字化大壩相比在信息自動采集、智能指標分析、智能決策、集成可視化等方面的跨越，并探討了智慧大壩在基礎理論、關鍵技術與管理體系的重點研究方向[1]。

目前我國在糯扎渡、溪洛渡、豐滿重建等工程已開始運用智慧大壩技術，雅礱江公司和三峽集團均正在流域數(shù)字化管理方面進行智慧化探索。溪洛渡水電站應用數(shù)字化大壩技術，憑借智能化建設理論新體系，創(chuàng)造了澆筑680萬m3混凝土而未出現(xiàn)溫度裂縫的世界紀錄。豐滿重建工程克服了原大壩治理加固過程中大量資料難以收集的困難，結合重建契機，利用BIM、虛擬現(xiàn)實、大云物移技術，成功構建了可視化、物聯(lián)化、集成化、協(xié)同化科學性特征的智慧管控平臺，對工程建設安全、質量、進度進行全過程智慧管控，為工程建設各方提供了統(tǒng)一溝通管理服務，解決了工程數(shù)據(jù)共享和協(xié)同問題，加強了施工過程管控，提高了項目工程建設管理水平[2]。

國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)的抽水蓄能電站均由國網(wǎng)新源控股有限公司統(tǒng)一建設運行管理（除西藏羊卓雍湖電站外）。國網(wǎng)新源控股有限公司提出了建設“兩型兩化”（數(shù)字化智能型電站和信息化智慧型企業(yè)）抽水蓄能電站的目標，并按照“整體規(guī)劃、建用并行”的原則，應用“大云物移”技術構建了部分智能化、集成化、共享化、可視化的抽水蓄能電站項目管理平臺和功能模塊，至2018年初步形成了“橫向協(xié)同、縱向貫通、順暢高效”的側重于項目管理的基建智能管控系統(tǒng)。現(xiàn)面對如此規(guī)模龐大的電站項目群建設管理，如何構建項目群建設管理的智慧管控體系，推動電站項目群建設管理水平的提升，為數(shù)字化智能型電站和信息化智慧型企業(yè)建設提供支撐是我們思考的必然。

物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展和工程管理要求的提高推動了數(shù)字化建設向智慧建設發(fā)展。為應對史無前例的抽水蓄能電站大規(guī)模建設管理工作，國網(wǎng)新源控股有限公司充分利用抽水蓄能電站間工程布局類似、技術特性相近、管理要求統(tǒng)一的專業(yè)化、集約化管理優(yōu)勢，創(chuàng)新抽水蓄能電站項目群管理機制，利用“兩型兩化”手段，探討并構建一體化、集約型、多層級、開放型的抽水蓄能及水電站項目群建設智慧管控平臺，以“大云物移智鏈”打造集信息采集與交互、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計、智能研判與決策、經(jīng)驗交流與共享等功能為一體的互聯(lián)、共享、可視化的項目群建設管控系統(tǒng)，以提高抽水蓄能及水電項目群建設管控效率，拓展管理廣度和深度。

3 抽水蓄能及水電站項目群智慧管控的發(fā)展對策

目前從電站項目群的角度對抽水蓄能電站及水電站的建設與管理研究甚少，只是在電站運行方面對抽水蓄能電站群在電網(wǎng)調度方法上進行了探索[3]。

抽水蓄能電站項目群建設智慧管控系統(tǒng)屬于面向各層級和參建各方的開放型項目群管理組織模式,即通過信息、統(tǒng)計、分析、智能研判等管理方式，使得各級項目管理人員可以及時、方便的獲得本項目或其他相關項目的過程數(shù)據(jù)和成果狀態(tài)等信息，既利于各項目在授權范圍內(nèi)進行高效的管理和合理的決策[4]，又利于上級管理部門快速獲取信息、及時作出準確判斷和決策。開放型的項目群管理系統(tǒng)可動態(tài)適應建設項目管理對象的加入與退出。項目群管理者和單項目管理者的高效互動、各司其職、快速反應是項目群管理成功的關鍵；需要依靠信息化建設，通過智能化手段對海量信息進行即時判斷并做出決策，實現(xiàn)信息集成、共享、協(xié)同和優(yōu)化[5][6]。

3.1 項目群建設智慧管控系統(tǒng)架構

項目群建設智慧管控系統(tǒng)的建設應按企業(yè)戰(zhàn)略要求、項目群特點、項目群管理功能要求來規(guī)劃設計。

國網(wǎng)新源控股有限公司電站項目群建設智慧管控系統(tǒng)架構是在傳統(tǒng)基建智能管控系統(tǒng)基礎上，向下在項目作業(yè)現(xiàn)場智慧管控方面延伸、向上在公司集團化智慧管理方面延伸，搭建“感知層+管控層+管理層”的三級管控體系；同時與ERP、OA、經(jīng)法、安監(jiān)等專業(yè)系統(tǒng)橫向集成，建立協(xié)同管理平臺，滿足企業(yè)建設管理需要，其本質是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)的項目群智慧管理系統(tǒng)，系統(tǒng)架構如圖1所示。

感知層主要是依托現(xiàn)場網(wǎng)絡及物聯(lián)網(wǎng)技術，通過智能設備及傳感器，實現(xiàn)需求信息的全面感知；現(xiàn)場管控層主要是通過研發(fā)18個專業(yè)子系統(tǒng)，對安全、質量、進度、投資、技術、綜合進行全面管控。總部管理層主要是通過自下而上的信息自動采集，通過大數(shù)據(jù)綜合智能分析、處理與反饋，打造信息共享、業(yè)務協(xié)同、經(jīng)驗交流平臺[7]。

3.2 智慧管控層主要功能系統(tǒng)構想

電站項目群建設智慧管控系統(tǒng)涉及基建管理6大管理板塊、18項基建智能管控子系統(tǒng)（含5項APP）,其在施工智能管控“人機料法環(huán)”的邏輯關系如圖2所示。

圖1 電站群建設智慧管控系統(tǒng)架構體系Figure 1 Architecture of the intelligent control system for the construction of pumped storage power stations

（1）強化現(xiàn)場安全管理，開發(fā)建設人員設備動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，利用人臉識別、車牌識別等技術，實時對人員、設備等現(xiàn)場動態(tài)資源的統(tǒng)一監(jiān)管[8]；開發(fā)建設移動巡檢系統(tǒng)，輔助管理人員查處現(xiàn)場安全、質量問題、安全隱患、文明施工和安全違章等問題，實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)隱患、施工安全問題等實時記錄、及時整改；開發(fā)建設風險管控與遠程督查系統(tǒng)，實現(xiàn)施工安全風險辨識和評價、控制措施編審批、作業(yè)票辦理、安全交底及風險在線監(jiān)督、智能預警等功能[9]；開發(fā)安全監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)施工期的邊坡變形自動化監(jiān)測；開發(fā)安全教訓系統(tǒng)，打造安全培訓在線考試系統(tǒng)[10]；開發(fā)“五系統(tǒng)一中心”和智能安全帽，實現(xiàn)人員定位、人臉識別、視頻監(jiān)控、語音通信、安全風險智能提醒。

圖2 智能管控子系統(tǒng)邏輯圖Figure 2 Logic diagram of Intelligent management and control subsystems

（2）提升質量管控手段，集成大壩碾壓監(jiān)控、運料車監(jiān)控、灌漿監(jiān)控3個子系統(tǒng)，對施工機具的運行軌跡、速度、遍數(shù)、激振力、灌漿壓力等參數(shù)實時監(jiān)控及報警，有效解決漏壓和過壓問題，提高施工質量和效率；開發(fā)質量驗評和監(jiān)理旁站2個子系統(tǒng)，實現(xiàn)工程質量驗評數(shù)據(jù)校驗、統(tǒng)計分析、智能評定及自動歸檔，對重要部位和關鍵工序監(jiān)理旁站信息進行自動記錄和實時監(jiān)控[11]；開發(fā)建設試驗檢測管理系統(tǒng)，對原材料、半成品的實驗檢測數(shù)據(jù)進行全過程數(shù)字化管理，實現(xiàn)原材料跟蹤；研發(fā)電纜敷設管理子系統(tǒng)，綜合運用虛擬仿真、大數(shù)據(jù)計算，實現(xiàn)電纜敷設二次工藝設計和線纜的虛擬排列，優(yōu)化線纜長度、解決“錯漏碰缺”問題（見圖3）。

（3）加強建設進度管控，以Project項目管理軟件為平臺，實現(xiàn)里程碑進度計劃編審批、進度模擬、對比、監(jiān)控和預警功能。

（4）規(guī)范現(xiàn)場計量簽證，對現(xiàn)場工程量計量數(shù)據(jù)采集，為工程投資管控提供最原始數(shù)據(jù)基礎，提供可追溯的支付依據(jù)。

（5）嚴格承包商考核評價，從安全、質量的移動巡檢、監(jiān)理旁站以及工程進度等方面，由系統(tǒng)自動收集相關考核依據(jù)，實現(xiàn)對施工、監(jiān)理和設計承包商進行自動量化評價的定期考核。

圖3 智能質量管理系統(tǒng)Figure 3 Intelligent quality management systems

（6）規(guī)范竣工資料管理，按“預立卷”要求自動采集、存儲、歸檔施工過程中的相關資料，集成檔案管理系統(tǒng)，實現(xiàn)檔案數(shù)字化移交。

3.3 主要問題及對策

目前系統(tǒng)建設主要存在數(shù)據(jù)接入標準不明確、信息安全防護措施不到位，導致電站物聯(lián)傳感系統(tǒng)孤網(wǎng)運行，存在一定的信息孤島；部分專項系統(tǒng)未應用統(tǒng)一平臺開發(fā)，電站群管理層大數(shù)據(jù)分析模型不健全、數(shù)據(jù)挖掘深度不足、智慧決策支撐力度不夠；各電站自行運維，系統(tǒng)運維質量無法保證等問題。

為解決上述問題，國網(wǎng)新源控股有限公司決定開展基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的抽水蓄能及水電站項目群建設智慧群管控系統(tǒng)研發(fā)工作。擬采用統(tǒng)一安全防護標準、統(tǒng)一建設標準與生產(chǎn)期無縫對接，實現(xiàn)系統(tǒng)在公司本部與廠站側兩級部署，并統(tǒng)一運維。統(tǒng)一平臺，依據(jù)“總體規(guī)劃、分步實施”的原則，將管理區(qū)域內(nèi)的抽水蓄能電站的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入公司本部，打造抽水蓄能電站群基建在線安全監(jiān)測平臺，對施工信息化和施工安全、質量、進度全面進行管控，并可實現(xiàn)基建向生產(chǎn)無縫移交。

4 結束語

抽水蓄能及水電站項目群建設是一項繁雜的系統(tǒng)工程，依托“大云物移智鏈”技術，開發(fā)建設電站群建設智慧管控平臺，將項目群建設全過程全要素統(tǒng)籌、協(xié)同管理，實現(xiàn)過程集中監(jiān)控、歷史資料查詢、應急指揮、快速響應、上下聯(lián)動、精準決策，有力提升項目群建設管理效率和效益，對建設數(shù)字化智能型電站和信息化智慧型企業(yè)具有深遠意義。

展望未來，通過人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術，對可能發(fā)生的風險實時全過程、實時監(jiān)測、自動采集、智能分析預警，可有效降低滑坡、泥石流、洞室坍塌等重大安全隱患帶來的影響；可有效促進各項目及集團化公司各管理層級建設管理水平的提升。