電網工程建設智慧工地探索、研究與應用

陸國俊

摘要：電網建設關系國計民生，隨著國家經濟的發展，提升電網建設效率和質量的需求愈發明顯，如何借助尖端前沿科技，運用“云大物移智”等新技術手段構建電網工程智慧工地，目前仍處于探索研究階段。本文將結合相關行業智慧工地建設現狀及電網工程建設管理實際需求，結合試點情況，探討電網工程智慧工地的建設思路和應用成效。

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.

關鍵詞：智慧工地;電網工程建設;云大物移智;信息技術

0? 引言

隨著國家經濟不斷發展，用電需求日益增長，電網工程建設規模迅速擴大。在大量工程同時開展建設的過程中，如何保證工程進度、質量、安全、人員等管理要素規范有序，成為電網工程項目管理的研究重點。

1? 概述

1.1 智慧工地的概念

2017年建設行業年度峰會發布了《中國建筑施工行業信息化發展報告（2017）》，主題為“智慧工地應用與發展”。

報告對智慧工地的概念進行了定義：智慧工地是建立在高度的信息化基礎上的一種支持人事物全面感知、施工技術全面智能、工作互通互聯、信息協同共享、決策科學分析、風險智慧預控的新型信息化手段。

1.2 電網工程與建筑工程的差異

電網工程建設項目與建筑工程建設項目都包含建筑物構建工程，但兩者同時存在明顯差異性，使電網工程建設智慧工地不可完全復制建筑行業的智慧工地概念。

電網工程建設項目與建筑工程建設項目的差異性如表1。

以上差異決定了電網工程建設智慧工地的內容除了需要圍繞工地現場管理開展外，還需要結合電網工程建設自身的特點構建全過程、全方位、多維度的智慧工地體系。

2? 電網工程建設智慧工地

電網工程建設雖然與建筑工程建設存在差異，但在管理角度方面同樣是圍繞“人、機、料、法、環”等工程管理五大要素進行管理。從應用技術的角度來看，電網工程建設智慧工地應充分利用云計算、大數據、物聯網、移動應用、人工智能等先進的信息化手段進行構建。在技術應用效果上，電網工程智慧工地應達到感知實時化、服務在線化、監管透明化及分析智能化的要求。

2.1 總體架構

電網工程智慧工地總體架構設計為開放式的集成平臺，（如圖1）由三大部分組成，分別為設備感知層、數據感知層、平臺應用層。后臺由云計算平臺架構及網絡通信架構提供支撐，保證智慧工地平臺穩定高效運行。

2.2 設備感知層

設備感知層與工地現場緊密關聯，主要由各類傳感器、視頻監控、標識設備等智能硬件設備構成。這些設備與建設工程相關的人、機、料、法、環等現場元素產生直接交互，主要用于施工現場實時數據的采集。根據所屬因素類別，可以將目前應用于智慧工地的主要前端感知設備劃分以下5類：

2.2.1 人員管理設備

人員管理相關的感知設備可分為人員信息記錄設備及人員行為記錄設備。人員信息記錄主要通過標識與識別類設備實現人員信息庫建立。人員行為記錄主要通過考勤記錄、安全穿戴記錄、人員活動區域與路線記錄，實現對人員活動的全方位立體監控。

2.2.2 機械管理設備

通過應用于機械設備管理的相關傳感器記錄各部位的實時狀態數據;結合物聯網定位技術實現的對機械設備的位置監控;對施工中具有較大安全風險的工程部位和特種設備進行的監測監控。

2.2.3 物料管理設備

由于不同物資材料的性質不同，需要根據物資特點選配不同的感知設備對物資材料的到貨數量及使用情況進行數據記錄。

2.2.4 質量管理設備

通過各種測距、測角、測高等檢測儀器收集基礎數據，結合圖像識別和定位技術，與結構化的標準庫進行比對，自動判別工程建設過程中各道工序、環節與成品是否符合所應遵循的規范標準要求。

2.2.5 環境監測設備

用于監測施工工地現場環境，并根據監測的數據類型不同而采用各種不同設備，也包括對于施工過程中需要重點關注的施工區域和孔洞臨邊區域進行實時監控監測的設備。

2.3 數據感知層

數據感知層是一個承上啟下的層級，主要負責將設備感知層獲得的數據和圖像進行存儲和處理，采用負載均衡策略將數據轉發、存儲、比對、查詢任務分配到多臺服務器上，根據不同的數據類型和應用場景，進行差異化數據處理，形成不同的數據感知：

2.3.1 基礎信息感知

利用數字標識設備、無線識別設備、門禁考勤設備、定位設備等等，生成各類工地現場元素的數字標簽，通過無線自動識別，記錄各元素在各區域的進出行為，并進行實時位置跟蹤，形成對工地現場各元素的基礎信息的綜合感知和記錄。

2.3.2 作業空間感知

利用邊沿探測設備、工程測量設備，將施工場區進行數字化和網格化，基于場區總體布置信息、分部分項劃分信息和工程測量數據，形成對于作業場地的立體空間感知。

2.3.3 高危作業感知

利用各類型專用監測儀器，對于工程高危作業環節進行實時狀態感知。

2.3.4 作業環境感知

通過對有機組合環境監測設備采集到的數據，形成針對施工現場氣象、環境、資源消耗的實時感知。

2.4 平臺應用層

平臺應用層直接與用戶產生交互，提供基于設備感知層、數據感知層的信息處理和數據運算結果。平臺應用層根據業務特點可以劃分不同的應用模塊：

2.4.1 人員管理模塊

實現人員信息采集、統計和展示，監督作業人員安全防護穿戴和作業行為，形成進場人員資信畫像，對人員進出場進行大數據統計，為核實項目實施進度、合理調配人力資源提供客觀參考依據。見圖2。

2.4.2 機械監控模塊

將機械的實時運轉數據回傳至系統后臺，開展高效的分析、監控和預警。預判人員進行違規操作時，及時告警提醒，中止危險行為，有效掌握機械風險防控的主動權。

2.4.3 環境監控模塊

通過現場集成一系列監測數據，并可以根據現場工序和管理需求適時增減監測內容，自動啟動調控設備對環境因素進行調節，使工地環境始終保持在一個最適合作業的狀態。

2.4.4 大數據應用平臺

以各模塊應用為基礎，開展大數據分析。隨著智慧工地的推廣和前端感知設備的完善，數據獲取的能力不斷增強，在此過程中將形成豐富的數據資產。

3? 應用案例

廣州供電局110千伏藝苑變電站是南方電網在建變電容量最大的110千伏戶內變電站。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境的重要影響，廣州供電局將藝苑變電站項目的建設目標定為“建成具有安全、可靠、綠色、高效特點的世界一流電網示范項目”。其中智慧工地在藝苑變電站的應用實踐內容如下。

3.1 總體結構

智慧項目管控平臺總體（圖3）架構由三部分組成，分別是智能分析大數據模塊、智慧工地現場管理模塊、企業信息系統數據接入模塊。

3.2 應用內容

作為廣州供電局智慧工地應用試點項目，藝苑變電站的智慧工地應用主要以現場的實際情況及管理需求為建設藍本，并在技術應用效果上滿足“感知實時化、服務在線化、監管透明化、分析智能化”的目標。

3.2.1 現場監控

藝苑變電站利用一體化考勤設備、人臉識別設備、物聯網監控設備、環境監測設備，實現對人員考勤、作業安全、現場設備運行、施工環境等現場要素的全方位多角度監控。對施工現場存在的人員、設備、環境等安全風險進行實時的有效防控。

3.2.2 可視化進度管理

藝苑變電站從設計階段開始應用BIM三維建筑模型技術，并以此為基礎開展項目全過程管理，優化設計方案、施工人員和物料分配;開展安全技術專項方案可視化交底，提高現場安全管控水平;形成項目建設全過程完整數據資產，為資產全生命周期管理、數字化移交、智慧運維打好基礎。

3.2.3 形成標準

通過在藝苑變電站等多個試點的探索研究，我們初步進行了歸納總結，明確平臺模塊化技術架構、數據字段標準、系統集成接口、硬件資源部署等技術要求，統一電網工程技術、采購、安全、質量、進度、造價和綜合7大管理業務的統計分析基本功能，形成了一套可復制可推廣的電網工程智慧工地建設標準體系。

3.3 存在問題

110千伏藝苑變電站是廣州供電局示范性項目，全面開展7S管理、大力推進機械化施工，整體建設智慧工地的過程較為順利。但仍存在需要后續優化的問題：

3.3.1 設備選型問題

由于當前未有電網工程建設領域未有統一的智慧工地設備標準，因此在選購相關設備的時候，不同廠家的同一類設備的規格型號、配置要求均存在差異，需要花費大量時間進行設備選型與匹配。

3.3.2 實施溝通問題

在藝苑變電站開展智慧工地建設的過程中，工作人員需要同時擁有信息化、電網建設、工程建設的經驗和知識，并與不同專業的工作人員進行長期溝通，才能有效推進相關技術和設備的應用。在此過程中，溝通對象多、信息來源復雜、溝通耗時長等均是影響建設實施的重要因素。

4? 結語

綜上所述，在電網工程領域，目前智慧工地的建設還處于起步階段，其它工程建設行業也較少有廣泛應用且成熟的標準可以借鑒。對于電網工程來說，探索智慧工地建設既要參考其它行業已有的建設經驗，也要充分考慮自身專業的特點，不可盲目套用。智慧工地建設在110千伏藝苑變電站的成功試點，對深化研究電網工程建設的智能化、數字化、在線化發展，具有很好的借鑒作用。根據本文的研究結論，電網工程建設智慧工地，有其可行性和必要性，值得進一步深化探索和推廣應用。

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