某電廠智慧工地管控系統的設計與研究

孟春艷，朱憲花，李煒

（1,山東電子職業技術學院，山東 濟南 250200；2.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

21世紀全球能源與資源危機、全球生態與環境危機、全球氣候變化危機等多重挑戰已作為信息化時代工業革命的直接驅動力，并由此揭開綠色工業革命的序幕。作為直接使用最為廣泛的電能，也迎來了以“云大物移智”為代表的新一代電力技術革命。隨著數字化電網的發展，以及云計算、大數據、物聯網等信息技術的運用，使得工業和信息化高度融合[1]，建設智慧電廠已成為行業內普遍認可的發展目標[2]，以數字化物理載體為依托，電廠設計與規劃向著更加高效、清潔、綠色的智能化方向挺進。

1 設計概況

某新建電廠擬建設規模為2×1000MW機組，以大數據技術、三維可視化技術和高性能網絡覆蓋技術為基礎，構建智能發電控制系統（Intelligence Control System，ICS）和智能電廠管控系統（Intelligence Management System，IMS），最終實現更加綠色、高效、智慧、一流的建設目標。

通過將計算機技術、物聯網、多媒體技術、網絡技術、視頻處理、大數據、云計算等技術相結合，以PC端、手機端以及現場設備端三位一體的管控方式為企業現場工程管理提供先進技術手段，構建工程智能監控和控制體系，有效彌補傳統方法和技術在監管中的缺陷，實現對人、機、料、法、環的全方位實時監控，實現變被動“監督”為主動“監控”。

該電廠的智慧工地管控系統遵循集團公司總體規劃以及相關標準規范。打破傳統信息化中數據孤島，利用“云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、智慧應用”等先進技術理念，結合發電行業發展新趨勢，進行業務應用與智能化創新，對工程施工現場管控環節進行集成與應用，以“智慧”的方法改進施工現場管控方式，建立互聯協同、安全監控、智能建設的項目生態圈，提高項目各方的業務分析與管控能力、過程協同能力、風險控制能力，實現綠色建造、智慧建造[3]。

2 設計原則

結合企業先進管理理念，以價值創造為核心，以人、設備、成本為對象，實現工程管理的智能安全、智能分析、現場智能巡檢、智能報警、智能關聯“質量專家庫”、智能追蹤工作指令關閉等，在數據融合和技術融合的基礎上，打造柔性的一體化支撐平臺和工作平臺，以實現價值為導向的應用融合，創造更多的價值。系統設計滿足以下幾個原則：

（1）精細化：細化項目過程管理，制定項目工作任務清單模板，指導、規范項目日常工作，促進各業務間的工作協同。

（2）可視化：應用IT新技術，加強數據挖掘、分析和呈現，將管理層關注的項目指標數據以圖形、圖表方式進行可視化、動態化展現，確保計劃透明、執行結果透明、統計結果實時準確、業務痕跡可追溯，不僅滿足項目總覽監控需求，還可以穿透、查詢重點事項的過程信息。

（3）移動化：借助移動應用技術的發展，改變傳統的PC端錄入、移動端查詢的模式，加強移動端功能，將移動應用打造成信息錄入終端，增加用戶應用系統的及時性、便捷性，解決以往項目現場數據采集困難的狀況。

（4）智能化：加強系統業務模塊間的橫向關聯，實現建設項目各業務間的相互關聯與協同；增加工作自動推送、智能提醒、智能預警，實現建設業務智能化管控；進一步打通業務系統，通過業務關聯、數據同步，實現系統多方位擴展，避免同類數據重復采集，達到信息共享的目標[4-5]。

（5）數字化：從追求線上“自動化”轉變為“數字化”，整合項目進度、安全等各業務環節數據，基于多維分析技術，為項目管理提供決策支撐，將數據提煉成知識，助力公司數字化轉型、智慧化升級。

（6）標準化：以“模塊化”方式設計和開發建設項目標準業務功能模塊，實現未來新增建設項目的功能簡易配置和擴展。

3 整體架構

以電廠數據為核心，將生產實時數據和管理數據清晰劃分，按照數據類型的不同，將建設的業務功能分為實時數據業務和管理數據業務。為實現數據共享與功能協同，分別形成智能發電控制系統（ICS）和智能電廠管控系統（IMS）。本期智慧工地管理建設項目屬智能電廠管控系統（IMS）的一部分，該項目平臺及應用系統、網絡及硬件設施將逐步過渡至生產期IMS系統[6-7]。

該智慧工地管控系統的整體架構自底向上由四部分組成，包括：智能設施層、智能平臺層、智能應用層和智能交互層[4]。其中：

圖1 智慧工地管控系統整體架構圖

智能設施層：核心組件包括智能化工器具、IT基礎設施等，如：各類監視監測設備、視頻監控設備、門禁設備、安防設備、網絡通信設備、計算存儲設備、網絡信息安全設備等；

智能平臺層：核心組件包括應用軟件開發與運維、狀態監測服務、權限管理服務等；

智能管理層：核心組件包括安全管控、質量管控、進度管控、環保管控、檔案管理、一體化協同辦公、智慧業務應用與其他管理業務集成、一體化展示與訪問。

智能交互層：核心組件包括桌面終端、移動終端、大屏等。

該整體框架的設計充分考慮了以下兩個方面：一是為業務應用提供規范化、易管理、可擴展的基礎技術平臺和管理環境；二是為跨部門跨應用的信息集成、數據整合、信息共享、統一展現提供支撐，也為智能化分析決策與數據挖掘提供有力支持。

4 建設規劃

4.1 整體規劃

對智能電廠的基礎設施進行統籌規劃，包含各種有線信息網絡平臺、工業無線應用平臺以及各種虛擬化服務平臺等的建設，立足全局進行綜合考慮與規劃，避免基建期與生產期重復投資建設造成不必要的浪費，盡最大可能避免出現信息孤島。在規劃智能電廠管控平臺時，在經濟適用的基礎上充分考慮技術的先進性與前瞻性，為系統擴展提供一定的空間。安全性涵蓋硬件設備容錯能力、數據資源訪問策略、用戶驗證機制和系統備份策略、工控安全等多個方面。應用系統設計與實施符合相應的國際標準、國家標準和行業標準等。充分考慮硬件設備的可擴展性和軟件模塊的靈活性與開放性，以適應系統將來可能的發展。智能電廠管控平臺的整個硬件基礎設施建設統一考慮、統一部署。

4.2 分步實施

根據整體規劃，將智能電廠管控平臺建設分步實施，主要分兩階段。

第一階段：開展智慧工地建設，具體包括：基建期智慧工地管控系統中對視頻監控、門禁系統、智能安防系統、基礎平臺、管控應用統籌規劃，分階段實施，同時對上述系統功能加強，與生產期智能電廠管控平臺一體化。

第二階段：新機組168h試運結束，性能考核試驗完成后，充分調研后，增加部分高級應用模塊，以達到智慧決策為最終目的，并對相關模塊進行完善及深度挖掘。

（1）先進性與經濟性兼顧：設計智能電廠管控平臺時，在經濟適用的基礎上充分考慮技術的先進性與前瞻性，為系統擴展提供一定的空間。

（2）安全可靠：安全性涵蓋硬件設備容錯能力、數據資源訪問策略、用戶驗證機制和系統備份策略等多個方面。

（3）符合通行標準：應用系統設計與實施符合相應的國際標準、國家標準和行業標準等。

另外，智慧工地管控系統建設按照兼容擴展原則，預留兼容生產信息系統接口，同時系統具備和集團一體化集中管控系統的對接能力。通過基建、生產一體化設計，整合基建階段與運營階段數據信息，完成項目知識積累與價值傳遞。實現企業知識一體化、資產價值一體化，實現發電企業從基建期向生產期平滑過渡，提升企業資產利用率，提高企業投資回報率。整個智慧工地管理系統的可利用率能達到99.9%。

5 結語

該智慧工地管控系統的設計遵循集團公司統一規劃，將集團公司發展方略深入貫徹整體建設過程，以“云大物移智”等先進智能化技術建設為支撐，建立協同、精細、綠色、智慧的工程一體化管控平臺，可有效提升了項目管理能力，大幅降低溝通成本，精細化施工過程控制，提升項目交付能力，促進工程建設管理轉型升級。

采用滿足技術先進性與成熟性相結合的多層技術構架，提高了系統的靈活性、可擴展性、安全性以及并發處理能力，同時，通過統一數據接口實現與其他業務應用的數據交互。采用組件化、動態化的軟件技術，利用一致的可共享的數據模型，按照展現層、應用服務層、業務邏輯層、基礎框架層等實現多層技術體系設計，實現各接口組件能夠在企業內協同工作、在各層次無縫集成，實現數據共享和重用。