智慧工地平臺在變電站建設中的應用研究

王煥新 周振興 張卓敏 何銳

摘? 要：變電站工程建設是解決電力缺口問題，加快與周邊省份電網交流聯絡，進一步提升全省電力供應保障能力的重要舉措。文章研究通過打造數字工地平臺，采取數字化展示手段將工程不同建設階段的成果數據和信息進行傳遞與共享，通過工程應用和積累，使用移動互聯網完整記錄并逐步細化工程建設過程各環節的流程數據，深入開展數據分析與挖掘，從而最大限度地發揮數據價值。依托物聯網設備來輔助降低工程建設與外部條件的各類安全、質量隱患，支撐工程建設全過程依法合規，確保周期進度符合投產要求。

關鍵詞：變電站工程；智慧管理平臺；設計與實現

中圖分類號：TP39；TU17? 文獻標識碼：A? 文章編號：2096-4706（2023）03-0090-05

Research on Application of Intelligent Construction Site Platform in Substation Construction

WANG Huanxin1， ZHOU Zhenxing1， ZHANG Zhuomin1， HE Rui2

（1.State Grid Hunan Electric Power Co.， Ltd.， Changsha? 410000， China;

2.Beijing North-Star Technology Development Co.， Ltd.， Beijing? 100120， China）

Abstract： The construction of substation project is an important measure to solve the problem of power shortage， accelerate the communication with the power grid of surrounding provinces， and further improve the power supply guarantee capacity of the whole province. This paper studies how to transfer and share the achievement data and information of different construction stages of the project by building a digital construction site platform， using digital display means， using the mobile Internet to fully record and gradually refine the process data of each link of the project construction process through the application and accumulation of the project， carrying out in-depth data analysis and mining， so as to maximize the value of the data. Rely on Internet of Things equipment to help reduce various potential safety and quality hazards of project construction and external conditions， support the whole process of project construction to comply with laws and regulations， and ensure that the cycle progress meets the requirements for production.

Keywords： substation project; intelligent management platform; design and implementation

0? 引? 言

變電站工程建設往往具有工期緊張、工程質量要求高、施工作業范圍集中、參建單位多、技術難點多等特點。隨著我國經濟與科技水平的日益提高，對安全生產的高度重視有力地推動了信息技術的不斷提升。計算機性能的改進提升，傳感設備的升級迭代，軟件系統開發技術的創新升級，為相關人員全面、及時、動態掌握電網工程建設施工現場情況提供了便利條件。

2022年1月國務院印發的《“十四五”數字經濟發展規劃》，明確指出要大力推進產業數字化轉型，加快企業數字化轉型升級，全面深化重點行業、產業園區和集群數字化轉型，培育轉型支撐服務生態。需求側應以場景應用為牽引，打造智能示范場景，提升各類主體管理數據、運用數據、開發數據的能力，激發數據要素潛能。加快推動智慧能源建設應用發展，促進能源企業各環節智能化升級，推動能源領域數字化發展，深化新一代信息技術的集成創新與融合應用，加快引入平臺化、定制化、輕量化服務模式，為電網工地智慧化建設指明方向。

變電站智慧工地建設以信息化為抓手，應用“大數據、云計算、物聯網、移動互聯網、人工智能、區塊鏈”等技術，建設狀態全面感知、信息高效處理、應用靈活便捷、數據開放共享的“數字工地”平臺。該平臺主要圍繞施工現場進度、安全風險、人員車輛管控、現場環境監測等方面開展工作，研究實現工程建設的可視化、協同化、智能化，提高工地建設的管理效率和管理水平。

1? “智慧工地”在變電站施工建設中的應用

“智慧工地”這一概念于2015年被首次提出。隨著近年來信息化、物聯網、大數據的涌現，通過云計算等技術，對建筑及工程進行智能化的改造，使得各種技術能夠及時更新和同步，同時結合信息化手段對各種信息進行深度的挖掘和剖析，實現建筑工程管理的可視化和智能化，進而實現信息化管理、綠色建造、生態建設、安全生產的目的。目前，我國電力企業的“智慧化”工程管理處于初級水平，除了采用在線狀態診斷、智能監測對山火、冰災、臺風等各種自然災害的安全預警外，在智慧電網建設項目管理方面應用較少，與現代智慧化電網要求的信息化、智能化、數字化的要求還存有較大差距。而當前大部分變電站項目的施工，只注重于施工現場可視化的視頻監測，很少涉及施工現場其他方面的人和物。

變電站工程建設是較為復雜煩瑣的工作，施工作業具有點多面廣、安全風險大、管理要求高等顯著特點，僅依靠業主項目部、監理項目部等“人盯人”的管理模式難以滿足施工過程中對安全和管理的需要，而僅通過增加人工的方式又會出現成本壓力和人員管理問題，現有管理手段亟待加強。在結合新形勢和充分吸取國內外先進、成熟工程管理系統和管理方法的基礎上，基于地理信息系統、三維虛擬仿真、移動互聯、物聯網、無線射頻定位、智能傳感器等技術，利用移動互聯網即時性、便攜性等特點，我們能夠隨時隨地查看施工現場各處施工狀況，確保安全管理體系常態運轉，充分發揮安全監督體系的監管作用，提高應變處置能力，輔助降低工程建設與外部條件的各類安全、質量隱患，為智慧工地建設提供穩健可靠的信息化基礎。

本文根據變電站建設的特點及實際工程的可視化技術要求，提出一種依托BIM、云計算、智慧物聯、人工智能等技術構建變電站智能工地管理平臺的設計與實現方法，并結合具體的工程實踐研究智慧工地平臺的實際應用。

2? 變電站工程智慧管理平臺的設計與實現

2.1? 總體架構設計

平臺以工程形象進度、人員車輛、作業票、安全風險、智能分析、物聯感知、視頻監控為業務核心，通過在現場部署多種物聯感知設備，依托基建全過程平臺接入外部多源數據，構建智慧工地項目的施工“大腦”，在信息傳遞、現場施工、監管管理和指揮之間建立起高效的聯系，以達到信息的智能化、自動化、精準化傳遞，減少人工參與的項目管理工作，提高項目的管理水平。智慧工地平臺建設總體上分為感知層、網絡層、數據層、應用層建設，如圖1所示。

感知層即整個物聯網的核心，是信息采集的關鍵部分，通過現場布置的攝像頭、微氣象、北斗邊坡、電氣火災、人閘車閘等各類傳感監測設備識別外界物體和采集信息。

網絡層作為數據建設的核心紐帶連接感知層和數據層，采用各種專線網絡、有線、無線及4G通信，使用各種開放協議、私有協議進行連接，相當于人的神經中樞系統，負責將從感知層獲取的信息傳輸到數據層，然后根據不同的使用場景及實際需求進行信息的集中處理。

數據層作為數據交互處理的中心，負責接收、存儲和處理各個來源的數據，主要包括智慧工地平臺業務數據、物聯傳感器數據、三維模型數據以及基建全過程相關業務數據等。

應用層作為智慧工地平臺面向用戶的窗口，基于實際業務和工程形象化展示需要，依托數據層業務數據開發工程概況、人員車輛、進度管理、安全風險、物聯感知、視頻監控等模塊。

2.2? 系統部署架構設計

為智慧工地平臺配備多種類型的服務器，具體架構如圖2所示。按業務功能分別架設，采用防火墻及入侵檢測設備保障系統信息安全，采用前后端分離的部署方式加強數據處理能力，提高服務器的運行效率。

2.3? 物聯接口設計

變電站現場物聯傳感設備均采用輕量化方式進行部署，整個施工現場不搭建任何數據服務器設備，現場部署視頻交互、安全監控、定位服務、識別考勤四類傳感設備。視頻監控類設備通過公網IP將物聯設備映射到外部互聯網，視頻流數據采用EHome私有協議集中接入到網省公司物聯設備管理中心進行集中管理和存儲；識別考勤類設備通過國標GB28181協議進行接入，其他各類物聯感知設備數據及報警信息則通過配置MQTT協議、WebSocket及RESTful接口協議定制中間層（代理，網關等）將工地現場物聯感知設備數據推送至物聯傳感服務器，實現服務器對客戶端請求的響應，如圖3所示。平臺基于推送的數據在網頁端及APP端按類型進行分門別類的展示控制，指揮中心大屏實現視頻圖像的接入、調取、顯示和控制等功能。

3? 變電站智慧工地平臺應用場景

該平臺在長沙1 000 kV特高壓變電站進行了實際應用，基于變電站施工現場條件及應用需求，提供涵蓋三維進度可視化、人員車輛管控、安全風險、智能感知、視頻監控、智能分析的項目管理應用。

3.1? 變電站三維進度可視化

采用Unity 3D展示技術進行實景精細化建模，進度按土建、安裝和調試安裝三個主要工序管理，通過接入基建全過程系統，實現變電站一級網絡計劃和二級網絡計劃與進度對比展示，包括實際進度、計劃進度、累計進度的對比完成情況，直觀匯總反映工程施工進度的正常、超前、滯后等施工狀態信息，輔助工程管理層掌控現場進度，如圖4所示。

通過對模型渲染不同顏色直觀模擬不同進度下各個階段的三維場景，其中綠色代表正在施工建設，黃色代表進度滯后，無色或模型自身正常顏色代表施工完成，實際效果如圖5所示。可以通過拖動這個進度條的方式來查看不同工序（土建、安裝工程、驗收及調試）下的三維場景情況。

3.2? 人員車輛管控

在施工過程中，現場施工作業面相對集中，部分現場作業人員安全意識相對薄弱，容易發生安全事故。需要依靠人員和車輛管控設備對進出的人員車輛進行管控，避免安全風險，保證施工進度。

現場利用人閘人臉識別設備實現人員進出場統計與考勤統計，開展施工單位、監理單位、分包單位、特殊作業人員進出場統計、工作時長統計、考勤情況統計。結合車閘等采集的車輛進出場數據，實時對工程現場車輛及相關設備出入場情況進行展示，實現對現場施工車輛的數目監測及分類統計，如圖6、圖7所示。

3.3? 安全風險管理

在施工作業過程中，對安全風險的控制措施及施工過程中的規范化顯得尤為重要，需要及時對現場施工作業中存在的安全風險問題進行精確識別與管控，從工作流程上去構建有利于現場施工管理的風險管理機制，長沙1 000 kV變電站工程采用由施工人員上報、監理審核、業主確認、現場作業人員簽到的流程，形成施工作業前預控、施工作業中管控、完成作業后可追溯的安全管控模式，實現對風險作業點、作業票的全流程監測管理，部分細節如圖8、圖9所示。

3.4? 智能感知管理

在施工過程中，施工現場的生態環境、用電環境等往往容易被忽視，通過在現場布置氣象監測傳感器對現場噪聲揚塵等重點生態環境指標進行監測，如圖10所示。布置北斗邊坡位移監測設備對現場高邊坡進行上下左右四方向位移監測，如圖11所示。在配電箱中布置電氣火災監測傳感器對現場臨時用電安全進行監測，如圖12所示。此外，針對高風險及特殊工種配置智能安全帽，即對重點作業人員進行實時動作、所處位置等的監控，同時支持針對重點數據指標進行閾值設置，超過指定閾值數據時觸發告警，推送給指定人員，輔助遠端實現施工現場實時感知，以便相關人員及時做出安全預警決策。

3.5? 視頻監控

變電站施工現場作業范圍大，施工作業環境多樣，僅通過布置固定式攝像頭無法滿足對全站的無死角覆蓋。在長沙1 000 kV施工現場通過在變電站邊角及所有路口布置固定式球機，在重點出入口及路口布置人臉識別槍機，在房屋建筑內及其他不具備供電環境的位置布置便攜式移動攝像頭，同時在站區最高點位布置AR全景攝像機對全站進行俯瞰，實現全站的無死角覆蓋。可通過網頁及APP對視頻畫面進行實時監控、抓圖和云臺控制；支持設置預置點，查看當前監控畫面及模型視野，效果如圖13所示。

3.6? 智能分析

近年來，隨著施工現場對安全文明施工的要求越來越高，依靠人工對施工現場安全文明施工進行監督存在各方面的制約，同時人在面對枯燥的監控畫面時無法長時間集中注意力，依托人工智能深度學習算法對視頻畫面進行實時行為分析可有效提升監控視頻的價值。

在長沙1 000 kV變電站施工現場，基于現場實際情況，依托超腦為所有監控點配置了行為分析功能，在變電站出入口配置安全帽識別、人員徘徊功能，在重點施工警戒區域配置區域入侵功能，在站內施工作業點配置人員異常倒地、安全帽識別功能，實時對現場安全文明行為進行分析存證，使監管人員對現場安全文明施工有更為清晰的了解，制定更為完善的安全對策，展示效果如圖14所示。

4? 結? 論

平臺在實際應用中存在一些問題。首先在電網工程領域，智慧工地的建設還處于起步階段，少有通用且成熟的標準可供參考，實際應用中尤其需要考慮的是因地制宜，考慮施工現場及專業的特點，不能一味盲目套用；其次，施工現場部分數據依賴于人工進行維護，無法完全實現自動化，因此需要盡可能地簡化標準化數據上送流程，減少對人工的依賴。

綜上所述，通過在長沙1 000 kV變電站應用智慧工地平臺，在輔助發揮應急指揮和建設協調的同時，可為工程建設提供良好的宣傳和形象展示窗口，切實提升工程基建管理水平與工作質量，既有益于數字經濟在電力領域的發展，也為工程投產運行保駕護航，對打造新時代下生態文明建設和依法合規建設樣板工程，促進地區經濟發展具有重要意義。實踐證明，在變電站建設中應用智慧工地平臺有其可行性和必要性，值得廣大研究者做進一步的探索和開發。

參考文獻：

[1] 曾凝霜，劉琰，徐波．基于BIM的智慧工地管理體系框架研究 [J]．施工技術，2015，44（10）：96-100．

[2] 毛志兵．推進智慧工地建設助力建筑業的持續健康發展 [J]．工程管理學報，2017，31（5）：80-84．

[3] 方學超．智慧工地系統在建筑施工過程中的應用 [J]．居舍，2018（18）：172．

[4] 鄒杰平.智慧工地在電力工程中的應用 [J].技術與市場，2021，28（1）：141-142.

[5] 楊洋，華曄，何子東，等.面向未來的電網工程智慧工地建設 [J].河北電力技術，2018，37（3）：5-7+14.

[6] 王曉波.基于物聯網技術的電網工程智慧工地研究與實踐 [J].電力信息與通信技術，2017，15（8）：31-36.

[7] 竇磊.淺析變電站工程建設管理 [J].商情，2017，52（40）：163.

[8] 國務院.國務院關于印發“十四五”數字經濟發展規劃的通知 [R/OL].（2022-01-12）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2022-01/12/content_5667817.htm.

[9] 陸國俊，陳暢，楊榮霞，等.電網工程建設智慧工地探索、研究與應用 [J].價值工程，2020，39（13）：251-253.

作者簡介：王煥新（1969—），男，漢族，湖南長沙人，高級工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程建管理；通訊作者：周振興（1985—），男，漢族，湖南長沙人，高級工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程建管理。

收稿日期：2022-10-06