基于大數據平臺的電力設計項目管理信息化建設研究

胡聰, 孫琦, 洪德華, 王鵬

(國網安徽省電力有限公司信息通信分公司,安徽,合肥 230061)

0 引言

電力系統設計階段會產生海量數據,從基于GIS(Geo-Information system)系統的地球地理系統原始數據獲取和踏勘、勘探、測量結果整合輸入,構建設計基礎,到基于電力BIM(Building Information Modeling)系統的設計資料統一管理,再到基于電力CAE(Computer Aided Engineering)系統的設計方案最終驗證,最后得到電力CAD(Computer Aided Design)系統的最終設計成果藍圖輸出,期間使用到多套計算機輔助系統,產生較為復雜的異構數據[1]。

相關研究對該設計過程的大數據資料進行基于不同架構的技術檔案管理,而該研究基于BIM系統的數據庫體系對CAE系統和CAD系統產生的設計大數據進行數據整合,進一步去融合GIS數據,形成最終的電力設計項目管理大數據平臺[2-3]。

該研究對提升電力設計項目的大數據管理能力有積極意義,對提升設計過程產生的大數據價值提升有直接促進作用[4-5]。

1 電力設計項目信息化建設的核心思路

電力設計項目的目的是對變電站、電力線路等設施進行設計,其中的地質、測量、踏勘資料,設計會議相關會議紀要,設計中間成果的圖紙及報告書及電力項目設計的各種報告書和會審資料等,構成了電力設計項目的大數據體系,也是其信息化建設管理的客體[6-7]。

在電力設計項目中,通過BIM系統的大數據管理功能作為電力設計項目大數據系統核心基礎,利用BIM-CAE接口和BIM-CAD接口將電力CAE和電力CAD的相關數據融入BIM大數據系統中,利用GIS-BIM接口和CAD-GIS接口,實現對GIS系統的融合,詳見圖1。

圖1 電力設計項目數據融合模式示意圖

圖1中,電力設計項目的數據融合模式共歸納為4個要點。

(1) 電力設計項目的數據倉庫系統利用電力BIM的大數據管理功能實現。在電力設計中應用到的電力GIS系統、電力CAD系統、電力CAE系統相關數據均可通過BIM系統的相關接口面向電力BIM系統的數據倉庫實現數據導入并對大數據進行系統化管理[8-10]。

(2) 地理信息管理有關的地圖測繪測量、踏勘與實地調研數據對地圖數據的整合等數據融合過程,均可通過電力GIS系統完成管理。電力GIS系統面向電力BIM系統的數據導入共有3條路徑:① 通過GIS內置的BIM數據分享接口實現GIS數據向BIM系統的數據導出;② 通過電力CAD設計過程將GIS系統數據導入到電力CAD通過BIM系統內置的CAD數據導入接口將CAD數據導入;③ 電力CAD融合GIS數據后,生成設計報告書后,通過BIM系統的報告書管理功能將報告書信息融合到電力BIM系統中。

(3) 電力BIM系統共有3個主要對外接口,其中包括BIM系統內置的對CAD數據和CAE數據的數據導入接口,以及GIS系統內置的針對BIM系統的數據導出接口。該3個接口以電力BIM系統為核心數據管理系統,實現電力設計項目中常用的電力BIM、CAD、CAE、GIS系統的完全數據融合。

(4) 電力BIM系統有對各種文本非標數據進行管理的功能,包括各種設計報告書(規劃、可研、地災、壓礦、系統仿真等),電力工程概算預算結果,各種對接會、評審會、驗收會的會議紀要信息等。

2 電力設計項目的信息化建設問題及解決方案

電力施工建設工程引入BIM管理信息系統的管理模式已經相對成熟,BIM系統是當前在建設項目大數據管理中較為成熟的管理信息系統。但在電力設計階段,因為參與人數較少且參與單位較多,BIM系統必須依托的項目內管理流程在電力設計階段難以得到有效貫徹,所以導致電力設計項目在BIM系統應用中存在諸多障礙[11-12]。常規的電力設計項目,以電力設計院為核心組織方,配合土建、機電安裝、造價、設備選型及補充設計等單位,共同構成電力設計項目執行團隊。與電力建設過程不同,電力建設工程一般由建設方、承包方、服務方、監理方構成工程管理體系,但電力設計項目的實際管理架構與電力建設工程管理架構有較顯著區別,所以在進行BIM系統劃分方面存在一定難度。對該問題體系進行AHP(Analytic Hierarchy Process)分析,如圖2所示。

圖2 電力設計項目信息化管理難度AHP分解

圖2中,電力設計項目使用電力BIM系統進行管理主要有3個難點,第一是團隊差異性、部門復雜性、數據異構性。其具體表現如下。

(1) 團隊差異性問題及對策

根據前文分析,電力BIM系統的設計初衷在于對電力建設項目進行大數據管理,但電力規劃設計過程屬于電力建設項目的準備工作,如果可以在電力設計階段引入BIM管理,則會對后期電力建設項目的BIM管理帶來較為直接的促進作用。但電力設計階段并非采用建設方、承包方、服務方、監理方構成的團隊架構,而是不同專業設計部門之間構成的團隊架構。

針對該問題,可以從建設方角度構建電力設計BIM架構,而各設計單位作為承包方或服務方介入到電力BIM架構中。此時因為監理方尚未介入項目,其流程需要在傳統BIM系統管理流程上進行一定優化。即在電力設計階段引入BIM管理,需要建設方做出管理配合和管理協調支持。

(2) 部門復雜性問題及對策

以變電所設計項目為例,其中包括初期的地質勘探部門、工程測量部門、土地管理部門、市政管理部門及參與踏勘調研的其他各部門,包括設計階段的電力系統設計部門(電力設計院),變電所基建設計相關的土建設計部門,變電相關設備安裝工程設計相關的機電安裝設計部門,如需設備供應商對相關設備做出技術調整,則需要設備供應商的相關設備優化設計部門等。大型變電所的設計工程,可能需要十余個部門參與,但全部設計團隊一般小于50個參與人。即在復雜部門協同機制下,每部門參與設計的相關人員平局不足10人。這就讓電力BIM系統在電力設計階段的應用過程產生較高的管理成本。

解決該問題主要有兩個突破點:① 電力設計部門把電力設計大數據管理作為核心設計任務進行管理,且形成實現BIM大數據管理的企業管理體系文化,讓每個設計參與者都有操作BIM系統的相關技能;② 建設方應對電力設計階段引入BIM大數據管理系統有積極認識,愿意配合設計部門進行電力大數據管理。

(3) 數據異構性問題及對策

電力設計階段會產生大量的非標準化數據,這類數據以文本數據為主,包括各種報告書、會議紀要等。這些非標準化數據與圖紙、臺賬、概預算表格等數字化數據構成相對穩定的異構數據體系。使用BIM對這些異構數據進行管理,是電力設計項目信息化管理過程中的核心管理目標。

電力BIM系統內置有對報告文檔和會議紀要等文本非標準化數據進行基于順序數據管理的功能,同時會對這些順序數據建立邏輯數據臺賬,對其摘要進行數字化后邏輯管理。所以,利用電力BIM的非標準化數據管理功能直接管理電力設計階段的非標準化數據,是解決電力設計階段異構數據管理的核心解決方案。

3 電力設計項目管理信息化建設效果調研

3.1 調查范圍及調查客體

調查我市6個電力設計院在2019～2020年參與的49個電力設計項目,其中各電壓等級變電所設計項目22個,電力輸電線路設計項目27個。該組項目中,2個設計院的21個電力設計項目在項目應用前期引入了電力BIM進行電力設計項目信息化管理,并形成電力設計項目信息化管理大數據管理體系,4個設計院的26個項目采用傳統設計項目管理模式。

根據該調研結果,6個電力設計院在這2年的電力設計項目構成情況如表1所示。

表1 被調查6個電力設計院電力設計項目構成情況表

表1中,采用BIM介入信息化管理的設計院2個,設計人員合計77人,參與項目總量21個,其中變電所設計項目12個,輸電設計項目9個;采用傳統模式進行設計管理的設計院4個,設計人員合計185人。參與項目總量26個,其中變電所設計項目10個,輸電設計項目18個。對該數據進行整合分析,發現以下2點特征。

(1) 參與變電所設計項目較多的設計院,更容易形成BIM管理信息系統驅動的電力設計信息化管理架構。從表1可以看到,BIM接入信息化管理的設計院參與的變電所設計項目占其承接總項目的57.1%,而傳統模式管理的設計院參與的變電所設計項目占其承接總項目的35.7%。分析其原因,變電所建設工程以為涉及較大比重的土建工程,所以在其建設階段對BIM系統的依賴性較強,受到該市場需求影響,更傾向于承接變電所設計項目的設計單位,在設計階段及參與到工程建設BIM管理信息系統的主動性較強。

(2) 執行基于BIM管理信息系統的電力設計信息化管理設計院的工作效率更高。計算人均年度參與項目量,信息化管理設計院中人均年度參與項目0.27個,傳統管理設計院中人均年度參與項目0.14個。因為設計院的核心成本為高素質人才的人力資源成本,人員利用效率越高代表設計院的經濟效益越強。單純從人力資源成本推算效益,采用基于BIM管理信息系統進行全面大數據信息化管理的設計院經濟效益達到傳統管理模式設計院的1.93倍。

3.2 從業者對信息化管理效果的評價

調查上述262位電力設計從業人員,其中在進行全面信息化管理設計院工作的設計從業人員77人,在傳統管理設計院工作的從業人員185人,對其工薪收入滿意度、管理體系滿意度、對企業綜合感性評價等三項指標進行調研,要求其給出純感性評價,滿分10分,最低0分,其感性評價結果匯總到表2。

表2 從業者對信息化管理效果的評價結果表

表2中,使用SPSS24.0數據分析系統,對2組受訪者做出的感性評價進行雙變量t校驗分析,當t<10.000時可認為2列數據存在統計學差異,當t值減小認為統計學差異增大。讀取t校驗過程中的log變量輸出值作為信度判斷P值,當P<0.05時認為分析結果在信度區間內,當P<0.01時認為存在顯著的統計學差異。比較2組從業者對工薪、管理體系的評價及其對所在單位的總和評價,發現信息化管理企業的77名設計從業人員在該三項評價結果的均值均高于傳統模式企業的185名從業者,t<10.000,P<0.01,具有顯著的統計學差異。三項結果中:工薪滿意度信息化管理模式較傳統管理模式高出20.1%;管理體系滿意度信息化管理模式較傳統管理模式高出13.3%;企業綜合評價信息化管理模式較傳統管理模式高出20.7%。可以認為因為執行了基于BIM的全面信息化管理,相關企業較傳統管理模式,可以給出更符合從業者預期的工薪和更適應項目管理的管理體系,且可以讓從業者對企業的依從度和認同度增加。

4 總結

使用BIM系統對CAD系統和CAE系統的內置接口,GIS系統對BIM系統的內置接口,實現4套電力設計項目常用軟件的數據動態融合,從而實現了對電力設計項目的全面信息化管理。該研究將BIM系統在電力系統設計階段即介入到工程管理體系中,使設計階段數據成為建設階段的初期數據。同時,因為在電力設計階段全面應用了BIM系統,設計院企業的管理效率得到提升,從業者對工薪和管理體系的滿意度提升,對企業的依從度和認同度增加。所以認為基于BIM系統的電力設計項目全面大數據信息化管理體系,對提升設計院電力設計項目管理效能有積極意義。