變電站智慧工地管理研究與應用

游紅群

（國網西藏電力公司營銷服務中心）

0 引言

隨著國家電網公司新型電力系統建設工作的快速推進，變電站智慧工地建設工作日益重要［1-2］。各省電力公司建設的變電站智慧工地系統，一般包含了硬件采集、智能識別、三維可視化分析，虛擬現實（Virtuаl Rеаlity， VR）等內容，實時動態掌握變電站智慧工地人員、施工進度、建設質量、建設環境等工程要素［3-4］。但上述研究并未將硬件設備和變電站場地信息有機結合，數據關聯度不強。

為解決變電站智慧工地中存在的數據關聯不強的問題，提出了一種變電站智慧工地管理方法。通過物聯網技術，實現了變電站智慧工地的數據采集；通過VR技術，可實現對變電站智慧工地的業務應用。

1 變電站智慧工地管理架構

變電站智慧工地管理的架構如圖1所示。

圖1 變電站智慧工地管理架構

變電站智慧工地管理應用按照分層模型開展設計，包括：數據層、業務應用層、交互展現層。其中，數據層用于變電站智慧工地各類業務數據、現場監控設備采集數據的物理存儲。業務應用層是在數據層上建立的變電站智慧工地各類功能組件，并實現圖形化管理。交互展現層將變電站智慧工地管理功能展現給變電站建設用戶。

2 變電站智慧工地管理應用

變電站智慧工地管理應用包括物聯網模塊、質量管理模塊、安全管理模塊、施工進度管理模塊、VR應用模塊、智慧工地大屏模塊。

2.1 物聯網模塊

中國住建部和國家電網有限公司對變電站站的建筑工程和綠色施工有強制性要求。在變電站施工現場的噪聲、揚塵方面，管理人員需要掌握噪聲、揚塵的實時數據，同時具備相應的治理設施設備，能夠對超標環境自動實施治理措施，將指標控制在合理范圍之內。在變電站施工現場危險源方面，需分析潛在的危險因素對變電站造成的影響，因此，變電站在變電站智慧工地中需要增加物聯網模塊實現各類數據的采集。

變電站智慧工地物聯網硬件模塊包括人員定位模塊、環境監測模塊、噴淋聯動模塊及視頻監控模塊。變電站智慧工地環境包括：溫濕度傳感器、風速傳感器、粉塵濃度監測等，利用硬件采集變電站智慧工地現場信息并傳遞到后臺管理系統，通過系統在大屏展現現場采集數據［5］。通過變電站智慧工地噴淋聯動系統主動對變電站現場空氣懸浮顆粒物進行治理，使變電站智慧工地現場符合國家的綠色施工標準。

2.2 質量管理模塊

變電站施工質量的把控主要由施工單位自檢、監理單位和業主單位抽檢。在檢查過程中，發現問題后進行整改。然而，施工和監理單位人員往往受專業水平及職業素養等因素影響，對于可能存在的施工質量缺陷不能及時發現，導致后期未能整改或整改困難，結合以上情況需增加質量缺陷圖像自動識別的業務。

質量管理模塊采用深度學習，進行變電站智慧工地的質量進行識別。在訓練環境中，使用神經網絡模型訓練變電站智慧工地的圖像缺陷模型，訓練的圖像每個類別至少大于100張。然后根據不同類型的變電站智慧工地圖像進行數值增強，或采用生成對抗網絡模擬缺陷圖片，從而達到模型訓練充分，減小訓練誤差的目的。質量管理模塊的類型如表1所示。

表1 質量管理模塊類型

2.3 安全管理模塊

變電站智慧工地安全規定考試模塊支持在線增加題庫或刪減題庫，或導入離線文件創建題庫。可以設置題庫所屬類型，如電氣施工類、建筑施工類等等，便于不同專業的人員進行查閱學習。

變電站智慧工地安全規定考試模塊可以根據不同專業設置不同的考試范圍、題目數量、考試時間。在變電站智慧工地人員考試后，統計安全考試成績，支持按成績區間查詢、統計人員分布情況，支持餅狀圖、柱狀圖、折線圖等多種圖表顯示。

2.4 施工進度管理模塊

以信息化三維模型展現變電站施工項目計劃的實施過程和實際的建設過程，實現計劃和實際進度的三維對比展現，顯示變電站實際和計劃的工期差距。直觀對比展現出各個施工項目延期原因及延時時間。

首先，變電站智慧工地進度管理模塊直接編制或導入變電站項目施工計劃工程文件，包括計劃名稱、計劃內容、負責人、計劃開始時間、計劃完成時間等內容。計劃進度數據與三維模型相關聯，通過拖動或播放時間軸以三維模型逐步加載展示施工計劃三維效果［6］。其次，根據現場施工完成情況，修改對應的三維模型的施工狀態，可快速完成實際進度的填報。最后，以甘特圖方式或三維模型方式展現計劃進度與實際施工進度的對比。

2.5 VR應用模塊

安全教育和技能培訓以是施工管理的重要環節，而傳統的教育培訓方式存在內容簡單且固定僵化，更新困難，體驗效果差；場館建設需要使用大量實物設備，損耗高，需要專人管理，建設、維護成本高；受限因素多，如時間、空間、建設成本等方面的限制使得建設意義不足；體驗過程中存在一定的安全風險，不利于開展大規模或者高危險性的體驗項目，教育效果不佳等諸多問題。電力安全教育和培訓受眾范圍相對較窄，容易造成相關設備設施閑置，使得教育流于形式，造成資源浪費。

而當安全教育和培訓運用了VR技術，就能規避上述缺點，VR虛擬現實技術能夠實現安全教育內容的可視化，在事故還原、災難體驗等安全教育場景提供1：1還原、真實的體驗；一些在現實中因安全或者設備、場地等因素無法進行的教育過程也能在虛擬的場景中輕松進行；而且虛擬演練設施可以反復使用，不存在損耗、后期維護問題，無須大量重復購買，一方面有效降低教育成本，另一方面有利于學員反復演練，提升教育效果。

變電站智慧工地VR應用模塊的標準工藝仿真可導入或提取變電站三維模型，通過定義各個部位的裝配工序、調用工器具模型并插入標注信息，模擬一套完整的變電站智慧工地施工工藝，并支持將變電站智慧工地工藝模擬過程導出視頻動畫文件或導入變電站智慧工地VR設備實現變電站智慧工地虛擬現實體驗。

2.6 智慧工地大屏模塊

變電站智慧工地大屏模塊是集視頻查看、統計圖表和異常預警為一體的變電站智慧工地多媒體展現系統。變電站智慧工地大屏展示系統內容豐富，包括變電站智慧工地環境監測數據、人員信息、視頻監控信息、三級及以上重要風險提示、施工進度數據及三維展示等內容，通過變電站智慧工地大屏展示模塊建設，相關監管單位及人員可清晰掌握變電站智慧工地各項目現場情況，實現變電站智慧工地遠程監管。

3 變電站智慧工地管理應用

在某供電公司進行變電站智慧工地管理應用，變電站智慧工地監控大屏集成顯示環境監測數據、噴淋設備運行情況、在崗人員情況、視頻監控信息、施工進度數據及三維展示。通過該系統建設，相關監管單位及人員可清晰掌握各項目現場情況，實現遠程監管。變電站智慧工地應用如圖2所示。

圖2 變電站智慧工地圖

變電站智慧工地VR安全應用通過先進的VR和建筑信息模型（Building Ⅰnformаtion Modеling，BⅠM）技術軟件開發，建立與變電站智慧工地工地實景模型，配備高端優質的變電站智慧工地VR硬件設備，以三維動態逼真描繪出變電站智慧工地工地機械化施工、變電站智慧工地標準工藝以及變電站智慧工地施工安全隱患等虛擬現實場景，實現動態漫游，讓體驗者直觀感受、身臨其境，對變電站智慧工地安全事故的認識發生質的改變。

4 結束語

為解決變電站智慧工地中存在的數據關聯不強的問題，提出了一種變電站智慧工地管理方法。具有如下特點：（1）通過物聯網技術，實現了變電站智慧工地的數據采集（2）通過人工智能深度學習技術，實現了變電站智慧工地的異常缺陷圖片識別。（3）通過VR技術，實現對變電站智慧工地的業務應用。