“互聯網+”技術在輸變電工程管理中的研究與應用

李賓皚　高　巖　王曉波　梁軍風

（1. 國網上海市電力公司，上海　200121；2. 國網信通產業集團北京中電普華信息技術有限公司，北京　100085）

近年來，德美等發達國家陸續提出工業4.0、工業互聯網等戰略，我國提出“互聯網+”行動計劃，實施“中國制造 2025”，其本質都是新技術與傳統產業融合，推動生產方式和管理模式創新。技術及其應用日趨成熟，創新驅動作用十分明顯，為電網建設業務創新發展創造了有利條件。通過廣泛應用定位技術、BIM技術、移動技術、物聯網技術等“互聯網+”技術，優化提升電網建設管理水平，促進專業內部業務應用深度集成及各專業間橫向協同，可持續提升電網建設“自動化、信息化、互動化、智能化”水平，支撐電網建設的創新發展。

1　“互聯網+”技術的趨勢

1.1　“互聯網+”技術的概述

所謂“互聯網+”就是把互聯網的創新成果與經濟社會各領域深度融合，推動技術進步、效率提升和組織變革，提升實體經濟創新力和生產力，形成更廣泛的以互聯網為基礎設施和創新要素的經濟社會發展新形態[1-3]。

1.2　可用于輸變電工程“互聯網+”技術

隨著“互聯網+”技術不斷發展和成熟，結合這些技術輸變電工程管控模式也必然會發生一系列變化，并可進一步提高工程現場管控水平。可用于輸變電工程管控的“互聯網+”技術主要可分為兩類：

1）通用性信息技術

通用性信息技術包括物聯網、移動互聯網和云計算等。

（1）物聯網

顧名思義，物聯網就是物物相連的互聯網。其依托多種信息獲取技術，包括傳感器、射頻識別、二維碼、多媒體采集技術等，其關鍵技術環節可以歸納為感知、傳輸、處理，數據處理和融合貫穿于物聯網采集、控制、傳輸和上層應用的全過程[5]。

（2）移動互聯網

作為互聯網技術與移動通信技術融合的產物，移動互聯網是以移動與無線網絡（3G、4G、5G、無線局域網和無線個域網等）作為接入網絡的互聯網及服務，包括移動終端、移動網絡和應用服務3個要素[4]。

（3）云計算

云計算（cloud computing）是分布式計算技術的一種，其最基本的概念，是透過網絡將龐大計算處理程序自動分拆成無數個較小子程序，再交由多部服務器所組成的龐大系統經搜尋、計算分析之后將處理結果回傳給用戶。透過這項技術，網絡服務提供者可以在數秒之內，達成處理數以千萬計甚至億計信息，達到和“超級計算機”同樣強大效能的網絡服務。

2）工程領域相關信息技術

工程領域信息技術包括地理信息技術、定位技術、BIM等。

（1）北斗定位

中國北斗衛星導航系統（beidou navigation satellite system, BDS）是中國自行研制的全球衛星導航系統。由空間段、地面段和用戶段三部分組成，可在全球范圍內全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具有短報文通信能力，已經初步具備區域導航、定位和授時能力。

（2）地理信息（GIS）技術

地理信息系統（geographic information system）是在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統，是集計算機科學、空間科學信息科學、測繪遙感科學、環境科學和管理科學等學科為一體的新興學科。已成為多學科集成并應用于各領域的基礎平臺和地學空間信息顯示的基本手段與工具。

（3）BIM技術

建筑信息模型（building information modeling,BIM）技術是在計算機輔助設計（CAD）等技術基礎上發展起來的多維模型信息集成技術，是對建筑工程物理特征和功能特性信息的數字化承載和可視化表達。

2　輸變電工程管控現狀分析

我國的輸變電工程管理信息系統建設起步較晚，系統的管理方式還是以人工表格填報為主，存在諸多不足，具體表現為以下方面。

1）形象化欠缺。工程施工是一個高度動態的過程，隨著工程規模不斷擴大，復雜程度不斷提高，使得施工管理變得極為復雜，現有常規的項目管理方式，可視化程度低，無法清晰描述施工進度及空間關系，難以準確表達工程施工動態變化過程。

2）便捷化應用能力不足。現場施工技術方案、施工圖紙查閱途徑還是以項目部辦公室常規計算機查閱為主，沒有充分利用現有移動互聯網、物聯網、移動終端等先進技術手段，工程相關技術人員無法在現場便捷調閱相關技術文件并根據工程實體情況進行及時輔助決策。

3）精細化不足。當前對于項目管理的細度，只能達到分部分項工程進度計劃管理，且工程進度與成本、質量未實行關聯，而不能體現進度與資源需求、安全質量管理要求的有機、動態關聯。

4）數據結構化不足。項目管理業務中，目前的信息化支撐方式比較粗放，現場項目管理文件多數以附件形式流轉，非結構化數據既無法與時間、工程部位等進行關聯，也不利于統計分析和跟蹤監控。

3　“互聯網+”技術在輸變電工程應用的必要性

鑒于目前輸變電工程項目管理的現狀，推行“互聯網+”技術應用，發揮其可視化、便捷性、精細化管理等優勢，將極大地提升電網工程決策、規劃、設計、施工和運營管理水平，減少返工浪費，有效縮短工期，提高工程質量和投資效益。同時，將進一步增加建設工程信息透明度和可追溯性，提高電網工程建設水平[6-7]。

1）虛擬可視化

通過BIM技術對3D模型進行維度的拓展，加上4D（時間）維度，形成BIM 4D進度管理模型，進行虛擬施工演示。再關聯日、周、月等時間信息，隨時隨地觀察項目進度與施工計劃之間的差別，及時進行調整與矯正。通過其他相關的技術，例如云、物聯網、射頻技術等，可以讓施工方、監理方、業主方等對工程項目中的進度、物料使用狀況、人員配置、現場布置以及安全管理等方面一目了然。通過此方法優化施工方案，可以減少施工質量問題、安全問題，減少返工和整改。

2）應用便捷性

發揮移動應用的即時即地、數據共享優勢，可打破施工過程中的工作瓶頸。利用移動終端對日常安全、質量檢查、任務下達、工作票執行進行“移動”管理的工作方式代替了人的奔波，縮短了信息上報和任務分配的時間。

3）管理精細化

通過BIM技術結合物聯網、移動互聯網、大數據可充分對工程過程中的人、財、物進行統籌規劃和，有機動態關聯。由此快速地制定項目的進度計劃、資金計劃等，合理調配資源，有效指導實際生產中的施工成本，做到精細化掌管施工成本。

4　“互聯網+”技術在輸變電工程管理中的應用

考慮到輸變電工程管理精細化、智能化發展趨勢，以及現有工程管控方式有諸多不足的現狀。本文結合“互聯網+”技術從進度、安全、質量、技術、造價、綜合六個方面，以技術成熟度與電網工程應用實效性為導向進行分析研究（如圖1所示），優化提升電網建設管理水平，支撐電網建設創新發展。

4.1　BIM技術應用

1）進度管理方面

（1）利用BIM技術關聯工程施工進度計劃，通過動畫方式模擬進度計劃安排情況合理制定施工計劃，優化使用施工資源以及科學進行場地布置，對整個工程的施工進度、資源進行統一管理和控制，以縮短工期、降低成本、提供質量。可視化展現工程建造過程，聯動展示進度與場地布置、作業空間情況，同步動態模擬人工、材料、機械等資源投入。解決目前傳統進度管理形象化欠佳，可視化程度低等問題[8]。

（2）利用BIM可視化展示不同進度控制節點及工程各專業的施工進度，跟蹤與檢查進度偏差，利用可視化模型提高進度協調效率。結合不同進度節點資源需求，基于進度偏差與資源限制，自動進行施工進度分析預警。

2）質量管理方面

（1）利用BIM模型，提前把工程中采用的標準工藝在模型中進行精細化構件層級關聯、并標識，說明與展示標準工藝做法要點及相關圖片信息，用以可視化施工指導。

（2）利用BIM模型可視化技術，將現場發現質量問題在模型中定位并跟蹤，并隨時匯總查驗。

3）安全管理方面

（1）利用BIM模型，依據相關制度預先進行安全風險預估與分級，并將模型與工程風險進行關聯，對于識別出的三級及以上安全風險在模型中重點標識，并根據實際工程進度自動推送相關作業風險。

（2）利用BIM可視化實時展示不同部位安全檢查記錄詳細信息并按施工構件分類對安全問題進行匯總并形成報告。

4）技術管理方面

（1）利用BIM可視化模型進行技術問題協調，并實現模型與工程圖紙和施工方案的精確關聯，方便工程現場快速調出與查閱，輔助便捷化技術應用。

（2）利用可視化模型進行設計意圖說明與多方交互，通過參數化進行設計交底和圖紙會審，通過模型標注記錄會審意見，跟蹤圖紙整改情況。

（3）利用BIM模型的可視化技術，將發生設計變更的模型進行前后對比，進行形象化變更方案討論和比選，并對現場施工人員進行可視化交底。

5）造價管理方面

（1）將工程概算、工程量清單、工程結算信息與BIM模型進行相應關聯，方便基于時間維度、空間劃分、構件類型對工程造價進行綜合查詢。

（2）利用BIM模型中各個構件和對應工程量清單、項目定額、對應的人、材、機使用消耗進行分析計算，實現工程量計算與計價的雙向數據協接，當模型改動時能夠實時反映工程造價變化[9-11]。

（3）利用BIM模型和實際構件的關聯關系，根據實物工程量的確認與統計情況，結合工程實際進度確認情況，綜合量、價、費相關信息，實現進度款快速和自動計算與關聯復核。

圖1　“互聯網+”技術在輸變電工程管理中的應用

6）綜合管理方面

（1）將工程資料關聯BIM模型，實現項目全過程工程資料的直觀化管理，支持形象化工程資料查詢與調閱。同時支持根據工程檔案管理要求，進行電子化歸檔。

（2）利用BIM參數化造價數據，通過WBS對應、費用歸集匹配建立資產關聯，輔助工程決算工作，并在轉資完成后建立資產卡片，方便后續階段資產全壽命管理工作開展。

（3）基于BIM技術，在確保竣工BIM模型與實體工程的一致性和準確性基礎上，通過規范移交標準與移交流程，實現“虛擬工程”的數字化移交，為后續運行、檢修專業的模型、信息與數據利用打下基礎[12-13]。

4.2　物聯網技術應用

1）進度管理方面

（1）利用視頻監控技術實時查看工程現場實際開工建設及投產情況，有效遏制現場工程實際施工與上報情況不一致情況的發生。

（2）利用二維碼或RFID技術對工程實物建立資源“身份標識”，實時查看工程實物構件施工進度情況[8]。

2）安全管理方面和物聯網方面

充分利用智能視頻監控技術、傳感器技術輔助現場安全管理[10]，具體實現如下。

（1）利用智能視頻監控自動識別工程現場未帶安全帽、高空作業未系安全帶、違規進入告警區等安全違章行為并進行抓拍、同時對工程現場煙火煙霧、人員數量、區域范圍進行智能識別，提高安全管理智能化。

（2）利用通道攝像頭與閘機進出聯動，通過人員進出場記錄與攝像頭人臉識別對人員真實性進行自動判斷。

（3）利用二維碼或 RFID技術對特種作業人員或機具進行身份標識，通過移動終端對人員或機具進行掃描，確保特種作業人員資質合格或特種作業機具按時檢驗。

（4）利用傳感器技術（如高大支模變形監控設備、深基坑監測設備、塔吊運行監控設備）實現工程環境與施工過程參數與指標監控，輔助進行工程項目安全管理。

3）質量管理方面

利用二維碼或 RFID標簽對工程實物建立資源“身份標識”，將工程實體施工過程中遵循的標準工藝及對應質量通病進行信息注入，在施工過程中，施工管理人員隨時可通過移動終端對二維碼或RFID標簽進行掃描獲取施工作業指導。

4）綜合管理方面

（1）利用二維碼、RFID技術對進場施工機具進行跟蹤管理，根據施工進度計劃合理安排施工機具、設備進出場，隨時了解施工機具在施工場地位置及使用情況，自動對施工機具到期檢驗進行提醒。

（2）利用二維碼、RFID技術對施工人員實時實名制管理，在此基礎上根據施工人員身份信息對勞務人員結構構成、年齡組成、性別比例等進行分析，合理優化勞務隊伍素質，并能夠實時了解在場總人數及各分包隊伍、各班組、各工種分布情況。

（3）利用閘機設備、配合 RFID實名制卡片技術對勞務人員刷卡進出場地進行實時的系統記錄，使總包單位能夠對勞務單位人員進行考勤核實，為結算工程款提供依據[14-15]。

4.3　移動互聯網技術應用

1）進度管理方面

（1）利用移動終端便捷性支撐項目施工計劃、一級網絡計劃和施工進度計劃審核確認，及任務下達。

（2）利用移動終端，實現建筑物構件進度信息實時跟蹤與填報，根據實際進度情況，現場及時更新施工進度計劃，實時展現各專業施工進度，解決基于計算機表單式進度填報及時性差，注重消除和減輕現場工作人員系統使用負擔和障礙。

2）安全管理方面

利用移動終端，現場管理人員可現場及時記錄實體工程安全問題并拍攝照片，直觀形象反饋安全問題，對安全問題進行實時跟蹤，落實整改完成情況，可隨時對問題進行閉環管理。

3）質量管理方面

利用移動終端，基于標準工藝和質量檢查現場管理人員可現場及時記錄實體工程質量問題并拍攝照片，直觀形象反饋質量問題，同時可對質量問題進行實時跟蹤，落實整改完成情況，可隨時對質量問題進行閉環管理[16]。

4）技術管理方面

（1）利用移動終端支持相應專業、部位和設備施工圖的快速調出，實現電子化圖紙的便捷化查閱。

（2）利用移動終端的便捷性對施工班組日志及每日站班會進行拍照記錄，加強工地技術管理。

（3）利用移動終端通過對工程實體二維碼或RFID標簽進行掃描方便快捷獲取相應施工活動技術交底或設計交底內容，及時、準確指導施工作業。

4.4　云計算應用

綜合管理方面。利用云計算技術可以在推進電網工程建設資源整合，實現資源共享方面發揮重大作用。

1）利用“云技術”進行施工作業中固有風險及重大危險源異地實時推送及預警管理，在施工過程中利用云計算技術，對施工活動中有重大安全風險因素的作業進行及時預警，同時提供防控措施。

2）利用“云技術”進行標準工藝異地實時任務推送及跟蹤管理，在建設過程中利用云計算技術，自動給出每一步工作需要遵循的標準工藝。

3）利用“云技術”通過集成和調配現有施工、設計、監理、質量控制、以及材料供應等企業資源，并且將現有分散的、自成一體、和本地化的網絡平臺轉變為一個有具體網絡運營環境、網絡服務系統、網絡操作系統組成的強大的、統一的云計算平臺，對各個施工企業的資源匯總，并形成電網工程建設行業的管理體系和資源共享空間，實現各企業資源共享，杜絕企業之間的資源浪費和重復。

4.5　GIS/定位技術應用

安全管理方面。利用定位技術將人員與定位設備進行一對一綁定。通過定位設備對作業人員進行實時定位跟蹤，對作業人員臨近帶電區、危險作業區或違規跨區作業進行及時告警。

5　結論

在“互聯網+”技術環境下，輸變電工程管理相關信息能夠進行橫向和縱向交流和共享，可實現工程管理工作的實時監控，動態展示，準確分析。本文對“互聯網+”技術在輸變電工程管理應用做了系統性分析，分別論述了“互聯網+”技術的趨勢、輸變電工程管控現狀，同時，對“互聯網+”技術在輸變電工程管理的應用進行了分析研究。“互聯網+”技術在輸變電工程管理中的綜合應用效益，以及分階段詳細探究“互聯網+”技術在輸變電工程管理中的應用價值將是下一步研究的重點。