基于數字化的可視化風電項目智慧管理解決方案

劉鳳友，權 鋒，徐漢坤

(1.國家電投集團內蒙古能源有限公司，內蒙古 通遼 028000;2.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

風電項目種類繁多，在操作時會涉及到大量的數據信息、分類資料，只有信息化技術所具有的強大儲存功能才能較好地服務于風電項目的標準化管理。信息化技術的便捷、高效、準確將為風電企業的生產、運行提供良好保障，不僅能幫助風電企業合理進行資源配置，同時更能對資金、技術、質量、效率等方面進行管理、維護、加強[1]。同時充分利用計算機、互聯網、物聯網、信息化、數字化等技術，搭建工程建設智慧管理和交付平臺，實現工程的智慧物流、智慧管理與基于BIM技術的工程交付。充分融入BIM、GIS技術，對項目建設過程的設計、進度、成本、合同、資金、虛擬建造、質量、安全、采購、資料等進行可視化管理[2]，打通各模塊之間的數據，消除數據孤島現象，促進工程建設過程的設計施工一體化，提高工程建設的效率和質量，提高項目管理和企業決策水平，為項目帶來長遠效益。

1 國內外風電項目管理現狀

1.1 國內現狀

國內風電場的工程管理中存在以下問題：

(1)建設單位管理人員素質參差不齊、專業管理人員缺乏，造成現場管理可能出現被乙方左右的現象。

(2)標準化設計欠缺，有的項目建筑物空置率高、有的項目卻不能滿足生產生活需求；同等規模項目之間投資金額差異巨大，造價管理凸顯不規范，缺乏標準。

(3)項目缺乏閉環管理，工程安全管理未得到有效的整改落實、工程款超付或少付的現象時有發生，獎罰制度難以得到貫徹落實，對乙方約束力不強等現象時有發生。

(4)大多項目建設管理模式為公司和項目部雙重管理模式，容易出現指令交叉重疊，有時甚至出現指令互相矛盾的出現。

(5)項目管理的信息化程度較低，項目管理平臺缺乏，智慧程度不足。設計、進度、成本、合同、資金、質量、安全、采購、資料等的管理還是以會議、電話、書面記錄等方式管理，難以實現建設過程的痕跡化管理、難以追溯過程，界定責任。部分項目應用了一定的信息化技術進行項目管理，但功能模塊之間信息孤島嚴重，數據流通性差，管理過程不夠直觀。軟件主要包括相應的數據管理系統和桌面端、手機端等信息管理系統，配合硬件使用。

隨著國家經濟下行壓力的增大，去產能、調結構、降庫存等是擺在各行業的應用難題。近些年，建筑、市政、軌道交通等領域逐步在推進數字化管理；火電、水電等工程領域逐步在推進全生命周期建設、智能化管理。工程建設領域由傳統的速度型增長逐漸轉向于質量、效益型增長。隨著風電工程建設的推進和技術的創新發展，工程建設管理也逐步向專業化、精細化、信息化、智慧化的方向發展。開展智慧風電的工程管理是順應發展趨勢，提高風電建設管理水平的根本方向。

1.2 國外現狀

(1)業務產品的數字化轉型。隨著風電技術與IT技術的深度融合，風機和風電場的設計、建設和運營將更多依賴基于云平臺的數字化服務。如遠程診斷服務，利用大數據和專家庫，從中抽象、提煉出數學模型，分析出風機關鍵部件裂化趨勢和潛在故障風險，主動對零部件庫存、運輸和更換進行預測和管理，從而減少風機停機帶來的損失。

(2)運維管理的數字化轉型。傳統的企業信息化以ERP/EAM等系統為核心對管理進行規范和優化。當前，隨著移動、社交等新技術的廣泛應用，風電場與風機制造商、運維員工的互動方式正在發生巨大的改變，迫切需要在風險可控的前提下，構建透明共享、敏捷高效的數字化管理體系。

(3)業務產品和運維管理的數字化轉型相互作用。這兩個方面的轉型互相依賴、互相促進，管理數字化轉型為業務數字化轉型提供體制保障，業務數字化轉型為管理數字化轉型提供持續優化動力，最終兩者相互融合才能實現風電場整體的數字化轉型。兩者都需要根據業務架構梳理數據架構，搭建數據架構與分析平臺，將現場運營數據、研發數據等各類數據進行數學建模并計算分析，根據市場需求提出最優解決方案。

2 主要的技術突破點

鑒于以上現狀，構建了以BIM技術為核心的風電建設項目工程建設階段三維模型數據集成平臺，以模塊化的形式集成智慧物流、智慧管理等兩大大功能，將建設項目各參與方多維信息集成一體，極大地便利各方的信息溝通與交換，提高工作效率。

(1)工程建設智慧物流。運用BIM、二維碼、GPS等技術，研究三維實景建模、運輸方案模擬、物流運輸實時監控和道路勘測等功能，實現智慧物流可視化、模塊化和數據化。

(2)工程建設智慧管理。運用BIM和信息化技術為核心，研究設計、施工、采購和財務等業務模塊的功能集成和數據流轉，實現智慧管理可視化、模塊化和數據化，形成智慧管理解決方案。

以工程進度為主線，以設計、采購、施工安裝等的編碼管理為紐帶、實現各管理要素(模塊)的互聯互通，建設一個平臺、一個數據中心、一個門戶的原則，對接所有系統?？傮w架構示意如圖1所示。

圖1 系統總體架構

3 功能設計及業務流程

3.1 領導駕駛艙

領導駕駛艙旨在通過多視角、全方位地反映項目當前進度、安全、質量、風險等方面情況，前瞻性體現項目效益、建設等情況，同時，結合數據分析工作對相應指標進行預警、預測及多維度分析，為項目管理人員及時掌握和快速決策提供支持。

3.2 GIS+BIM一張圖管理

“GIS+BIM一張圖管理”是通過建立風電場GIS與BIM模型的虛擬場景，在虛擬場景中實現工程建設過程相關的設計、采購、合同、進度、安全、質量等數據的一體化管理，虛擬場景與現場真實情況一一對應。

3.3 合同管理

(1)合同錄入。合同簽訂之后，合同管理人員錄入合同基本信息，進行存檔，之后錄入合同工程量清單信息保存，合同基本信息與工程量信息錄入完成之后，合同進入合同執行階段。

(2)合同執行。合同執行過程中，按照工程進度，各一級分包商向業主提交工程進度款結算單，經業主相關負責人審批，之后按照審批結果支付分包商工程進度款。

(3)合同變更索賠。合同在執行過程中，如發生索賠或者變更，則需要對索賠或者變更進行立項，經過領導以及業主相關負責人員審批，按照審批結果對索賠或變更進行結算。

(4)合同結算。合同竣工驗收之后，合同進入完工結算階段，提交完工結算單，經業主相關負責人審批，按照審批結果，業主向第一級分包商支付相應的結算款。

合同執行及結算情況應能通過圖表進行直觀反應[3]。

3.4 施工進度管理

(1)WBS分解。可以建立工程項目WBS分解結構信息，為后續的進度計劃編制工作及與BIM模型的關聯提供數據依據和準備[4]。

(2)基于BIM的施工進度方案模擬。平臺可導入Project或P6等編制的施工進度，也可在平臺上編制進度計劃，自動計算關鍵線路。平臺通過進度計劃驅動三維模型變化，直觀地展現施工計劃。

(3)實際進度填報與追蹤。系統可按指定日期，追蹤各個施工段進度計劃的執行情況，平臺自動將已完成施工的BIM模型改變顏色，便于將實際進度與計劃進度進行對比分析。當某一任務滯后完成時，系統應用CPM算法分析進度中所有受影響的任務，進行預警。

(4)實際進度影像展現。進度管理模塊可集成無人機拍攝工程建設全景影像，進行實際進度的可視化展現。無人機需定期拍攝工程全景影像，可以周或月為單位，全景影像場景應能人機交互，方便電腦或移動端操作[4]。

3.5 資金管理

(1)項目預算管理?？梢詫㈨椖款A算情況導入系統，形成預算科目，便于后期資金支付時的對比分析。發生超預算科目自動報警[5]。

(2)項目支付計劃。管理人員可根據各單位的資金支付申請情況統籌編制項目總的年度、季度、月度資金需求計劃，便于融資準備。

(3)項目支付管理。當分包商完成一定的進度或工程量后，項目部根據分包商申請付款情況，開出結算單，資金部門根據結算單向分包商進行付款。

3.6 三維會商

基于三維數字化成果，通過云可實現多方對方案的及時會商、會審決策。消除時間、空間的影響。在方案執行前，有效地吸納參建各方的意見，提升方案的可實施性。各方通過對三維模型進行添加紅線批注，增加評論、附件，對所提意見發起流程并限定時間要求流程處理方進行批復等方式，有效的提升工作效率。該模塊具備全面的模型操作功能，包括隱藏、隔離、透明、剖切、變色、測量、視點記錄等。

3.7 設計管理

(1)供圖計劃。將設計院提供的供圖計劃錄入平臺中，統一管理圖紙名稱、計劃供圖時間、實際到圖時間，對比圖紙供應與計劃，并實時統計。

(2)關聯提醒。根據施工進度計劃對供圖計劃進行提醒，對制約施工進度的圖紙供應進行分析判段、提前預警。

(3)在線報送。設計院將正式圖紙以PDF形式提交，減輕藍圖供應不及時影響施工的情況，也便于業主對設計資料的管理及查找。

(4)動態查看。將設計提供的PDF圖紙、設計文件與設計模型或施工模型相關聯，可以根據模型鏈接查看對應圖紙，便于設計成果全局與局部的協同查看，利于提升方案的理解效率[6]。

3.8 質量管理

(1)質量計劃管理。要求EPC總包方根據主合同條款制定質量目標和質量計劃，根據WBS和工程進度制定QBS編碼，管理各工區、分部的質量計劃，平臺用戶可按照項目組織機構上傳質量計劃文件，平臺用戶根據不同權限進行文件查閱。

(2)原材料檢驗管理。提供原材料檢驗資料填報功能，可對每批原材料檢驗的詳細信息進行記錄(包括批次、型號、數量、時間等信息)并推送到對應用戶。

(3) 試件管理。系統平臺提供試件信息的填報和管理功能，并能分類列出所有試件條目的信息，同時支持數據篩選功能，便于系統用戶查看和管理試件信息。

(4)質量驗評。將質量驗評的表單進行電子化、結構化處理。報驗申請方將相關數據輸入系統后，可自動生成報驗申請表，平臺可設置相應責任者審核、簽認實時短信提醒。可以借助移動端現場驗評，將現場驗評的照片、視頻、參與人員情況等進行錄入，便于質量追溯。

(5)質量檢查?？梢栽谙嚓P部位布設無線射頻(RFID)標簽或二維碼，利用移動設備進行工程質量信息的收集。將收集的照片或影像資料添加說明后自動上傳系統，也可與BIM模型智能關聯，發起相應的處理流程，便于質量的閉環管理。

(6)材料設備質量管理。由施工單位將管線、設備、材料管理的全過程信息進行記錄，包括各項材料設備的合格證、質保書、原廠監測報告等信息的錄入，并與構件部位進行關聯。業主單位、監理單位同樣可以通過此平臺進行質量信息的審核工作，并將抽樣送檢的材料信息在模型相應位置進行標注，使材料設備質量管理信息更加準確、有追溯性。

3.9 安全應急管理

運用遠程視頻監控、手持智能終端巡查、物聯網智能監測等手段，發現施工過程中可能存在的安全隱患，及時排查并跟蹤形成閉環，切實消解施工過程中可能存在的安全隱患，保證施工安全。在工程建設過程中進行風險管控與預警，最大程度解決生產安全等問題。當事故發生時，通過工程建設智慧管理平臺準確定位事故發生的位置、周邊敏感源和應急資源的分布情況，提供故障排除的緊急方案，及時處理緊急事故。

3.10 工程預案管理

(1)現有預案。支持將相關預案信息批量導入數據庫，可以基于GIS添加預案相關的視頻監控、人員定位、應急資源分布情況，并將常用的應急聯系方式列出，供管理人員查詢及快速決策。

(2)新建預案。支持將施工現場發生的新問題進行錄入以供后續工作的參考。

3.11 設備采購管理

(1)設備監控管理。利用物聯網、GPS等技術對設備從采購、運輸、驗貨、安裝、調試、驗收等環節進行監控管理，并與三維模型和施工組織實施方案相關聯，可自動統計生成報表清單，服務于設備的整個生命周期管理。

(2)運輸路線優化。風電場場外運輸由風機廠家負責，廠內運輸則由業主保障。在路線擬定過程中，需要充分優化，保證廠內運輸的暢通?？梢岳肂IM技術與GIS結合，快速調用場地周圍環境信息，通過可視化分析場地環境，可迅速模擬生成適應于場地環境的運輸方案。也可將專業仿真軟件做的運輸方案導入平臺，指導現場運輸。

(3)采購管理。根據各個標段的物資總需求計劃及物資的庫存情況產生物資的采購計劃，并根據此計劃進行物資采購，產生物資采購合同。對供應商的物資到貨信息進行記錄，物資到貨以后，通過物資驗收，對物資入庫信息進行記錄。能夠記錄物資出庫信息，物資進行盤點后，查看物資庫存情況。

(4)資源動態管理。對項目進行施工資源動態管理，通過日、周、月各項施工資源計劃用量的規劃，合理安排大型機械的進場、施工材料的采購、施工隊伍的調配。在其它施工信息如進度計劃調整、WBS任務劃分、設計變更等發生變化時，適時調整施工資源使用。當建材超量使用時，系統會發出警報，提醒管理人員查找原因，及時改正，減少因臨時采購、臨時調動機械入場增加的物流成本[7]。

4 結 語

基于BIM+GIS技術，構建了風電項目建設管理平臺。通過智慧物流、智慧管理兩大關鍵技術，解決了傳統風電管理方式缺乏閉環管理、管理人員良莠不齊、管理信息化程度低效率低下等技術難題，實現了風電建設項目的精細化、高效化、智能化管理，提升了風電項目的管理水平。