跨區域輸電工程“站線一體化”智慧管理平臺建設研究

甘運良 王紅杰

摘 ?要：跨區域長距離輸電工程建設面臨著施工安全風險高、施工建設標準嚴、人機物管理難度大、應急反應要求高、跨層級信息共享難等問題與挑戰。為進一步提升電網工程基建管理水平，推動電網工程精細化管理和科學化組織，文章研究提出了一種構建“站線一體化”跨區域輸電工程智慧管理平臺的建設思路，并論述了平臺的設計及實現方案。實踐表明，平臺的建設能有效銜接工程現場層、監管層與指揮層的信息共享，實現項目的全程化、智慧化、可視化、精益化管理。

關鍵詞：長距離輸電工程;站線一體化;智慧管理平臺

中圖分類號：TP39 ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）12-0125-07

Abstract： The construction of cross regional long-distance electricity transmission engineering is faced with problems and challenges， such as high construction safety risk， strict construction standards， difficult man-machine and material management， high emergency response requirements， and difficult cross-level information sharing and so on. In order to further improve the infrastructure management level of power grid engineering and promote the fine management and scientific organization of power grid engineering， this paper studies and puts forward a construction idea of constructing "station line integration" cross regional electricity transmission engineering intelligent management platform， and discusses the design and implementation scheme of the platform. Practice shows that the construction of the platform can effectively connect the information sharing among the engineering site layer， the supervision layer and the command layer， and realize the whole process， intelligent， visual and lean management of the projects.

Keywords： long-distance electricity transmission engineering; station line integration; intelligent management platform

0 ?引 ?言

跨區域長距離輸電工程建設往往具有施工規模大、建設周期長、參建單位多、施工工序復雜、技術難點多、質量要求高等特點。隨著工程建設中外部環境日趨復雜、生態環保壓力與日俱增，電網工程在施工管理工作中面臨著諸多困難與挑戰，主要體現在不同業務平臺相互之間數據交流共享不足等問題，嚴重影響了各級建管單位全面、及時、動態的掌握工程現場基建過程管理信息以及加強現場建設協調和安全、質量、進度管理工作。

2018年南方電網印發的《智能技術在生產技術領域應用路線方案》，對新一代智能技術產業進行了全景式分析，規劃了智能技術（包括云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、人工智能等）在南方電網公司生產領域的智能裝備、現場作業、狀態監測、態勢感知和智慧運行五個領域的應用前景。新環境下如何借助互聯網+、大數據、云計算、智能傳感、人工智能等先進技術，服務于電網工程建設，是南方電網公司持續探索和深入推進科技創新的源動力和工作方向。

常規的工程建設管理手段必須結合新時代工作要求和最新前沿技術應用，不斷探索提升基建管控水平，推動電網工程精細化管控和科學化組織。智慧工地建設作為一種新興的管理模式，聚焦于工程施工現場，緊緊圍繞著電網工程基建進度、安全、質量、物資、設計等關鍵因素，綜合運用物聯網、移動應用、大數據、云計算等新技術，與施工生產過程相融合，建立智能感知、互聯協同、科學管理的基建工程現場管理生態圈，實現工地可視、精細、智能管理，有效提升工程現場管理水平。數字電網作為智能電網建設的重要基礎，通過整合域內基礎地理、地質地貌、電網專題、電網工程等多源數據，對電網本體及通道地理信息進行可視化表達，并提供統一的對外數據服務與功能應用，可為智慧工地及工程現場管理可視化場景提供技術基礎。因此如何將智慧工地及數字電網思維融合運用到電網工程，并利用先進數字化和信息化技術，保障電網工程建設的環境安全、人身安全、設備安全、信息安全，提升各類安全風險管控和應急處置能力，是電網工程建設智能化管理應用的一個重要方向。

1 ?“智慧工地”在電網工程建設中的應用情況

智慧工地是近幾年出現的以信息化、物聯網等技術手段進行工地智能化管理的技術手段。通過建立工程項目信息模型，結合使用物聯網智能硬件實時采集工程相關數據，打造基于施工過程管理的信息化生態系統，實現協同互聯、智能監控、科學決策的高效管理模式，并將工程信息模型與物聯網采集的工程環境數據進行挖掘分析，為工程施工提供過程趨勢預測及科學預案，實現工程施工可視化管理和智慧化決策，從而逐步實現綠色建造和智慧建造。目前，“智慧工地”在“點狀”或者“塊狀”（如房建領域）項目中應用日益成熟，相對于傳統建筑行業，電力行業工程管理的“智慧化”尚處于起步階段，除了輸變電設備巡檢、智能客服應答、機器人語音交互、智能語音質檢等領域開展了部分試點應用以外，在電網基建項目管理方面用之甚少，距離數字化、網絡化、智能化的發展要求存在較大差距。同時，目前多數電網工程智慧工地研究，僅僅聚焦于單一的“點狀”變電（換流）站工程，針對線路工程及大型跨區域長距離特高壓輸電工程鮮有應用及研究。

跨區域輸電工程項目是長距離線性工程，既涉及線路也包括變電（換流）站工程，同時工程本身具有天然的地理空間分布特性，在項目管理上有著較強的空間地理相關性，由于施工條件和環境的限制，不可預見因素多，施工控制點多，管理內容跨度大，施工中存在較多的質量和安全管理難題。數字電網技術，以空間信息表達和多源數據異構融合為特點，能有效實現電網本地及其通道地理環境的表達，可為電網工程智慧管理提供天然的可視化基礎。

本文在此基礎上，結合跨區域長距離輸電工程特點，充分利用數字化電網可視化表達特點，提出了一種利用航攝遙感、三維GIS、BIM、移動互聯網、智能物聯感知、人工智能等多種技術融合構建 “站線一體化”工程智慧管理平臺的設計及實現方法，并結合工程實踐進行平臺應用研究。

2 ?跨區域輸電工程“站線一體化”智慧管理平臺設計與實現

2.1 ?總體架構設計

平臺以工程進度、質量、安全、監管為業務核心，通過施工現場地理數據及三維模型數據，構建線路及換流站數字電網基礎，通過實施應用項目管理業務APP平臺及智能物聯設備，打造工程建設管理的智能“大腦”，構建信息層、現場層、監管層與指揮層的有效銜接，實現信息的自動化、準確高效傳遞，降低工程管理的工作量，提升工程管理效率。平臺建設總體分為三個層面，如圖1所示。

現場業務應用及物聯傳感智能應用，主要在線路、變電（換流站）工程現場端，充分利用移動APP開展進度、安全、質量、專項、數碼照片等基建現場數據采集及填報，并利用人臉識別、物聯傳感、視頻監控等技術開展現場安全在線監測、智能邊緣計算等，從而獲取并實時感知工程一線現場數據。

數據存儲及處理中樞，涵蓋了所需的各類基礎地理數據、BIM模型、業務數據（進度、質量、安全等業務應用信息）、現場物聯感知數據等內容，通過數據管理規范進行科學組織構建成數據庫。通過空間數據管理與發布引擎對基礎地理數據進行服務發布供調取使用。其他數據通過統一數據庫管理系統進行統一集中管理。數據服務層為上層提供數據支撐。并構建數據發布及分析服務后臺，主要利用大數據、人工智能等手段開展數據存儲、智能分析等應用服務。

業務應用端，主要在工程項目管理端，提供包括移動端、網頁端、指揮大屏三端應用形式，通過統一的數據存儲及處理中樞進行接入應用。其中移動端側重現場信息查看管理、移動辦公，網頁端側重數據管理及資料管理，指揮大屏側重信息匯總、數據分析、綜合展示、協同會商以及決策應用。

2.2 ?技術架構設計

平臺總體技術架構劃分為六個層次：基礎設施主要涵蓋構建平臺硬件以及現場物聯感知硬件的基礎設施設備。數據系統主要通過數據結構劃分為結構化基礎數據系統和非結構化文件數據系統。服務層涵蓋了以各類基礎地理數據、三維模型、進度數據、現場傳感數據等內容為調用的數據服務。組件層是將所有功能進行了邏輯劃分，按照不同類型劃分為三維可視化組件、數據管理與可視化組件以及數據訪問組件，不同組件中包含了實現相同邏輯的功能。三維可視化組件包括：三維基本操作、數據加載、對象拾取與查詢、顯示控制、三維模型可視化、地物標繪等，這些功能邏輯是三維可視化功能的基本實現，可在表現層按照數據和實現方式要求做進一步開發;數據管理與可視化組件包括：數據分層、數據分類、數據統計、圖表繪制、數據顯示，根據系統數據可視化的需要按照不同的邏輯將同類型的功能實現進行了封裝，避免了重復性開發。應用層主要是根據功能邏輯層以及數據服務層提供的內容，將用戶的需求按照一定的規則進行實現，針對數據和應用的不同提供了可視化施工進度監測、物資運輸監測、安全風險監測、人員到崗監測、環評水保監測、專項信息監測、物聯傳感監測、視頻監控等應用服務。展現層與應用層之間采用RESTful API進行統一的數據訪問和傳輸。技術架構如圖2所示。

2.3 ?數據架構設計

建立統一和共享的數據視圖，滿足對數據統一性、標準性和擴展性的需求，實現業務數據存儲與共享集成，平臺數據設計主要分為結構化數據、非結構化數據以及物聯傳感數據三類：結構化數據是指可直接用于分析處理的二維表結構業務數據，可存儲于關系型數據庫中的數據，如工程信息表、進度表、人員表、動態風險作業等。非結構化數據包括如數碼照片、仿真模型、地理信息、三維設計模型，高精度三維通道數據等。傳感器數據包括通過傳感器產生，自身不具備業務含義，但經過處理分析后，能夠轉化為結構化或非結構化業務數據的原始數據，如視頻監控數據、環境及微氣象監測數據等。

2.4 ?物聯接口設計

換流站及線路現場視頻信號，接入到統一的視頻平臺，支持通過NVC拉流接入模式和GB/T 28181-2016標準接入模式，實現對不同廠商、不同型號、不同格式、不同協議的視頻數據接入。APP或指揮中心大屏實現視頻圖像接入、調取、顯示、控制等功能。現場狀態感知設備信號接入，采用統一API接口協議，定制中間層（代理，網關等），將遠端物聯感知數據推送至接口服務，從而實現服務器對客戶端的請求進行回應。

3 ?智慧管理平臺工程應用場景

平臺在烏東德電站送電廣東廣西（昆柳龍直流）輸電工程（特高壓多端直流示范工程）換流站以及直流線路工程全過程管理中進行了實際應用，平臺整合線路以及換流站工程現場，提供包括全景可視化數字工地，多維進度管理、安全風險管理、檢查閉環管理、通道專項管理、現場物聯感知等項目管理應用功能。

3.1 ?“站線一體化”全景可視化數字工地

利用航攝高精度影像和數字高程模型，通過數字化處理，構建換流站、線沿線范圍內的地形模型，并且疊加區域內行政區劃、水系、道路等基礎地理數據，以及規劃區、自然保護區、礦區等專題數據等，直觀展現工程施工現場的地理環境，如圖3所示。依據換流站以及線路施工設計圖紙，構建換流站土建、電氣設備設施模型以及線路基礎、桿塔、絕緣子串模型，并構建線路與換流站設備間出線連接關系，直觀模擬展示換流站及線路地理位置及建成效果，構建了工程“站線一體化”全景一張圖，從宏觀到微觀真實還原跨區域長距離輸電工程建設全景。數字場景模型一方面為工程各項管理數據監測提供載體，另一方面也作為各類監測信息和管理操作的交互窗口。

3.2 ?多維進度管理

管理工程一級、二級及三級施工進度計劃，精細化管理桿塔級施工進度，通過項目部、施工標段、桿塔多級進度可視化，“紅綠燈”輔助建設管理單位掌握計劃及進度執行情況，如圖4所示。同時結合施工進度及三維設備模型，實現工程不同施工工序、施工狀態的三維仿真模擬，實現工程建設進度的實時模擬及形象化展現。

3.3 ?安全風險管理

在施工過程中，進行現場作業安全風險問題的識別與現場管控，構建施工現場的作業風險管理機制，由施工單位上報、監理單位審核、業主項目部確認、現場人員簽到，形成作業前預控、作業中管控、作業后追溯的安全管控模式，同時對工程動態風險進行可視化監督，實現對動態風險進行全過程監測管理，如圖5所示。

3.4 ?檢查閉環管理

在施工過程中，構建現場施工質量及安全文明施工情況通報閉環管理機制，各參建單位均可實時上報施工現場的質量缺陷及違章問題，數據填報完成后并自動分配到相應的責任單位，由責任單位安排整改人員進行整改，并填報整改記錄，整改完成后數據自動流轉到監理單位，由監理單位進行現場復查，復查通過后則問題解決，復查不通過則返回整改單位繼續整改，直至復查通過，形成問題的上報、整改、復查的閉環流程，實現對工程質量、安全檢查問題的信息記錄及全過程閉環管理，如圖6所示。

3.5 ?通道專項管理

實現通道內交叉跨越、房屋拆遷、環境敏感點全景可視化展示。跟蹤環境敏感點協議辦理進度;利用系統移動端開展現場通道清理量復核、現場協議簽訂狀態、通道清理進度上報工作;并利用數碼照片管理、核實現場水保專項措施的落實情況，如圖7所示。

3.6 ?現場物聯感知

線路、換流站現場視頻遠程接入，通過三維數字化工地直觀展現各監控攝像頭的分布情況，以攝像頭模型作為入口，實現多廠家多類型視頻監控信號的實時接入、兼容集成與遠程控制，可快速調閱讀取指定監控點現場實時視頻情況，支持多畫面調取顯示，實現工程三維、視頻監控大屏下的綜合展現，如圖8所示。換流站現場通過人臉識別實名制管理系統，可同步實現用工實名制、入場人員身份識別、在場工種人數統計等多層功能，有效管控參建人員信息。通過監測傳感設備獲取現場揚塵環境、塔吊、高支模等現場安全環境及重要設備運行狀態，輔助遠端實現施工現場實時感知及安全預警決策。

4 ?結 ?論

本文研究充分利用數字電網建設理論，結合三維GIS、BIM手段，打造工程全景數字化工地，并運用智慧工地管理思維，采用移動APP、智能物聯等技術手段，橫向貫通進度、質量、安全、物資、專項等多維度業務應用，并遠端連接現場智能設備，通過門禁人臉識別、視頻監控、違章行為識別、環境監測數據，首次構建了“站線一體化”的電網工程智慧管理平臺。通過工程實踐表明，有效打破線路、變電站工程間的管理壁壘，動態匯總工程現場各環節數據，開展跨區輸電工程監、控、管一體化管理應用，輔助各級建管單位全面、直觀、及時掌握工程現場基建動態情況，為工程基建全過程管理工作提供信息支撐和決策依據。后續，通過電網數字化建設，利用互聯網+、“BIM+GIS”、虛擬現實等技術，深化基建過程全數字化技術進行智慧管理應用，加強基建各環節的信息共享和銜接，為設計、施工、環保水保等工作提供數字化支撐，并通過工程數字化應用、積累和移交，形成電網工程數據資產，為后續智能運檢提供基礎數據支撐，實現信息資產在電網工程全生命期的共享，對于加強企業精益化管理、降低工程造價、強化電網本質安全、推動電網建設技術進步具有重要意義。

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作者簡介：甘運良（1979.06—），男，漢族，海南瓊山人，高級工程師，碩士，主要研究方向：電網工程建設管理;王紅杰（1989.04—），男，漢族，湖北武漢人，助理工程師，碩士，主要研究方向：電網數字化和電力信息化。