特高壓輸電線路可研設計一體化管理平臺建設與應用

劉增訓， 郭皓池， 拾楊， 王婷婷， 雷紅霞， 駱云飛

(1. 國家電網有限公司， 北京 100031； 2. 北京洛斯達科技發展有限公司， 北京 100120)

0 引言

近年來，國家投資體制和管理方式發生變化，核準對可研(可行性研究)工作要求越來越高，政府管理方面強調生態保護、規劃剛性、事前核價及事中事后監管[1]。特高壓輸電線路工程現行的可研和設計分頭管理及其取費標準，難以適應工程核準和建設需要。因此，國家電網公司提出可研和設計一體化管理，以期實現可研和設計有效銜接，促進項目核準，推進工程建設，保障電網高質量發展。然而，由于特高壓輸電線路工程具有涉及范圍廣、建設周期長、參與單位眾多和組織分工復雜等自身特點，使得可研和設計一體化管理面臨諸多挑戰[2]。加上可能存在設計單位協同工作技術手段不統一，線路可研設計階段，涉及通道信息繁雜，往往存儲無序、成果分散隨意，不能形成規范的通道信息組織體系，不利于信息積累；設計單位之間、各專業之間難以做到信息及時共享，不利于方案協調和優化[3]。基于此，本文提出了一種利用互聯網、數字化等相關技術，融合多源電網通道數據，建立專題數據庫，打造統一的信息化工作平臺，輔助設計與管理單位完成可研協同設計與過程管控線上業務流轉，實現了可研設計與管理在線業務閉環，提高了工作效率。

1 技術方案

1.1 總體技術方案

利用互聯網+數字化技術，基于統一標準管理電網多源數據形成專題數據庫；依據可研和設計一體化管理的工作要求和組織分工建立標準信息化工作平臺、系統用戶體系；通過工程應用，輔助設計單位可研協同設計，輔助管理單位可研過程管控；動態積累形成數字化工作成果，輔助工程歸檔及后續階段應用。利用互聯網+數字化技術開展協同設計與過程管控總體技術方案，具體內容為：多源數據的可視化表達與在線共享，工程用戶體系建立，信息化平臺搭建及工程應用，數字化成果輔助工程歸檔。

1.2 協同設計流程

利用平臺提供的通道信息以及現場采集的信息，各單位、各專業協同工作，開展方案比選、技術經濟指標統計等；主設人按照要求及時更新設計方案，填報協議進度等；設總同步開展設計校核，強化設計質量，如圖1所示。

圖1 協同設計流程

1.3 過程管控流程

利用平臺，管理單位實時查看設計單位最新提交成果，及時掌握設計情況、跟蹤協議進度，開展專項督導、管理互動，追溯設計過程；評審單位經系統查詢各階段設計成果歷史記錄、利用系統提供的數據輔助評審工作[4]，如圖2所示。

圖2 在線管理流程

2 平臺構建

2.1 平臺技術架構

可研和設計一體化管理信息化平臺由Web端及移動端組成，用戶可通過計算機瀏覽器或手機移動應用訪問信息化平臺，輔助輸電線路工程室內及踏勘現場的可研協同設計與過程管控相關工作。平臺技術架構主要由設施層、數據層、業務層、展現層和訪問層構成[5]。其中，設施層有網絡、操作系統、服務器和中間件等；數據層支持平臺結構化及非結構化數據的讀寫、緩存，研究采用MySQL數據庫；業務層含數據管理、協同設計、過程管控和角色管理等，業務層經由數據層訪問數據庫；展現層采用React、Html5等技術進行前端渲染，前端通過Ajax請求與業務層進行對接；訪問層包括移動設備、計算機及其他終端。平臺的總體技術架構，如圖3所示。

圖3 平臺總體技術框架

2.2 關鍵技術

2.2.1 互聯網技術

(1) 萬維網地理信息系統(WebGIS)

萬維網地理信息系統(WebGIS)是一種在網絡環境下，基于HTTP協議，用于存儲、分析、管理、發布以及共享地理信息的B/S模式的分布式計算機應用系統，可與其他Web應用無縫集成。本研究采用WebGIS技術，將系統功能的核心部分集中到服務器，將展現部分放到瀏覽器，既簡化了系統的維護與使用，又滿足了用戶對分布式地理空間數據的輕松訪問及其編輯、修改等相關需求[6]。

(2) Node.js與React技術

Node.js提供基于 Egg 定制上層框架的能力，具有高可擴展性，是一個讓JavaScript運行在服務端的開發平臺，非常適合在分布式設備上運行數據密集型的實時應用。React是開源的前端框架技術之一，可以以最小的DOM修改來更新整個應用程序，從而滿足前端界面修改的需要，具有速度快、跨瀏覽器兼容、單項數據流等特點。本研究利用React和Node.js技術分別組織系統前后端，可適應前端高效地圖可視化以及后端地理信息分析功能的靈活擴展需求。

(3) 移動GIS與插件式技術

移動GIS是一個建立在移動計算環境下，提供移動的、分布式的、隨遇性的數據采集、數據分析、數據傳輸及地理定位和跟蹤于一體的移動地理信息服務的GIS系統。插件式技術是一種采用“平臺+插件”應用模式，提高軟件復用性和擴展性的技術方法，它可將各功能模塊當作一個插件進行獨立開發，通過統一的配置文件維護插件包的部署信息，可按需求動態組裝及分離，真正做到即插即用。本研究利用移動GIS與插件化技術，滿足用戶踏勘現場的信息采集、路徑規劃導航、信息上報等需求的同時，使用戶無需升級宿主應用，即可更新APP的特定功能完成版本迭代，達到“熱修復”的效果[7]。

2.2.2 數字化技術

(1) 空間數據庫技術

空間數據庫是以描述、存儲、查詢和處理空間數據為特色的專用數據庫,是在傳統數據模型的基礎上增加了對空間數據的處理能力,它從數據類型、查詢語言、查詢處理和存儲方法方面提供了對空間數據處理能力的全面支持，包括空間索引和空間連接等。

(2) GeoJSON

GeoJSON是一種對各種地理數據結構進行編碼的格式，基于Javascript對象表示法的地理空間信息數據交換格式。GeoJSON對象可以表示幾何、特征或者特征集合。GeoJSON支持下面幾何類型：點、線、面、多點、多線、多面和幾何集合。GeoJSON里的特征包含一個幾何對象和其他屬性，特征集合表示一系列特征。充分利用GeoJSON的規范性，可拓展性。

本研究利用空間數據庫對輸電線路工程相關的各種地理實體對象進行屬性信息、空間位置及拓撲關系的分析管理，其中，主要以GeoJSON數據格式實現空間數據的存儲與傳輸。

3 應用實例

平臺已應用于 “白鶴灘-江蘇”可研和設計一體化示范工程、“華中環網”等特高壓交直流工程。基于信息化平臺，設計單位開展了“方案優化與比選、技術經濟指標統計、成果提交、協議進度上報、現場信息采集、實時進度上報、督導信息查看”等協同設計相關工作，管理單位開展了“成果查看、指標分析、設計過程追溯、協議進度統計、過程督導”等過程管控相關工作。

3.1 工程用戶體系建立

特高壓輸電線路通常是由設計牽頭單位(如國網經研院)進行統一管理，各設計單位協同設計完成工程可行性研究。工作大綱明確的職責分工來指導各單位合理有序開展工程可研。系統實施差異化用戶配置滿足業務分工應用具體表現如下。

(1) 系統對不同用戶實行登錄入口分離管理

管理單位與設計單位登錄系統分別進入管理頁面與設計頁面，結合業務不同點，兩頁面的功能實行差異化組織。管理頁面以線路全局(各設計分包)宏觀展示可研進度信息及方案成果，以逐級下鉆、多維度統計方式實現信息可視化展示，突出“管理”的核心特點；而設計頁面則側重數據管理、共享，各專業協同設計等功能，突出“設計”特點。登錄入庫口分離可保證在功能組織層面，以最小化配置滿足不同用戶業務支撐[8]。

(2) 數據可視范圍及操作權限差異化配置

管理單位對所轄范圍內功能可實現多工程切花、多包段全局數據查看、分析統計功能。而設計單位不同專業人員則只對所屬包段數據享有增、刪、改、查相關權限，設總有別于主設人，可進行在線成果提交操作權限。同時，設計單位對相鄰包段方案設計成果可查詢，實現不同包段之間的方案接頭。數據可視范圍及操作權限差異化配置可在數據及其操作權限層面，以最小化配置保證系統能安全、規范化使用，提供管理決策數據支撐。

3.2 協同設計應用

3.2.1 協同設計應用表現

系統提供多源數據及相應功能支撐各設計單位、各專業開展室內設計、包段接頭、現場踏勘，完成可研協同設計。設總在線校審實現提交成果規范化管理，實時填報進度信息支撐可研進度上報。目的在于通過系統應用實現通道協同精準優化，提升通道可靠性，加深可研深度。系統輔助協同設計應用具體表現如下。

(1) 在線方案設計及指標統計分析：利用系統網頁端提供的高精度遙感信息、基礎地理信息、電網專題信息等通道數據，各設計單位、各專業橫向協同，開展方案比選、技術經濟指標統計等室內方案設計；

(2) 踏勘采集與實地驗證：應用移動端輔助踏勘路徑規劃導航，現場采集信息快速回傳，對室內預判的工程敏感區域開展實地驗證等工作；

(3) 包段接頭：對相鄰包段方案成果可在線查看，輔助設計單位對本包段路徑方案進行接頭檢查，實現不用設計單位之間信息共享；

(4) 設總審核：設置網絡校審機制，要求設總對主設人方案進行在線審核，確保各設計單位提交的設計成果規范合理，強化設計質量；

(5) 進度上報與溝通反饋：實時在線填報協議進度，提交工作旬報，查看督導信息等，及時反饋可研進度、待協調問題，實現溝通互動。

3.2.2 協同設計應用實例

(1) 信息實時更新共享輔助多方協同設計

某特高壓線路工程中，設計單位第一時間在系統中更新臨時建設用地范圍(下圖藍色面狀地物)，會同另一500kV線路設計單位迅速根據障礙設施變化情況，調整了局部路徑方案，確保線路路徑與換流站臨時建設用地不產生沖突，便于后期工程建設實施，如圖4所示。

圖4 信息實時更新共享輔助多方協同設計

(2) 彌補踏勘視線阻擋輔助方案復核調整

詳細復核方案時，設計人員在系統中發現線路附近存在110kV太城線與本工程線路有交叉，此前現場踏勘因受山勢阻隔而未能發現。基于平臺對接頭點附近路徑方案完成局部調整后，迅速將設計成果分享給相鄰包段設計單位，實現包段接頭，如圖5所示。

圖5 彌補踏勘視線阻擋輔助方案復核

3.3 過程管理應用

3.3.1 過程管理應用表現

管理單位定期查看設計單位最新提交成果，及時掌握設計情況、追溯設計過程；另外，跟蹤協議進度、開展過程督導。旨在實現可研進度協調、設計質量精準考核，管理高效互動，強化過程管控。系統輔助過程管理應用具體表現如下。

(1) 成果查看：對線路工程各包段方案成果、障礙物信息等進行快速檢索查詢、掌握可研設計進度；

(2) 指標分析：對設計單位提交方案成果進行線路長度、高程分布、地形比例、跨越障礙物、跨越交叉，進行設計考核，提出管理意見；

(3) 設計追溯：系統持續記錄設計單位定期更新的路徑方案成果，管理單位可查詢歷史提交記錄進行設計過程追溯，跟蹤設計變化；

(4) 協議進度統計及詳情查看：按所屬行政區劃、協議級別、有效性等多維度對協議取得進度統計分析，針對重點協議進行屬性查看了解詳情，精準考核；

(5) 過程督導：在設計成果可視化的基礎上，管理單位批量或有針對性地對設計用戶發送專項督導與專項委托意見，實現管理互動。

3.3.2 過程管控應用實例

(1) 歷次成果對比輔助設計過程追溯。管理單位查看設計單位歷次提交的設計成果，發現最新方案成果中線路向西做了優化調整，有效避讓村莊同時路徑截彎取直。通過對比分析方案成果變化，輔助設計過程追溯，設計質量精準考核，如圖6、圖7所示。

圖6 設計過程追溯-早期方案成果

(2) 協議進度統計及重點協議查看輔助可研進度管控。對線路工程按行政歸屬、設計分包、有效性等多個維度進行協議統計分析，了解協議取得總體任務量及各設計單位完成進度百分比。同時，對重點協議進行有效性查看、附件在線預覽等工作。

圖7 設計過程追溯-最新方案成果

(3) 過程督導輔助可研設計和管理溝通互動。管理單位基于系統批量發送督導信息，向工程相關人員快速傳遞會議通知、里程碑計劃等，實現管理互動的同時，還可對管理過程痕跡有效留存。

4 總結

本文對特高壓輸電線路可研設計一體化管理平臺建設與應用進行了總結和分析，闡述了多源數據專題數據庫建立、網頁端與移動端平臺搭建的關鍵技術，研究了利用信息化平臺實現特高壓輸電線路工程可研和設計一體化管理的解決方案，實現了工程多源數據的可視化表達和在線共享，設計單位協同設計、管理單位過程管控的在線業務閉環。通過對多家設計單位及牽頭管理單位在特高壓工程應用中的實驗分析，得出基于互聯網+數字化技術的輸電線路可研和設計一體化管理有利于形成標準化、規范化、精細化的創新工作模式，實現可研工作加深，加強過程管控，從技術手段上支撐“可研和設計一體化管理”，促進項目核準建設，產生了一定的經濟效益與社會生態價值，有較好的應用推廣價值。