某電廠智慧工地管控系統(tǒng)的設(shè)計與研究

孟春艷，朱憲花，李煒

（1,山東電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濟南 250200；2.山東電力工程咨詢院有限公司，山東 濟南 250013）

0 引言

21世紀(jì)全球能源與資源危機、全球生態(tài)與環(huán)境危機、全球氣候變化危機等多重挑戰(zhàn)已作為信息化時代工業(yè)革命的直接驅(qū)動力，并由此揭開綠色工業(yè)革命的序幕。作為直接使用最為廣泛的電能，也迎來了以“云大物移智”為代表的新一代電力技術(shù)革命。隨著數(shù)字化電網(wǎng)的發(fā)展，以及云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的運用，使得工業(yè)和信息化高度融合[1]，建設(shè)智慧電廠已成為行業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)可的發(fā)展目標(biāo)[2]，以數(shù)字化物理載體為依托，電廠設(shè)計與規(guī)劃向著更加高效、清潔、綠色的智能化方向挺進。

1 設(shè)計概況

某新建電廠擬建設(shè)規(guī)模為2×1000MW機組，以大數(shù)據(jù)技術(shù)、三維可視化技術(shù)和高性能網(wǎng)絡(luò)覆蓋技術(shù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建智能發(fā)電控制系統(tǒng)（Intelligence Control System，ICS）和智能電廠管控系統(tǒng)（Intelligence Management System，IMS），最終實現(xiàn)更加綠色、高效、智慧、一流的建設(shè)目標(biāo)。

通過將計算機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、視頻處理、大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)相結(jié)合，以PC端、手機端以及現(xiàn)場設(shè)備端三位一體的管控方式為企業(yè)現(xiàn)場工程管理提供先進技術(shù)手段，構(gòu)建工程智能監(jiān)控和控制體系，有效彌補傳統(tǒng)方法和技術(shù)在監(jiān)管中的缺陷，實現(xiàn)對人、機、料、法、環(huán)的全方位實時監(jiān)控，實現(xiàn)變被動“監(jiān)督”為主動“監(jiān)控”。

該電廠的智慧工地管控系統(tǒng)遵循集團公司總體規(guī)劃以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。打破傳統(tǒng)信息化中數(shù)據(jù)孤島，利用“云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、智慧應(yīng)用”等先進技術(shù)理念，結(jié)合發(fā)電行業(yè)發(fā)展新趨勢，進行業(yè)務(wù)應(yīng)用與智能化創(chuàng)新，對工程施工現(xiàn)場管控環(huán)節(jié)進行集成與應(yīng)用，以“智慧”的方法改進施工現(xiàn)場管控方式，建立互聯(lián)協(xié)同、安全監(jiān)控、智能建設(shè)的項目生態(tài)圈，提高項目各方的業(yè)務(wù)分析與管控能力、過程協(xié)同能力、風(fēng)險控制能力，實現(xiàn)綠色建造、智慧建造[3]。

2 設(shè)計原則

結(jié)合企業(yè)先進管理理念，以價值創(chuàng)造為核心，以人、設(shè)備、成本為對象，實現(xiàn)工程管理的智能安全、智能分析、現(xiàn)場智能巡檢、智能報警、智能關(guān)聯(lián)“質(zhì)量專家?guī)臁薄⒅悄茏粉櫣ぷ髦噶铌P(guān)閉等，在數(shù)據(jù)融合和技術(shù)融合的基礎(chǔ)上，打造柔性的一體化支撐平臺和工作平臺，以實現(xiàn)價值為導(dǎo)向的應(yīng)用融合，創(chuàng)造更多的價值。系統(tǒng)設(shè)計滿足以下幾個原則：

（1）精細(xì)化：細(xì)化項目過程管理，制定項目工作任務(wù)清單模板，指導(dǎo)、規(guī)范項目日常工作，促進各業(yè)務(wù)間的工作協(xié)同。

（2）可視化：應(yīng)用IT新技術(shù)，加強數(shù)據(jù)挖掘、分析和呈現(xiàn)，將管理層關(guān)注的項目指標(biāo)數(shù)據(jù)以圖形、圖表方式進行可視化、動態(tài)化展現(xiàn)，確保計劃透明、執(zhí)行結(jié)果透明、統(tǒng)計結(jié)果實時準(zhǔn)確、業(yè)務(wù)痕跡可追溯，不僅滿足項目總覽監(jiān)控需求，還可以穿透、查詢重點事項的過程信息。

（3）移動化：借助移動應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，改變傳統(tǒng)的PC端錄入、移動端查詢的模式，加強移動端功能，將移動應(yīng)用打造成信息錄入終端，增加用戶應(yīng)用系統(tǒng)的及時性、便捷性，解決以往項目現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集困難的狀況。

（4）智能化：加強系統(tǒng)業(yè)務(wù)模塊間的橫向關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)建設(shè)項目各業(yè)務(wù)間的相互關(guān)聯(lián)與協(xié)同；增加工作自動推送、智能提醒、智能預(yù)警，實現(xiàn)建設(shè)業(yè)務(wù)智能化管控；進一步打通業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通過業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)同步，實現(xiàn)系統(tǒng)多方位擴展，避免同類數(shù)據(jù)重復(fù)采集，達(dá)到信息共享的目標(biāo)[4-5]。

（5）數(shù)字化：從追求線上“自動化”轉(zhuǎn)變?yōu)椤皵?shù)字化”，整合項目進度、安全等各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)，基于多維分析技術(shù)，為項目管理提供決策支撐，將數(shù)據(jù)提煉成知識，助力公司數(shù)字化轉(zhuǎn)型、智慧化升級。

（6）標(biāo)準(zhǔn)化：以“模塊化”方式設(shè)計和開發(fā)建設(shè)項目標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)功能模塊，實現(xiàn)未來新增建設(shè)項目的功能簡易配置和擴展。

3 整體架構(gòu)

以電廠數(shù)據(jù)為核心，將生產(chǎn)實時數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)清晰劃分，按照數(shù)據(jù)類型的不同，將建設(shè)的業(yè)務(wù)功能分為實時數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和管理數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與功能協(xié)同，分別形成智能發(fā)電控制系統(tǒng)（ICS）和智能電廠管控系統(tǒng)（IMS）。本期智慧工地管理建設(shè)項目屬智能電廠管控系統(tǒng)（IMS）的一部分，該項目平臺及應(yīng)用系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及硬件設(shè)施將逐步過渡至生產(chǎn)期IMS系統(tǒng)[6-7]。

該智慧工地管控系統(tǒng)的整體架構(gòu)自底向上由四部分組成，包括：智能設(shè)施層、智能平臺層、智能應(yīng)用層和智能交互層[4]。其中：

圖1 智慧工地管控系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

智能設(shè)施層：核心組件包括智能化工器具、IT基礎(chǔ)設(shè)施等，如：各類監(jiān)視監(jiān)測設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、門禁設(shè)備、安防設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備、計算存儲設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)信息安全設(shè)備等；

智能平臺層：核心組件包括應(yīng)用軟件開發(fā)與運維、狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)、權(quán)限管理服務(wù)等；

智能管理層：核心組件包括安全管控、質(zhì)量管控、進度管控、環(huán)保管控、檔案管理、一體化協(xié)同辦公、智慧業(yè)務(wù)應(yīng)用與其他管理業(yè)務(wù)集成、一體化展示與訪問。

智能交互層：核心組件包括桌面終端、移動終端、大屏等。

該整體框架的設(shè)計充分考慮了以下兩個方面：一是為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供規(guī)范化、易管理、可擴展的基礎(chǔ)技術(shù)平臺和管理環(huán)境；二是為跨部門跨應(yīng)用的信息集成、數(shù)據(jù)整合、信息共享、統(tǒng)一展現(xiàn)提供支撐，也為智能化分析決策與數(shù)據(jù)挖掘提供有力支持。

4 建設(shè)規(guī)劃

4.1 整體規(guī)劃

對智能電廠的基礎(chǔ)設(shè)施進行統(tǒng)籌規(guī)劃，包含各種有線信息網(wǎng)絡(luò)平臺、工業(yè)無線應(yīng)用平臺以及各種虛擬化服務(wù)平臺等的建設(shè)，立足全局進行綜合考慮與規(guī)劃，避免基建期與生產(chǎn)期重復(fù)投資建設(shè)造成不必要的浪費，盡最大可能避免出現(xiàn)信息孤島。在規(guī)劃智能電廠管控平臺時，在經(jīng)濟適用的基礎(chǔ)上充分考慮技術(shù)的先進性與前瞻性，為系統(tǒng)擴展提供一定的空間。安全性涵蓋硬件設(shè)備容錯能力、數(shù)據(jù)資源訪問策略、用戶驗證機制和系統(tǒng)備份策略、工控安全等多個方面。應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實施符合相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。充分考慮硬件設(shè)備的可擴展性和軟件模塊的靈活性與開放性，以適應(yīng)系統(tǒng)將來可能的發(fā)展。智能電廠管控平臺的整個硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)統(tǒng)一考慮、統(tǒng)一部署。

4.2 分步實施

根據(jù)整體規(guī)劃，將智能電廠管控平臺建設(shè)分步實施，主要分兩階段。

第一階段：開展智慧工地建設(shè)，具體包括：基建期智慧工地管控系統(tǒng)中對視頻監(jiān)控、門禁系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)、基礎(chǔ)平臺、管控應(yīng)用統(tǒng)籌規(guī)劃，分階段實施，同時對上述系統(tǒng)功能加強，與生產(chǎn)期智能電廠管控平臺一體化。

第二階段：新機組168h試運結(jié)束，性能考核試驗完成后，充分調(diào)研后，增加部分高級應(yīng)用模塊，以達(dá)到智慧決策為最終目的，并對相關(guān)模塊進行完善及深度挖掘。

（1）先進性與經(jīng)濟性兼顧：設(shè)計智能電廠管控平臺時，在經(jīng)濟適用的基礎(chǔ)上充分考慮技術(shù)的先進性與前瞻性，為系統(tǒng)擴展提供一定的空間。

（2）安全可靠：安全性涵蓋硬件設(shè)備容錯能力、數(shù)據(jù)資源訪問策略、用戶驗證機制和系統(tǒng)備份策略等多個方面。

（3）符合通行標(biāo)準(zhǔn)：應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計與實施符合相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等。

另外，智慧工地管控系統(tǒng)建設(shè)按照兼容擴展原則，預(yù)留兼容生產(chǎn)信息系統(tǒng)接口，同時系統(tǒng)具備和集團一體化集中管控系統(tǒng)的對接能力。通過基建、生產(chǎn)一體化設(shè)計，整合基建階段與運營階段數(shù)據(jù)信息，完成項目知識積累與價值傳遞。實現(xiàn)企業(yè)知識一體化、資產(chǎn)價值一體化，實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)從基建期向生產(chǎn)期平滑過渡，提升企業(yè)資產(chǎn)利用率，提高企業(yè)投資回報率。整個智慧工地管理系統(tǒng)的可利用率能達(dá)到99.9%。

5 結(jié)語

該智慧工地管控系統(tǒng)的設(shè)計遵循集團公司統(tǒng)一規(guī)劃，將集團公司發(fā)展方略深入貫徹整體建設(shè)過程，以“云大物移智”等先進智能化技術(shù)建設(shè)為支撐，建立協(xié)同、精細(xì)、綠色、智慧的工程一體化管控平臺，可有效提升了項目管理能力，大幅降低溝通成本，精細(xì)化施工過程控制，提升項目交付能力，促進工程建設(shè)管理轉(zhuǎn)型升級。

采用滿足技術(shù)先進性與成熟性相結(jié)合的多層技術(shù)構(gòu)架，提高了系統(tǒng)的靈活性、可擴展性、安全性以及并發(fā)處理能力，同時，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)據(jù)交互。采用組件化、動態(tài)化的軟件技術(shù)，利用一致的可共享的數(shù)據(jù)模型，按照展現(xiàn)層、應(yīng)用服務(wù)層、業(yè)務(wù)邏輯層、基礎(chǔ)框架層等實現(xiàn)多層技術(shù)體系設(shè)計，實現(xiàn)各接口組件能夠在企業(yè)內(nèi)協(xié)同工作、在各層次無縫集成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和重用。