輸變電工程EIM全生命周期信息化框架研究

張 樂，王 芳，張慧翔，王維軍

(1.內蒙古電力(集團)有限責任公司 內蒙古電力經濟技術研究院分公司，內蒙古 呼和浩特 010040； 2.中國電力企業聯合會人才測評中心，北京 100010； 3.華北電力大學，河北 保定 071003)

BIM作為全生命周期的項目信息化管理模型，是用于收集、集成、分析和存儲工程項目數據最前沿的技術[1-2]。在建設項目中將BIM與現代信息技術相結合，可以實現建設項目全參與方、全目標、全要素、全生命周期的信息化管理[3-5]。為了推動電力行業BIM技術應用與發展，電力行業融合BIM理論體系，在國內創新性的提出了適用于電力工程建設的“電力工程信息模型(Electrical Engineering Information Modeling)”的概念。EIM針對電力工程全生命周期各個階段各個參建單位，實現業主、設計、咨詢、審計、施工、監理、生產、制造商等各參與方協同工作，通過平臺完成信息交換和共享，打通信息交互壁壘，實現全面共享建設信息資源，助力信息化技術與電力工程管理的兩化融合，助力電力工程建設高質量發展[6-8]。隨著EIM技術的發展，EIM在電力工程行業得到了廣泛的認可[9]。

本文基于EIM理念，分析輸變電工程項目信息化管理業務，研究輸變電工程項目實現全面信息化的目標與交互關系，構建全面信息化管理體系，實現工程項目建設全生命期的信息、資源共享和各參與方的協同工作，促進輸變電工程建設全生命周期信息化管理。

1 EIM核心理念與目標價值

電力工程建設不僅涉及一般的建筑專業，還包括發電及輸變電工程等電力行業特有專業與技術，從建筑信息模型到工程信息模型，EIM理念的核心內涵是以模型為載體，以數據為基礎，以合約為紐帶，以資產為單元，實現模型在全生命周期內全參與方、全要素的協同實踐、管理和應用。

1.1 EIM核心理念

(1)以模型為載體。信息模型是物理信息、地理信息及邏輯信息的綜合載體，不僅可以承載信息，也可作為中間載體傳遞和提取應用信息。EIM工程信息模型是對物理世界工程項目各類信息的數字化映射。某變電工程基于EIM的數字孿生信息模型如圖1所示。

圖1 變電工程信息模型示意Fig.1 Substation engineering information model schematic

(2)以數據為基礎。數據是EIM實現規范化信息行為的基礎，在工程全生命周期中，工程項目資產編碼信息、幾何信息、非幾何信息、進度信息、造價信息等數據按照規定的標準在各參與方之間進行交互、存儲、積累、修正和應用。

(3)以資產為信息單元。資產是貫穿工程全生命周期的基本管理單元，工程各階段應分解資產層次，對工程資產進行編碼，形成輸變電工程資產信息單元，作為資產信息的基礎載體和管理單元。

1.2 EIM的目標價值

EIM模型的目的是通過數字化建模，以資產為信息載體，將工程建設過程中工程資產的形狀、尺寸、位置等幾何屬性信息，材質、結構、技術參數等非幾何屬性信息，以及可追溯的管理過程信息以結構化數據庫的形式附加在工程資產信息模型上，最終實現工程數字孿生[10-11]。基于全生命周期項目信息不斷動態更新與豐富的工程信息模型，在數字感知上比現場實物、設計圖紙與技術規范參數更加直觀，結合現代通信技術、物聯網技術，可以實時便捷的完成數據獲取、數據存儲與更新、數據傳遞與共享，基于大數據和智能計算技術，貫穿建設過程與運營生產，進行數據處理與分析，與智慧工地與智慧電網技術相結合，最終實現智慧管理與決策。

2 信息化管理業務分析

2.1 全生命周期信息化管理的目標

EIM技術是電力工程全生命周期管理的數據化工具，通過參數模型整合項目各種信息，在項目策劃、設計、實施、運行和維護的等階段中進行傳遞和共享，使工程技術人員對各種工程信息做出正確理解和高效應對，為各方建設主體提供協同工作的數據支持，全面提高管理與決策效率。借助EIM模型對建設項目全生命周期、全參與方、全環境、全要素等多維度屬性信息進行編輯、存儲、傳遞、分析、集成，實現對工程進度、質量、造價、安全等方面的綜合管控，提高項目管理效率。全生命周期各階段信息化管理目標如圖2所示。

2.2 全生命周期資產單元分解

資產是信息的基本單元，項目資產分解是模型細度和信息豐富度的基礎。通過梳理各階段工程建設要求，確定輸變電工程全生命周期各階段資產的細分深度，在資產模型上補充完善資產單元的幾何屬性信息和非幾何屬性信息、施工與驗收信息、使用與管理信息[12]。以變電安裝工程為例，對施工階段輸變電工程資產進行分解。首先將施工階段變電工程劃分為變電建筑工程、變電安裝工程、開關站建筑工程、開關站安裝工程、串聯補償站建筑工程、串聯補償站安裝工程、靜止無功補償建筑工程、靜止無功補償安裝工程、調相機建筑工程、調相機安裝工程和通信安裝工程11個單位工程，然后分別將其所包含的資產劃分為詳細的資產單元，此階段資產單元的精細度最為細致，分解深度最高。某變電安裝工程資產單元分解如圖3所示。

圖2 全生命周期各階段信息化管理目標Fig.2 Information management objectives at each stage of the whole life cycle

圖3 變電安裝工程資產分解與賦息示意Fig.3 Asset decomposition and information attachment schematic diagram of power transformation installation project

2.3 全生命周期工程管理信息傳遞與共享

在項目開展過程中涉及項目全參與方、全要素、全過程管理的工程信息。項目管理人員需要定期或不定期收集、分析項目最新資產分解相關數據，各參與方需對各種信息流進行實時、準確的傳遞與分享，方便各參與方應用并助力實現項目信息化管理目標[13]。工程管理信息傳遞與共享，主要體現在數據信息貫通和基于工作的信息流傳遞兩方面。

(1)數據信息貫通。工程數據信息應貫通項目建設的整個生命周期，并具有從全局到局部、從粗略到詳細的特點。數據信息貫通還體現在人員之間、組織之間的溝通、協同管理方面。輸變電工程建設需要參與方人員互相溝通項目信息，形成完整的項目數據。數據信息貫通如圖4所示。

(2)基于工作流的信息傳遞。輸變電工程建設項目管理信息交互關系中最普遍的就是基于工作流的信息傳遞，從策劃階段項目可行性研究報告、設計圖紙、采購材料設備清單再到施工進度、質量、安全、費用管理信息，是基于整個工程建設工作流程進行的[14]。在建設過程中，項目數據相互關聯，互相傳遞與共享，項目數據關聯圖如圖5所示。

圖4 數據信息貫通示意Fig.4 Schematic diagram of data information transfixion

3 輸變電工程項目全面信息化管理體系

3.1 全面信息化管理體系總體設計

工程項目全面信息化包括全生命周期范圍內的目標管理信息化、要素管理信息化、參與方管理信息化。基于EIM理念，從工程項目數據中心和協同管理體系的設計2方面建立工程項目全面信息化管理

圖5 項目數據關聯示意Fig.5 Project data association diagram

體系，通過工程項目數據中心，將輸變電工程在全生命周期中每一階段產生的工程信息進行集成管理，實現項目信息的統一存儲、集成與傳遞與共享。各參與方利用數據中心中存儲的工程項目信息進行信息數據的交換和傳遞、信息分析和處理，最終實現實時監控，形成協同管理系統，克服工程項目在管理中溝通協作的單向性，并加強管理的信息化，提升各部門之間的協同作業效率，真正從工程項目信息集成和管理體系上實現項目全面信息化管理建設[15]。其總體架構設計如圖6所示。

圖6 輸變電工程項目全面信息化管理框架Fig.6 Comprehensive informatization framework of power transmission and transformation projects

在工程項目數據中心中，按照輸變電工程建設全生命周期，分工程類型及工程專業向工程項目數據中心中的數據庫輸入工程信息，如變電站工程建設各階段信息、輸電線路工程各階段工程信息，土建工程信息及安裝工程信息等，數據中心對錄入的項目信息進行存儲、分析、處理、集成、共享、傳遞，實現對信息的有效處理[16]。

在協同管理系統中，各參與方從全目標協同、技術協同、過程協同、要素協同、全參與方協同5個模塊的協調工作構成工程項目協同管理系統。協同管理系統和數據中心通過EIM連接。各參與方人員基于EIM實現對建設項目的方案審核、技術交底、管線綜合、碰撞檢測等，實現對工程項目的一體化綜合管理，精準把握工程成本和進度、確保施工安全、提高工程質量。

3.2 工程項目數據中心的建立

3.2.1 數據中心業務功能設計

作為存儲大量工程項目建設信息的數據中心，在業務功能設計上不僅要實現基本數據中心的功能，如數據信息的上傳、存儲、修改和調用等，還要滿足項目各參與人員分析工程項目數據、傳遞信息的需要。數據中心需要實現的業務功能包括：信息的收集存儲、信息的加工和處理、信息的維護和使用、數據中心訪問權限設置、項目決策支撐。工程項目信息數據庫內容如圖7所示。

圖7 工程項目信息數據庫內容Fig.7 Database content of project information

4.2.2 EIM數據中心的結構設計

輸變電工程項目數據中心的建立是項目信息集成、實現全面信息化的核心所在。工程項目數據中心中存儲了所有在建工程項目管理的數據實體，是項目全面信息化管理實現數據在各參與方之間傳遞、共享的基礎，數據中心建立是否合理可靠直接影響著管理體系的工作效率，數據中心的設計要使用統一并且規范的數據格式與編碼標準，保證數據的獨立性、可靠性與可兼容性[17]。EIM工程數據庫是動態開源數據庫，是全參與方、全生命周期工程信息的累加，如圖8所示，隨著工程建設深入，積累的工程項目數據信息越多。

圖8 工程項目信息數據庫結構Fig.8 Database structure of project information

3.3 EIM協同管理系統的建立

3.3.1 工程項目協同管理系統的功能設計

工程項目全生命周期協同管理是現代工程項目需求和發展的產物，通過組織與協調工程建設與運行過程中的異質資源來保證工程任務有效的完成，基于EIM的工程項目全生命周期協同管理即運用信息化手段，實現工程建設項目全生命周期中各個階段不同參與方的協同，實現不同個體以及不同資源之間的互補。

工程項目全生命周期協同管理將項目管理生命期在傳統的意義上加以延伸，外延至項目前期策劃和后期的使用運營，保證了工程項目的系統性、整體性和連續性，站在系統論的角度，運用協同的思想，對復雜的管理系統中各子系統進行時間、空間和功能結構的重組，產生一種具有“競爭合作—協調”能力，其效應大于各子系統效應之和，達到管理對象和管理系統完整的內部聯系，提高項目整體協同管理程度，產生協同效應，指導實際工程項目管理活動。在推進工程項目全生命周期協同管理的過程中，應確保項目管理全過程中目標整體性和內容整體性，通過EIM數據信息平臺，實現全要素、全參與方、全目標的協同，實現多維度管理與目標優化。工程項目協同管理系統框架如圖9所示。

圖9 工程項目協同管理系統框架Fig.9 Framework of project collaborative management system

3.3.2 協同管理模塊設計

協同管理模塊分為以下4個部分。

(1)目標協同。指在項目建設的各階段需要對不同組織之間的管理目標進行協同管理，使其在項目參與方之間具有一致性。

(2)要素協同。指對建設過程中使用到的各種資源進行協同管理，包括人、機、料等各種工程要素，還有建設環境、施工方法等。

(3)全參與方協同。通過技術手段實現項目各階段之間以及參與方之間信息系統的集成，利用信息系統進行項目數據收集、處理、交流、傳遞，通過協同管理平臺開展全參與方全過程的協同管理工作。

(4)全生命周期協同。基于EIM的電力工程信息化管理，可分為前期策劃、設計、施工、竣工驗收和生產運維5個階段，每個階段的工作目標不同，產生的工程數據也不相同。通過項目各階段的信息傳遞與補充，基于資產信息的數字孿生更加豐富，為后期的運維檢修以及資產管理提供翔實的數字支持，結合大數據和智能計算方法，進一步提高管理與決策水平。

3.3.3 協同管理流程設計

基于協同管理的總體設計，對工程建設項目進行協同管理的流程可分為3步：協同管理分析、決策與執行、管控和反饋。通過協同分析、得到決策結果后實施協同方案，對協同過程進行控制，對結果開展反饋工作，有利于形成整個協同管理工作的運行機制，協同管理流程起到重要的規范和引導作用。

(1)協同管理分析。協同管理分析指的是對工程項目進行協同管理之前，應先對整個工程項目進行整體性分析，包括目標協同分析。在協同管理分析中首先要做的就是協同目標分析，認清建設項目要達到的協同目標與項目目標之間的差距，在原有建設管理目標的基礎上加入協同管理理論，建立協同管理目標。同時對建設項目中的各個協同要素進行篩選，得到關鍵協同點進行管理。

(2)決策與運行。決策機制是工程項目管理系統對規劃、設計、施工、供應等工程建設活動做出的協同規劃和制定，是各參與方之間信息的對接和交流，是共同對工程項目建設與管理的具體過程進行決策的機制，各參與方需要依據決策機制來開展協同管理行動。

(3)管控和反饋。將協同效果的信息及時反饋到工程項目管理協同分析階段，分析形成的協同結果是否達到工程項目的預期協同效應，或者是否為工程項目初期追求的協同效應。通過反饋信息的分析比對，可以確保工程項目協同管理運行效果。利用對協同管理結果的控制和反饋，幫助協同機制更好地運行，從而達到管理協同。依托EIM平臺，協同管理活動流程如圖10所示。

圖10 協同管理系統運行流程Fig.10 Operation process of collaborative management system

4 結論

基于EIM核心理念，對輸變電工程全生命周期信息化目標與管理資產單元分解進行分析，梳理了輸變電項目全生命周期管理信息的傳遞與共享關系，從輸變電項目信息化管理需求功能出發，構建了輸變電項目全面信息化管理體系，提出了工程項目數據中心與協同管理系統總體框架。基于EIM技術的輸變電工程全生命周期信息化管理體系的研究，拓展了工程信息模型技術在電力工程建設中的應用思路，也為進一步推動我國電力工程數字化、數智慧化建設提供參考。