光熱電站大規(guī)模定日鏡施工中的數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用

張鋒凌 陳楊化 陳維虎 馮子恒 陳傳琪

中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430074

隨著工程技術(shù)的不斷發(fā)展，工程領(lǐng)域正逐漸呈現(xiàn)出項(xiàng)目工程龐大、設(shè)計(jì)復(fù)雜性高、協(xié)同工作難、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)。光熱發(fā)電工程的定日鏡場除了有一般大型工程具有的特點(diǎn)外，還具有自身的一些特殊之處：第一，定日鏡數(shù)量眾多，坐標(biāo)數(shù)據(jù)龐大，而現(xiàn)場施工面積廣且施工節(jié)奏緊湊，從而對施工管理和組織協(xié)調(diào)的要求更加嚴(yán)格；第二，定日鏡的各種組件繁雜，預(yù)拼裝及安裝過程中若稍有疏忽，都會導(dǎo)致嚴(yán)重的質(zhì)量隱患和工程延誤；第三，對于施工過程中每一面鏡子的施工進(jìn)度、施工狀態(tài)及施工質(zhì)量情況的掌握，是能夠及時(shí)對施工資源、路徑做動態(tài)整合、調(diào)配的關(guān)鍵。

光熱發(fā)電工程定日鏡場的以上3個(gè)特點(diǎn)，足以說明在定日鏡施工過程中引入數(shù)字化技術(shù)的必要性。

1 工程概況

國外某光熱光伏混合電站項(xiàng)目，其100 MW塔式發(fā)電區(qū)域定日鏡場（圖1）占地面積約800萬 m2，定日鏡數(shù)量達(dá)7萬面，安裝構(gòu)件達(dá)40多萬件。

圖1 定日鏡場效果圖

每個(gè)定日鏡在電站運(yùn)行過程中要動態(tài)追蹤太陽光并精準(zhǔn)反射至吸熱器上，因此定日鏡的施工質(zhì)量和安裝速度將直接影響投產(chǎn)發(fā)電節(jié)點(diǎn)和發(fā)電效率。

如何快速、便捷及準(zhǔn)確獲取各個(gè)點(diǎn)位定日鏡的安裝信息，高效控制各構(gòu)件的安裝精度，對龐大的施工信息進(jìn)行記錄和傳輸，實(shí)時(shí)掌控各點(diǎn)位構(gòu)件安裝完成情況，為施工管理提供便捷性，最終高質(zhì)、高效地完成全場定日鏡安裝是塔式光熱項(xiàng)目鏡場施工的關(guān)鍵。

通過應(yīng)用數(shù)字化建造技術(shù)-鏡場施工管理系統(tǒng)，集成大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、無線傳輸以及云平臺等功能，達(dá)到高效、準(zhǔn)確、可控的項(xiàng)目管理實(shí)施效果。對類似的大型工程項(xiàng)目具有積極的借鑒意義[1-5]。

2 云平臺大數(shù)據(jù)分析管理應(yīng)用

通過鏡場施工管理系統(tǒng)云平臺，管理者可掌握全場定日鏡的施工進(jìn)度、施工狀態(tài)及施工質(zhì)量情況。

每片定日鏡組件的安裝進(jìn)度、立柱坐標(biāo)信息以及誤差參數(shù)可隨時(shí)從系統(tǒng)中調(diào)取，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)、糾正施工過程中的錯(cuò)漏；同時(shí)通過系統(tǒng)實(shí)時(shí)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，生成可視化安裝進(jìn)度、移交情況，從而動態(tài)進(jìn)行材料設(shè)備調(diào)配、施工部署及施工線路決策，解決了大規(guī)模多點(diǎn)安裝作業(yè)管理的難題。

定日鏡數(shù)量多，坐標(biāo)數(shù)據(jù)龐大，近百萬個(gè)數(shù)據(jù)均通過鏡場施工管理系統(tǒng)云平臺進(jìn)行存儲，通過云平臺實(shí)現(xiàn)可視化管理，并可結(jié)合相關(guān)聯(lián)的其他施工工序的狀態(tài)和工期要求，分析確定整體施工順序組織。

在確定整體施工順序后，鏡場施工管理系統(tǒng)按照施工計(jì)劃陸續(xù)下發(fā)每面鏡子的施工指令，該施工指令包含施工定位、構(gòu)件狀態(tài)等。

現(xiàn)場施工人員按照施工指令完成對應(yīng)定日鏡的施工，每完成一個(gè)步驟后就掃描對應(yīng)的二維碼，從而完成施工狀態(tài)的反饋和收集。在施工完成后的驗(yàn)收流程中，也同樣采用掃碼的形式完成信息的集成。

相較于傳統(tǒng)的施工組織，數(shù)字化技術(shù)的引入，帶來了3個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)：

1）起到了精細(xì)化控制的作用。通過給每一個(gè)施工單元下發(fā)施工指令，以達(dá)到整體施工的組織目標(biāo)。細(xì)化到點(diǎn)，可行性高。

2）起到了決策支撐的作用。由于系統(tǒng)集成了項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的信息，故可以通過上下游的信息反推施工指令是否合理，如組裝能否在施工前完成、采購能否在組裝前完成等，達(dá)到支撐科學(xué)決策的效果。

3）起到了風(fēng)險(xiǎn)化解的作用。通過施工鏈分析，可以直觀地發(fā)現(xiàn)施工關(guān)鍵線路以及上游環(huán)節(jié)的主要延誤風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，從而可以提前規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

3.1預(yù)組裝階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

塔式光熱電站鏡場定日鏡由微型樁立柱與上部組件構(gòu)成，定日鏡的上部組件主要包括扭矩管與方位角驅(qū)動組件TT-AD桿、定日鏡鏡片組件（MA）、動力控制模組（PCM），在出廠時(shí)均印有溯源二維碼標(biāo)簽。這些主要構(gòu)件按照流水化作業(yè)的方式在車間進(jìn)行預(yù)拼裝，可以減少現(xiàn)場安裝的工程量，保證施工質(zhì)量（圖2）。

圖2 定日鏡構(gòu)件組成

定日鏡數(shù)量眾多，組裝順序按邏輯要求固定，組裝時(shí)采用機(jī)械流水線、自動流水線、人工組裝相結(jié)合的方法，較為復(fù)雜。而按照施工管理系統(tǒng)的內(nèi)置邏輯要求，可以按部就班依照指令逐步完成整個(gè)預(yù)組裝流程。在各組件每批次組裝完成后，通過手持終端掃描組件溯源二維碼，將組裝信息無線傳輸錄入鏡場施工管理系統(tǒng)。而后期安裝運(yùn)營期間，可通過此溯源二維碼隨時(shí)調(diào)取每個(gè)構(gòu)件的組裝信息，實(shí)現(xiàn)施工全過程可追溯。

鏡場施工系統(tǒng)的終端信息錄入指令界面均已按組裝安裝流程進(jìn)行邏輯順序設(shè)定。輸入組裝信息后，系統(tǒng)判定前置施工任務(wù)完成，方可進(jìn)行下步信息錄入，規(guī)避了組裝順序錯(cuò)誤或步驟遺漏的問題。同時(shí)，也可以和其他階段聯(lián)動：組裝信息反饋至上游倉儲環(huán)節(jié)，與構(gòu)件出庫入庫一一對應(yīng)；發(fā)送至下游的施工環(huán)節(jié)，組裝完成的定日鏡即可發(fā)送施工指令（圖3）。

圖3 手持端錄入界面及PCM預(yù)組裝手持端錄入界面

3.2安裝階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

定日鏡上部相關(guān)構(gòu)件在現(xiàn)場車間預(yù)拼裝完成后，采用運(yùn)輸車將構(gòu)件批量運(yùn)輸至現(xiàn)場。在各組件安裝完成后，利用鏡場施工管理系統(tǒng)，手持終端先掃描立柱二維碼，定位確認(rèn)身份后，再掃描組件的溯源二維碼，在系統(tǒng)中將組件的出廠、組裝及安裝信息綁定于該點(diǎn)位立柱信息中，并上傳“安裝完成”狀態(tài)。

從鏡場施工管理系統(tǒng)中可查看主要構(gòu)件從開始組裝到安裝完成的所有狀態(tài)信息，簡易、高效地實(shí)現(xiàn)了施工過程可追溯，也可通過鏡場施工管理系統(tǒng)終端掃描構(gòu)件二維碼快速識別構(gòu)件的信息和狀態(tài)（圖4）。

圖4 掃描TT-AD桿溯源二維碼界面

相較于傳統(tǒng)的施工模式，采用鏡場施工管理系統(tǒng)可快速、便捷及準(zhǔn)確獲取各個(gè)點(diǎn)位定日鏡的安裝信息，高效控制各構(gòu)件安裝精度，對龐大的施工信息進(jìn)行記錄和傳輸，實(shí)時(shí)掌控各點(diǎn)位構(gòu)件的安裝完成情況，為施工管理提供便捷性。

4 無線傳輸技術(shù)應(yīng)用

若依靠傳統(tǒng)的人工施工組織和人工測量，施工面積達(dá)800萬 m2的7萬面定日鏡場無疑像個(gè)巨大的迷宮。

而鏡場施工管理系統(tǒng)云平臺數(shù)據(jù)與終端之間通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，施工過程中的數(shù)據(jù)可通過終端傳輸至云平臺，也可通過終端查看云平臺的相關(guān)數(shù)據(jù)。在現(xiàn)場進(jìn)行安裝精度調(diào)節(jié)和施工驗(yàn)收時(shí)，可通過移動終端的數(shù)據(jù)與現(xiàn)場數(shù)據(jù)無延時(shí)比對校核，簡便、高效。

施工時(shí)，首先采用GPS測量儀器進(jìn)行立柱測量定位，并采用長螺旋濕成孔工藝進(jìn)行鉆孔。將每個(gè)定日鏡安裝位置的相關(guān)設(shè)計(jì)信息（三維坐標(biāo)、方位角、立柱長度）生成二維碼標(biāo)簽粘貼于即將安裝的立柱上，將設(shè)計(jì)信息與該立柱進(jìn)行綁定。

立柱吊裝前，在頂端安裝差分GPS設(shè)備（圖5）。該差分GPS設(shè)備（JIG）可以將立柱的三維坐標(biāo)、垂直度、方位角等信息實(shí)時(shí)傳送至鏡場施工管理系統(tǒng)中，終端通過掃描二維碼或輸入立柱編號，可以同步顯示立柱的設(shè)計(jì)信息及差分GPS測量數(shù)據(jù)，并顯示出施工偏差。

圖5 差分GPS設(shè)備安裝

施工指令從鏡場施工管理系統(tǒng)下發(fā)至移動終端，終端將施工參數(shù)發(fā)送至差分GPS設(shè)備（JIG）。根據(jù)JIG的實(shí)時(shí)反饋和指引，便可以快速到達(dá)指定點(diǎn)位。JIG將實(shí)時(shí)偏差信息通過無線傳輸反饋在移動終端，工程師根據(jù)移動終端上的偏差情況調(diào)整定日鏡立柱的坐標(biāo)、標(biāo)高、方位角及垂直度至設(shè)計(jì)誤差允許的范圍。在澆筑混凝土前，采用鏡場施工管理系統(tǒng)終端掃描立柱二維碼獲取設(shè)計(jì)及施工數(shù)據(jù)并進(jìn)行復(fù)測。若復(fù)測結(jié)果數(shù)據(jù)偏差過大，則重新進(jìn)行立柱調(diào)整。澆筑回填完成后，通過鏡場施工管理系統(tǒng)終端掃碼，將立柱安裝完成信息提交至鏡場施工管理系統(tǒng)平臺，立柱安裝工作結(jié)束（圖6）。

圖6 鏡場施工管理系統(tǒng)終端界面

5 結(jié)語

現(xiàn)代信息技術(shù)與現(xiàn)代建造技術(shù)的融合，使當(dāng)代工程建造全過程向集成化、數(shù)字化建造方向邁進(jìn)，這將是不可阻擋的發(fā)展趨勢。

基于數(shù)字化建造技術(shù)的鏡場施工管理系統(tǒng)在本項(xiàng)目100 MW塔式發(fā)電區(qū)域定日鏡場的順利實(shí)施，取得了初步的成功。但該系統(tǒng)仍存在一定的改善和進(jìn)步空間，如可以拓展至前期可行性研究和早期規(guī)劃階段，實(shí)現(xiàn)真正意義上項(xiàng)目全生命周期管理。

總體而言，該數(shù)字化建造系統(tǒng)的應(yīng)用前景廣泛，值得推廣和借鑒。