變電站智慧工地管理研究與應(yīng)用

游紅群

（國網(wǎng)西藏電力公司營銷服務(wù)中心）

0 引言

隨著國家電網(wǎng)公司新型電力系統(tǒng)建設(shè)工作的快速推進，變電站智慧工地建設(shè)工作日益重要［1-2］。各省電力公司建設(shè)的變電站智慧工地系統(tǒng)，一般包含了硬件采集、智能識別、三維可視化分析，虛擬現(xiàn)實（Virtuаl Rеаlity， VR）等內(nèi)容，實時動態(tài)掌握變電站智慧工地人員、施工進度、建設(shè)質(zhì)量、建設(shè)環(huán)境等工程要素［3-4］。但上述研究并未將硬件設(shè)備和變電站場地信息有機結(jié)合，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)度不強。

為解決變電站智慧工地中存在的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不強的問題，提出了一種變電站智慧工地管理方法。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了變電站智慧工地的數(shù)據(jù)采集；通過VR技術(shù)，可實現(xiàn)對變電站智慧工地的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

1 變電站智慧工地管理架構(gòu)

變電站智慧工地管理的架構(gòu)如圖1所示。

圖1 變電站智慧工地管理架構(gòu)

變電站智慧工地管理應(yīng)用按照分層模型開展設(shè)計，包括：數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、交互展現(xiàn)層。其中，數(shù)據(jù)層用于變電站智慧工地各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備采集數(shù)據(jù)的物理存儲。業(yè)務(wù)應(yīng)用層是在數(shù)據(jù)層上建立的變電站智慧工地各類功能組件，并實現(xiàn)圖形化管理。交互展現(xiàn)層將變電站智慧工地管理功能展現(xiàn)給變電站建設(shè)用戶。

2 變電站智慧工地管理應(yīng)用

變電站智慧工地管理應(yīng)用包括物聯(lián)網(wǎng)模塊、質(zhì)量管理模塊、安全管理模塊、施工進度管理模塊、VR應(yīng)用模塊、智慧工地大屏模塊。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)模塊

中國住建部和國家電網(wǎng)有限公司對變電站站的建筑工程和綠色施工有強制性要求。在變電站施工現(xiàn)場的噪聲、揚塵方面，管理人員需要掌握噪聲、揚塵的實時數(shù)據(jù)，同時具備相應(yīng)的治理設(shè)施設(shè)備，能夠?qū)Τ瑯谁h(huán)境自動實施治理措施，將指標控制在合理范圍之內(nèi)。在變電站施工現(xiàn)場危險源方面，需分析潛在的危險因素對變電站造成的影響，因此，變電站在變電站智慧工地中需要增加物聯(lián)網(wǎng)模塊實現(xiàn)各類數(shù)據(jù)的采集。

變電站智慧工地物聯(lián)網(wǎng)硬件模塊包括人員定位模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊、噴淋聯(lián)動模塊及視頻監(jiān)控模塊。變電站智慧工地環(huán)境包括：溫濕度傳感器、風速傳感器、粉塵濃度監(jiān)測等，利用硬件采集變電站智慧工地現(xiàn)場信息并傳遞到后臺管理系統(tǒng)，通過系統(tǒng)在大屏展現(xiàn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)［5］。通過變電站智慧工地噴淋聯(lián)動系統(tǒng)主動對變電站現(xiàn)場空氣懸浮顆粒物進行治理，使變電站智慧工地現(xiàn)場符合國家的綠色施工標準。

2.2 質(zhì)量管理模塊

變電站施工質(zhì)量的把控主要由施工單位自檢、監(jiān)理單位和業(yè)主單位抽檢。在檢查過程中，發(fā)現(xiàn)問題后進行整改。然而，施工和監(jiān)理單位人員往往受專業(yè)水平及職業(yè)素養(yǎng)等因素影響，對于可能存在的施工質(zhì)量缺陷不能及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致后期未能整改或整改困難，結(jié)合以上情況需增加質(zhì)量缺陷圖像自動識別的業(yè)務(wù)。

質(zhì)量管理模塊采用深度學(xué)習，進行變電站智慧工地的質(zhì)量進行識別。在訓(xùn)練環(huán)境中，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練變電站智慧工地的圖像缺陷模型，訓(xùn)練的圖像每個類別至少大于100張。然后根據(jù)不同類型的變電站智慧工地圖像進行數(shù)值增強，或采用生成對抗網(wǎng)絡(luò)模擬缺陷圖片，從而達到模型訓(xùn)練充分，減小訓(xùn)練誤差的目的。質(zhì)量管理模塊的類型如表1所示。

表1 質(zhì)量管理模塊類型

2.3 安全管理模塊

變電站智慧工地安全規(guī)定考試模塊支持在線增加題庫或刪減題庫，或?qū)腚x線文件創(chuàng)建題庫。可以設(shè)置題庫所屬類型，如電氣施工類、建筑施工類等等，便于不同專業(yè)的人員進行查閱學(xué)習。

變電站智慧工地安全規(guī)定考試模塊可以根據(jù)不同專業(yè)設(shè)置不同的考試范圍、題目數(shù)量、考試時間。在變電站智慧工地人員考試后，統(tǒng)計安全考試成績，支持按成績區(qū)間查詢、統(tǒng)計人員分布情況，支持餅狀圖、柱狀圖、折線圖等多種圖表顯示。

2.4 施工進度管理模塊

以信息化三維模型展現(xiàn)變電站施工項目計劃的實施過程和實際的建設(shè)過程，實現(xiàn)計劃和實際進度的三維對比展現(xiàn)，顯示變電站實際和計劃的工期差距。直觀對比展現(xiàn)出各個施工項目延期原因及延時時間。

首先，變電站智慧工地進度管理模塊直接編制或?qū)胱冸娬卷椖渴┕び媱澒こ涛募ㄓ媱澝Q、計劃內(nèi)容、負責人、計劃開始時間、計劃完成時間等內(nèi)容。計劃進度數(shù)據(jù)與三維模型相關(guān)聯(lián)，通過拖動或播放時間軸以三維模型逐步加載展示施工計劃三維效果［6］。其次，根據(jù)現(xiàn)場施工完成情況，修改對應(yīng)的三維模型的施工狀態(tài)，可快速完成實際進度的填報。最后，以甘特圖方式或三維模型方式展現(xiàn)計劃進度與實際施工進度的對比。

2.5 VR應(yīng)用模塊

安全教育和技能培訓(xùn)以是施工管理的重要環(huán)節(jié)，而傳統(tǒng)的教育培訓(xùn)方式存在內(nèi)容簡單且固定僵化，更新困難，體驗效果差；場館建設(shè)需要使用大量實物設(shè)備，損耗高，需要專人管理，建設(shè)、維護成本高；受限因素多，如時間、空間、建設(shè)成本等方面的限制使得建設(shè)意義不足；體驗過程中存在一定的安全風險，不利于開展大規(guī)模或者高危險性的體驗項目，教育效果不佳等諸多問題。電力安全教育和培訓(xùn)受眾范圍相對較窄，容易造成相關(guān)設(shè)備設(shè)施閑置，使得教育流于形式，造成資源浪費。

而當安全教育和培訓(xùn)運用了VR技術(shù)，就能規(guī)避上述缺點，VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)安全教育內(nèi)容的可視化，在事故還原、災(zāi)難體驗等安全教育場景提供1：1還原、真實的體驗；一些在現(xiàn)實中因安全或者設(shè)備、場地等因素無法進行的教育過程也能在虛擬的場景中輕松進行；而且虛擬演練設(shè)施可以反復(fù)使用，不存在損耗、后期維護問題，無須大量重復(fù)購買，一方面有效降低教育成本，另一方面有利于學(xué)員反復(fù)演練，提升教育效果。

變電站智慧工地VR應(yīng)用模塊的標準工藝仿真可導(dǎo)入或提取變電站三維模型，通過定義各個部位的裝配工序、調(diào)用工器具模型并插入標注信息，模擬一套完整的變電站智慧工地施工工藝，并支持將變電站智慧工地工藝模擬過程導(dǎo)出視頻動畫文件或?qū)胱冸娬局腔酃さ豓R設(shè)備實現(xiàn)變電站智慧工地虛擬現(xiàn)實體驗。

2.6 智慧工地大屏模塊

變電站智慧工地大屏模塊是集視頻查看、統(tǒng)計圖表和異常預(yù)警為一體的變電站智慧工地多媒體展現(xiàn)系統(tǒng)。變電站智慧工地大屏展示系統(tǒng)內(nèi)容豐富，包括變電站智慧工地環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、人員信息、視頻監(jiān)控信息、三級及以上重要風險提示、施工進度數(shù)據(jù)及三維展示等內(nèi)容，通過變電站智慧工地大屏展示模塊建設(shè)，相關(guān)監(jiān)管單位及人員可清晰掌握變電站智慧工地各項目現(xiàn)場情況，實現(xiàn)變電站智慧工地遠程監(jiān)管。

3 變電站智慧工地管理應(yīng)用

在某供電公司進行變電站智慧工地管理應(yīng)用，變電站智慧工地監(jiān)控大屏集成顯示環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、噴淋設(shè)備運行情況、在崗人員情況、視頻監(jiān)控信息、施工進度數(shù)據(jù)及三維展示。通過該系統(tǒng)建設(shè)，相關(guān)監(jiān)管單位及人員可清晰掌握各項目現(xiàn)場情況，實現(xiàn)遠程監(jiān)管。變電站智慧工地應(yīng)用如圖2所示。

圖2 變電站智慧工地圖

變電站智慧工地VR安全應(yīng)用通過先進的VR和建筑信息模型（Building Ⅰnformаtion Modеling，BⅠM）技術(shù)軟件開發(fā)，建立與變電站智慧工地工地實景模型，配備高端優(yōu)質(zhì)的變電站智慧工地VR硬件設(shè)備，以三維動態(tài)逼真描繪出變電站智慧工地工地機械化施工、變電站智慧工地標準工藝以及變電站智慧工地施工安全隱患等虛擬現(xiàn)實場景，實現(xiàn)動態(tài)漫游，讓體驗者直觀感受、身臨其境，對變電站智慧工地安全事故的認識發(fā)生質(zhì)的改變。

4 結(jié)束語

為解決變電站智慧工地中存在的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)不強的問題，提出了一種變電站智慧工地管理方法。具有如下特點：（1）通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)了變電站智慧工地的數(shù)據(jù)采集（2）通過人工智能深度學(xué)習技術(shù)，實現(xiàn)了變電站智慧工地的異常缺陷圖片識別。（3）通過VR技術(shù)，實現(xiàn)對變電站智慧工地的業(yè)務(wù)應(yīng)用。