路振剛，黃悅照，王洪玉，朱安平，王 凱

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100761）

1 中國(guó)水電及抽水蓄能電站建設(shè)現(xiàn)狀

截至2018年底，中國(guó)水電裝機(jī)容量約3.5億kW，年發(fā)電量約1.2萬(wàn)億kWh，均保持世界第一，中國(guó)水電壩工技術(shù)繼續(xù)領(lǐng)跑?chē)?guó)際。水電在推動(dòng)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命、促進(jìn)能源減排、高效調(diào)控和開(kāi)發(fā)利用水資源等綜合效益持續(xù)顯現(xiàn)。

擁有305m世界最高的混凝土雙曲拱壩的錦屏一級(jí)電站獲得素有國(guó)際工程咨詢領(lǐng)域“諾貝爾獎(jiǎng)”之稱的“菲迪克2018年工程項(xiàng)目杰出成就獎(jiǎng)”。瀾滄江大華橋、黃登、里底3座大型水電站首臺(tái)機(jī)組先后投產(chǎn)，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)智能建造發(fā)揮重要作用。黃登水電站在203m世界最高碾壓混凝土重力壩施工中創(chuàng)造了智慧碾壓新技術(shù)。舉世矚目的豐滿重建工程新壩于2018年建成，老壩開(kāi)始拆除，其智慧管控系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。

到2018年底，我國(guó)非化石能源發(fā)展領(lǐng)跑全球，發(fā)電裝機(jī)占比達(dá)38.1%。作為容量最大、技術(shù)最成熟的儲(chǔ)能設(shè)施——抽水蓄能電站建設(shè)迎來(lái)大發(fā)展，到2018年底我國(guó)抽水蓄能電站運(yùn)行容量已超過(guò)3000萬(wàn)kW，已建和在建容量均居世界第一。其中國(guó)家電網(wǎng)公司已累計(jì)開(kāi)工26座抽水蓄能電站工程，在運(yùn)、在建裝機(jī)容量分別達(dá)到1923萬(wàn)kW、3615萬(wàn)kW。根據(jù)國(guó)家“十三五”能源和電力規(guī)劃，要求加快抽水蓄能電站建設(shè)，并明確“十三五”抽水蓄能電站開(kāi)工容量達(dá)6000萬(wàn)kW，到2020年我國(guó)抽水蓄能電站運(yùn)行容量將達(dá)到4000萬(wàn)kW，可以預(yù)見(jiàn)未來(lái)抽水蓄能電站將迎來(lái)黃金發(fā)展期。國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司未來(lái)2～3年在建項(xiàng)目將達(dá)到約40個(gè)，點(diǎn)多、面廣、線長(zhǎng)的抽水蓄能電站項(xiàng)目群建設(shè)規(guī)模已然形成。

2 中國(guó)水電及抽水蓄能電站智能建造發(fā)展現(xiàn)狀及存在問(wèn)題

鐘登華院士在對(duì)數(shù)字化大壩研究總結(jié)的基礎(chǔ)上提出了智慧大壩的概念，并指出智慧大壩是以數(shù)字化大壩為基礎(chǔ)框架，以“大云物移智”為手段，建立動(dòng)態(tài)精細(xì)化的可追溯、可分析、可控制的智能化大壩建設(shè)與運(yùn)行管理體系。分析了智慧大壩與數(shù)字化大壩相比在信息自動(dòng)采集、智能指標(biāo)分析、智能決策、集成可視化等方面的跨越，并探討了智慧大壩在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)與管理體系的重點(diǎn)研究方向[1]。

目前我國(guó)在糯扎渡、溪洛渡、豐滿重建等工程已開(kāi)始運(yùn)用智慧大壩技術(shù)，雅礱江公司和三峽集團(tuán)均正在流域數(shù)字化管理方面進(jìn)行智慧化探索。溪洛渡水電站應(yīng)用數(shù)字化大壩技術(shù)，憑借智能化建設(shè)理論新體系，創(chuàng)造了澆筑680萬(wàn)m3混凝土而未出現(xiàn)溫度裂縫的世界紀(jì)錄。豐滿重建工程克服了原大壩治理加固過(guò)程中大量資料難以收集的困難，結(jié)合重建契機(jī)，利用BIM、虛擬現(xiàn)實(shí)、大云物移技術(shù)，成功構(gòu)建了可視化、物聯(lián)化、集成化、協(xié)同化科學(xué)性特征的智慧管控平臺(tái)，對(duì)工程建設(shè)安全、質(zhì)量、進(jìn)度進(jìn)行全過(guò)程智慧管控，為工程建設(shè)各方提供了統(tǒng)一溝通管理服務(wù)，解決了工程數(shù)據(jù)共享和協(xié)同問(wèn)題，加強(qiáng)了施工過(guò)程管控，提高了項(xiàng)目工程建設(shè)管理水平[2]。

國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)的抽水蓄能電站均由國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司統(tǒng)一建設(shè)運(yùn)行管理（除西藏羊卓雍湖電站外）。國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司提出了建設(shè)“兩型兩化”（數(shù)字化智能型電站和信息化智慧型企業(yè)）抽水蓄能電站的目標(biāo)，并按照“整體規(guī)劃、建用并行”的原則，應(yīng)用“大云物移”技術(shù)構(gòu)建了部分智能化、集成化、共享化、可視化的抽水蓄能電站項(xiàng)目管理平臺(tái)和功能模塊，至2018年初步形成了“橫向協(xié)同、縱向貫通、順暢高效”的側(cè)重于項(xiàng)目管理的基建智能管控系統(tǒng)。現(xiàn)面對(duì)如此規(guī)模龐大的電站項(xiàng)目群建設(shè)管理，如何構(gòu)建項(xiàng)目群建設(shè)管理的智慧管控體系，推動(dòng)電站項(xiàng)目群建設(shè)管理水平的提升，為數(shù)字化智能型電站和信息化智慧型企業(yè)建設(shè)提供支撐是我們思考的必然。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和工程管理要求的提高推動(dòng)了數(shù)字化建設(shè)向智慧建設(shè)發(fā)展。為應(yīng)對(duì)史無(wú)前例的抽水蓄能電站大規(guī)模建設(shè)管理工作，國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司充分利用抽水蓄能電站間工程布局類似、技術(shù)特性相近、管理要求統(tǒng)一的專業(yè)化、集約化管理優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新抽水蓄能電站項(xiàng)目群管理機(jī)制，利用“兩型兩化”手段，探討并構(gòu)建一體化、集約型、多層級(jí)、開(kāi)放型的抽水蓄能及水電站項(xiàng)目群建設(shè)智慧管控平臺(tái)，以“大云物移智鏈”打造集信息采集與交互、數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)、智能研判與決策、經(jīng)驗(yàn)交流與共享等功能為一體的互聯(lián)、共享、可視化的項(xiàng)目群建設(shè)管控系統(tǒng)，以提高抽水蓄能及水電項(xiàng)目群建設(shè)管控效率，拓展管理廣度和深度。

3 抽水蓄能及水電站項(xiàng)目群智慧管控的發(fā)展對(duì)策

目前從電站項(xiàng)目群的角度對(duì)抽水蓄能電站及水電站的建設(shè)與管理研究甚少，只是在電站運(yùn)行方面對(duì)抽水蓄能電站群在電網(wǎng)調(diào)度方法上進(jìn)行了探索[3]。

抽水蓄能電站項(xiàng)目群建設(shè)智慧管控系統(tǒng)屬于面向各層級(jí)和參建各方的開(kāi)放型項(xiàng)目群管理組織模式,即通過(guò)信息、統(tǒng)計(jì)、分析、智能研判等管理方式，使得各級(jí)項(xiàng)目管理人員可以及時(shí)、方便的獲得本項(xiàng)目或其他相關(guān)項(xiàng)目的過(guò)程數(shù)據(jù)和成果狀態(tài)等信息，既利于各項(xiàng)目在授權(quán)范圍內(nèi)進(jìn)行高效的管理和合理的決策[4]，又利于上級(jí)管理部門(mén)快速獲取信息、及時(shí)作出準(zhǔn)確判斷和決策。開(kāi)放型的項(xiàng)目群管理系統(tǒng)可動(dòng)態(tài)適應(yīng)建設(shè)項(xiàng)目管理對(duì)象的加入與退出。項(xiàng)目群管理者和單項(xiàng)目管理者的高效互動(dòng)、各司其職、快速反應(yīng)是項(xiàng)目群管理成功的關(guān)鍵；需要依靠信息化建設(shè)，通過(guò)智能化手段對(duì)海量信息進(jìn)行即時(shí)判斷并做出決策，實(shí)現(xiàn)信息集成、共享、協(xié)同和優(yōu)化[5][6]。

3.1 項(xiàng)目群建設(shè)智慧管控系統(tǒng)架構(gòu)

項(xiàng)目群建設(shè)智慧管控系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)按企業(yè)戰(zhàn)略要求、項(xiàng)目群特點(diǎn)、項(xiàng)目群管理功能要求來(lái)規(guī)劃設(shè)計(jì)。

國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司電站項(xiàng)目群建設(shè)智慧管控系統(tǒng)架構(gòu)是在傳統(tǒng)基建智能管控系統(tǒng)基礎(chǔ)上，向下在項(xiàng)目作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)智慧管控方面延伸、向上在公司集團(tuán)化智慧管理方面延伸，搭建“感知層+管控層+管理層”的三級(jí)管控體系；同時(shí)與ERP、OA、經(jīng)法、安監(jiān)等專業(yè)系統(tǒng)橫向集成，建立協(xié)同管理平臺(tái)，滿足企業(yè)建設(shè)管理需要，其本質(zhì)是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”、物聯(lián)網(wǎng)的項(xiàng)目群智慧管理系統(tǒng)，系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

感知層主要是依托現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)智能設(shè)備及傳感器，實(shí)現(xiàn)需求信息的全面感知；現(xiàn)場(chǎng)管控層主要是通過(guò)研發(fā)18個(gè)專業(yè)子系統(tǒng)，對(duì)安全、質(zhì)量、進(jìn)度、投資、技術(shù)、綜合進(jìn)行全面管控。總部管理層主要是通過(guò)自下而上的信息自動(dòng)采集，通過(guò)大數(shù)據(jù)綜合智能分析、處理與反饋，打造信息共享、業(yè)務(wù)協(xié)同、經(jīng)驗(yàn)交流平臺(tái)[7]。

3.2 智慧管控層主要功能系統(tǒng)構(gòu)想

電站項(xiàng)目群建設(shè)智慧管控系統(tǒng)涉及基建管理6大管理板塊、18項(xiàng)基建智能管控子系統(tǒng)（含5項(xiàng)APP）,其在施工智能管控“人機(jī)料法環(huán)”的邏輯關(guān)系如圖2所示。

圖1 電站群建設(shè)智慧管控系統(tǒng)架構(gòu)體系Figure 1 Architecture of the intelligent control system for the construction of pumped storage power stations

（1）強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)安全管理，開(kāi)發(fā)建設(shè)人員設(shè)備動(dòng)態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，利用人臉識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別等技術(shù)，實(shí)時(shí)對(duì)人員、設(shè)備等現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)資源的統(tǒng)一監(jiān)管[8]；開(kāi)發(fā)建設(shè)移動(dòng)巡檢系統(tǒng)，輔助管理人員查處現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量問(wèn)題、安全隱患、文明施工和安全違章等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)隱患、施工安全問(wèn)題等實(shí)時(shí)記錄、及時(shí)整改；開(kāi)發(fā)建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管控與遠(yuǎn)程督查系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)施工安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和評(píng)價(jià)、控制措施編審批、作業(yè)票辦理、安全交底及風(fēng)險(xiǎn)在線監(jiān)督、智能預(yù)警等功能[9]；開(kāi)發(fā)安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)施工期的邊坡變形自動(dòng)化監(jiān)測(cè)；開(kāi)發(fā)安全教訓(xùn)系統(tǒng)，打造安全培訓(xùn)在線考試系統(tǒng)[10]；開(kāi)發(fā)“五系統(tǒng)一中心”和智能安全帽，實(shí)現(xiàn)人員定位、人臉識(shí)別、視頻監(jiān)控、語(yǔ)音通信、安全風(fēng)險(xiǎn)智能提醒。

圖2 智能管控子系統(tǒng)邏輯圖Figure 2 Logic diagram of Intelligent management and control subsystems

（2）提升質(zhì)量管控手段，集成大壩碾壓監(jiān)控、運(yùn)料車(chē)監(jiān)控、灌漿監(jiān)控3個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)施工機(jī)具的運(yùn)行軌跡、速度、遍數(shù)、激振力、灌漿壓力等參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控及報(bào)警，有效解決漏壓和過(guò)壓?jiǎn)栴}，提高施工質(zhì)量和效率；開(kāi)發(fā)質(zhì)量驗(yàn)評(píng)和監(jiān)理旁站2個(gè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量驗(yàn)評(píng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)、統(tǒng)計(jì)分析、智能評(píng)定及自動(dòng)歸檔，對(duì)重要部位和關(guān)鍵工序監(jiān)理旁站信息進(jìn)行自動(dòng)記錄和實(shí)時(shí)監(jiān)控[11]；開(kāi)發(fā)建設(shè)試驗(yàn)檢測(cè)管理系統(tǒng)，對(duì)原材料、半成品的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行全過(guò)程數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)原材料跟蹤；研發(fā)電纜敷設(shè)管理子系統(tǒng)，綜合運(yùn)用虛擬仿真、大數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)電纜敷設(shè)二次工藝設(shè)計(jì)和線纜的虛擬排列，優(yōu)化線纜長(zhǎng)度、解決“錯(cuò)漏碰缺”問(wèn)題（見(jiàn)圖3）。

（3）加強(qiáng)建設(shè)進(jìn)度管控，以Project項(xiàng)目管理軟件為平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)里程碑進(jìn)度計(jì)劃編審批、進(jìn)度模擬、對(duì)比、監(jiān)控和預(yù)警功能。

（4）規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量簽證，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工程量計(jì)量數(shù)據(jù)采集，為工程投資管控提供最原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，提供可追溯的支付依據(jù)。

（5）嚴(yán)格承包商考核評(píng)價(jià)，從安全、質(zhì)量的移動(dòng)巡檢、監(jiān)理旁站以及工程進(jìn)度等方面，由系統(tǒng)自動(dòng)收集相關(guān)考核依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)施工、監(jiān)理和設(shè)計(jì)承包商進(jìn)行自動(dòng)量化評(píng)價(jià)的定期考核。

圖3 智能質(zhì)量管理系統(tǒng)Figure 3 Intelligent quality management systems

（6）規(guī)范竣工資料管理，按“預(yù)立卷”要求自動(dòng)采集、存儲(chǔ)、歸檔施工過(guò)程中的相關(guān)資料，集成檔案管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)檔案數(shù)字化移交。

3.3 主要問(wèn)題及對(duì)策

目前系統(tǒng)建設(shè)主要存在數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)不明確、信息安全防護(hù)措施不到位，導(dǎo)致電站物聯(lián)傳感系統(tǒng)孤網(wǎng)運(yùn)行，存在一定的信息孤島；部分專項(xiàng)系統(tǒng)未應(yīng)用統(tǒng)一平臺(tái)開(kāi)發(fā)，電站群管理層大數(shù)據(jù)分析模型不健全、數(shù)據(jù)挖掘深度不足、智慧決策支撐力度不夠；各電站自行運(yùn)維，系統(tǒng)運(yùn)維質(zhì)量無(wú)法保證等問(wèn)題。

為解決上述問(wèn)題，國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司決定開(kāi)展基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的抽水蓄能及水電站項(xiàng)目群建設(shè)智慧群管控系統(tǒng)研發(fā)工作。擬采用統(tǒng)一安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)與生產(chǎn)期無(wú)縫對(duì)接，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在公司本部與廠站側(cè)兩級(jí)部署，并統(tǒng)一運(yùn)維。統(tǒng)一平臺(tái)，依據(jù)“總體規(guī)劃、分步實(shí)施”的原則，將管理區(qū)域內(nèi)的抽水蓄能電站的數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入公司本部，打造抽水蓄能電站群基建在線安全監(jiān)測(cè)平臺(tái)，對(duì)施工信息化和施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度全面進(jìn)行管控，并可實(shí)現(xiàn)基建向生產(chǎn)無(wú)縫移交。

4 結(jié)束語(yǔ)

抽水蓄能及水電站項(xiàng)目群建設(shè)是一項(xiàng)繁雜的系統(tǒng)工程，依托“大云物移智鏈”技術(shù)，開(kāi)發(fā)建設(shè)電站群建設(shè)智慧管控平臺(tái)，將項(xiàng)目群建設(shè)全過(guò)程全要素統(tǒng)籌、協(xié)同管理，實(shí)現(xiàn)過(guò)程集中監(jiān)控、歷史資料查詢、應(yīng)急指揮、快速響應(yīng)、上下聯(lián)動(dòng)、精準(zhǔn)決策，有力提升項(xiàng)目群建設(shè)管理效率和效益，對(duì)建設(shè)數(shù)字化智能型電站和信息化智慧型企業(yè)具有深遠(yuǎn)意義。

展望未來(lái)，通過(guò)人工智能和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對(duì)可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)全過(guò)程、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)采集、智能分析預(yù)警，可有效降低滑坡、泥石流、洞室坍塌等重大安全隱患帶來(lái)的影響；可有效促進(jìn)各項(xiàng)目及集團(tuán)化公司各管理層級(jí)建設(shè)管理水平的提升。