吳靖 許杰 夏孝俊 呂海霞 羅俊

本文分析建立配網(wǎng)施工安全承載力的必要性，并基于機(jī)器學(xué)習(xí)線性回歸模型提出了配網(wǎng)施工安全承載力分析的模型和算法，通過對配網(wǎng)施工安全承載力風(fēng)險要素的分析和評估，實(shí)現(xiàn)基層單位月生產(chǎn)計劃和周生產(chǎn)計劃安排的合理量化，確保計劃周期內(nèi)各工作日的人員力量、裝備使用不超規(guī)定的限值，最大限度實(shí)現(xiàn)人、才、物資源合理配置，以滿足安全工作要求和應(yīng)對突發(fā)性應(yīng)急故障搶修需求，從源頭上提高安全生產(chǎn)管理水平。

一、引言

隨著社會發(fā)展速度的不斷加快，電力行業(yè)配網(wǎng)工程也急劇增多，伴隨而來的是配網(wǎng)施工任務(wù)猛增，資源配置與配網(wǎng)施工任務(wù)之間的矛盾也在不斷增加，從而帶來了有限的人、才、物資源如何與繁重的配網(wǎng)施工任務(wù)相匹配的管理難題，主要表現(xiàn)在以下三方面：

第一，配網(wǎng)施工計劃管理手段滯后，主要表現(xiàn)在月計劃、周計劃、日計劃安排不合理，生產(chǎn)班組經(jīng)常會出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，導(dǎo)致無法滿足配網(wǎng)施工工程對安全生產(chǎn)的要求，對公司應(yīng)對突發(fā)性應(yīng)急故障搶修也帶來了挑戰(zhàn)。

第二，配網(wǎng)施工人員相對不足，工程分包的工程建設(shè)模式雖為繁重的配網(wǎng)施工任務(wù)帶來了人力補(bǔ)充，但作業(yè)人員作業(yè)水平參差不齊，施工人員素質(zhì)良莠不齊的現(xiàn)象，也極大增加了配網(wǎng)施工現(xiàn)場安全管控的難度。

第三，當(dāng)前的安全承載能力分析模式相對比較被動，基本采用的是后調(diào)整模式，即默認(rèn)所安排的工作計劃是屬于承載能力范圍內(nèi)的情況下，安排和調(diào)整人員力量、物資裝備，無法保證有足夠的人力、物力完成風(fēng)險控制。

因此，公司迫切需要對配網(wǎng)施工安全承載力分析進(jìn)行深入的研究，建立安全承載力分析模型，對本單位各級生產(chǎn)組織的承載力實(shí)現(xiàn)數(shù)字量化，研究并實(shí)現(xiàn)安全承載力分析算法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)與承載力的合理匹配。通過安全承載力分析算法，將現(xiàn)場工作與風(fēng)險管控工作有機(jī)結(jié)合，及時掌握工作負(fù)責(zé)人的技術(shù)技能水平，確保工程現(xiàn)場安全管控形成閉環(huán)。

二、安全承載力分析模型和算法

（一）分析模型

研究安全承載力分析模型的主要分為模型選擇、數(shù)據(jù)預(yù)處理、統(tǒng)一數(shù)據(jù)維度和模型訓(xùn)練四個步驟。

1.模型選擇

建模的首個步驟是模型選擇，綜合分析評估多個模型，選擇更合適的模型。考慮到線性回歸在經(jīng)濟(jì)學(xué)、流行病學(xué)等領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用，與配網(wǎng)施工作業(yè)繁多、安全承載力分析關(guān)鍵因素多且權(quán)重未量化的實(shí)際情況相符合，因此配網(wǎng)施工安全承載力分析選擇了線性回歸模型和算法開展研究與應(yīng)用。

2.數(shù)據(jù)預(yù)處理

將公司2018年5月至2020年5月的配網(wǎng)施工作業(yè)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)主要抽取作業(yè)時間、作業(yè)班組、班組承載力值、作業(yè)地點(diǎn)、作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)類型、工作負(fù)責(zé)人、工作負(fù)責(zé)人承載力值、技能等級、施工人員數(shù)量、外包隊(duì)伍數(shù)量、外包隊(duì)伍星級、工器具類型、工器具數(shù)量、所需工作時長、作業(yè)空間、風(fēng)險等級、施工環(huán)境溫濕度共18個字段作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并抽取近3個月的數(shù)據(jù)，作為測試數(shù)據(jù)。訓(xùn)練數(shù)據(jù)的目的是通過數(shù)據(jù)所建立的模型以及給的測試數(shù)據(jù)，得出測試數(shù)據(jù)相應(yīng)的安全承載力預(yù)測值，為進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化模型提供輔助。在數(shù)據(jù)預(yù)處理前，需要先對缺失的數(shù)據(jù)值進(jìn)行補(bǔ)齊操作，對于部分?jǐn)?shù)據(jù)可以使用程序采用均值的方式補(bǔ)齊數(shù)據(jù)，使得效率和準(zhǔn)確度更高。

3.統(tǒng)一數(shù)據(jù)維度

數(shù)據(jù)的取值一般跟屬性有關(guān)系，但配網(wǎng)施工作業(yè)的屬性是很多的，有些值很小但不代表不重要，有些值很多但不代表有用，所以為了提高預(yù)測的準(zhǔn)確度，需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)維度進(jìn)行計算，再進(jìn)一步驗(yàn)證、修正更為合適。經(jīng)驗(yàn)證，統(tǒng)一適合配網(wǎng)施工安全承載力分析的數(shù)據(jù)維度主要為施工作業(yè)（包括各作業(yè)類型和不同風(fēng)險等級等），安全工器具（包括工器具類型、工器具數(shù)量），工作負(fù)責(zé)人（包括技能等級、負(fù)責(zé)人星級），外包隊(duì)伍資信（包括外包隊(duì)伍數(shù)量、外包隊(duì)伍星級、施工業(yè)績）。

4.模型訓(xùn)練

使用線性函數(shù)進(jìn)行調(diào)用訓(xùn)練，使用梯度下降法獲得誤差最小值，使用均方誤差法來評價模型的好壞程度，并抽取了配電一班2020年度1月15日至6月15日的數(shù)據(jù)結(jié)果，使用畫布輸出畫圖進(jìn)行比較，以便于直觀體現(xiàn)此時間范圍內(nèi)配電運(yùn)檢一班日承載力分析目標(biāo)值（訓(xùn)練前根據(jù)實(shí)際情況評定的結(jié)果）與預(yù)測值（經(jīng)訓(xùn)練產(chǎn)生的結(jié)果）的情況，輸出結(jié)果如圖1所示。

（二）模型和算法實(shí)現(xiàn)

安全承載力分析模型的核心是以配網(wǎng)施工的月/周工作計劃和月工作計劃智能分配算法。該算法基于線性回歸模型和算法實(shí)現(xiàn)，融合了以檢修擬實(shí)投用工標(biāo)準(zhǔn)庫、工作負(fù)責(zé)人星級庫、大型安全工器具庫、外協(xié)隊(duì)伍資信庫，對配網(wǎng)施工計劃基于線性回歸逐項(xiàng)進(jìn)行分配，直到達(dá)到最優(yōu)的承載力，即各單位承載能力的適應(yīng)度標(biāo)準(zhǔn)差為最小值。在匹配完成后，給予承載力分析結(jié)果預(yù)警，重點(diǎn)標(biāo)注提示算法核算分配后仍存在過載、欠載的情況。此時計劃管理員可對計劃進(jìn)行人工調(diào)整，調(diào)整后重新給予實(shí)時承載力分析。

安全承載力分析算法的執(zhí)行流程如下：

1.制定本單位的月度和周工作計劃，并基于《檢修擬實(shí)投用工標(biāo)準(zhǔn)庫》來明確各種技術(shù)難度的工作所需的作業(yè)人員數(shù)量、技能水平和有效工作時間，核算出各項(xiàng)工作所需外包隊(duì)伍星級、工作負(fù)責(zé)人星級、工作人員數(shù)量、工時、大型工器具要求等內(nèi)容。

2.基于大型安全工器具庫、外協(xié)隊(duì)伍資信庫和工作負(fù)責(zé)人星級庫，采用線性回歸算法對工作計劃逐項(xiàng)分配，并在分配時，實(shí)時計算各班組安全承載能力的狀態(tài)和分布。判斷結(jié)果使用欠載、適應(yīng)、較適應(yīng)和過載進(jìn)行安全承載力區(qū)域劃分，其中“欠載”表示派出組數(shù)比最大組數(shù)少3組，即有3組作為后備力量參與突發(fā)性故障應(yīng)急搶修，“適應(yīng)”和“較適應(yīng)”分別表示有2組和1組作為后備力量參與突發(fā)性故障應(yīng)急搶修，“過載”則表示已無后備力量參與突發(fā)性故障應(yīng)急搶修。

3.由系統(tǒng)進(jìn)一步判斷月/周生產(chǎn)計劃能否調(diào)整，如果可以繼續(xù)調(diào)整，則開始進(jìn)行調(diào)整計算、優(yōu)化工作分配，否則輸出相應(yīng)結(jié)果。

4.當(dāng)無法進(jìn)行調(diào)整時，對于存在“欠載”、“過載”的情況由系統(tǒng)進(jìn)行自動提醒預(yù)警，可由計劃管理員手工進(jìn)行人工調(diào)整，并實(shí)時計算各單位的承載狀態(tài)。

三、安全承載力分析工具實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

（一）開發(fā)平臺

本文介紹的安全承載力分析算法核心是采用線性回歸對工作計劃逐項(xiàng)分配，線性回歸作為機(jī)器學(xué)習(xí)中有監(jiān)督學(xué)習(xí)機(jī)制的深度學(xué)習(xí)算法，其主要的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)快速建模、高效計算，支持大批量數(shù)據(jù)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。本文基于TensorFlow平臺應(yīng)用開發(fā)安全承載力分析工具，實(shí)現(xiàn)安全承載力分析的算法，為確認(rèn)配網(wǎng)施工作業(yè)任務(wù)安排的合理性和配網(wǎng)施工作業(yè)計劃可調(diào)性提供輔助支撐。

（二）主要應(yīng)用

通過安全承載力工具應(yīng)用，平臺自動計算出各生產(chǎn)組織的月、周、日安全承載力，并將月計劃控制在“適應(yīng)”，將周計劃控制在“適應(yīng)”與“較適應(yīng)”之間，將日計劃控制在“較適應(yīng)”，滿足安全工作要求，同時確保有足夠的力量應(yīng)對突發(fā)性應(yīng)急故障搶修。

安全承載力工具應(yīng)用計算生產(chǎn)班組安全承載力實(shí)時計算結(jié)果如表1所示。

安全承載力工具應(yīng)用周期內(nèi)生產(chǎn)班組的安全承載力分析統(tǒng)計表如表2所示。分析的時間內(nèi)，配電運(yùn)檢、營業(yè)等三個班組的工作負(fù)責(zé)人數(shù)量保持穩(wěn)定，當(dāng)天計劃作業(yè)人數(shù)變化，預(yù)留搶修人數(shù)為班組現(xiàn)有總?cè)藬?shù)與當(dāng)天計劃作業(yè)人數(shù)之差，比例均為與班組現(xiàn)有中人數(shù)對比所得。

四、結(jié)語

綜上所述，本文介紹的安全承載力分析模型和算法可有效破解公司現(xiàn)有的人、才、物資源如何與配網(wǎng)施工任務(wù)相匹配的管理難題，通過量化各生產(chǎn)組織安全承載力，并據(jù)此建立配網(wǎng)施工任務(wù)風(fēng)險與安全承載力匹配機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對配網(wǎng)施工計劃柔性調(diào)整的輔助決策，促使生產(chǎn)組織人力資源得到合理配置，實(shí)現(xiàn)作業(yè)計劃和人力、物力相匹配、作業(yè)項(xiàng)目和人員技能相適應(yīng)、作業(yè)進(jìn)度和計劃時間相協(xié)調(diào)，最大限度實(shí)現(xiàn)人、才、物資源合理配置，可有效增加員工滿意度、提高生產(chǎn)效率、降低作業(yè)風(fēng)險、提高電網(wǎng)可靠性，從而提升公司效益。

作者單位：浙江大有實(shí)業(yè)有限公司杭州科技發(fā)展分公司

基金項(xiàng)目：浙江大有集團(tuán)有限公司科技項(xiàng)目（2020-DY23）