李慶軍,尚福瑞,路萬朋,陳 喆,穆瑞芳,陳思遠

（1.國網(wǎng)青海省電力公司,青海 西寧 810008；2.北京洛斯達科技發(fā)展有限公司,北京 100120）

電力物聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)中的應用,將有效整合通信基礎設施資源和電力系統(tǒng)基礎設施資源,提高電力系統(tǒng)信息化水平,改善電力系統(tǒng)現(xiàn)有基礎設施利用效率,為電網(wǎng)發(fā)、輸、變、配、用電等環(huán)節(jié)提供重要技術支撐[1]。

歐美等發(fā)達國家在電力物聯(lián)網(wǎng)領域起步較早,并制定了一系列發(fā)展規(guī)劃。2006年3月8日,歐盟理事會的能源綠皮書《歐洲可持續(xù)的、競爭的和安全的能源策略》明確強調(diào)智能電網(wǎng)技術是保證歐盟電網(wǎng)電能質(zhì)量的一個關鍵技術和發(fā)展方向[2]。2007年12月,美國國會頒布《能源獨立與安全法案》,其中的第13號法案名為智能電網(wǎng),具有里程碑的意義。2009年2月,美國國會頒布《美國恢復和再投資法》,確定投資45億美元用于發(fā)展智能電網(wǎng)。日本政府于2009年4月公布了“日本發(fā)展戰(zhàn)略與經(jīng)濟增長計劃”,其中包括太陽能發(fā)電并網(wǎng)、新能源汽車快速充電裝置等與智能電網(wǎng)密切相關的內(nèi)容[3]。

我國在該領域相對來說起步較晚。2011年3月舉行的第十一屆全國人民代表大會第四次會議上,我國“十二五”規(guī)劃綱要獲得通過,智能電網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)均被列為我國下一個五年戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)[4]。2012年,溫家寶同志在《政府工作報告》中指出,國家將繼續(xù)大力培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),三網(wǎng)融合、云計算、物聯(lián)網(wǎng)試點示范工作步伐加快[5]。近幾年國內(nèi)的一些機構和學者在電力物聯(lián)網(wǎng)領域開展了一系列的研究,并取得了一些研究成果。馬旭明從通信、量測、設備、控制、支持五個方面對電力物聯(lián)網(wǎng)的構建進行了詳細闡述[6]。劉功俊提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)基于電力系統(tǒng)為關鍵核心,應用現(xiàn)代信息技術以及網(wǎng)絡通信技術,實現(xiàn)電力系統(tǒng)的人機交互以及萬物互聯(lián),具備泛在連接以及全息感知的智慧服務系統(tǒng)[7]。陳家璘等從網(wǎng)絡拓撲結構和路由層面兩個角度出發(fā),制定優(yōu)化策略,從網(wǎng)絡拓撲角度出發(fā),提出了基于節(jié)點權重的加邊優(yōu)化策略[8]。葛世偉等研究分析了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的感知層、網(wǎng)絡層、平臺層和應用層4層架構,通過無線LoRa調(diào)制技術基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡層實現(xiàn)感知層的要求,將數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡層后上傳到平臺層[9]。

電力物聯(lián)網(wǎng)在智慧電網(wǎng)領域研究成果較多,但在電網(wǎng)施工和工程基建全維度監(jiān)測領域鮮有研究成果。肖振鋒等研究了電力物聯(lián)網(wǎng)下的電網(wǎng)規(guī)劃技術,從主動配電網(wǎng)中負荷預測與發(fā)電預測、選址定容、規(guī)劃方案多維度闡述了配電網(wǎng)規(guī)劃技術可能遇見的難點與挑戰(zhàn)[10]。舒東躍等針對電網(wǎng)工程施工裝備管理和應用展開了探索研究,提出了搭建電網(wǎng)工程建設領域施工裝備共享服務平臺的方案[11]。陸炳錚基于物聯(lián)網(wǎng)的特高壓大件運輸物流監(jiān)控系統(tǒng)研究[12]。以上文獻均從某一個方面進行研究,在基于物聯(lián)網(wǎng)的電力施工全維度監(jiān)測方面具有一定的片面性,并且沒有達到實用的階段。

本文深入應用“大、云、物、移、智、鏈”技術,建設狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活、數(shù)據(jù)開放共享的青海電網(wǎng)基建全過程“智慧”監(jiān)控平臺,實現(xiàn)工程智慧化管控,打造項目管理“智慧大腦”?！爸腔酃さ亍卑ā?+3+5”的智慧化監(jiān)控管理體系,即1個監(jiān)控平臺、3級管理體系、5大功能模塊,在全國電力基建領域首個實現(xiàn)了對工程集設計、進度、安全、質(zhì)量、技術、檔案、物資、環(huán)水保為一體的全過程多方位智慧化管控平臺。結合青海-河南±800千伏特高壓直流輸電線路工程建設實際情況,驗證了本文設計系統(tǒng)的實用性和前瞻性。

1 系統(tǒng)構成

系統(tǒng)集項目設計、進度、安全、質(zhì)量、技術、物資、檔案、環(huán)水保等管理內(nèi)容為一體,實現(xiàn)全過程可視化、遠程化、智慧化管理,系統(tǒng)融合度高、建設信息廣,為實現(xiàn)“智慧工程”建設奠定了基礎,系統(tǒng)總體設計架構圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計架構圖

1.1 智慧工地“大數(shù)據(jù)”系統(tǒng)

以項目基建管控系統(tǒng)、三維設計系統(tǒng)、工程檔案管理系統(tǒng)等各系統(tǒng)業(yè)務數(shù)據(jù)為基礎,構建項目大數(shù)據(jù)庫,全面反映工程基礎信息,為智能分析和全域應用提供數(shù)據(jù)依據(jù)和支撐。深入挖掘數(shù)據(jù)價值,開展工程建設安全動態(tài)風險分析、人員投入及高危分析、進度質(zhì)量分析、物資供應分析等,為基建管理智能化分析決策提供服務與支持。包括：風險智能預警,業(yè)務管理與建設過程有效銜接,借助大數(shù)據(jù)、人工智能進行風險自動識別并預警；內(nèi)容精準推送,提升用戶體驗,按照角色和業(yè)務進行精準內(nèi)容推送,方便工程管理人員及時準確掌握工程動態(tài)信息；數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,借助三維可視化、大數(shù)據(jù)技術,實現(xiàn)多維度數(shù)據(jù)分析和展現(xiàn),為各級管理人員提供多維度、可視化的統(tǒng)計和分析結果；決策智慧支撐,基于海量數(shù)據(jù),應用大數(shù)據(jù)技術,開展工程建設過程管理業(yè)務智能分析,輔助管理決策。

1.2 智慧工地檔案“云平臺”管控

通過搭建檔案云平臺,完成現(xiàn)場項目部工程檔案與實體同步移交。跟隨工程進度,同步匯集填寫準確、手續(xù)完整的檔案資料,業(yè)主、施工、監(jiān)理均能掌握歸檔進度及檔案的具體內(nèi)容,在正確性、完整性、及時性等方面,全程加強跟蹤監(jiān)督與指導,能夠增進建設管理單位對參建單位的歸檔工作的掌握程度,及時發(fā)現(xiàn)檔案資料的不規(guī)范、進度滯后、文件不全等問題,確保工程建設檔案資料的依法合規(guī)及竣工順利移交?！霸破脚_”技術架構如圖2所示。

全過程推行檔案“電子化+紙質(zhì)版”雙軌制管理模式,通過預組卷目錄、現(xiàn)場實測紙質(zhì)版填報、APP實時電子版上報等手段,建立了國網(wǎng)基建系統(tǒng)內(nèi)首個檔案云平臺,實現(xiàn)了檔案全過程管控,檔案管理“四性”要求得到保障,徹底解決了工程技術資料數(shù)據(jù)不真實、工程檔案“回憶錄”的管理頑疾。一方面,杜絕檔案技術數(shù)據(jù)造假、檔案工作“回憶錄”的情況；另一方面實時掌握項目建設全過程中文件形成的情況?！半p軌制”工程檔案管理方式,可最終達成“工程竣工和工程檔案移交”同步的目標。

依托“青海-河南±800千伏特高壓直流輸電工程”,試點在項目管理中推行“電子化+紙質(zhì)版”的雙軌制應用下的檔案云平臺管理體系,通過預組卷目錄建立、過程技術資料同步形成、同步收集歸檔等功能管控,徹底解決工程技術資料內(nèi)容不真實、歸檔不及時、資料不完整、數(shù)據(jù)不準確等檔案管理頑疾。

1.3 智慧工地“物聯(lián)網(wǎng)”多維應用

強化基建全過程數(shù)字化管理中業(yè)主、建管、施工、監(jiān)理、設計等單位的責任落實,基于互聯(lián)網(wǎng)+全域視頻+人工智能,打造出安全質(zhì)量可視化監(jiān)管新模式。利用布控球等基建現(xiàn)場監(jiān)控設備,人員單兵系統(tǒng)、無人機、監(jiān)測及測量傳感設備、以及移動端設備構建智能感知設備層,實現(xiàn)“人、機、物、法、環(huán)”的泛在聚合,實現(xiàn)物-物、人-物互聯(lián)互通。

基于互聯(lián)網(wǎng)+北斗+無人機遙感,建立了空地一體化環(huán)水保監(jiān)控系統(tǒng),實現(xiàn)了環(huán)水保措施的事前事中事后監(jiān)管,落實了環(huán)保水?！叭瑫r”要求,達到了環(huán)水保工作全程化、智慧化監(jiān)測的目的。利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（FCN）+地理信息系統(tǒng)（GIS）進行水保土地擾動監(jiān)測預警,減少人工巡查與判讀工作量。智慧工地“物聯(lián)網(wǎng)”多維應用設計架構如圖3所示。

圖3 智慧工地“物聯(lián)網(wǎng)”多維應用設計架構

建立工程環(huán)水保數(shù)碼照片采集體系,通過施工、監(jiān)理人員用移動設備對施工過程環(huán)水保進行照片采集上傳,做到過程環(huán)保水保全面監(jiān)督。此外,利用北斗+無人機遙感采集桿塔周邊影像,采用機器學習算法實現(xiàn)土地擾動面積監(jiān)測預警,并與設計階段影像、過程照片進行對比分析,監(jiān)督環(huán)保水保專項設計落實情況,實現(xiàn)過程環(huán)水?？罩小⒌孛婵梢暬O(jiān)測,形成空地一體化環(huán)水保監(jiān)管體系,真正做到了環(huán)水保事中事后監(jiān)管。

1.4 智慧工地“移動管控”系統(tǒng)

利用APP、球機、單兵等多種移動智能感知設備,實時傳達工程建設全過程管控信息（項目進度、安全、質(zhì)量、技術、造價等視頻、影像、狀態(tài)信息）。通過工程移動管控系統(tǒng),為管理側提供信息匯總、預警分析等技術支撐,確?，F(xiàn)場管理與監(jiān)控平臺一致,實現(xiàn)實時監(jiān)控要求。以高精度地理信息、多源電網(wǎng)通道信息為基礎,基于互聯(lián)網(wǎng)+三維設計,構建省級典型模型庫,形成協(xié)同工作體系,提高設計質(zhì)量和效率；加強設計過程進度、質(zhì)量可視化管控,促進工作精益化管理水平提升；打通數(shù)據(jù)應用鏈條,形成數(shù)據(jù)積累至更新復用的良性循環(huán)。借助北斗衛(wèi)星定位實現(xiàn)物資運輸位置監(jiān)控,基于互聯(lián)網(wǎng)+自動融合基建管控系統(tǒng)和建設過程APP中的業(yè)務數(shù)據(jù),構建數(shù)據(jù)倉庫,結合人工智能分析技術,深度挖掘關鍵節(jié)點信息,輔助工程進度和物資風險智能預警。

嚴控每日作業(yè)風險,完成風險日預控的填報、逐級審批、到崗簽到,實現(xiàn)每日風險作業(yè)的計劃性以及各層級人員共同參與履職,讓各級人員對現(xiàn)場管理情況做到“心中有數(shù)”；利用人臉識別技術核實作業(yè)人員身份,規(guī)范電子作業(yè)票編制、審核及簽發(fā),自動生成電子簽名,強化落實現(xiàn)場風險控制措施；健全安全質(zhì)量檢查分類體系,在移動端植入電子檢查表單,發(fā)現(xiàn)問題實時發(fā)布、整改、復查閉環(huán)管理,通過形成的安全檢查通知單和問題整改回復單,督促相關人員逐級整改閉環(huán),完成對關鍵環(huán)節(jié)安全質(zhì)量的有效管控；實現(xiàn)對現(xiàn)場作業(yè)、施工質(zhì)量、人員配備等情況的實時遠程巡查；利用手機、4G球機、移動單兵、無人機等開展全域移動智能視頻監(jiān)控,構建現(xiàn)場感知信息網(wǎng),全方位、立體化獲取現(xiàn)場影像,結合人工智能實現(xiàn)違章自動識別,有效加強管理人員對現(xiàn)場情況的及時掌控。

2 應用情況

本平臺已在新時代樣板工程青海-河南±800千伏特高壓直流輸電線路工程建設并應用,后期將逐步打造成全省35千伏以上電壓等級的監(jiān)控平臺,為基建全過程數(shù)字化應用提供了新的思路和解決方案。產(chǎn)品應用“大云物移智”技術,打造國內(nèi)第一個基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)全過程基建管理“智慧工地”,支撐世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)建設。

3 結束語

存在的問題：施工現(xiàn)場海拔高,氣候多變,對于施工過程有較大的影響。在這樣的特殊環(huán)境下施工,施工工藝復雜,施工過程中的危險性加大。在高原環(huán)境下施工,對于施工人員身體素質(zhì)要求高。普通人員高反嚴重,不能完成安排的工作任務。設備的可靠性大大降低,設備的維修和更換的運維工作開展困難,同時由于路程的原因也很難及時提供支持。高原地區(qū)網(wǎng)絡信號差,不穩(wěn)定,設備要求網(wǎng)絡信號帶寬較高,有時不能滿足設備的正常需求。偏遠地區(qū)的運營商支持力較弱,不能提供良好的網(wǎng)絡服務和及時的運維服務。同時在某些地州的網(wǎng)絡信號質(zhì)量較差,會導致系統(tǒng)運行的不穩(wěn)定,系統(tǒng)的應用也會受到較大的影響。

展望：在現(xiàn)有基礎上,針對工程實際應用,深挖項目管控潛力,完善監(jiān)控體系,逐步實現(xiàn)對內(nèi)融合、對外共享、上下銜接、數(shù)據(jù)共享、分析研判、智慧管控管理功能。為工程精準動態(tài)分析、智能綜合預測、全面準確監(jiān)測奠定基礎,真正打造基建管理體系全業(yè)務鏈的智慧化“一張網(wǎng)”,全面優(yōu)化基建管理生態(tài)圈。