張 樂，王 芳，張慧翔，王維軍

(1.內(nèi)蒙古電力(集團)有限責任公司 內(nèi)蒙古電力經(jīng)濟技術研究院分公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010040； 2.中國電力企業(yè)聯(lián)合會人才測評中心，北京 100010； 3.華北電力大學，河北 保定 071003)

BIM作為全生命周期的項目信息化管理模型，是用于收集、集成、分析和存儲工程項目數(shù)據(jù)最前沿的技術[1-2]。在建設項目中將BIM與現(xiàn)代信息技術相結合，可以實現(xiàn)建設項目全參與方、全目標、全要素、全生命周期的信息化管理[3-5]。為了推動電力行業(yè)BIM技術應用與發(fā)展，電力行業(yè)融合BIM理論體系，在國內(nèi)創(chuàng)新性的提出了適用于電力工程建設的“電力工程信息模型(Electrical Engineering Information Modeling)”的概念。EIM針對電力工程全生命周期各個階段各個參建單位，實現(xiàn)業(yè)主、設計、咨詢、審計、施工、監(jiān)理、生產(chǎn)、制造商等各參與方協(xié)同工作，通過平臺完成信息交換和共享，打通信息交互壁壘，實現(xiàn)全面共享建設信息資源，助力信息化技術與電力工程管理的兩化融合，助力電力工程建設高質(zhì)量發(fā)展[6-8]。隨著EIM技術的發(fā)展，EIM在電力工程行業(yè)得到了廣泛的認可[9]。

本文基于EIM理念，分析輸變電工程項目信息化管理業(yè)務，研究輸變電工程項目實現(xiàn)全面信息化的目標與交互關系，構建全面信息化管理體系，實現(xiàn)工程項目建設全生命期的信息、資源共享和各參與方的協(xié)同工作，促進輸變電工程建設全生命周期信息化管理。

1 EIM核心理念與目標價值

電力工程建設不僅涉及一般的建筑專業(yè)，還包括發(fā)電及輸變電工程等電力行業(yè)特有專業(yè)與技術，從建筑信息模型到工程信息模型，EIM理念的核心內(nèi)涵是以模型為載體，以數(shù)據(jù)為基礎，以合約為紐帶，以資產(chǎn)為單元，實現(xiàn)模型在全生命周期內(nèi)全參與方、全要素的協(xié)同實踐、管理和應用。

1.1 EIM核心理念

(1)以模型為載體。信息模型是物理信息、地理信息及邏輯信息的綜合載體，不僅可以承載信息，也可作為中間載體傳遞和提取應用信息。EIM工程信息模型是對物理世界工程項目各類信息的數(shù)字化映射。某變電工程基于EIM的數(shù)字孿生信息模型如圖1所示。

圖1 變電工程信息模型示意Fig.1 Substation engineering information model schematic

(2)以數(shù)據(jù)為基礎。數(shù)據(jù)是EIM實現(xiàn)規(guī)范化信息行為的基礎，在工程全生命周期中，工程項目資產(chǎn)編碼信息、幾何信息、非幾何信息、進度信息、造價信息等數(shù)據(jù)按照規(guī)定的標準在各參與方之間進行交互、存儲、積累、修正和應用。

(3)以資產(chǎn)為信息單元。資產(chǎn)是貫穿工程全生命周期的基本管理單元，工程各階段應分解資產(chǎn)層次，對工程資產(chǎn)進行編碼，形成輸變電工程資產(chǎn)信息單元，作為資產(chǎn)信息的基礎載體和管理單元。

1.2 EIM的目標價值

EIM模型的目的是通過數(shù)字化建模，以資產(chǎn)為信息載體，將工程建設過程中工程資產(chǎn)的形狀、尺寸、位置等幾何屬性信息，材質(zhì)、結構、技術參數(shù)等非幾何屬性信息，以及可追溯的管理過程信息以結構化數(shù)據(jù)庫的形式附加在工程資產(chǎn)信息模型上，最終實現(xiàn)工程數(shù)字孿生[10-11]?；谌芷陧椖啃畔⒉粩鄤討B(tài)更新與豐富的工程信息模型，在數(shù)字感知上比現(xiàn)場實物、設計圖紙與技術規(guī)范參數(shù)更加直觀，結合現(xiàn)代通信技術、物聯(lián)網(wǎng)技術，可以實時便捷的完成數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲與更新、數(shù)據(jù)傳遞與共享，基于大數(shù)據(jù)和智能計算技術，貫穿建設過程與運營生產(chǎn)，進行數(shù)據(jù)處理與分析，與智慧工地與智慧電網(wǎng)技術相結合，最終實現(xiàn)智慧管理與決策。

2 信息化管理業(yè)務分析

2.1 全生命周期信息化管理的目標

EIM技術是電力工程全生命周期管理的數(shù)據(jù)化工具，通過參數(shù)模型整合項目各種信息，在項目策劃、設計、實施、運行和維護的等階段中進行傳遞和共享，使工程技術人員對各種工程信息做出正確理解和高效應對，為各方建設主體提供協(xié)同工作的數(shù)據(jù)支持，全面提高管理與決策效率。借助EIM模型對建設項目全生命周期、全參與方、全環(huán)境、全要素等多維度屬性信息進行編輯、存儲、傳遞、分析、集成，實現(xiàn)對工程進度、質(zhì)量、造價、安全等方面的綜合管控，提高項目管理效率。全生命周期各階段信息化管理目標如圖2所示。

2.2 全生命周期資產(chǎn)單元分解

資產(chǎn)是信息的基本單元，項目資產(chǎn)分解是模型細度和信息豐富度的基礎。通過梳理各階段工程建設要求，確定輸變電工程全生命周期各階段資產(chǎn)的細分深度，在資產(chǎn)模型上補充完善資產(chǎn)單元的幾何屬性信息和非幾何屬性信息、施工與驗收信息、使用與管理信息[12]。以變電安裝工程為例，對施工階段輸變電工程資產(chǎn)進行分解。首先將施工階段變電工程劃分為變電建筑工程、變電安裝工程、開關站建筑工程、開關站安裝工程、串聯(lián)補償站建筑工程、串聯(lián)補償站安裝工程、靜止無功補償建筑工程、靜止無功補償安裝工程、調(diào)相機建筑工程、調(diào)相機安裝工程和通信安裝工程11個單位工程，然后分別將其所包含的資產(chǎn)劃分為詳細的資產(chǎn)單元，此階段資產(chǎn)單元的精細度最為細致，分解深度最高。某變電安裝工程資產(chǎn)單元分解如圖3所示。

圖2 全生命周期各階段信息化管理目標Fig.2 Information management objectives at each stage of the whole life cycle

圖3 變電安裝工程資產(chǎn)分解與賦息示意Fig.3 Asset decomposition and information attachment schematic diagram of power transformation installation project

2.3 全生命周期工程管理信息傳遞與共享

在項目開展過程中涉及項目全參與方、全要素、全過程管理的工程信息。項目管理人員需要定期或不定期收集、分析項目最新資產(chǎn)分解相關數(shù)據(jù)，各參與方需對各種信息流進行實時、準確的傳遞與分享，方便各參與方應用并助力實現(xiàn)項目信息化管理目標[13]。工程管理信息傳遞與共享，主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)信息貫通和基于工作的信息流傳遞兩方面。

(1)數(shù)據(jù)信息貫通。工程數(shù)據(jù)信息應貫通項目建設的整個生命周期，并具有從全局到局部、從粗略到詳細的特點。數(shù)據(jù)信息貫通還體現(xiàn)在人員之間、組織之間的溝通、協(xié)同管理方面。輸變電工程建設需要參與方人員互相溝通項目信息，形成完整的項目數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)信息貫通如圖4所示。

(2)基于工作流的信息傳遞。輸變電工程建設項目管理信息交互關系中最普遍的就是基于工作流的信息傳遞，從策劃階段項目可行性研究報告、設計圖紙、采購材料設備清單再到施工進度、質(zhì)量、安全、費用管理信息，是基于整個工程建設工作流程進行的[14]。在建設過程中，項目數(shù)據(jù)相互關聯(lián)，互相傳遞與共享，項目數(shù)據(jù)關聯(lián)圖如圖5所示。

圖4 數(shù)據(jù)信息貫通示意Fig.4 Schematic diagram of data information transfixion

3 輸變電工程項目全面信息化管理體系

3.1 全面信息化管理體系總體設計

工程項目全面信息化包括全生命周期范圍內(nèi)的目標管理信息化、要素管理信息化、參與方管理信息化?；贓IM理念，從工程項目數(shù)據(jù)中心和協(xié)同管理體系的設計2方面建立工程項目全面信息化管理

圖5 項目數(shù)據(jù)關聯(lián)示意Fig.5 Project data association diagram

體系，通過工程項目數(shù)據(jù)中心，將輸變電工程在全生命周期中每一階段產(chǎn)生的工程信息進行集成管理，實現(xiàn)項目信息的統(tǒng)一存儲、集成與傳遞與共享。各參與方利用數(shù)據(jù)中心中存儲的工程項目信息進行信息數(shù)據(jù)的交換和傳遞、信息分析和處理，最終實現(xiàn)實時監(jiān)控，形成協(xié)同管理系統(tǒng)，克服工程項目在管理中溝通協(xié)作的單向性，并加強管理的信息化，提升各部門之間的協(xié)同作業(yè)效率，真正從工程項目信息集成和管理體系上實現(xiàn)項目全面信息化管理建設[15]。其總體架構設計如圖6所示。

圖6 輸變電工程項目全面信息化管理框架Fig.6 Comprehensive informatization framework of power transmission and transformation projects

在工程項目數(shù)據(jù)中心中，按照輸變電工程建設全生命周期，分工程類型及工程專業(yè)向工程項目數(shù)據(jù)中心中的數(shù)據(jù)庫輸入工程信息，如變電站工程建設各階段信息、輸電線路工程各階段工程信息，土建工程信息及安裝工程信息等，數(shù)據(jù)中心對錄入的項目信息進行存儲、分析、處理、集成、共享、傳遞，實現(xiàn)對信息的有效處理[16]。

在協(xié)同管理系統(tǒng)中，各參與方從全目標協(xié)同、技術協(xié)同、過程協(xié)同、要素協(xié)同、全參與方協(xié)同5個模塊的協(xié)調(diào)工作構成工程項目協(xié)同管理系統(tǒng)。協(xié)同管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心通過EIM連接。各參與方人員基于EIM實現(xiàn)對建設項目的方案審核、技術交底、管線綜合、碰撞檢測等，實現(xiàn)對工程項目的一體化綜合管理，精準把握工程成本和進度、確保施工安全、提高工程質(zhì)量。

3.2 工程項目數(shù)據(jù)中心的建立

3.2.1 數(shù)據(jù)中心業(yè)務功能設計

作為存儲大量工程項目建設信息的數(shù)據(jù)中心，在業(yè)務功能設計上不僅要實現(xiàn)基本數(shù)據(jù)中心的功能，如數(shù)據(jù)信息的上傳、存儲、修改和調(diào)用等，還要滿足項目各參與人員分析工程項目數(shù)據(jù)、傳遞信息的需要。數(shù)據(jù)中心需要實現(xiàn)的業(yè)務功能包括：信息的收集存儲、信息的加工和處理、信息的維護和使用、數(shù)據(jù)中心訪問權限設置、項目決策支撐。工程項目信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)容如圖7所示。

圖7 工程項目信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)容Fig.7 Database content of project information

4.2.2 EIM數(shù)據(jù)中心的結構設計

輸變電工程項目數(shù)據(jù)中心的建立是項目信息集成、實現(xiàn)全面信息化的核心所在。工程項目數(shù)據(jù)中心中存儲了所有在建工程項目管理的數(shù)據(jù)實體，是項目全面信息化管理實現(xiàn)數(shù)據(jù)在各參與方之間傳遞、共享的基礎，數(shù)據(jù)中心建立是否合理可靠直接影響著管理體系的工作效率，數(shù)據(jù)中心的設計要使用統(tǒng)一并且規(guī)范的數(shù)據(jù)格式與編碼標準，保證數(shù)據(jù)的獨立性、可靠性與可兼容性[17]。EIM工程數(shù)據(jù)庫是動態(tài)開源數(shù)據(jù)庫，是全參與方、全生命周期工程信息的累加，如圖8所示，隨著工程建設深入，積累的工程項目數(shù)據(jù)信息越多。

圖8 工程項目信息數(shù)據(jù)庫結構Fig.8 Database structure of project information

3.3 EIM協(xié)同管理系統(tǒng)的建立

3.3.1 工程項目協(xié)同管理系統(tǒng)的功能設計

工程項目全生命周期協(xié)同管理是現(xiàn)代工程項目需求和發(fā)展的產(chǎn)物，通過組織與協(xié)調(diào)工程建設與運行過程中的異質(zhì)資源來保證工程任務有效的完成，基于EIM的工程項目全生命周期協(xié)同管理即運用信息化手段，實現(xiàn)工程建設項目全生命周期中各個階段不同參與方的協(xié)同，實現(xiàn)不同個體以及不同資源之間的互補。

工程項目全生命周期協(xié)同管理將項目管理生命期在傳統(tǒng)的意義上加以延伸，外延至項目前期策劃和后期的使用運營，保證了工程項目的系統(tǒng)性、整體性和連續(xù)性，站在系統(tǒng)論的角度，運用協(xié)同的思想，對復雜的管理系統(tǒng)中各子系統(tǒng)進行時間、空間和功能結構的重組，產(chǎn)生一種具有“競爭合作—協(xié)調(diào)”能力，其效應大于各子系統(tǒng)效應之和，達到管理對象和管理系統(tǒng)完整的內(nèi)部聯(lián)系，提高項目整體協(xié)同管理程度，產(chǎn)生協(xié)同效應，指導實際工程項目管理活動。在推進工程項目全生命周期協(xié)同管理的過程中，應確保項目管理全過程中目標整體性和內(nèi)容整體性，通過EIM數(shù)據(jù)信息平臺，實現(xiàn)全要素、全參與方、全目標的協(xié)同，實現(xiàn)多維度管理與目標優(yōu)化。工程項目協(xié)同管理系統(tǒng)框架如圖9所示。

圖9 工程項目協(xié)同管理系統(tǒng)框架Fig.9 Framework of project collaborative management system

3.3.2 協(xié)同管理模塊設計

協(xié)同管理模塊分為以下4個部分。

(1)目標協(xié)同。指在項目建設的各階段需要對不同組織之間的管理目標進行協(xié)同管理，使其在項目參與方之間具有一致性。

(2)要素協(xié)同。指對建設過程中使用到的各種資源進行協(xié)同管理，包括人、機、料等各種工程要素，還有建設環(huán)境、施工方法等。

(3)全參與方協(xié)同。通過技術手段實現(xiàn)項目各階段之間以及參與方之間信息系統(tǒng)的集成，利用信息系統(tǒng)進行項目數(shù)據(jù)收集、處理、交流、傳遞，通過協(xié)同管理平臺開展全參與方全過程的協(xié)同管理工作。

(4)全生命周期協(xié)同?；贓IM的電力工程信息化管理，可分為前期策劃、設計、施工、竣工驗收和生產(chǎn)運維5個階段，每個階段的工作目標不同，產(chǎn)生的工程數(shù)據(jù)也不相同。通過項目各階段的信息傳遞與補充，基于資產(chǎn)信息的數(shù)字孿生更加豐富，為后期的運維檢修以及資產(chǎn)管理提供翔實的數(shù)字支持，結合大數(shù)據(jù)和智能計算方法，進一步提高管理與決策水平。

3.3.3 協(xié)同管理流程設計

基于協(xié)同管理的總體設計，對工程建設項目進行協(xié)同管理的流程可分為3步：協(xié)同管理分析、決策與執(zhí)行、管控和反饋。通過協(xié)同分析、得到?jīng)Q策結果后實施協(xié)同方案，對協(xié)同過程進行控制，對結果開展反饋工作，有利于形成整個協(xié)同管理工作的運行機制，協(xié)同管理流程起到重要的規(guī)范和引導作用。

(1)協(xié)同管理分析。協(xié)同管理分析指的是對工程項目進行協(xié)同管理之前，應先對整個工程項目進行整體性分析，包括目標協(xié)同分析。在協(xié)同管理分析中首先要做的就是協(xié)同目標分析，認清建設項目要達到的協(xié)同目標與項目目標之間的差距，在原有建設管理目標的基礎上加入?yún)f(xié)同管理理論，建立協(xié)同管理目標。同時對建設項目中的各個協(xié)同要素進行篩選，得到關鍵協(xié)同點進行管理。

(2)決策與運行。決策機制是工程項目管理系統(tǒng)對規(guī)劃、設計、施工、供應等工程建設活動做出的協(xié)同規(guī)劃和制定，是各參與方之間信息的對接和交流，是共同對工程項目建設與管理的具體過程進行決策的機制，各參與方需要依據(jù)決策機制來開展協(xié)同管理行動。

(3)管控和反饋。將協(xié)同效果的信息及時反饋到工程項目管理協(xié)同分析階段，分析形成的協(xié)同結果是否達到工程項目的預期協(xié)同效應，或者是否為工程項目初期追求的協(xié)同效應。通過反饋信息的分析比對，可以確保工程項目協(xié)同管理運行效果。利用對協(xié)同管理結果的控制和反饋，幫助協(xié)同機制更好地運行，從而達到管理協(xié)同。依托EIM平臺，協(xié)同管理活動流程如圖10所示。

圖10 協(xié)同管理系統(tǒng)運行流程Fig.10 Operation process of collaborative management system

4 結論

基于EIM核心理念，對輸變電工程全生命周期信息化目標與管理資產(chǎn)單元分解進行分析，梳理了輸變電項目全生命周期管理信息的傳遞與共享關系，從輸變電項目信息化管理需求功能出發(fā)，構建了輸變電項目全面信息化管理體系，提出了工程項目數(shù)據(jù)中心與協(xié)同管理系統(tǒng)總體框架?；贓IM技術的輸變電工程全生命周期信息化管理體系的研究，拓展了工程信息模型技術在電力工程建設中的應用思路，也為進一步推動我國電力工程數(shù)字化、數(shù)智慧化建設提供參考。