李淮海， 孫向東， 楊俊， 胡俊琛， 周博陽(yáng)

(1.國(guó)網(wǎng)安徽省電力有限公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，安徽 合肥 230000; 2.安徽省電力工程質(zhì)量監(jiān)督中心站，安徽 合肥 230000; 3. 安徽南瑞繼遠(yuǎn)電網(wǎng)技術(shù)有限公司，安徽 合肥 230000)

0 引 言

在整個(gè)電力工程項(xiàng)目中，工程的施工、驗(yàn)收階段等每個(gè)環(huán)節(jié)都相互關(guān)聯(lián)，一旦任何一個(gè)流程出現(xiàn)問題，都會(huì)使整個(gè)電力工程的施工受到嚴(yán)重的影響[1-2]。文獻(xiàn)[3]公開了一種AR技術(shù)，該技術(shù)為一種新型的領(lǐng)域，在施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中建立1∶1模型，使施工方能夠更快地了解施工信息，但目前該方案較不成熟，還未達(dá)到廣泛應(yīng)用，對(duì)施工進(jìn)度信息的管理還不是很精確。文獻(xiàn)[4]使用聚類分析算法實(shí)現(xiàn)對(duì)施工異常的信息處理，該算法通過(guò)把一個(gè)異常對(duì)象集合通過(guò)某種算法劃分為幾類，同一類異常信息對(duì)象相似，不同類不相似，其優(yōu)點(diǎn)在于能分析出施工工程異常原因?qū)儆谀囊活?，但是異常信息原因不夠精確，達(dá)不到智能施工的目的。

1 總體方案設(shè)計(jì)

針對(duì)上述技術(shù)存在的缺陷，本文通過(guò)分析電力工程施工信息的管理方案，構(gòu)建了電力工程施工信息管理結(jié)構(gòu)圖。該技術(shù)方案中，使用人工智能技術(shù)對(duì)施工信息管理，使電力工程施工效率更高，能更精確地處理施工中的故障，進(jìn)一步滿足不同電力工程施工現(xiàn)場(chǎng)的信息管理[5]。信息管理架構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 電力工程施工信息管理架構(gòu)示意圖

電力工程施工信息管理分為三個(gè)結(jié)構(gòu)，包括信息收集模塊、數(shù)據(jù)處理以及信息管理三個(gè)結(jié)構(gòu)層面[6]。首先使用人工智能、傳感器、二維碼和視頻等技術(shù)對(duì)電力工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行信息收集，通過(guò)B/S服務(wù)器進(jìn)行信息交互。然后構(gòu)建建筑信息模型(building information modeling, BIM)信息管理平臺(tái)，進(jìn)行施工數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)控與操作記錄，施工工程信息與反饋，以及信息管理者身份定義模塊對(duì)各種信息結(jié)構(gòu)進(jìn)行管理。信息管理結(jié)構(gòu)主要分為對(duì)人員信息管理、設(shè)備以及物料信息的管理、施工安全信息的管理、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境信息管理以及質(zhì)量驗(yàn)收與合同管理。本文主要使用BIM方法構(gòu)建信息管理平臺(tái)，并采用模糊信息分析方法，以實(shí)現(xiàn)信息管理的高效性，分析施工過(guò)程中異常的原因，提高施工效率[7]。

2 優(yōu)化方案關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)

2.1 利用BIM方法構(gòu)建信息管理平臺(tái)

利用BIM方法以構(gòu)建電力工程項(xiàng)目模型信息以及在工程項(xiàng)目施工中所產(chǎn)生的相關(guān)信息，這些信息都是施工進(jìn)度信息的主要來(lái)源[8]。

BIM的模型平臺(tái)通過(guò)三個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)：信息收集、信息組織和信息處理。首先，信息收集是通過(guò)人工一一錄入照片等方法完成;再根據(jù)電力工程行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以及這些數(shù)據(jù)管理者對(duì)施工過(guò)程控制的要求，對(duì)所有收集到的信息進(jìn)行歸類、編碼和儲(chǔ)存后完成整理這些信息的組織工作；最后，該系統(tǒng)結(jié)合了相關(guān)信息對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行建模，管理物料、管理質(zhì)量、管理安全性、管理成本以及其他信息的處理。

本文將計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行比較，通常根據(jù)電力工程深化模型將施工進(jìn)度計(jì)劃的信息與工程項(xiàng)目施工的實(shí)際進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比分析，以找出施工進(jìn)度的差異原因。保證項(xiàng)目進(jìn)度的合理控制和優(yōu)化，提高對(duì)施工進(jìn)度的管控能力，為調(diào)整施工進(jìn)度提供可靠依據(jù)。經(jīng)過(guò)研究與分析，優(yōu)化了電力項(xiàng)目的現(xiàn)有施工進(jìn)度控制系統(tǒng)和當(dāng)前BIM技術(shù)的進(jìn)度控制流程，以建立基于BIM技術(shù)的進(jìn)度控制改進(jìn)流程，如圖2所示。

由圖2可知，BIM方案進(jìn)度控制的改進(jìn)流程可分成四個(gè)部分。

圖2 基于BIM技術(shù)進(jìn)度控制的改進(jìn)流程

(1)信息預(yù)處理，校驗(yàn)施工模型。根據(jù)電力工程項(xiàng)目施工圖資料進(jìn)行初步建模，并根據(jù)電力公司要求以及工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，進(jìn)行三維施工模型的深化設(shè)計(jì)得出的深化模型；再由電力公司或者第三方咨詢公司對(duì)施工深化模型進(jìn)行復(fù)核，主要復(fù)核模型表達(dá)細(xì)節(jié)、精度、碰撞沖突以及可細(xì)分性等。如果要深化電力工程模型中的問題，則應(yīng)該再次深化建模，同時(shí)根據(jù)施工計(jì)劃和施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際進(jìn)度，確定影響工程進(jìn)度控制的因素，并利用進(jìn)度控制問題建立深化模型，提出解決方案。

(2)將施工深化模型根據(jù)進(jìn)度計(jì)劃的工作分解結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆分，確保拆分的模型能夠與工作分解結(jié)構(gòu)一一對(duì)應(yīng)，分解完成后得到細(xì)分模型，細(xì)分后模型可以通過(guò)BIM技術(shù)計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算。

(3)在細(xì)分模型的基礎(chǔ)上輕量化處理，并在最終模型上綁定電力工程項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃信息和實(shí)際項(xiàng)目進(jìn)度信息，為下一步的進(jìn)度對(duì)比分析提供依據(jù)。

(4)根據(jù)細(xì)分模型上綁定的計(jì)劃進(jìn)度信息和現(xiàn)實(shí)進(jìn)度信息，生成各個(gè)階段的進(jìn)度。對(duì)比分析通過(guò)視頻模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)。通常，在對(duì)電力工程的施工進(jìn)度進(jìn)行分析比較之前，可以將實(shí)際的進(jìn)度信息與整個(gè)施工過(guò)程聯(lián)系在一起。將細(xì)分模型和相關(guān)工程進(jìn)度數(shù)據(jù)集導(dǎo)入5D平臺(tái)，以模擬和優(yōu)化計(jì)劃?？刂齐娏こ淌┕みM(jìn)度遇到項(xiàng)目目標(biāo)不科學(xué)、控制工程項(xiàng)目施工信息進(jìn)度依據(jù)不科學(xué)、施工進(jìn)度不合理、不符合資源分配計(jì)劃和檢查不足等問題，無(wú)法根據(jù)現(xiàn)實(shí)的狀況及時(shí)調(diào)整施工進(jìn)度的綜合解決方案。將進(jìn)度信息對(duì)比分析的結(jié)果以及改進(jìn)或者優(yōu)化后最終制訂工程項(xiàng)目進(jìn)度控制計(jì)劃，由施工單位的技術(shù)部門進(jìn)行審核校驗(yàn)，通過(guò)后生成相應(yīng)的進(jìn)度信息分析報(bào)告。

2.2 施工異常模糊信息分析

首先從平日的項(xiàng)目實(shí)例數(shù)據(jù)庫(kù)和歷史信息記錄中選擇較為合適的異常樣本。設(shè)當(dāng)前要分析的施工故障檢測(cè)項(xiàng)目為p1、p2、…、pm，保留樣本中pi(i=1，2，…，m)類檢測(cè)的信息值，刪除剩余的項(xiàng)目。再將樣本的信息標(biāo)準(zhǔn)化。設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化的樣本集為：

S={s1，s2，s3，…，sn}

(1)

式中：sn為不同數(shù)據(jù)信息的數(shù)據(jù)信息。

原因集為：

C={c1，c2，c3，…，cn}

(2)

式中：Cn為不同數(shù)據(jù)信息的原因集。C中也許有相等的元素，即兩個(gè)樣本的原因也有可能相同。

使用模糊分析法進(jìn)行聚類分析，按照式(3)求出各個(gè)樣本之間的相似程度。

(3)

式中:sik為第i個(gè)模本第k項(xiàng)監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化后值；sjk為第j個(gè)樣本第k項(xiàng)觀測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)化后值。

利用式(3)來(lái)構(gòu)成相似的關(guān)系R：

(4)

由(4)式得，R滿足自反性和對(duì)稱性。R是否滿足信息的傳遞性，若不滿足，則令R×R=R2，再自乘R2×R2=R4，然后再得R8，直到R2k=Rk為止。再令R=Rk。聚類方法為：先決定一個(gè)λ值，再作R的λ截距陣Rλ，即令：

(5)

這樣既可得到分類結(jié)果：在λ水平上，si與sj同類Rλ(ij)=1。

設(shè)si與sj被分為同一類，有兩種可能：

(1)si與sj對(duì)應(yīng)C集的因素相同，則舍去cj，令sj的原因針對(duì)ci。

(2)si與sj對(duì)應(yīng)C的因素不相同，則在原因集中加入一個(gè)全新的元素cij，其意義為可能是si也可能是sj的原因，舍去ci及cj，且令i樣本及j樣本的原因指向cij。

設(shè)樣本集為S={s1，s2，s3，…，sn}，原因集為C={c1，c2，c3，…，cn}。此時(shí)的C中仍可能有相似的原因，可以解釋為原因的程度不相同，而視為不同原因予以保留。

然后使用逐步分析法求各個(gè)樣本的聚類中心。將n個(gè)模本分成h類，形成初始分劃矩陣U0：

(6)

式中：Uij為U0中i行j列的元素。

令xjk(k=1，2，…，m)為第j個(gè)模本的第k項(xiàng)監(jiān)測(cè)信息數(shù)值。定義距離為：

(7)

依據(jù)以下公式實(shí)現(xiàn)迭代計(jì)算。

(8)

(9)

式中：i=1，2，…，h；j=1，2，…，n；r為大于1的一個(gè)參數(shù)；vi={vi1，vi2，…，vim}；xk={xk1，xk2，…，xkm}；k=1，2，…，n。式(8)是m個(gè)等式的縮寫形式。

具體迭代步驟為：

第一步：根據(jù)U0和式(8)算出聚類中心vi。

第二步：再根據(jù)式(9)和已計(jì)算的vi，算出全新的分劃矩陣U。

最后對(duì)施工故障異常原因進(jìn)行分析。將要分析的故障信息標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)結(jié)果為f={f1，f2，…，fm}，然后算出與其各聚類中心的間距，與哪個(gè)聚類中心相近，那么信息即屬于與它相近的那一類，即若：

‖f-vi0‖=min{‖f-vi‖},i=1,2,…,h

(10)

則xj屬于i0第類，其施工故障原因?yàn)閏i0。

3 試驗(yàn)與分析

在某電力工程施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行信息管理，使用BIM技術(shù)構(gòu)建信息管理平臺(tái)，并使用模糊方法分析信息在本次試驗(yàn)中。采用的硬件計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)為Microsoft Windows 2015，64 位，主要開發(fā)工具為Visual Studio 2015，OpenCV 3.0。運(yùn)行環(huán)境硬件參數(shù)為CPU：Inter(R)Core(TM)i7；主頻為2.59 GHz；內(nèi)存16 G。

將數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)部信息數(shù)量設(shè)定為試驗(yàn)樣本，在此試驗(yàn)共計(jì)8組試驗(yàn)樣本，采用文獻(xiàn)[3]方案與文中所設(shè)計(jì)的BIM方法構(gòu)建信息平臺(tái)方案分別進(jìn)行信息管理，并對(duì)比各數(shù)據(jù)信息數(shù)量的負(fù)載能力，具體試驗(yàn)?zāi)１镜臄?shù)據(jù)設(shè)定見表1。

表1 系統(tǒng)測(cè)試樣本數(shù)據(jù)

使用以上數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)測(cè)試的樣本，通過(guò)式(1)～式(9)對(duì)以上信息進(jìn)行處理，得到系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果如表2所示。

表2 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果對(duì)比

通過(guò)測(cè)試結(jié)果可直觀看出，文獻(xiàn)[3]方法信息的負(fù)載量遠(yuǎn)低于本文研究的方案，文獻(xiàn)[3]方法在進(jìn)行第8次測(cè)試時(shí)出現(xiàn)系統(tǒng)異常的情況，在第9次與第10次試驗(yàn)時(shí)，施工系統(tǒng)已無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)以上測(cè)試數(shù)據(jù)結(jié)果可知，本文研究方案信息管理性優(yōu)于文獻(xiàn)[3]管理信息系統(tǒng)，將BIM方法應(yīng)用于電力施工項(xiàng)目信息管理中，可有效提升管理效率，以達(dá)到最優(yōu)的施工效率。

圖3為本文方法分析故障原因與工程師人工分析兩者準(zhǔn)確率對(duì)比圖。

圖3 故障原因準(zhǔn)確率對(duì)比

圖3結(jié)果可以看出，本文模糊信息分析方法對(duì)監(jiān)測(cè)故障原因準(zhǔn)確率有較理想的優(yōu)勢(shì)，傳統(tǒng)工程師分析故障原因準(zhǔn)確率為95%左右，而模糊信息分析方法準(zhǔn)確率可達(dá)到98%以上。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文模糊信息分析法比傳統(tǒng)的工程師故障分析能夠得到更為理想準(zhǔn)確的故障原因結(jié)果。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于人工智能技術(shù)來(lái)對(duì)電力工程施工信息進(jìn)行管理，該設(shè)計(jì)將MIS方法和模糊信息分析法對(duì)電力工程施工故障信息監(jiān)測(cè)管理和數(shù)據(jù)模糊化分析，全面實(shí)現(xiàn)電力項(xiàng)目施工管理的信息化。本文通過(guò)測(cè)試驗(yàn)證在電力工程施工中使用兩種方法，對(duì)其電力工程施工信息管理提升了一個(gè)高度，也對(duì)其他工程施工信息管理進(jìn)一步的提升奠定了理論基礎(chǔ)。