白 釩，胡 杰，何 鵬，楊超凡，張 舒，唐自強，范 舟

(國網(wǎng)江蘇省電力工程咨詢有限公司，江蘇 南京 211100)

0 引言

目前，計算機技術已經(jīng)成為優(yōu)化和解決傳統(tǒng)行業(yè)所面臨問題的重要手段。而數(shù)字化是解決問題的工具之一，它可以分析數(shù)據(jù)，協(xié)助管理者做出最優(yōu)決策[1]。數(shù)字化應用于多個領域，如醫(yī)學、農(nóng)業(yè)、工程、電力部門和電信等[2-4]。

某種意義上，項目管理的進步可以改善社會環(huán)境，提高生活質量，保障人身安全，也可以通過成本控制預防由于系統(tǒng)故障、外部入侵引起的供電中斷[5-6]。數(shù)字化平臺使變電站的建設更加靈活，便于管理人員監(jiān)測建設的進度；此外還可以對多個子項目建設進行模擬管理，可以直接預測增加施工量需要多少人力資源和用工成本。

數(shù)字化平臺可以簡化項目管理流程，實現(xiàn)經(jīng)濟效益，如內(nèi)部勞動力的成本、材料、運輸、投入和項目執(zhí)行的時間，通過圖像監(jiān)控施工過程，防止錯誤安裝，優(yōu)化物資管理。數(shù)字化平臺也可以解決專業(yè)人員數(shù)量不足等問題，由于特高壓輸電線路建設的快速發(fā)展，缺乏足夠的專業(yè)人員進行生成管理，數(shù)字化平臺可以創(chuàng)建解決方案，促進項目施工的陪同化管理[7-8]。

隨著新一代信息技術的快速發(fā)展，人與人、人與機器、機器與機器之間的互動變得越來越頻繁[9]。海量數(shù)據(jù)的快速積累、計算能力的大幅提升、算法模型的不斷優(yōu)化以及行業(yè)應用的迅速崛起，極大促進了工程監(jiān)理模式的不斷創(chuàng)新，提高了施工現(xiàn)場管理的智能化水平，提升了工程管理的效率和綜合效益。

本文主要目標是建立一個數(shù)字化的電網(wǎng)基礎設施綜合管理平臺。結合電力建設的特點，以施工安全為基礎，以工程質量為導向，以數(shù)字建模、傳感器互聯(lián)、虛擬全息、增強交互和人工智能等新技術的應用來支撐平臺體系，從而提高現(xiàn)場管理和控制水平。同時結合了AI、深度學習等計算機技術，對項目建設過程進行分類，建設數(shù)據(jù)庫，與已完成項目數(shù)據(jù)比較，優(yōu)化物資管理、控制項目成本以及監(jiān)控建設進度。

1 總體設計方案

1.1 數(shù)字化平臺

電網(wǎng)基礎設施數(shù)字化管理平臺是以智慧工地為基礎，在國家標準、規(guī)程、規(guī)范的基礎上實施。該平臺根據(jù)電力建設的特點，以施工安全為基礎，以工程質量為導向，通過整合專家知識庫，提高現(xiàn)場管控水平，運用新理念、新技術，實現(xiàn)在線化、數(shù)字化、實時化的“智慧現(xiàn)場”，從而解決基礎設施現(xiàn)場管理標準執(zhí)行不徹底、數(shù)據(jù)感知能力差、人工輸入效率低和數(shù)據(jù)傳輸協(xié)同共享等問題。

該系統(tǒng)基于云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)以及人工智能等計算機技術的應用，以人、機、料、法、環(huán)境為核心，以電力BIM[10]為基礎，結合智能化機械化作業(yè)設備，實現(xiàn)實時、實景、超集成化、高效的智能化施工現(xiàn)場管理平臺。同時將監(jiān)控、定位、考勤和物料管理有效整合，更好地實現(xiàn)多方協(xié)作、多層次聯(lián)動和管理預控，確保項目質量、安全、進度和成本控制等建設目標的順利實現(xiàn)。

1.2 系統(tǒng)模塊

對于電力施工現(xiàn)場綜合安防管理系統(tǒng)的搭建，不是各個子系統(tǒng)之間簡單堆砌，而是在滿足各個子系統(tǒng)功能的基礎上，尋求內(nèi)部子系統(tǒng)和其他外部智能系統(tǒng)之間的完美結合。該系統(tǒng)主要依托超融合中樞系統(tǒng)實現(xiàn)對眾多子模塊的統(tǒng)一管理和控制，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫、統(tǒng)一的管理界面、統(tǒng)一的授權和出入卡、統(tǒng)一的安全管理業(yè)務流程，其框架如圖1所示。

圖1 數(shù)字化平臺系統(tǒng)框架

基于超集成的實時指揮系統(tǒng)，前端可訪問的子系統(tǒng)包括(但不限于)超級集成的真實場景監(jiān)控：高點全景和低點聯(lián)動監(jiān)控、人臉識別、車輛識別、服裝和帽子識別等。

a.人員控制。它主要實現(xiàn)了實名制勞動管理、出入管理、考勤管理和人臉識別。

b.智能安全監(jiān)測。主要包括重型設備(起重機、電梯)的安全監(jiān)測、深基坑監(jiān)測、高支模監(jiān)測、腳手架監(jiān)測、VR安全披露與培訓教育等。

c.綠色施工監(jiān)測。主要實現(xiàn)了對噪聲、粉塵、噴霧和氣象(風速、風向、溫濕度、大氣、壓力)等的監(jiān)測。

d.公共安全防范措施。用于施工現(xiàn)場的公共周界防范、火災探測、緊急報警和公共廣播。

e.項目質量和進度管理。包括項目質量和安全過程管理、混凝土測溫和養(yǎng)護提醒以及進度分析管理。

f.技術管理。包括技術數(shù)據(jù)管理、MIB協(xié)作優(yōu)化設計。

g.采購管理。采用“Qr碼+互聯(lián)網(wǎng)云技術”，幫助項目管理者實現(xiàn)設備進場、 材料和施工過程管理的信息化改造，從而實現(xiàn)信息共享，規(guī)范流程，加強管理提高施工效率。

此外，基于超集成實景指揮系統(tǒng)的整體解決方案支持系統(tǒng)的靈活部署，支持通過標準接口(如OPC)進行聯(lián)動，或通過SDK接入第三方設備。根據(jù)實際項目的設備接入規(guī)模，包括各模塊的子系統(tǒng)類型和功能要求，可按需配置各種模塊化服務，并按需部署相應的服務器。在統(tǒng)一平臺管理的基礎上，系統(tǒng)提供精細化的分級權限管理和從總部到分支機構的遠程網(wǎng)絡管理。

1.3 數(shù)據(jù)安全

a.核心數(shù)據(jù)加密。系統(tǒng)對于企業(yè)的數(shù)據(jù)采用分級保護機制，敏感的、重要的數(shù)據(jù)采用加密存儲方式。對于用戶密碼的處理，大部分軟件的處理方式是只在服務端對密碼進行哈希存儲。本系統(tǒng)進行了2次哈希處理，在用戶密碼提交到服務端之前，在客戶端首先進行1次哈希，在服務端再次進行哈希，好處是用戶的密碼在所有的環(huán)節(jié)中始終只是哈希值，密碼并不會在網(wǎng)絡上明文傳輸。

b.多點災難備份。系統(tǒng)對于企業(yè)數(shù)據(jù)進行了多點災難備份，備份分布在不同的網(wǎng)段、不同的服務器。這樣即便有不可抗拒力產(chǎn)生的災難，也能夠很快的從其他服務器的備份中及時恢復。

c.爬蟲協(xié)議處理。Robots協(xié)議(也稱為爬蟲協(xié)議、機器人協(xié)議等)的全稱是“網(wǎng)絡爬蟲排除標準”(robots exclusion protocol),網(wǎng)站通過Robots協(xié)議告訴搜索引擎哪些頁面可以抓取，哪些頁面不能抓取。系統(tǒng)只允許搜索引擎抓取用戶開放共享的頁面，用戶相關的數(shù)據(jù)不允許抓取。User-agent:系統(tǒng)會根據(jù)User-agent字段進行判斷，只允許合法的瀏覽器終端進行訪問。

d.SSL/TLS全程加密。系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸過程中全程使用SSL/TLS (secure sockets layer),規(guī)避以下風險：所有信息都是加密傳播，第三方無法竊聽，具有校驗機制,一旦被篡,通信雙方會立刻發(fā)現(xiàn)。

e.用戶操作日志。數(shù)字化平臺提供了用戶行為日志供用戶自己查看,便于用戶發(fā)現(xiàn)自己的賬號是否存在異常操作,確保用戶的個人數(shù)據(jù)安全。

f.f密碼保護機制。數(shù)字化平臺中采用了用戶密碼登錄保護機制，對于連續(xù)5次密碼輸入錯誤的用戶，會1小時內(nèi)禁止訪問，并提示找回密碼，防止第三方進行撞庫攻擊。

g.CSRF和XSS保護。數(shù)字化平臺對數(shù)據(jù)提交加入了csrftoken驗證機制和XSS保護機制，有效防止了跨站攻擊。

1.4 系統(tǒng)功能

該平臺的硬件通過服務器和存儲集中部署，系統(tǒng)架構采用省、市、項目部三級架構；軟件是基于C/S框架開發(fā)的。其總體功能如下所述。

1.4.1 技術管理規(guī)范化

開展基于BIM技術的三維建模，在建筑內(nèi)進行三維漫游，完美展示項目的空間結構，落實18項措施、規(guī)定和規(guī)范，提前檢查發(fā)現(xiàn)設計圖紙錯、漏、撞等問題。同時，基于BIM技術創(chuàng)建設計模型(包括土建、結構和電氣)要求設計深度不低于LOD300。在建模過程中，應檢查設計圖紙，利用THE-BIM模型檢查各專業(yè)圖紙之間的匹配性，發(fā)現(xiàn)錯、漏、撞、缺等問題，并形成校準報告。

1.4.2 安全管理標準化

落實國家電網(wǎng)公司安全文明施工設施標準化配置要求，模擬現(xiàn)場安全文明施工設施整體布局和2個項目部的標準化配置，協(xié)助優(yōu)化臨時施工現(xiàn)場的方案。

1.4.3 質量管理精細化

通過手機對現(xiàn)場拍照、錄音、文字記錄質量情況，同時關聯(lián)相關模型，實現(xiàn)現(xiàn)場跟蹤、記錄留存。此外，在模型中嵌入標準工藝、質量控制措施或工作流程指令，實現(xiàn)施工質量可控。

1.4.4 進度管理可控化

該系統(tǒng)可以快速、準確地檢查進度的合理性，優(yōu)化進度時限，跟蹤施工的進程，隨時檢查進度偏差，并進行數(shù)據(jù)分析。

1.4.5 成本管理清晰化

實現(xiàn)成本預算、動態(tài)成本管理和合同規(guī)劃等功能。根據(jù)工程量的相關信息和市場上的工、料、機價格，利用BIM模型，形成成本預算；通過對項目收入項目成本和實際成本進行階段性比較和分析，及時發(fā)現(xiàn)項目支出問題，實現(xiàn)成本動態(tài)控制；認真分析收入合同的數(shù)量級，規(guī)劃分包成本，從項目源頭控制成本。

1.4.6 協(xié)作管理高效化

通過物聯(lián)網(wǎng)技術的整合，實現(xiàn)“三端一云”(PC端、Web端、移動端和云技術)的協(xié)同管理。各類人員利用手機或ipad進行云數(shù)據(jù)的共享和協(xié)作，進一步提高管理效率。

2 項目與績效分析中的實際運用

智能化施工平臺應用于九江桃源110 kV變電站項目。在該平臺中，以變電站建設、土建工程、鋼結構廠房和電氣設備為基礎，建立了三維可視化模型，并與施工過程中的安全、質量、技術和圖紙等信息相關。將進度計劃與成本預算管理相結合，協(xié)助管理人員進行有效決策和精細化管理，從而達到縮短工期、控制成本、規(guī)范控制以及提高管理效率的目的。

2.1 管理效率

基于智能施工現(xiàn)場平臺的管理，可以快速、準確地檢查施工進度的合理性，優(yōu)化計劃工期，工期與上一年相比，縮短了25%；通過建立項目的三維模型，安全事故率比上年降低75%。平臺也可以提前優(yōu)化解決各類施工中出現(xiàn)的交叉問題，生產(chǎn)效率比上年提高45%，實現(xiàn)了建設項目全過程的可預測、可控制、信息共享、協(xié)同工作和組合優(yōu)化。

2.2 經(jīng)濟效益

通過優(yōu)化工期，跟蹤施工進度，縮短了工期，提前進行3D模擬規(guī)劃，避免了各專業(yè)工種的交叉施工，安全、質量和技術管理要求得到有效落實。與公司2018年數(shù)據(jù)對比，經(jīng)濟效益、施工效率分別提高了68%、43%；安全事故發(fā)生率、建設時間分別降低了78%、33%，如圖2所示。

圖2 智慧施工與傳統(tǒng)施工對比

3 結束語

為了提高現(xiàn)場管理的智能化水平，本文設計并構建了一個基于智能施工現(xiàn)場的電網(wǎng)基礎設施數(shù)字化管理平臺。首先，介紹了該平臺的總體設計思路和系統(tǒng)架構。然后，從電網(wǎng)建設管理中的技術、安全、質量、進度、成本和協(xié)同管理等6個方面介紹了平臺的整體功能。最后，根據(jù)在九江桃源110 kV變電站工程中的實際應用效果，建設和管理的效率明顯提高，成本支出較上年大大降低。結果表明，基于智慧工地的數(shù)字化管理平臺將發(fā)揮重大作用，在電網(wǎng)基建中具有廣闊的應用前景。