王煥新 周振興 張卓敏 何銳

摘? 要：變電站工程建設(shè)是解決電力缺口問題，加快與周邊省份電網(wǎng)交流聯(lián)絡(luò)，進(jìn)一步提升全省電力供應(yīng)保障能力的重要舉措。文章研究通過打造數(shù)字工地平臺(tái)，采取數(shù)字化展示手段將工程不同建設(shè)階段的成果數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行傳遞與共享，通過工程應(yīng)用和積累，使用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)完整記錄并逐步細(xì)化工程建設(shè)過程各環(huán)節(jié)的流程數(shù)據(jù)，深入開展數(shù)據(jù)分析與挖掘，從而最大限度地發(fā)揮數(shù)據(jù)價(jià)值。依托物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來輔助降低工程建設(shè)與外部條件的各類安全、質(zhì)量隱患，支撐工程建設(shè)全過程依法合規(guī)，確保周期進(jìn)度符合投產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：變電站工程；智慧管理平臺(tái)；設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

中圖分類號(hào)：TP39；TU17? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）03-0090-05

Research on Application of Intelligent Construction Site Platform in Substation Construction

WANG Huanxin1， ZHOU Zhenxing1， ZHANG Zhuomin1， HE Rui2

（1.State Grid Hunan Electric Power Co.， Ltd.， Changsha? 410000， China;

2.Beijing North-Star Technology Development Co.， Ltd.， Beijing? 100120， China）

Abstract： The construction of substation project is an important measure to solve the problem of power shortage， accelerate the communication with the power grid of surrounding provinces， and further improve the power supply guarantee capacity of the whole province. This paper studies how to transfer and share the achievement data and information of different construction stages of the project by building a digital construction site platform， using digital display means， using the mobile Internet to fully record and gradually refine the process data of each link of the project construction process through the application and accumulation of the project， carrying out in-depth data analysis and mining， so as to maximize the value of the data. Rely on Internet of Things equipment to help reduce various potential safety and quality hazards of project construction and external conditions， support the whole process of project construction to comply with laws and regulations， and ensure that the cycle progress meets the requirements for production.

Keywords： substation project; intelligent management platform; design and implementation

0? 引? 言

變電站工程建設(shè)往往具有工期緊張、工程質(zhì)量要求高、施工作業(yè)范圍集中、參建單位多、技術(shù)難點(diǎn)多等特點(diǎn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)與科技水平的日益提高，對(duì)安全生產(chǎn)的高度重視有力地推動(dòng)了信息技術(shù)的不斷提升。計(jì)算機(jī)性能的改進(jìn)提升，傳感設(shè)備的升級(jí)迭代，軟件系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)的創(chuàng)新升級(jí)，為相關(guān)人員全面、及時(shí)、動(dòng)態(tài)掌握電網(wǎng)工程建設(shè)施工現(xiàn)場(chǎng)情況提供了便利條件。

2022年1月國(guó)務(wù)院印發(fā)的《“十四五”數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》，明確指出要大力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加快企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)，全面深化重點(diǎn)行業(yè)、產(chǎn)業(yè)園區(qū)和集群數(shù)字化轉(zhuǎn)型，培育轉(zhuǎn)型支撐服務(wù)生態(tài)。需求側(cè)應(yīng)以場(chǎng)景應(yīng)用為牽引，打造智能示范場(chǎng)景，提升各類主體管理數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)據(jù)、開發(fā)數(shù)據(jù)的能力，激發(fā)數(shù)據(jù)要素潛能。加快推動(dòng)智慧能源建設(shè)應(yīng)用發(fā)展，促進(jìn)能源企業(yè)各環(huán)節(jié)智能化升級(jí)，推動(dòng)能源領(lǐng)域數(shù)字化發(fā)展，深化新一代信息技術(shù)的集成創(chuàng)新與融合應(yīng)用，加快引入平臺(tái)化、定制化、輕量化服務(wù)模式，為電網(wǎng)工地智慧化建設(shè)指明方向。

變電站智慧工地建設(shè)以信息化為抓手，應(yīng)用“大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、區(qū)塊鏈”等技術(shù)，建設(shè)狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用靈活便捷、數(shù)據(jù)開放共享的“數(shù)字工地”平臺(tái)。該平臺(tái)主要圍繞施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度、安全風(fēng)險(xiǎn)、人員車輛管控、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面開展工作，研究實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)的可視化、協(xié)同化、智能化，提高工地建設(shè)的管理效率和管理水平。

1? “智慧工地”在變電站施工建設(shè)中的應(yīng)用

“智慧工地”這一概念于2015年被首次提出。隨著近年來信息化、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)的涌現(xiàn)，通過云計(jì)算等技術(shù)，對(duì)建筑及工程進(jìn)行智能化的改造，使得各種技術(shù)能夠及時(shí)更新和同步，同時(shí)結(jié)合信息化手段對(duì)各種信息進(jìn)行深度的挖掘和剖析，實(shí)現(xiàn)建筑工程管理的可視化和智能化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)信息化管理、綠色建造、生態(tài)建設(shè)、安全生產(chǎn)的目的。目前，我國(guó)電力企業(yè)的“智慧化”工程管理處于初級(jí)水平，除了采用在線狀態(tài)診斷、智能監(jiān)測(cè)對(duì)山火、冰災(zāi)、臺(tái)風(fēng)等各種自然災(zāi)害的安全預(yù)警外，在智慧電網(wǎng)建設(shè)項(xiàng)目管理方面應(yīng)用較少，與現(xiàn)代智慧化電網(wǎng)要求的信息化、智能化、數(shù)字化的要求還存有較大差距。而當(dāng)前大部分變電站項(xiàng)目的施工，只注重于施工現(xiàn)場(chǎng)可視化的視頻監(jiān)測(cè)，很少涉及施工現(xiàn)場(chǎng)其他方面的人和物。

變電站工程建設(shè)是較為復(fù)雜煩瑣的工作，施工作業(yè)具有點(diǎn)多面廣、安全風(fēng)險(xiǎn)大、管理要求高等顯著特點(diǎn)，僅依靠業(yè)主項(xiàng)目部、監(jiān)理項(xiàng)目部等“人盯人”的管理模式難以滿足施工過程中對(duì)安全和管理的需要，而僅通過增加人工的方式又會(huì)出現(xiàn)成本壓力和人員管理問題，現(xiàn)有管理手段亟待加強(qiáng)。在結(jié)合新形勢(shì)和充分吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)、成熟工程管理系統(tǒng)和管理方法的基礎(chǔ)上，基于地理信息系統(tǒng)、三維虛擬仿真、移動(dòng)互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)、無線射頻定位、智能傳感器等技術(shù)，利用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)即時(shí)性、便攜性等特點(diǎn)，我們能夠隨時(shí)隨地查看施工現(xiàn)場(chǎng)各處施工狀況，確保安全管理體系常態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，充分發(fā)揮安全監(jiān)督體系的監(jiān)管作用，提高應(yīng)變處置能力，輔助降低工程建設(shè)與外部條件的各類安全、質(zhì)量隱患，為智慧工地建設(shè)提供穩(wěn)健可靠的信息化基礎(chǔ)。

本文根據(jù)變電站建設(shè)的特點(diǎn)及實(shí)際工程的可視化技術(shù)要求，提出一種依托BIM、云計(jì)算、智慧物聯(lián)、人工智能等技術(shù)構(gòu)建變電站智能工地管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，并結(jié)合具體的工程實(shí)踐研究智慧工地平臺(tái)的實(shí)際應(yīng)用。

2? 變電站工程智慧管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1? 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)以工程形象進(jìn)度、人員車輛、作業(yè)票、安全風(fēng)險(xiǎn)、智能分析、物聯(lián)感知、視頻監(jiān)控為業(yè)務(wù)核心，通過在現(xiàn)場(chǎng)部署多種物聯(lián)感知設(shè)備，依托基建全過程平臺(tái)接入外部多源數(shù)據(jù)，構(gòu)建智慧工地項(xiàng)目的施工“大腦”，在信息傳遞、現(xiàn)場(chǎng)施工、監(jiān)管管理和指揮之間建立起高效的聯(lián)系，以達(dá)到信息的智能化、自動(dòng)化、精準(zhǔn)化傳遞，減少人工參與的項(xiàng)目管理工作，提高項(xiàng)目的管理水平。智慧工地平臺(tái)建設(shè)總體上分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層建設(shè)，如圖1所示。

感知層即整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的核心，是信息采集的關(guān)鍵部分，通過現(xiàn)場(chǎng)布置的攝像頭、微氣象、北斗邊坡、電氣火災(zāi)、人閘車閘等各類傳感監(jiān)測(cè)設(shè)備識(shí)別外界物體和采集信息。

網(wǎng)絡(luò)層作為數(shù)據(jù)建設(shè)的核心紐帶連接感知層和數(shù)據(jù)層，采用各種專線網(wǎng)絡(luò)、有線、無線及4G通信，使用各種開放協(xié)議、私有協(xié)議進(jìn)行連接，相當(dāng)于人的神經(jīng)中樞系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將從感知層獲取的信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)層，然后根據(jù)不同的使用場(chǎng)景及實(shí)際需求進(jìn)行信息的集中處理。

數(shù)據(jù)層作為數(shù)據(jù)交互處理的中心，負(fù)責(zé)接收、存儲(chǔ)和處理各個(gè)來源的數(shù)據(jù)，主要包括智慧工地平臺(tái)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、物聯(lián)傳感器數(shù)據(jù)、三維模型數(shù)據(jù)以及基建全過程相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等。

應(yīng)用層作為智慧工地平臺(tái)面向用戶的窗口，基于實(shí)際業(yè)務(wù)和工程形象化展示需要，依托數(shù)據(jù)層業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)開發(fā)工程概況、人員車輛、進(jìn)度管理、安全風(fēng)險(xiǎn)、物聯(lián)感知、視頻監(jiān)控等模塊。

2.2? 系統(tǒng)部署架構(gòu)設(shè)計(jì)

為智慧工地平臺(tái)配備多種類型的服務(wù)器，具體架構(gòu)如圖2所示。按業(yè)務(wù)功能分別架設(shè)，采用防火墻及入侵檢測(cè)設(shè)備保障系統(tǒng)信息安全，采用前后端分離的部署方式加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力，提高服務(wù)器的運(yùn)行效率。

2.3? 物聯(lián)接口設(shè)計(jì)

變電站現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)傳感設(shè)備均采用輕量化方式進(jìn)行部署，整個(gè)施工現(xiàn)場(chǎng)不搭建任何數(shù)據(jù)服務(wù)器設(shè)備，現(xiàn)場(chǎng)部署視頻交互、安全監(jiān)控、定位服務(wù)、識(shí)別考勤四類傳感設(shè)備。視頻監(jiān)控類設(shè)備通過公網(wǎng)IP將物聯(lián)設(shè)備映射到外部互聯(lián)網(wǎng)，視頻流數(shù)據(jù)采用EHome私有協(xié)議集中接入到網(wǎng)省公司物聯(lián)設(shè)備管理中心進(jìn)行集中管理和存儲(chǔ)；識(shí)別考勤類設(shè)備通過國(guó)標(biāo)GB28181協(xié)議進(jìn)行接入，其他各類物聯(lián)感知設(shè)備數(shù)據(jù)及報(bào)警信息則通過配置MQTT協(xié)議、WebSocket及RESTful接口協(xié)議定制中間層（代理，網(wǎng)關(guān)等）將工地現(xiàn)場(chǎng)物聯(lián)感知設(shè)備數(shù)據(jù)推送至物聯(lián)傳感服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器對(duì)客戶端請(qǐng)求的響應(yīng)，如圖3所示。平臺(tái)基于推送的數(shù)據(jù)在網(wǎng)頁端及APP端按類型進(jìn)行分門別類的展示控制，指揮中心大屏實(shí)現(xiàn)視頻圖像的接入、調(diào)取、顯示和控制等功能。

3? 變電站智慧工地平臺(tái)應(yīng)用場(chǎng)景

該平臺(tái)在長(zhǎng)沙1 000 kV特高壓變電站進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用，基于變電站施工現(xiàn)場(chǎng)條件及應(yīng)用需求，提供涵蓋三維進(jìn)度可視化、人員車輛管控、安全風(fēng)險(xiǎn)、智能感知、視頻監(jiān)控、智能分析的項(xiàng)目管理應(yīng)用。

3.1? 變電站三維進(jìn)度可視化

采用Unity 3D展示技術(shù)進(jìn)行實(shí)景精細(xì)化建模，進(jìn)度按土建、安裝和調(diào)試安裝三個(gè)主要工序管理，通過接入基建全過程系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站一級(jí)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃和二級(jí)網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃與進(jìn)度對(duì)比展示，包括實(shí)際進(jìn)度、計(jì)劃進(jìn)度、累計(jì)進(jìn)度的對(duì)比完成情況，直觀匯總反映工程施工進(jìn)度的正常、超前、滯后等施工狀態(tài)信息，輔助工程管理層掌控現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度，如圖4所示。

通過對(duì)模型渲染不同顏色直觀模擬不同進(jìn)度下各個(gè)階段的三維場(chǎng)景，其中綠色代表正在施工建設(shè)，黃色代表進(jìn)度滯后，無色或模型自身正常顏色代表施工完成，實(shí)際效果如圖5所示?？梢酝ㄟ^拖動(dòng)這個(gè)進(jìn)度條的方式來查看不同工序（土建、安裝工程、驗(yàn)收及調(diào)試）下的三維場(chǎng)景情況。

3.2? 人員車輛管控

在施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)面相對(duì)集中，部分現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員安全意識(shí)相對(duì)薄弱，容易發(fā)生安全事故。需要依靠人員和車輛管控設(shè)備對(duì)進(jìn)出的人員車輛進(jìn)行管控，避免安全風(fēng)險(xiǎn)，保證施工進(jìn)度。

現(xiàn)場(chǎng)利用人閘人臉識(shí)別設(shè)備實(shí)現(xiàn)人員進(jìn)出場(chǎng)統(tǒng)計(jì)與考勤統(tǒng)計(jì)，開展施工單位、監(jiān)理單位、分包單位、特殊作業(yè)人員進(jìn)出場(chǎng)統(tǒng)計(jì)、工作時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)、考勤情況統(tǒng)計(jì)。結(jié)合車閘等采集的車輛進(jìn)出場(chǎng)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)車輛及相關(guān)設(shè)備出入場(chǎng)情況進(jìn)行展示，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工車輛的數(shù)目監(jiān)測(cè)及分類統(tǒng)計(jì)，如圖6、圖7所示。

3.3? 安全風(fēng)險(xiǎn)管理

在施工作業(yè)過程中，對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的控制措施及施工過程中的規(guī)范化顯得尤為重要，需要及時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行精確識(shí)別與管控，從工作流程上去構(gòu)建有利于現(xiàn)場(chǎng)施工管理的風(fēng)險(xiǎn)管理機(jī)制，長(zhǎng)沙1 000 kV變電站工程采用由施工人員上報(bào)、監(jiān)理審核、業(yè)主確認(rèn)、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員簽到的流程，形成施工作業(yè)前預(yù)控、施工作業(yè)中管控、完成作業(yè)后可追溯的安全管控模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)點(diǎn)、作業(yè)票的全流程監(jiān)測(cè)管理，部分細(xì)節(jié)如圖8、圖9所示。

3.4? 智能感知管理

在施工過程中，施工現(xiàn)場(chǎng)的生態(tài)環(huán)境、用電環(huán)境等往往容易被忽視，通過在現(xiàn)場(chǎng)布置氣象監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)噪聲揚(yáng)塵等重點(diǎn)生態(tài)環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖10所示。布置北斗邊坡位移監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)現(xiàn)場(chǎng)高邊坡進(jìn)行上下左右四方向位移監(jiān)測(cè)，如圖11所示。在配電箱中布置電氣火災(zāi)監(jiān)測(cè)傳感器對(duì)現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)用電安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖12所示。此外，針對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)及特殊工種配置智能安全帽，即對(duì)重點(diǎn)作業(yè)人員進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)作、所處位置等的監(jiān)控，同時(shí)支持針對(duì)重點(diǎn)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行閾值設(shè)置，超過指定閾值數(shù)據(jù)時(shí)觸發(fā)告警，推送給指定人員，輔助遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)感知，以便相關(guān)人員及時(shí)做出安全預(yù)警決策。

3.5? 視頻監(jiān)控

變電站施工現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)范圍大，施工作業(yè)環(huán)境多樣，僅通過布置固定式攝像頭無法滿足對(duì)全站的無死角覆蓋。在長(zhǎng)沙1 000 kV施工現(xiàn)場(chǎng)通過在變電站邊角及所有路口布置固定式球機(jī)，在重點(diǎn)出入口及路口布置人臉識(shí)別槍機(jī)，在房屋建筑內(nèi)及其他不具備供電環(huán)境的位置布置便攜式移動(dòng)攝像頭，同時(shí)在站區(qū)最高點(diǎn)位布置AR全景攝像機(jī)對(duì)全站進(jìn)行俯瞰，實(shí)現(xiàn)全站的無死角覆蓋?？赏ㄟ^網(wǎng)頁及APP對(duì)視頻畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、抓圖和云臺(tái)控制；支持設(shè)置預(yù)置點(diǎn)，查看當(dāng)前監(jiān)控畫面及模型視野，效果如圖13所示。

3.6? 智能分析

近年來，隨著施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)安全文明施工的要求越來越高，依靠人工對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工進(jìn)行監(jiān)督存在各方面的制約，同時(shí)人在面對(duì)枯燥的監(jiān)控畫面時(shí)無法長(zhǎng)時(shí)間集中注意力，依托人工智能深度學(xué)習(xí)算法對(duì)視頻畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)行為分析可有效提升監(jiān)控視頻的價(jià)值。

在長(zhǎng)沙1 000 kV變電站施工現(xiàn)場(chǎng)，基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，依托超腦為所有監(jiān)控點(diǎn)配置了行為分析功能，在變電站出入口配置安全帽識(shí)別、人員徘徊功能，在重點(diǎn)施工警戒區(qū)域配置區(qū)域入侵功能，在站內(nèi)施工作業(yè)點(diǎn)配置人員異常倒地、安全帽識(shí)別功能，實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明行為進(jìn)行分析存證，使監(jiān)管人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工有更為清晰的了解，制定更為完善的安全對(duì)策，展示效果如圖14所示。

4? 結(jié)? 論

平臺(tái)在實(shí)際應(yīng)用中存在一些問題。首先在電網(wǎng)工程領(lǐng)域，智慧工地的建設(shè)還處于起步階段，少有通用且成熟的標(biāo)準(zhǔn)可供參考，實(shí)際應(yīng)用中尤其需要考慮的是因地制宜，考慮施工現(xiàn)場(chǎng)及專業(yè)的特點(diǎn)，不能一味盲目套用；其次，施工現(xiàn)場(chǎng)部分?jǐn)?shù)據(jù)依賴于人工進(jìn)行維護(hù)，無法完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，因此需要盡可能地簡(jiǎn)化標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)上送流程，減少對(duì)人工的依賴。

綜上所述，通過在長(zhǎng)沙1 000 kV變電站應(yīng)用智慧工地平臺(tái)，在輔助發(fā)揮應(yīng)急指揮和建設(shè)協(xié)調(diào)的同時(shí)，可為工程建設(shè)提供良好的宣傳和形象展示窗口，切實(shí)提升工程基建管理水平與工作質(zhì)量，既有益于數(shù)字經(jīng)濟(jì)在電力領(lǐng)域的發(fā)展，也為工程投產(chǎn)運(yùn)行保駕護(hù)航，對(duì)打造新時(shí)代下生態(tài)文明建設(shè)和依法合規(guī)建設(shè)樣板工程，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。實(shí)踐證明，在變電站建設(shè)中應(yīng)用智慧工地平臺(tái)有其可行性和必要性，值得廣大研究者做進(jìn)一步的探索和開發(fā)。

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作者簡(jiǎn)介：王煥新（1969—），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程建管理；通訊作者：周振興（1985—），男，漢族，湖南長(zhǎng)沙人，高級(jí)工程師，本科，研究方向：特高壓輸變電工程建管理。

收稿日期：2022-10-06