曾耀強 劉華 羅勁

(1.廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局,廣東廣州 510000;2.廣州南方電力技術(shù)工程有限公司,廣東廣州 510000)

0 引言

輸電線路工程建設(shè)往往具有施工規(guī)模大、建設(shè)周期長、牽涉單位多、施工工序雜等特點,隨著輸電線路劃分施工標(biāo)段和參建分包隊伍不斷增多,工程施工過程管理的難度和成本也會不斷增大。現(xiàn)有的工程施工過程管理多采用人工管控、定期逐層上報的模式,信息化管控手段確實,管理指標(biāo)粗放不夠精細,為保證工程施工質(zhì)量,降低工程管理成本,提高工程綜合投資效益,有必要通過采用多種信息化手段,開展工程信息化管控。

本文通過以烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程廣東受端500kV交流配套工程(廣州段)中工程施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)實際應(yīng)用情況為例,對工程開展信息化管控手段所涉及的各項關(guān)鍵技術(shù)進行介紹。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)路線圖Fig.1 System technology roadmap

1 系統(tǒng)技術(shù)路線

系統(tǒng)結(jié)合無人機航攝、移動互聯(lián)、三維GIS等技術(shù),開展針對施工過程中的專題數(shù)據(jù)集構(gòu)建、施工過程數(shù)據(jù)集智能采集、施工過程可視化模擬仿真、數(shù)據(jù)智能分析與預(yù)警、輔助智能巡檢等,為烏東德配套送出工程(廣州段)的工程施工過程管控提供信息化保障,系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示。

2 工程數(shù)據(jù)采集與建設(shè)

工程數(shù)據(jù)采集建設(shè)工作主要圍繞無人機、傾斜攝影技術(shù)、激光點云技術(shù)等技術(shù)開展,涉及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)建模與發(fā)布等。基于無人機開展工程全線95公里的線路路徑兩側(cè)保持約2 k m 的航帶貸款進行正射航飛,獲取工程沿線正射影像和高精度地形數(shù)據(jù),針對線路途經(jīng)的重要跨越位置,房屋密集區(qū)開展傾斜攝影航飛數(shù)據(jù)采集,構(gòu)建工程走廊三維可視化地形地貌。

為獲取工程正射影像和高精度地形數(shù)據(jù),首先需要通過對工程線路沿線位置進行現(xiàn)場踏勘,設(shè)計航飛路線并完成空域協(xié)調(diào),確定采用MD-150固定翼無人機搭載飛思p65型號相機開展航拍任務(wù),航攝地面分辨率優(yōu)于0.5m,滿足制作高精度正射影像圖的精度要求。在無人機航攝完成后,對航攝影像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理,糾正航攝相機的鏡頭畸變,并經(jīng)過加密處理后,恢復(fù)像對的空間位置關(guān)系得到4D產(chǎn)品,輸出形成數(shù)字搞成模型、數(shù)字正射影像,如圖2所示。

為獲取工程傾斜攝影數(shù)據(jù),通過現(xiàn)場踏勘對無人機飛行路線進行設(shè)計,采用飛馬F200無人機搭載四鏡頭相機作為數(shù)據(jù)獲取平臺,以測區(qū)最低點為基準(zhǔn),保證最低點分辨率達到5cm,航向重疊度為80%,旁向重疊度為65%,在數(shù)據(jù)采集完成后,運用Context Capture、Pix4d Mapper、PhotoScan對原始數(shù)據(jù)進行處理,開展密集匹配與模型構(gòu)建、貼合紋理形成傾斜成果模型,如圖3所示。

3 工程施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)

工程施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)主要服務(wù)于烏東德配套送出工程(廣州段)施工過程可視化管控,集信息展示與可視化管理與一體,結(jié)合現(xiàn)場布設(shè)的可拆卸移動攝像頭、現(xiàn)場配套的信息采集APP、巡檢無人機等現(xiàn)場感知層設(shè)備對采集工程現(xiàn)場各類數(shù)據(jù),通過對數(shù)據(jù)進行自動識別與分析,并依托三維可視化技術(shù)手段,輔助工程管理人員對施工進度、物資、技術(shù)、安全等內(nèi)容進行管理,提高工程管理效率。

圖2 正射影像處理Fig.2 Orthophoto processing

圖3 工程傾斜攝影數(shù)據(jù)處理Fig.3 Data processing of Engineering oblique photography

系統(tǒng)采用三維可視化、GIS、框架配置等技術(shù),基于.Net、DevExpress、DirectX實現(xiàn)前端界面設(shè)計和工程三維可視化,利用影像拼接技術(shù)處理高分辨率工程影像。工程施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖4所示。

3.1 基于三維GIS的工程線路三維建模與施工進度仿真

基于三維建模技術(shù)構(gòu)建工程桿塔、絕緣子串、基礎(chǔ)三維精細化模型,利用三維GIS平臺將通道走廊三維精細化地形模型與桿塔、絕緣子串、基礎(chǔ)等電網(wǎng)要素模型進行組合,實現(xiàn)了對烏東德配套送出工程(廣州段)竣工狀態(tài)的可視化仿真。同時結(jié)合現(xiàn)場感知層設(shè)備采集的工程進度數(shù)據(jù),對工程當(dāng)前施工進度狀態(tài)進行可視化模擬,構(gòu)建虛擬孿生工程,針對工程施工過程中不同進度情況,通過構(gòu)建進度分層變色實現(xiàn)對不同施工進度的三維仿真,如圖5所示。

3.2 工程進度精細化管理

針對烏東德配套送出工程(廣州段)工程施工進度精細化管理需要,按照工程施工實際,對工程施工工序進行劃分,劃分為一級主體工序和二級工序,9 個一級工序為青賠、基礎(chǔ)開挖、基礎(chǔ)澆筑、接地工程、桿塔工程、架線準(zhǔn)備、架線、附件安裝、竣工驗收,二級工序包括各一級工序下如中心樁定位、塔基圍地、臨時道路圍地等。結(jié)合現(xiàn)場感知獲取的工程進度數(shù)據(jù),系統(tǒng)針對工程進度數(shù)據(jù)進行匯總和統(tǒng)計,并結(jié)合豐富多樣的圖表進行可視化展示。系統(tǒng)同時針對工程線路的每基桿塔進行進度精細化管控,對每基塔所處的工序狀態(tài)進行管理。

圖4 施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)功能架構(gòu)Fig.4 Function architecture of 3D visualization management and application system in construction process

通過實現(xiàn)計劃與進度對比分析,輔助用戶直觀把握工程施工進度狀態(tài),輔助制定、修正施工進度計劃。同時,結(jié)合數(shù)字化工地成果,對施工進度進行三維數(shù)字化仿真,重點針對不同施工工序、不同施工環(huán)節(jié)結(jié)合地理位置、三維模型進行可視化表達、模型仿真、查詢追溯、統(tǒng)計分析,實現(xiàn)施工進度“一張圖”,快速、按反映工程及施工進度具體情況,如圖6所示。

3.3 工程施工人員精細化管理

圖5 施工進度三維可視化仿真Fig.5 Three dimensional visual simulation of construction progress

系統(tǒng)對整個工程的施工人員實名制信息進行管理并建立人員實名制信息庫,實現(xiàn)對施工人員實名制管控,工程施工作業(yè)人員基于信息采集A P P 開展現(xiàn)場人員信息采集、每日考勤打卡,系統(tǒng)通過接入人員信息數(shù)據(jù)、人員進出場打卡數(shù)據(jù)實現(xiàn)人員到場率統(tǒng)計、人員進出場信息管理、人員基本信息查看等,輔助工程管理人員及時掌握工程現(xiàn)場施工作業(yè)人數(shù)、施工人員信息等重要資料,如圖7所示。

3.4 工程施工安全質(zhì)量監(jiān)控

在工程沿線布設(shè)大量的可拆卸移動攝像頭,通過對接視頻總站實現(xiàn)視頻監(jiān)工程現(xiàn)場視頻監(jiān)控信號的獲取,大屏系統(tǒng)采用四分屏實現(xiàn)監(jiān)控點的查看,如圖8 所示,同時支持監(jiān)控切換、攝像頭云臺控制、現(xiàn)場語音對話等功能,幫助工程項目部管理人員對工程現(xiàn)場施工安全質(zhì)量進行遠程監(jiān)控,對發(fā)現(xiàn)的問題進行及時通知。

3.5 工程施工質(zhì)量智能識別

結(jié)合攜帶高清攝像頭的巡檢無人機,如圖9所示。定期對工程沿線進行巡檢,對工程桿塔施工過程進行視頻/照片數(shù)據(jù)進行采集,結(jié)合已有的鐵塔螺栓、絕緣子串正負樣本庫,利用Faster RCNN網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練,對巡檢無人家采集的視頻/照片中螺栓螺帽缺失、絕緣子串破損等電力設(shè)備設(shè)施施工質(zhì)量缺陷進行自動識別標(biāo)記,輔助開展施工過程質(zhì)量督查,提高檢查效率,減少人力成本投入,降低高空爬塔作業(yè)等安全風(fēng)險隱患,杜絕安全事故發(fā)生。

圖6 施工進度“一張圖”Fig.6 "Construction progress" a chart

圖7 人員進出場實名制管理Fig.7 Real name management of personnel entering and leaving the field

圖8 工程在線實時監(jiān)控Fig.8 On line real-time monitoring of the project

圖9 施工質(zhì)量智能識別Fig.9 Intelligent identification of construction quality

4 烏東德配套送出工程(廣州段)精細化管控應(yīng)用情況

在烏東德電站送電廣東廣西特高壓多端直流示范工程廣東受端500kV交流配套工程(廣州段)施工過程中,通過利用工程施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)開展針對工程施工進度、工程作業(yè)人員、工程交叉跨越、工程施工安全、工程施工質(zhì)量等方面的施工過程精細化管控應(yīng)用。

4.1 工程施工進度管控

在烏東德配套送出工程(廣州段)中,通過信息采集A P P 實現(xiàn)針對日常工程進度數(shù)據(jù)的填報,結(jié)合工程施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)對工程施工進度指標(biāo)的可視化監(jiān)測,利用系統(tǒng)對塔基青賠、基礎(chǔ)工程、桿塔工程、架線工程等各階段工程施工進度情況進行了統(tǒng)計,并針對每基桿塔的進度數(shù)據(jù)進行掛接關(guān)聯(lián)與進度狀態(tài)查詢,同時結(jié)合通過對工程通道以及工程桿塔進行建模實現(xiàn)了工程的可視化仿真模擬和進度狀態(tài)仿真模擬,輔助管理者直觀的掌握工程整體建設(shè)狀態(tài)。針對工程實際進度計劃是否存在偏差,系統(tǒng)結(jié)合實際進度數(shù)據(jù)以及后臺管理的工程三級進度計劃進行了進度對比與糾偏。

4.2 工程每日作業(yè)人員管控

為滿足對工程現(xiàn)場作業(yè)人員的實名制管控要求,通過對工程全線各分包單位人員、特種作業(yè)人員、項目部管理人員的姓名、照片、資質(zhì)、健康情況等實名制信息進行采集,形成工程人員實名制信息庫,并形成每個人員的二維碼信息,同時結(jié)合A P P 端實現(xiàn)利用該二維碼實現(xiàn)現(xiàn)場人員考勤打卡,通過結(jié)合手機定位實現(xiàn)進出場打卡位置的確定,在系統(tǒng)中對人員打卡信息進行實時更新,對到崗到位人員進行統(tǒng)計,提高了對現(xiàn)場工程作業(yè)人員的管控。

4.3 工程沿線重要跨越物管理

通過對工程相關(guān)勘測資料進行收集,實現(xiàn)對工程通道走廊內(nèi)交叉跨越信息進行建模與可視化列表管理及定位,同時結(jié)合三維場景,對重要跨越物進行三維可視化仿真,并提供三維量算功能,實現(xiàn)導(dǎo)線到地面、交叉跨越物之間的三維距離量算。

4.4 工程現(xiàn)場視頻監(jiān)控

結(jié)合可拆卸便攜攝像頭,并配套以便攜式4G物聯(lián)WIFI設(shè)備,實現(xiàn)工程現(xiàn)場監(jiān)控視頻流的接入。在本工程中,由監(jiān)理方每日攜帶一定數(shù)量的攝像頭及WIFI設(shè)備,針對工程重要風(fēng)險點施工進行攝像頭布設(shè),項目管理人員可直接基于系統(tǒng)對現(xiàn)場施工作業(yè)情況進行查看,同時結(jié)合攝像頭配套的音頻輸出模塊實現(xiàn)與現(xiàn)場的通信交流,保證了現(xiàn)場問題的及時發(fā)現(xiàn)及整改。

4.5 工程施工質(zhì)量管控

在工程建設(shè)過程中,工程監(jiān)理人員結(jié)合信息采集APP對工程各桿塔位置處開展現(xiàn)場照片采集與上傳,針對現(xiàn)場拍攝發(fā)現(xiàn)的問題提醒施工單位進行及時整改,提升項目管理人員開展對施工過程中施工質(zhì)量的監(jiān)督和檢查效率。

在竣工驗收階段,通過采用巡檢無人機并結(jié)合深度學(xué)習(xí)算法對工程塔頭螺栓缺失、絕緣子串破損等缺陷問題進行目標(biāo)識別和缺陷定位,降低爬塔作業(yè)風(fēng)險,提高竣工驗收質(zhì)檢效率。

5 結(jié)語

為積極響應(yīng)國家對于加快應(yīng)用“云大物移智鏈”等新技術(shù)的要求,提高輸電線路工程施工過程精細化管理水平,通過結(jié)合移動APP、無人機航攝、三維GIS、虛擬仿真等技術(shù),建設(shè)“工程施工過程三維可視化管理與應(yīng)用系統(tǒng)”,充分整合資源及數(shù)據(jù)掌控工程進度、現(xiàn)場安全等情況,進行宏觀管理和決策,對于加強工程進度計劃管理,提高工程精細化管理水平具有重要的意義,為后續(xù)輸電工程建設(shè)開展精細化過程管控提供參考。

同時,針對輸電線路建設(shè)過程的精細化管控可繼續(xù)在智能化、便捷化上進行探索和深化,進一步結(jié)合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù),加強現(xiàn)場數(shù)據(jù)的智能采集與數(shù)據(jù)的共享復(fù)用,進一步提高輸電線路精細化管理能力與管理效率。