吳靖 許杰 夏孝俊 呂海霞 羅俊

本文分析建立配網(wǎng)施工安全承載力的必要性，并基于機(jī)器學(xué)習(xí)線性回歸模型提出了配網(wǎng)施工安全承載力分析的模型和算法，通過(guò)對(duì)配網(wǎng)施工安全承載力風(fēng)險(xiǎn)要素的分析和評(píng)估，實(shí)現(xiàn)基層單位月生產(chǎn)計(jì)劃和周生產(chǎn)計(jì)劃安排的合理量化，確保計(jì)劃周期內(nèi)各工作日的人員力量、裝備使用不超規(guī)定的限值，最大限度實(shí)現(xiàn)人、才、物資源合理配置，以滿足安全工作要求和應(yīng)對(duì)突發(fā)性應(yīng)急故障搶修需求，從源頭上提高安全生產(chǎn)管理水平。

一、引言

隨著社會(huì)發(fā)展速度的不斷加快，電力行業(yè)配網(wǎng)工程也急劇增多，伴隨而來(lái)的是配網(wǎng)施工任務(wù)猛增，資源配置與配網(wǎng)施工任務(wù)之間的矛盾也在不斷增加，從而帶來(lái)了有限的人、才、物資源如何與繁重的配網(wǎng)施工任務(wù)相匹配的管理難題，主要表現(xiàn)在以下三方面：

第一，配網(wǎng)施工計(jì)劃管理手段滯后，主要表現(xiàn)在月計(jì)劃、周計(jì)劃、日計(jì)劃安排不合理，生產(chǎn)班組經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的情況，導(dǎo)致無(wú)法滿足配網(wǎng)施工工程對(duì)安全生產(chǎn)的要求，對(duì)公司應(yīng)對(duì)突發(fā)性應(yīng)急故障搶修也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。

第二，配網(wǎng)施工人員相對(duì)不足，工程分包的工程建設(shè)模式雖為繁重的配網(wǎng)施工任務(wù)帶來(lái)了人力補(bǔ)充，但作業(yè)人員作業(yè)水平參差不齊，施工人員素質(zhì)良莠不齊的現(xiàn)象，也極大增加了配網(wǎng)施工現(xiàn)場(chǎng)安全管控的難度。

第三，當(dāng)前的安全承載能力分析模式相對(duì)比較被動(dòng)，基本采用的是后調(diào)整模式，即默認(rèn)所安排的工作計(jì)劃是屬于承載能力范圍內(nèi)的情況下，安排和調(diào)整人員力量、物資裝備，無(wú)法保證有足夠的人力、物力完成風(fēng)險(xiǎn)控制。

因此，公司迫切需要對(duì)配網(wǎng)施工安全承載力分析進(jìn)行深入的研究，建立安全承載力分析模型，對(duì)本單位各級(jí)生產(chǎn)組織的承載力實(shí)現(xiàn)數(shù)字量化，研究并實(shí)現(xiàn)安全承載力分析算法，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)與承載力的合理匹配。通過(guò)安全承載力分析算法，將現(xiàn)場(chǎng)工作與風(fēng)險(xiǎn)管控工作有機(jī)結(jié)合，及時(shí)掌握工作負(fù)責(zé)人的技術(shù)技能水平，確保工程現(xiàn)場(chǎng)安全管控形成閉環(huán)。

二、安全承載力分析模型和算法

（一）分析模型

研究安全承載力分析模型的主要分為模型選擇、數(shù)據(jù)預(yù)處理、統(tǒng)一數(shù)據(jù)維度和模型訓(xùn)練四個(gè)步驟。

1.模型選擇

建模的首個(gè)步驟是模型選擇，綜合分析評(píng)估多個(gè)模型，選擇更合適的模型?？紤]到線性回歸在經(jīng)濟(jì)學(xué)、流行病學(xué)等領(lǐng)域都有較好的應(yīng)用，與配網(wǎng)施工作業(yè)繁多、安全承載力分析關(guān)鍵因素多且權(quán)重未量化的實(shí)際情況相符合，因此配網(wǎng)施工安全承載力分析選擇了線性回歸模型和算法開(kāi)展研究與應(yīng)用。

2.數(shù)據(jù)預(yù)處理

將公司2018年5月至2020年5月的配網(wǎng)施工作業(yè)數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，訓(xùn)練數(shù)據(jù)主要抽取作業(yè)時(shí)間、作業(yè)班組、班組承載力值、作業(yè)地點(diǎn)、作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)類型、工作負(fù)責(zé)人、工作負(fù)責(zé)人承載力值、技能等級(jí)、施工人員數(shù)量、外包隊(duì)伍數(shù)量、外包隊(duì)伍星級(jí)、工器具類型、工器具數(shù)量、所需工作時(shí)長(zhǎng)、作業(yè)空間、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、施工環(huán)境溫濕度共18個(gè)字段作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并抽取近3個(gè)月的數(shù)據(jù)，作為測(cè)試數(shù)據(jù)。訓(xùn)練數(shù)據(jù)的目的是通過(guò)數(shù)據(jù)所建立的模型以及給的測(cè)試數(shù)據(jù)，得出測(cè)試數(shù)據(jù)相應(yīng)的安全承載力預(yù)測(cè)值，為進(jìn)一步驗(yàn)證和優(yōu)化模型提供輔助。在數(shù)據(jù)預(yù)處理前，需要先對(duì)缺失的數(shù)據(jù)值進(jìn)行補(bǔ)齊操作，對(duì)于部分?jǐn)?shù)據(jù)可以使用程序采用均值的方式補(bǔ)齊數(shù)據(jù)，使得效率和準(zhǔn)確度更高。

3.統(tǒng)一數(shù)據(jù)維度

數(shù)據(jù)的取值一般跟屬性有關(guān)系，但配網(wǎng)施工作業(yè)的屬性是很多的，有些值很小但不代表不重要，有些值很多但不代表有用，所以為了提高預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度，需要統(tǒng)一數(shù)據(jù)維度進(jìn)行計(jì)算，再進(jìn)一步驗(yàn)證、修正更為合適。經(jīng)驗(yàn)證，統(tǒng)一適合配網(wǎng)施工安全承載力分析的數(shù)據(jù)維度主要為施工作業(yè)（包括各作業(yè)類型和不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)等），安全工器具（包括工器具類型、工器具數(shù)量），工作負(fù)責(zé)人（包括技能等級(jí)、負(fù)責(zé)人星級(jí)），外包隊(duì)伍資信（包括外包隊(duì)伍數(shù)量、外包隊(duì)伍星級(jí)、施工業(yè)績(jī)）。

4.模型訓(xùn)練

使用線性函數(shù)進(jìn)行調(diào)用訓(xùn)練，使用梯度下降法獲得誤差最小值，使用均方誤差法來(lái)評(píng)價(jià)模型的好壞程度，并抽取了配電一班2020年度1月15日至6月15日的數(shù)據(jù)結(jié)果，使用畫(huà)布輸出畫(huà)圖進(jìn)行比較，以便于直觀體現(xiàn)此時(shí)間范圍內(nèi)配電運(yùn)檢一班日承載力分析目標(biāo)值（訓(xùn)練前根據(jù)實(shí)際情況評(píng)定的結(jié)果）與預(yù)測(cè)值（經(jīng)訓(xùn)練產(chǎn)生的結(jié)果）的情況，輸出結(jié)果如圖1所示。

（二）模型和算法實(shí)現(xiàn)

安全承載力分析模型的核心是以配網(wǎng)施工的月/周工作計(jì)劃和月工作計(jì)劃智能分配算法。該算法基于線性回歸模型和算法實(shí)現(xiàn)，融合了以檢修擬實(shí)投用工標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、工作負(fù)責(zé)人星級(jí)庫(kù)、大型安全工器具庫(kù)、外協(xié)隊(duì)伍資信庫(kù)，對(duì)配網(wǎng)施工計(jì)劃基于線性回歸逐項(xiàng)進(jìn)行分配，直到達(dá)到最優(yōu)的承載力，即各單位承載能力的適應(yīng)度標(biāo)準(zhǔn)差為最小值。在匹配完成后，給予承載力分析結(jié)果預(yù)警，重點(diǎn)標(biāo)注提示算法核算分配后仍存在過(guò)載、欠載的情況。此時(shí)計(jì)劃管理員可對(duì)計(jì)劃進(jìn)行人工調(diào)整，調(diào)整后重新給予實(shí)時(shí)承載力分析。

安全承載力分析算法的執(zhí)行流程如下：

1.制定本單位的月度和周工作計(jì)劃，并基于《檢修擬實(shí)投用工標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)》來(lái)明確各種技術(shù)難度的工作所需的作業(yè)人員數(shù)量、技能水平和有效工作時(shí)間，核算出各項(xiàng)工作所需外包隊(duì)伍星級(jí)、工作負(fù)責(zé)人星級(jí)、工作人員數(shù)量、工時(shí)、大型工器具要求等內(nèi)容。

2.基于大型安全工器具庫(kù)、外協(xié)隊(duì)伍資信庫(kù)和工作負(fù)責(zé)人星級(jí)庫(kù)，采用線性回歸算法對(duì)工作計(jì)劃逐項(xiàng)分配，并在分配時(shí)，實(shí)時(shí)計(jì)算各班組安全承載能力的狀態(tài)和分布。判斷結(jié)果使用欠載、適應(yīng)、較適應(yīng)和過(guò)載進(jìn)行安全承載力區(qū)域劃分，其中“欠載”表示派出組數(shù)比最大組數(shù)少3組，即有3組作為后備力量參與突發(fā)性故障應(yīng)急搶修，“適應(yīng)”和“較適應(yīng)”分別表示有2組和1組作為后備力量參與突發(fā)性故障應(yīng)急搶修，“過(guò)載”則表示已無(wú)后備力量參與突發(fā)性故障應(yīng)急搶修。

3.由系統(tǒng)進(jìn)一步判斷月/周生產(chǎn)計(jì)劃能否調(diào)整，如果可以繼續(xù)調(diào)整，則開(kāi)始進(jìn)行調(diào)整計(jì)算、優(yōu)化工作分配，否則輸出相應(yīng)結(jié)果。

4.當(dāng)無(wú)法進(jìn)行調(diào)整時(shí)，對(duì)于存在“欠載”、“過(guò)載”的情況由系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)提醒預(yù)警，可由計(jì)劃管理員手工進(jìn)行人工調(diào)整，并實(shí)時(shí)計(jì)算各單位的承載狀態(tài)。

三、安全承載力分析工具實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

（一）開(kāi)發(fā)平臺(tái)

本文介紹的安全承載力分析算法核心是采用線性回歸對(duì)工作計(jì)劃逐項(xiàng)分配，線性回歸作為機(jī)器學(xué)習(xí)中有監(jiān)督學(xué)習(xí)機(jī)制的深度學(xué)習(xí)算法，其主要的特點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)快速建模、高效計(jì)算，支持大批量數(shù)據(jù)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。本文基于TensorFlow平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)安全承載力分析工具，實(shí)現(xiàn)安全承載力分析的算法，為確認(rèn)配網(wǎng)施工作業(yè)任務(wù)安排的合理性和配網(wǎng)施工作業(yè)計(jì)劃可調(diào)性提供輔助支撐。

（二）主要應(yīng)用

通過(guò)安全承載力工具應(yīng)用，平臺(tái)自動(dòng)計(jì)算出各生產(chǎn)組織的月、周、日安全承載力，并將月計(jì)劃控制在“適應(yīng)”，將周計(jì)劃控制在“適應(yīng)”與“較適應(yīng)”之間，將日計(jì)劃控制在“較適應(yīng)”，滿足安全工作要求，同時(shí)確保有足夠的力量應(yīng)對(duì)突發(fā)性應(yīng)急故障搶修。

安全承載力工具應(yīng)用計(jì)算生產(chǎn)班組安全承載力實(shí)時(shí)計(jì)算結(jié)果如表1所示。

安全承載力工具應(yīng)用周期內(nèi)生產(chǎn)班組的安全承載力分析統(tǒng)計(jì)表如表2所示。分析的時(shí)間內(nèi)，配電運(yùn)檢、營(yíng)業(yè)等三個(gè)班組的工作負(fù)責(zé)人數(shù)量保持穩(wěn)定，當(dāng)天計(jì)劃作業(yè)人數(shù)變化，預(yù)留搶修人數(shù)為班組現(xiàn)有總?cè)藬?shù)與當(dāng)天計(jì)劃作業(yè)人數(shù)之差，比例均為與班組現(xiàn)有中人數(shù)對(duì)比所得。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文介紹的安全承載力分析模型和算法可有效破解公司現(xiàn)有的人、才、物資源如何與配網(wǎng)施工任務(wù)相匹配的管理難題，通過(guò)量化各生產(chǎn)組織安全承載力，并據(jù)此建立配網(wǎng)施工任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)與安全承載力匹配機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)配網(wǎng)施工計(jì)劃柔性調(diào)整的輔助決策，促使生產(chǎn)組織人力資源得到合理配置，實(shí)現(xiàn)作業(yè)計(jì)劃和人力、物力相匹配、作業(yè)項(xiàng)目和人員技能相適應(yīng)、作業(yè)進(jìn)度和計(jì)劃時(shí)間相協(xié)調(diào)，最大限度實(shí)現(xiàn)人、才、物資源合理配置，可有效增加員工滿意度、提高生產(chǎn)效率、降低作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、提高電網(wǎng)可靠性，從而提升公司效益。

作者單位：浙江大有實(shí)業(yè)有限公司杭州科技發(fā)展分公司

基金項(xiàng)目：浙江大有集團(tuán)有限公司科技項(xiàng)目（2020-DY23）