國網(wǎng)甘肅省電力公司定西供電公司 趙學(xué)文 劉小虎 郝 祉 曹鴻凱

建立一種基于三維全景可視化的變電站智慧管理平臺，通過對變電站三維實景建模、人工智能應(yīng)用、大數(shù)據(jù)融合承載及豐富的三維可視化智能管控應(yīng)用，實現(xiàn)對變電站全站前期策劃、施工人員動態(tài)管控、施工全過程管控、設(shè)備三維實體對位、施工方案三維演示及施工全過程數(shù)據(jù)統(tǒng)計與對比等功能，提升變電站建造的管理效率和決策效率等，實現(xiàn)精細(xì)化、智慧化管控[1]。

隨著國家電網(wǎng)公司電網(wǎng)建設(shè)進(jìn)入一個新時期，電網(wǎng)建設(shè)正在由傳統(tǒng)建管模式向智能化不斷轉(zhuǎn)變。電力建設(shè)需要緊跟時代潮流，積極推動智能化管控，解決施工現(xiàn)場存在的諸多問題[2]，實現(xiàn)由傳統(tǒng)管理向智能化、高效化轉(zhuǎn)變。提升施工現(xiàn)場管理“智慧化”水平，豐富監(jiān)管手段，推動工程向基建管理智能化、建設(shè)工地智慧化升級，打造安全、可靠、綠色、高效的智能電網(wǎng)。

1 傳統(tǒng)工程管理現(xiàn)狀分析

勞務(wù)用工方面。變電站建設(shè)大多采用分包，施工人員來自勞務(wù)分包單位，現(xiàn)場工種種類繁多、綜合素質(zhì)不高、管理人員重點(diǎn)不明確，造成現(xiàn)場管理難度增大。對于管理單位而言，管理水平即代表著工程安全、質(zhì)量可以達(dá)到的水平。管理模式的落后、低效是目前管理存在的主要問題，傳統(tǒng)的管理模式已完全不能滿足目前科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需求。

物資管理方面。工程乙供物資管理主要由施工單位自行負(fù)責(zé)采購、供貨，物資采購方面受到約束力小，到貨檢查無法深層次進(jìn)行，現(xiàn)場應(yīng)用需要大量的人員進(jìn)行跟蹤檢查且無法準(zhǔn)確對使用量進(jìn)行記錄，往往是在工程結(jié)束時才能發(fā)現(xiàn)存在的偏差，不利用過程中管控，造成損失[3]。

安全管理方面。安全管理一直是變電站施工管理中的重中之重，重點(diǎn)包括深基坑作業(yè)防護(hù)、臨時用電管理、危險品存放管理、機(jī)械設(shè)備操作安全、高空作業(yè)安全等。安全管理主要針對人的不安全行為與物的不安全因素進(jìn)行，且依賴于管理人員的現(xiàn)場定期和不定期檢查的方式，容易出現(xiàn)安全隱患。變電站施工過程中高空作業(yè)多、露天作業(yè)多，大多數(shù)作業(yè)人員均為分包人員及廠家人員，安全意識淡薄、自我約束力差、僥幸心態(tài)較重。紙面交底無法讓現(xiàn)場施工人員真正了解違章作業(yè)所帶來的嚴(yán)重后果，未真正消除安全隱患。

信息管理方面。變電站建設(shè)尤其是大型變電站建設(shè)過程中參建方多，通常都以會議形式解決建設(shè)過程中的各種問題，這種方式牽扯管理人員較多精力且落實較慢。此方式不利于對現(xiàn)場的整體管理與決策，管理決策者收集的信息存在不及時性、重復(fù)性及不完整性，對現(xiàn)場實際情況了解方式單一，導(dǎo)致不能及時采取有效措預(yù)防和改進(jìn)措施[4]。

機(jī)械設(shè)備管理方面。在進(jìn)場機(jī)械設(shè)備管理中，目前僅通過相關(guān)施工機(jī)械的報審和簽證，但無法做到施工機(jī)械使用過程中對機(jī)械本身工作狀態(tài)及操作人員的監(jiān)控。施工機(jī)械數(shù)量、狀態(tài)能否滿足工程實際施工需求僅靠管理者經(jīng)驗判斷，缺乏有效數(shù)據(jù)支撐。同時也無法實時對施工機(jī)械進(jìn)行檢查，存在安全隱患。

2 變電站智慧管理平臺建設(shè)

根據(jù)施工現(xiàn)場實際管理需求，通過布置不同的子系統(tǒng)實現(xiàn)人員、機(jī)械、安全、質(zhì)量、環(huán)境等全方位、全過程的管控。建造智慧管理平臺實現(xiàn)對眾多子功能的集成、統(tǒng)一管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、操作關(guān)聯(lián)、流程關(guān)聯(lián)等。從被動遇到問題、解決問題到主動發(fā)現(xiàn)問題（圖1）。

圖1 變電站智慧管理平臺

2.1 三維實景重建

利用三維模型實現(xiàn)前期策劃?！爸腔燮脚_”通過BIM 建模手段，對施工場地內(nèi)各施工區(qū)的劃分、起重設(shè)備的定位、場區(qū)道路的布置、車輛行駛路線、配電箱位置、施工用水管線進(jìn)行模擬，落實安全、質(zhì)量、進(jìn)度等各項管控要求。

實現(xiàn)各設(shè)計專業(yè)協(xié)同設(shè)計。在施工過程中往往會出現(xiàn)預(yù)留孔洞、消防、照明、智能輔助管線安裝問題。面對這些情況，墻體上二次開鑿影響墻面施工質(zhì)量及觀感，易造成墻面質(zhì)量通病且不能做到完全精準(zhǔn)定位。而通過“智慧管理”平臺，通過三維模型直觀展示所有孔洞及管線位置，結(jié)構(gòu)、電氣、消防、照明、智能輔助等各專業(yè)設(shè)計人員可在同一個模型上進(jìn)行設(shè)計，實現(xiàn)各專業(yè)協(xié)同設(shè)計，按照模型完成設(shè)計圖紙修改。提高設(shè)計圖紙準(zhǔn)確率及各專業(yè)接口配合，同時可通過模型落實各項管控要求。

土建電氣精確配合?？汕逦宫F(xiàn)電氣設(shè)備位置及設(shè)備安全距離，并根據(jù)實際位置確定相關(guān)槽盒、埋管定位，并在施工過程中通過數(shù)據(jù)對比及時進(jìn)行糾正，解決電氣設(shè)備埋管定位難、偏差不易控制及基礎(chǔ)后開孔造成的破壞不易修復(fù)問題。

3 全過程施工視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)融合

圖2 三維實景重建

通過現(xiàn)場布置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)（固定、移動、手持）對施工現(xiàn)場實行全天候全覆蓋監(jiān)控。并可與現(xiàn)場各個管理模塊聯(lián)動，實時掌握現(xiàn)場動態(tài)，便于參建各方對現(xiàn)場進(jìn)行管理。提升管控人員工作效率、降低管理成本，變被動管控為主動管控。視頻監(jiān)控覆蓋范圍、選用設(shè)備類型及實現(xiàn)目的如下：

工地入口處。高清槍式攝像機(jī)/記錄工人進(jìn)出場信息；建筑材料碼放區(qū)。高清槍式攝像機(jī)/監(jiān)控施工物資使用情況；材料加工區(qū)。高清槍式攝像機(jī)/監(jiān)控施工人員規(guī)范作業(yè)；圍墻周邊。高清網(wǎng)絡(luò)球機(jī)/監(jiān)控作業(yè)區(qū)域周圍情況；固定施工區(qū)域。360度高清球機(jī)/可360度全景成像；構(gòu)架。熱成像測溫攝像機(jī)/消防火情監(jiān)控及工地全貌；吊裝區(qū)?？梢苿?60度高清球機(jī)/監(jiān)控施工人員規(guī)范作業(yè)。

3.1 人員管控應(yīng)用

施工前，可以對施工班組人員進(jìn)行信息采集錄入并建立人員檔案。通過智能安全帽的使用可實施監(jiān)測現(xiàn)場作業(yè)工種及人員數(shù)量、作業(yè)區(qū)域及作業(yè)行為，便于管理。

3.2 施工過程管控

利用傳感設(shè)備對深基坑開挖過程及模板支護(hù)進(jìn)行全過程監(jiān)測；對大體積混凝土的溫度等參數(shù)及腳手架安全狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并將采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳回數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整理分析，為工程施工提供科學(xué)有效的數(shù)據(jù)支撐[5]；利用無人機(jī)等設(shè)備對施工現(xiàn)場原始地貌進(jìn)行掃描，建立原始地貌立體數(shù)據(jù)模型，并將設(shè)計圖紙中相關(guān)數(shù)據(jù)錄入，分析并確定土方使用量，減少施工量、提高土方利用率，做到土方平衡，并為技經(jīng)結(jié)算提供數(shù)據(jù)支撐。

現(xiàn)場布置一體化環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，對施工現(xiàn)場的揚(yáng)塵、噪聲、風(fēng)力、溫濕度、氣壓、顆粒度濃度等參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控，并對相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析、實現(xiàn)預(yù)警。有利于現(xiàn)場高空作業(yè)、構(gòu)架吊裝、GIS、主變等關(guān)鍵設(shè)備及相關(guān)風(fēng)險作業(yè)管控；通過三維模型進(jìn)行VR 安全交底，將觸電、高空墜落、物體打擊、火災(zāi)、基坑坍塌、腳手架倒塌傷害等可能出現(xiàn)的安全事故，以三維動態(tài)的形式進(jìn)行全真模擬，給被交底人員帶來更直觀的感受，有效提高施工人員安全防護(hù)意識及在事故發(fā)生時采取正確的應(yīng)急措施，安全防護(hù)入腦、入心，達(dá)到現(xiàn)場安全教育交底和演練的目的。

利用BIM5D 技術(shù)對工程總體進(jìn)度進(jìn)行可視化動態(tài)管控，合理調(diào)配資源，優(yōu)化施工工序，劃分施工流水段，提高工程管理效率。將現(xiàn)場作業(yè)人員、機(jī)械身份識別牌以熱點(diǎn)形式錄入模型中，形成現(xiàn)場實時熱點(diǎn)圖，實時查看區(qū)域內(nèi)作業(yè)人員及機(jī)械投入情況。通過上道工序?qū)嶋H完成時間可以明確下道工序的開始時間，利于提前進(jìn)行人員、材料、機(jī)械相關(guān)準(zhǔn)備工作。將模型與里程碑計劃時間、施工進(jìn)度計劃時間與現(xiàn)場實際進(jìn)度信息相連接，及時獲取現(xiàn)場實際進(jìn)度信息并進(jìn)行對比，根據(jù)進(jìn)度進(jìn)站情況進(jìn)行合理的資源調(diào)配，實現(xiàn)成本控制及精細(xì)化管理。

將標(biāo)準(zhǔn)工藝庫及相關(guān)規(guī)范要求導(dǎo)入模型建立工程現(xiàn)場工藝庫，并利用現(xiàn)場視頻設(shè)備，通過視頻、照片、數(shù)據(jù)的方式對現(xiàn)場關(guān)鍵工序、隱蔽工程施工全過程可視化管控，制作成全過程影像記錄。通過與工藝庫的對比及時發(fā)現(xiàn)施工過程中存在的不足與問題，及時采取糾偏措施，保證施工質(zhì)量與工藝。同時也可將風(fēng)險清冊與智慧平臺進(jìn)行關(guān)聯(lián)，準(zhǔn)確的在模型上顯示作業(yè)內(nèi)容、作業(yè)部位、作業(yè)風(fēng)險、作業(yè)人員及相關(guān)措施落實情況。

建立電纜敷設(shè)三維模型、實現(xiàn)電纜模擬敷設(shè)，為電纜敷設(shè)提供準(zhǔn)確的空間關(guān)系，提前解決實際敷設(shè)中可能出現(xiàn)的問題，通過對電纜長度、端頭余量及線管彎頭長度值的匯總，可以精確得出電纜用量，避免施工過程中出現(xiàn)電纜剩余或不足的情況。加快施工速度，提高施工質(zhì)量，提高施工材料利用率[6]。

3.3 現(xiàn)場施工機(jī)械管控

平臺基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過攝像頭、各類傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，實時監(jiān)測現(xiàn)場情況，并將數(shù)據(jù)同步至智慧管理平臺管理平臺，對機(jī)械設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控。顯示施工現(xiàn)場的機(jī)械設(shè)備種類與數(shù)量、型號、操作人員信息、機(jī)械設(shè)備維修保養(yǎng)狀況等信息。管理者可隨時隨地通過智慧管理平臺管理平臺獲取機(jī)械設(shè)備管理信息。

3.4 實現(xiàn)全過程閉環(huán)管理

現(xiàn)場管理人員直接通過移動終端APP 將隱患問題拍照上傳，同時填寫內(nèi)容、區(qū)域、責(zé)任人、整改期限、處罰措施等信息。將檢查結(jié)果推送至相關(guān)整改負(fù)責(zé)人。整改后拍照上傳至系統(tǒng)，經(jīng)復(fù)查合格后形成整改閉環(huán)。通過智慧管理平臺平臺和移動智能終端應(yīng)用，實現(xiàn)工地現(xiàn)場安全全過程在線檢查、施工人員安全定位、機(jī)械設(shè)備安全監(jiān)測、現(xiàn)場可視化管理，保障項目順利實現(xiàn)安全環(huán)保目標(biāo)。

3.5 施工方案可視化交底、模擬施工

通過深化BIM 技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)復(fù)雜工序模擬施工?？梢酝ㄟ^智慧平臺對施工方案進(jìn)行施工前比較，從而實現(xiàn)方案優(yōu)化。同時可以對安裝精度較高的電氣設(shè)備進(jìn)行模擬安裝，最大程度控制安裝誤差，提高質(zhì)量。

圖3 模擬施工

4 結(jié)語

本文通過建設(shè)與應(yīng)用基于信息全景可視化的變電站智能管控一體化平臺，在建立全站設(shè)備及場景三維物理模型、可視化、模擬施工的基礎(chǔ)上，涵蓋變電站設(shè)計、施工全過程管控，從質(zhì)量、安全、進(jìn)度、物資、人員、機(jī)械多方面進(jìn)行管控，提升了變電站建設(shè)管理效率。