电网基建工程智慧工地建设方法.pdf

2023 年 7 月电网基建工程智慧工地建设方法梁俊（国网陕西省电力有限公司，陕西 西安 710076）【摘要】电网基建工程是优化电力资源供应状态尧提升电力供应保障能力的关键举措遥 研究智慧工地在电网基建工程施工建设中的应用袁明确实时感知尧在线服务尧全面监督 3 项关键的电网基建工程智慧工地建设目标袁进而提出电网基建工程智慧管理平台的设计与实现方法袁从三维进度可视化尧人员车辆管控尧安全风险管理尧智能感知管理尧视频监控以及智能分析 6 个方面检验电网基建工程智慧工地的建设效果遥实践表明袁以数字化手段促进工程信息的高效共享袁深入分析数据以提升数据的可用性袁主动控制工程施工条件袁工程施工状况良好袁起到提质增效的效果遥【关键词】电网基建曰智慧工地曰建设目标曰设计与实现曰实践应用【中图分类号】TU17【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）07-0070-030 引言在加快企业数字化转型升级、培育转型支撑服务生态的背景下，各行业相关企业均积极探索发展策略。对于电网基建行业来说，智慧建设属于重要的发展方向，需推动智慧建设应用发展，提高行业数字化发展水平。而智慧工地的建设具有系统性，涵盖的理念和方法多样，深入探讨电网基建工程智慧工地建设方法具有重要意义。1 智慧工地在电网基建工程中的应用智慧工地自 2015 年被首次提出便备受工程行业的关注，业内人士相继研究智慧工地建设方法。随着大数据、物联网等技术的快速发展，加快了工地的智能化改造进程，协同多项技术可深度发掘以及高效应用各项信息，显著提升工程管理的可视化水平和智能化水平，进一步实现安全生产、质量可靠、经济高效、绿色生态等现代工程管理目标。但我国电网基建工程应用智慧工地的经验相对有限，与真正意义上的数字化、智能化目标仍有较大差距。过于侧重对施工现场可视化的视频监测，而未充分关注工程人员、材料、机械设备等重要生产要素。电网基建工程建设具有覆盖面广、细节多、隐患大等特殊性，加强施工现场管理势在必行。但仅依靠监理项目部、业主项目部等主体的传统人员监管模式缺乏可行性，一方面人员管理存在疏忽，反而滋生安全隐患，另一方面将由于过量增加管理人员而导致成本攀升，因此现有管理手段有待改进。在参考国内外先进电网基建工程管理系统的基础上，联合采用无线射频定位、物联网、三维虚拟仿真、智能传感器等技术，提升施工现场管理的全面性和实时性，方便管理人员及时查看工程各处的施工状况，评估施工安全和施工质量，对比分析实际进度和计划进度，确保安全管理体系有效运转，为智慧工地建设打下坚实的基础。本文以电网基建工程建设为背景，立足此类工程的建设特点，确定智慧工地建设目标，提出一种结合建筑信息模型（building informationmodeling,BIM）、人工智能、云计算等技术于一体的智慧管理平台，阐述设计与实现方法，并检验智慧工地建设效果1。2 电网基建工程智慧工地的建设目标2.1 实时感知电网基建工程建设条件错综复杂，实时感知以及收集工程信息是有效管理的重要前提。在电网基建工程建设阶段，主要应用物联网技术收集场地数据、场地视频资料等信息，再初步分类信息，以便后续进行精细化整理和处理信息，在信息指导下采取适用于当前工程环境的管理措施。实时感知的信息具有时效性，可规避因信息延误而引起的质量以及安全问题。2.2 在线服务在传统的电网基建工程建设模式中，传达指令的效率较低，需要依靠相关制度逐级上报施工问题，待上级获取信息后，再制定解决措施，逐层向下落实到位。全程耗费的时间多，且容易由于未及时处理施工问题而引起异常状况。建设智慧工地可在工程施工现场配置移动设备，用于及时反映问题，且管理人员可在现场完成交流，突破时间和空间对管理活动的限制。智慧工地可及时发现、快速反馈、精准解决各类问题，有效缓解电网基建工程的建设压力。2.3 全面监督在城市化进程背景下，城市建设规模大，各类用电力信息702023 年 7 月电设施的用电量持续提升，对电网基建工程质量提出了更高的要求。若采用传统监管模式，存在监管不透明的弊端，部分问题难以在短时间内被妥善解决，且容易激化管理人员和施工人员的矛盾。在智慧工地建设模式下，可快速获取电网基建工程的各项信息，及时察觉到不正确的操作内容，针对当前存在的问题制定管理方案，尽快使电网基建工程恢复正常状态。基于智慧工地建设模式下的现场监管还具有透明化特征，监管活动公平、公正，能够避免因监管透明度不足而导致各参与方产生矛盾2。3 电网基建工程智慧管理平台的设计与实现3.1 总体架构设计在工程现场部署物联传感设备，将外部多源数据接入基建全过程智慧管理平台，在信息传递、现场施工、监督管理之间建立起关联，由平台提供人员管理、安全风险辨识、质量管理、进度管理、物联感知等功能，达到智能化管控目标。通过构建智慧管理平台，可减轻电网基建工程管理人员的劳动强度，提高管理水平。智慧管理平台的总体架构包含以下 4 个层次。（1）感知层。属于信息采集的核心组成部分，工作原理是在现场布置摄像头、电气火灾监测传感器等设备，用于识别电网基建工程现场施工环境，以便进行后续的信息传递、处理等操作。（2）网络层。属于感知层和数据层之间的连接部分，是数据建设的核心纽带，采用专线、有线及无线网络，开放协议等，确保连接的准确性和高效性。感知层获取现场信息后，经由网络层传输至数据层，进而集中处理数据。（3）数据层。提供接收、存储、处理数据的功能，属于数据交互处理的核心部分，在电网基建工程智慧管理平台中，数据层可处理智慧管理平台业务数据、三维模型数据等。（4）应用层。以数据处理结果为参考，利用数据指导工程活动的开展，根据功能需求，包含安全风险管控、人员管理、车辆管理等功能模块。应用层基于业务和工程形象化展示的需要而产生，属于面向用户的窗口，设计时要高度重视应用层的人机交互性3。3.2 系统部署架构设计在电网基建工程智慧管理平台适配服务区，系统部署架构如图 1 所示。根据系统信息安全防护要求，设置防火墙和入侵检测设备保障系统；根据服务器高效率运行要求，分离部署前后端，以提高数据处理水平。3.3 物联接口设计以轻量化方式部署电网基建工程现场物联传感设备，现场部署安全监控、定位服务、视频交互及识别考勤 4 类传感设备。其中，视频监控类设备的视频流数据接入网省公司物联传感设备管理中心，确保数据得到全面传输和完善的存储；识别考勤类设备的接入采用 安全防范视图计算联网系统信息传输、交换、控制技术要求（GB/T 281812011）；其他各类智慧工地的物联传感设备数据将被推送至物联传感服务器。由于数据类型的多样化，综合应用消息队列遥测传输（message queuing telemetry transport,MQTT）协议、RESTful 接口协议定制中间层等，保证各类数据接入的可靠性，实现服务器对用户端请求的快速响应。电网基建工程智慧管理平台在网页端和 APP 端展示控制推送的数据，与指挥中心大屏建立起关联，根据实际工作需求接入、调取、显示、控制视频图像4。4 电网基建工程智慧管理平台应用场景以某 1 000 kV 特高压变电站为例，现场建设时采用前述提及的智慧管理平台，针对平台在本工程中的应用情况，做如下分析。4.1 三维进度可视化电网基建工程实景精细化建模采用 Unity3D 展示技术，分别针对土建、安装、调试各阶段采取管理措施。可根据接入的数据，对比实际进度与变电站一级、二级网络计划，确定进度完成情况以及是否存在进度延后的问题，如实反映进度管理状况，辅助工程管理人员确定当前电网基建工程实际进度，采取管控措施。赋予渲染模型不同的颜色，无色或模型自身正常颜色表示施工完成，绿色表示正在施工，黄色表示进度滞后，管理人员可拖动进度条及时查看各道图 1 系统部署架构智慧管理平台用户端防火墙智慧管理平台服务器视频数据存储人工智能分析服务器中心服务器 流媒体服务器视频服务器MySQL数据服务器缓存远程字典服务InfluxDB三维模型文件服务器电力信息712023 年 7 月工序的三维场景，三维场景直观呈现土建、安装调试、验收等工序的进度。4.2 人员车辆管控本工程现场施工作业面较为集中，施工交叉节点丰富，人员和施工车辆均较多，若施工方法不合理、现场管理不到位，均容易引起质量问题乃至安全事故。因此，需在现场配置管控设备，作为辅助工具帮助管理人员掌握现场状况，采取管理措施，有效规避隐患。例如，在现场设置人脸识别闸机，用于统计人员进出情况，作为施工单位、监理单位等各相关单位分析人员到岗情况和在岗作业时间的重要依据；设置车闸识别设备，采集车辆进出场时间和停留时间等信息，直观地将其展现，方便管理人员调度工程施工车辆。4.3 安全风险管理电网基建工程施工期间的安全风险管理至关重要，需要精准识别施工期间的各项安全风险，及时采取管控措施，力争在源头上消除隐患，减小安全事故引起的不良影响。在本工程中，管理人员高度重视工程施工全流程的安全风险管理，根据全面管理和精细化管理原则建立安全管控模式，覆盖施工前预控、施工期间管控以及施工后追溯三大部分，在及时辨识和处理风险的同时，从既有安全风险管理工作中总结经验，持续提高工程的安全风险管理水平。4.4 智能感知管理在施工现场布置气象监测传感器，用于重点监测现场噪声、扬尘等生态环境指标。位移监测采用北斗边坡位移监测设备，重点监测本工程的高边坡，判断在上下左右 4 个方向的位移变化。临时用电安全监测采用电气火灾监测传感器，将其布置在配电箱内。考虑到特殊工种和高风险工种安全隐患较多，可配置智能安全帽监控特殊岗位工作人员的位置以及施工行为，若施工位置偏离安全区域或施工行为潜在安全隐患，智能安全帽可将当前信息传输给指定施工人员，进而及时与施工人员取得联系，调整人员位置或施工行为。4.5 视频监控本工程施工范围广，仅布置固定式摄像头难以全面监控工程各施工部位，易因监控盲区而诱发异常状况。因此，除了大范围的监测外，还在重点出入口布置人脸识别枪机；在变电站边角以及路口位置配置固定式球机；在站区最高点位布置增强现实（augmented reality,AR）全景摄像机，用于俯瞰变电站；在房屋建筑内及其他无法供电的区域设置便携式移动摄像头。为变电站各关键部位配置相应的视频监控设备，做到全面监控。通过 APP 及网页实时查看监控，也可根据监控要求设置预置点，及时查看指定位置的监控画面5。4.6 智能分析电网基建工程的安全文明施工要求日益提高，仅采用传统人工管理方法难以满足当前的安全文明施工要求。人工管理存在主观因素的干扰，管理人员在面对枯燥的监控画面时难以持续集中注意力，因此需在常规安全文明施工管理方式的基础上进行创新。其中，基于人工智能深度学习算法的监督管理方式具有可行性，可实时分析视频画面，及时发现异常状况，由管理人员根据视频信息采取管理措施。本工程依托超脑为监控点增设行为分析功能，如重点施工警戒区域入侵检测、出入口人员安全帽佩戴状态识别、人员徘徊识别、站内作业区域的人员异常倒地识别等功能。并实现工程施工全流程识别，对工程各项安全文明行为进行分析存证。基于此，管理人员可掌握现场安全文明施工状况，并根据当前状况制定安全防护策略，确保工程各阶段的安全防护工作均有效进行。5 结语根据智慧工地建设目标，联合采用 BIM、大数据、人工智能等技术建立智慧管理平台，帮助管理人员轻松地采取工程管理措施，切实提高工程管理水平，保障工程施工安全以及提高施工质量，为电网基建工程投产运行打好基础。实践表明，在电网基建工程中建设智慧管理平台是可行的举措，综合应用效果良好，具有推广价值。同时也值得工程管理人员做进一步的研究，优化工作方式，持续提高智慧工地的建设水平，利用现代信息技术促进电网基建事业的发展。参考文献1 曹吉昌，王佳仪，陈明琪.基于 BIM+GIS+IoT 技术的智慧工地系统关键技术研究及应用J.建设科技，2020（增刊 1）：74-77.2 陆国俊，陈畅，杨荣霞，等.电网工程建设智慧工地探索、研究与应用J.价值工程，2020，39（13）：251-253.3 欧红亮，吴恩明.基于 BIM 技术的智慧工地在公路工程项目中的应用J.中国水运（下半月），2020，20（4）：48-49.4 曾春盛.浅谈基于物联网技术的电网工程智慧工地建设J.中国新技术新产品，2019（19）：115-116.5 潘多忠，程嘉，余渊.基于大数据架构的全过程工程咨询项目管理平台J.土木建筑工程信息技术，2019，11（6）：27-35.作者简介院梁俊（1976），男，汉族，四川西充人，硕士研究生，高级工程师，主要从事电网建设工作。电力信息72