抽水蓄能及水电站项目群建设智慧管控系统总体构想

路振刚，黄悦照，王洪玉，朱安平，王 凯

（国网新源控股有限公司，北京市 100761）

1 中国水电及抽水蓄能电站建设现状

截至2018年底，中国水电装机容量约3.5亿kW，年发电量约1.2万亿kWh，均保持世界第一，中国水电坝工技术继续领跑国际。水电在推动能源生产和消费革命、促进能源减排、高效调控和开发利用水资源等综合效益持续显现。

拥有305m世界最高的混凝土双曲拱坝的锦屏一级电站获得素有国际工程咨询领域“诺贝尔奖”之称的“菲迪克2018年工程项目杰出成就奖”。澜沧江大华桥、黄登、里底3座大型水电站首台机组先后投产，创新驱动智能建造发挥重要作用。黄登水电站在203m世界最高碾压混凝土重力坝施工中创造了智慧碾压新技术。举世瞩目的丰满重建工程新坝于2018年建成，老坝开始拆除，其智慧管控系统发挥重要作用。

到2018年底，我国非化石能源发展领跑全球，发电装机占比达38.1%。作为容量最大、技术最成熟的储能设施——抽水蓄能电站建设迎来大发展，到2018年底我国抽水蓄能电站运行容量已超过3000万kW，已建和在建容量均居世界第一。其中国家电网公司已累计开工26座抽水蓄能电站工程，在运、在建装机容量分别达到1923万kW、3615万kW。根据国家“十三五”能源和电力规划，要求加快抽水蓄能电站建设，并明确“十三五”抽水蓄能电站开工容量达6000万kW，到2020年我国抽水蓄能电站运行容量将达到4000万kW，可以预见未来抽水蓄能电站将迎来黄金发展期。国网新源控股有限公司未来2～3年在建项目将达到约40个，点多、面广、线长的抽水蓄能电站项目群建设规模已然形成。

2 中国水电及抽水蓄能电站智能建造发展现状及存在问题

钟登华院士在对数字化大坝研究总结的基础上提出了智慧大坝的概念，并指出智慧大坝是以数字化大坝为基础框架，以“大云物移智”为手段，建立动态精细化的可追溯、可分析、可控制的智能化大坝建设与运行管理体系。分析了智慧大坝与数字化大坝相比在信息自动采集、智能指标分析、智能决策、集成可视化等方面的跨越，并探讨了智慧大坝在基础理论、关键技术与管理体系的重点研究方向[1]。

目前我国在糯扎渡、溪洛渡、丰满重建等工程已开始运用智慧大坝技术，雅砻江公司和三峡集团均正在流域数字化管理方面进行智慧化探索。溪洛渡水电站应用数字化大坝技术，凭借智能化建设理论新体系，创造了浇筑680万m3混凝土而未出现温度裂缝的世界纪录。丰满重建工程克服了原大坝治理加固过程中大量资料难以收集的困难，结合重建契机，利用BIM、虚拟现实、大云物移技术，成功构建了可视化、物联化、集成化、协同化科学性特征的智慧管控平台，对工程建设安全、质量、进度进行全过程智慧管控，为工程建设各方提供了统一沟通管理服务，解决了工程数据共享和协同问题，加强了施工过程管控，提高了项目工程建设管理水平[2]。

国家电网公司系统的抽水蓄能电站均由国网新源控股有限公司统一建设运行管理（除西藏羊卓雍湖电站外）。国网新源控股有限公司提出了建设“两型两化”（数字化智能型电站和信息化智慧型企业）抽水蓄能电站的目标，并按照“整体规划、建用并行”的原则，应用“大云物移”技术构建了部分智能化、集成化、共享化、可视化的抽水蓄能电站项目管理平台和功能模块，至2018年初步形成了“横向协同、纵向贯通、顺畅高效”的侧重于项目管理的基建智能管控系统。现面对如此规模庞大的电站项目群建设管理，如何构建项目群建设管理的智慧管控体系，推动电站项目群建设管理水平的提升，为数字化智能型电站和信息化智慧型企业建设提供支撑是我们思考的必然。

物联网技术的发展和工程管理要求的提高推动了数字化建设向智慧建设发展。为应对史无前例的抽水蓄能电站大规模建设管理工作，国网新源控股有限公司充分利用抽水蓄能电站间工程布局类似、技术特性相近、管理要求统一的专业化、集约化管理优势，创新抽水蓄能电站项目群管理机制，利用“两型两化”手段，探讨并构建一体化、集约型、多层级、开放型的抽水蓄能及水电站项目群建设智慧管控平台，以“大云物移智链”打造集信息采集与交互、数据分析与统计、智能研判与决策、经验交流与共享等功能为一体的互联、共享、可视化的项目群建设管控系统，以提高抽水蓄能及水电项目群建设管控效率，拓展管理广度和深度。

3 抽水蓄能及水电站项目群智慧管控的发展对策

目前从电站项目群的角度对抽水蓄能电站及水电站的建设与管理研究甚少，只是在电站运行方面对抽水蓄能电站群在电网调度方法上进行了探索[3]。

抽水蓄能电站项目群建设智慧管控系统属于面向各层级和参建各方的开放型项目群管理组织模式,即通过信息、统计、分析、智能研判等管理方式，使得各级项目管理人员可以及时、方便的获得本项目或其他相关项目的过程数据和成果状态等信息，既利于各项目在授权范围内进行高效的管理和合理的决策[4]，又利于上级管理部门快速获取信息、及时作出准确判断和决策。开放型的项目群管理系统可动态适应建设项目管理对象的加入与退出。项目群管理者和单项目管理者的高效互动、各司其职、快速反应是项目群管理成功的关键；需要依靠信息化建设，通过智能化手段对海量信息进行即时判断并做出决策，实现信息集成、共享、协同和优化[5][6]。

3.1 项目群建设智慧管控系统架构

项目群建设智慧管控系统的建设应按企业战略要求、项目群特点、项目群管理功能要求来规划设计。

国网新源控股有限公司电站项目群建设智慧管控系统架构是在传统基建智能管控系统基础上，向下在项目作业现场智慧管控方面延伸、向上在公司集团化智慧管理方面延伸，搭建“感知层+管控层+管理层”的三级管控体系；同时与ERP、OA、经法、安监等专业系统横向集成，建立协同管理平台，满足企业建设管理需要，其本质是基于“互联网+”、物联网的项目群智慧管理系统，系统架构如图1所示。

感知层主要是依托现场网络及物联网技术，通过智能设备及传感器，实现需求信息的全面感知；现场管控层主要是通过研发18个专业子系统，对安全、质量、进度、投资、技术、综合进行全面管控。总部管理层主要是通过自下而上的信息自动采集，通过大数据综合智能分析、处理与反馈，打造信息共享、业务协同、经验交流平台[7]。

3.2 智慧管控层主要功能系统构想

电站项目群建设智慧管控系统涉及基建管理6大管理板块、18项基建智能管控子系统（含5项APP）,其在施工智能管控“人机料法环”的逻辑关系如图2所示。

图1 电站群建设智慧管控系统架构体系Figure 1 Architecture of the intelligent control system for the construction of pumped storage power stations

（1）强化现场安全管理，开发建设人员设备动态监控系统，利用人脸识别、车牌识别等技术，实时对人员、设备等现场动态资源的统一监管[8]；开发建设移动巡检系统，辅助管理人员查处现场安全、质量问题、安全隐患、文明施工和安全违章等问题，实现现场作业隐患、施工安全问题等实时记录、及时整改；开发建设风险管控与远程督查系统，实现施工安全风险辨识和评价、控制措施编审批、作业票办理、安全交底及风险在线监督、智能预警等功能[9]；开发安全监测系统实现施工期的边坡变形自动化监测；开发安全教训系统，打造安全培训在线考试系统[10]；开发“五系统一中心”和智能安全帽，实现人员定位、人脸识别、视频监控、语音通信、安全风险智能提醒。

图2 智能管控子系统逻辑图Figure 2 Logic diagram of Intelligent management and control subsystems

（2）提升质量管控手段，集成大坝碾压监控、运料车监控、灌浆监控3个子系统，对施工机具的运行轨迹、速度、遍数、激振力、灌浆压力等参数实时监控及报警，有效解决漏压和过压问题，提高施工质量和效率；开发质量验评和监理旁站2个子系统，实现工程质量验评数据校验、统计分析、智能评定及自动归档，对重要部位和关键工序监理旁站信息进行自动记录和实时监控[11]；开发建设试验检测管理系统，对原材料、半成品的实验检测数据进行全过程数字化管理，实现原材料跟踪；研发电缆敷设管理子系统，综合运用虚拟仿真、大数据计算，实现电缆敷设二次工艺设计和线缆的虚拟排列，优化线缆长度、解决“错漏碰缺”问题（见图3）。

（3）加强建设进度管控，以Project项目管理软件为平台，实现里程碑进度计划编审批、进度模拟、对比、监控和预警功能。

（4）规范现场计量签证，对现场工程量计量数据采集，为工程投资管控提供最原始数据基础，提供可追溯的支付依据。

（5）严格承包商考核评价，从安全、质量的移动巡检、监理旁站以及工程进度等方面，由系统自动收集相关考核依据，实现对施工、监理和设计承包商进行自动量化评价的定期考核。

图3 智能质量管理系统Figure 3 Intelligent quality management systems

（6）规范竣工资料管理，按“预立卷”要求自动采集、存储、归档施工过程中的相关资料，集成档案管理系统，实现档案数字化移交。

3.3 主要问题及对策

目前系统建设主要存在数据接入标准不明确、信息安全防护措施不到位，导致电站物联传感系统孤网运行，存在一定的信息孤岛；部分专项系统未应用统一平台开发，电站群管理层大数据分析模型不健全、数据挖掘深度不足、智慧决策支撑力度不够；各电站自行运维，系统运维质量无法保证等问题。

为解决上述问题，国网新源控股有限公司决定开展基于泛在物联网的抽水蓄能及水电站项目群建设智慧群管控系统研发工作。拟采用统一安全防护标准、统一建设标准与生产期无缝对接，实现系统在公司本部与厂站侧两级部署，并统一运维。统一平台，依据“总体规划、分步实施”的原则，将管理区域内的抽水蓄能电站的数据统一接入公司本部，打造抽水蓄能电站群基建在线安全监测平台，对施工信息化和施工安全、质量、进度全面进行管控，并可实现基建向生产无缝移交。

4 结束语

抽水蓄能及水电站项目群建设是一项繁杂的系统工程，依托“大云物移智链”技术，开发建设电站群建设智慧管控平台，将项目群建设全过程全要素统筹、协同管理，实现过程集中监控、历史资料查询、应急指挥、快速响应、上下联动、精准决策，有力提升项目群建设管理效率和效益，对建设数字化智能型电站和信息化智慧型企业具有深远意义。

展望未来，通过人工智能和大数据分析技术，对可能发生的风险实时全过程、实时监测、自动采集、智能分析预警，可有效降低滑坡、泥石流、洞室坍塌等重大安全隐患带来的影响；可有效促进各项目及集团化公司各管理层级建设管理水平的提升。