电网工程建设智慧工地探索、研究与应用

陆国俊

摘要：电网建设关系国计民生，随着国家经济的发展，提升电网建设效率和质量的需求愈发明显，如何借助尖端前沿科技，运用“云大物移智”等新技术手段构建电网工程智慧工地，目前仍处于探索研究阶段。本文将结合相关行业智慧工地建设现状及电网工程建设管理实际需求，结合试点情况，探讨电网工程智慧工地的建设思路和应用成效。

Abstract： Power grid construction is related to national economy and people's livelihood. With the development of national economy， the need to improve the efficiency and quality of power grid construction is becoming more and more obvious. How to use advanced science and technology to build power grid intelligent construction site is still in the exploratory stage. This paper will discuss the construction ideas and application effects of smart construction sites in power grid engineering， combining with the current situation of intelligent construction sites in relevant industries and the actual needs of power grid engineering construction.

关键词：智慧工地;电网工程建设;云大物移智;信息技术

0  引言

随着国家经济不断发展，用电需求日益增长，电网工程建设规模迅速扩大。在大量工程同时开展建设的过程中，如何保证工程进度、质量、安全、人员等管理要素规范有序，成为电网工程项目管理的研究重点。

1  概述

1.1 智慧工地的概念

2017年建设行业年度峰会发布了《中国建筑施工行业信息化发展报告（2017）》，主题为“智慧工地应用与发展”。

报告对智慧工地的概念进行了定义：智慧工地是建立在高度的信息化基础上的一种支持人事物全面感知、施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策科学分析、风险智慧预控的新型信息化手段。

1.2 电网工程与建筑工程的差异

电网工程建设项目与建筑工程建设项目都包含建筑物构建工程，但两者同时存在明显差异性，使电网工程建设智慧工地不可完全复制建筑行业的智慧工地概念。

电网工程建设项目与建筑工程建设项目的差异性如表1。

以上差异决定了电网工程建设智慧工地的内容除了需要围绕工地现场管理开展外，还需要结合电网工程建设自身的特点构建全过程、全方位、多维度的智慧工地体系。

2  电网工程建设智慧工地

电网工程建設虽然与建筑工程建设存在差异，但在管理角度方面同样是围绕“人、机、料、法、环”等工程管理五大要素进行管理。从应用技术的角度来看，电网工程建设智慧工地应充分利用云计算、大数据、物联网、移动应用、人工智能等先进的信息化手段进行构建。在技术应用效果上，电网工程智慧工地应达到感知实时化、服务在线化、监管透明化及分析智能化的要求。

2.1 总体架构

电网工程智慧工地总体架构设计为开放式的集成平台，（如图1）由三大部分组成，分别为设备感知层、数据感知层、平台应用层。后台由云计算平台架构及网络通信架构提供支撑，保证智慧工地平台稳定高效运行。

2.2 设备感知层

设备感知层与工地现场紧密关联，主要由各类传感器、视频监控、标识设备等智能硬件设备构成。这些设备与建设工程相关的人、机、料、法、环等现场元素产生直接交互，主要用于施工现场实时数据的采集。根据所属因素类别，可以将目前应用于智慧工地的主要前端感知设备划分以下5类：

2.2.1 人员管理设备

人员管理相关的感知设备可分为人员信息记录设备及人员行为记录设备。人员信息记录主要通过标识与识别类设备实现人员信息库建立。人员行为记录主要通过考勤记录、安全穿戴记录、人员活动区域与路线记录，实现对人员活动的全方位立体监控。

2.2.2 机械管理设备

通过应用于机械设备管理的相关传感器记录各部位的实时状态数据;结合物联网定位技术实现的对机械设备的位置监控;对施工中具有较大安全风险的工程部位和特种设备进行的监测监控。

2.2.3 物料管理设备

由于不同物资材料的性质不同，需要根据物资特点选配不同的感知设备对物资材料的到货数量及使用情况进行数据记录。

2.2.4 质量管理设备

通过各种测距、测角、测高等检测仪器收集基础数据，结合图像识别和定位技术，与结构化的标准库进行比对，自动判别工程建设过程中各道工序、环节与成品是否符合所应遵循的规范标准要求。

2.2.5 环境监测设备

用于监测施工工地现场环境，并根据监测的数据类型不同而采用各种不同设备，也包括对于施工过程中需要重点关注的施工区域和孔洞临边区域进行实时监控监测的设备。

2.3 数据感知层

数据感知层是一个承上启下的层级，主要负责将设备感知层获得的数据和图像进行存储和处理，采用负载均衡策略将数据转发、存储、比对、查询任务分配到多台服务器上，根据不同的数据类型和应用场景，进行差异化数据处理，形成不同的数据感知：

2.3.1 基础信息感知

利用数字标识设备、无线识别设备、门禁考勤设备、定位设备等等，生成各类工地现场元素的数字标签，通过无线自动识别，记录各元素在各区域的进出行为，并进行实时位置跟踪，形成对工地现场各元素的基础信息的综合感知和记录。

2.3.2 作业空间感知

利用边沿探测设备、工程测量设备，将施工场区进行数字化和网格化，基于场区总体布置信息、分部分项划分信息和工程测量数据，形成对于作业场地的立体空间感知。

2.3.3 高危作业感知

利用各类型专用监测仪器，对于工程高危作业环节进行实时状态感知。

2.3.4 作业环境感知

通过对有机组合环境监测设备采集到的数据，形成针对施工现场气象、环境、资源消耗的实时感知。

2.4 平台应用层

平台应用层直接与用户产生交互，提供基于设备感知层、数据感知层的信息处理和数据运算结果。平台应用层根据业务特点可以划分不同的应用模块：

2.4.1 人员管理模块

实现人员信息采集、统计和展示，监督作业人员安全防护穿戴和作业行为，形成进场人员资信画像，对人员进出场进行大数据统计，为核实项目实施进度、合理调配人力资源提供客观参考依据。见图2。

2.4.2 机械监控模块

将机械的实时运转数据回传至系统后台，开展高效的分析、监控和预警。预判人员进行违规操作时，及时告警提醒，中止危险行为，有效掌握机械风险防控的主动权。

2.4.3 环境监控模块

通过现场集成一系列监测数据，并可以根据现场工序和管理需求适时增减监测内容，自动启动调控设备对环境因素进行调节，使工地环境始终保持在一个最适合作业的状态。

2.4.4 大数据应用平台

以各模块应用为基础，开展大数据分析。随着智慧工地的推广和前端感知设备的完善，数据获取的能力不断增强，在此过程中将形成丰富的数据资产。

3  应用案例

广州供电局110千伏艺苑变电站是南方电网在建变电容量最大的110千伏户内变电站。由于艺苑变电站所处地理位置的特殊性及其建成后对周边用户环境的重要影响，广州供电局将艺苑变电站项目的建设目标定为“建成具有安全、可靠、绿色、高效特点的世界一流电网示范项目”。其中智慧工地在艺苑变电站的应用实践内容如下。

3.1 总体结构

智慧项目管控平台总体（图3）架构由三部分组成，分别是智能分析大数据模块、智慧工地现场管理模块、企业信息系统数据接入模块。

3.2 应用内容

作为广州供电局智慧工地应用试点项目，艺苑变电站的智慧工地应用主要以现场的实际情况及管理需求为建设蓝本，并在技术应用效果上满足“感知实时化、服务在线化、监管透明化、分析智能化”的目标。

3.2.1 现场监控

艺苑变电站利用一体化考勤设备、人脸识别设备、物联网监控设备、环境监测设备，实现对人员考勤、作业安全、现场设备运行、施工环境等现场要素的全方位多角度监控。对施工现场存在的人员、设备、环境等安全风险进行实时的有效防控。

3.2.2 可视化进度管理

艺苑变电站从设计阶段开始应用BIM三维建筑模型技术，并以此为基础开展项目全过程管理，优化设计方案、施工人员和物料分配;开展安全技术专项方案可视化交底，提高现场安全管控水平;形成项目建设全过程完整数据资产，为资产全生命周期管理、数字化移交、智慧运维打好基础。

3.2.3 形成标准

通过在艺苑变电站等多个试点的探索研究，我们初步进行了归纳总结，明确平台模块化技术架构、数据字段标准、系统集成接口、硬件资源部署等技术要求，统一电网工程技术、采购、安全、质量、进度、造价和综合7大管理业务的统计分析基本功能，形成了一套可复制可推广的电网工程智慧工地建设标准体系。

3.3 存在问题

110千伏藝苑变电站是广州供电局示范性项目，全面开展7S管理、大力推进机械化施工，整体建设智慧工地的过程较为顺利。但仍存在需要后续优化的问题：

3.3.1 设备选型问题

由于当前未有电网工程建设领域未有统一的智慧工地设备标准，因此在选购相关设备的时候，不同厂家的同一类设备的规格型号、配置要求均存在差异，需要花费大量时间进行设备选型与匹配。

3.3.2 实施沟通问题

在艺苑变电站开展智慧工地建设的过程中，工作人员需要同时拥有信息化、电网建设、工程建设的经验和知识，并与不同专业的工作人员进行长期沟通，才能有效推进相关技术和设备的应用。在此过程中，沟通对象多、信息来源复杂、沟通耗时长等均是影响建设实施的重要因素。

4  结语

综上所述，在电网工程领域，目前智慧工地的建设还处于起步阶段，其它工程建设行业也较少有广泛应用且成熟的标准可以借鉴。对于电网工程来说，探索智慧工地建设既要参考其它行业已有的建设经验，也要充分考虑自身专业的特点，不可盲目套用。智慧工地建设在110千伏艺苑变电站的成功试点，对深化研究电网工程建设的智能化、数字化、在线化发展，具有很好的借鉴作用。根据本文的研究结论，电网工程建设智慧工地，有其可行性和必要性，值得进一步深化探索和推广应用。

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