基于数字化的可视化风电项目智慧管理解决方案

刘凤友，权 锋，徐汉坤

(1.国家电投集团内蒙古能源有限公司，内蒙古 通辽 028000;2.中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司，陕西 西安 710065)

风电项目种类繁多，在操作时会涉及到大量的数据信息、分类资料，只有信息化技术所具有的强大储存功能才能较好地服务于风电项目的标准化管理。信息化技术的便捷、高效、准确将为风电企业的生产、运行提供良好保障，不仅能帮助风电企业合理进行资源配置，同时更能对资金、技术、质量、效率等方面进行管理、维护、加强[1]。同时充分利用计算机、互联网、物联网、信息化、数字化等技术，搭建工程建设智慧管理和交付平台，实现工程的智慧物流、智慧管理与基于BIM技术的工程交付。充分融入BIM、GIS技术，对项目建设过程的设计、进度、成本、合同、资金、虚拟建造、质量、安全、采购、资料等进行可视化管理[2]，打通各模块之间的数据，消除数据孤岛现象，促进工程建设过程的设计施工一体化，提高工程建设的效率和质量，提高项目管理和企业决策水平，为项目带来长远效益。

1 国内外风电项目管理现状

1.1 国内现状

国内风电场的工程管理中存在以下问题：

(1)建设单位管理人员素质参差不齐、专业管理人员缺乏，造成现场管理可能出现被乙方左右的现象。

(2)标准化设计欠缺，有的项目建筑物空置率高、有的项目却不能满足生产生活需求；同等规模项目之间投资金额差异巨大，造价管理凸显不规范，缺乏标准。

(3)项目缺乏闭环管理，工程安全管理未得到有效的整改落实、工程款超付或少付的现象时有发生，奖罚制度难以得到贯彻落实，对乙方约束力不强等现象时有发生。

(4)大多项目建设管理模式为公司和项目部双重管理模式，容易出现指令交叉重叠，有时甚至出现指令互相矛盾的出现。

(5)项目管理的信息化程度较低，项目管理平台缺乏，智慧程度不足。设计、进度、成本、合同、资金、质量、安全、采购、资料等的管理还是以会议、电话、书面记录等方式管理，难以实现建设过程的痕迹化管理、难以追溯过程，界定责任。部分项目应用了一定的信息化技术进行项目管理，但功能模块之间信息孤岛严重，数据流通性差，管理过程不够直观。软件主要包括相应的数据管理系统和桌面端、手机端等信息管理系统，配合硬件使用。

随着国家经济下行压力的增大，去产能、调结构、降库存等是摆在各行业的应用难题。近些年，建筑、市政、轨道交通等领域逐步在推进数字化管理；火电、水电等工程领域逐步在推进全生命周期建设、智能化管理。工程建设领域由传统的速度型增长逐渐转向于质量、效益型增长。随着风电工程建设的推进和技术的创新发展，工程建设管理也逐步向专业化、精细化、信息化、智慧化的方向发展。开展智慧风电的工程管理是顺应发展趋势，提高风电建设管理水平的根本方向。

1.2 国外现状

(1)业务产品的数字化转型。随着风电技术与IT技术的深度融合，风机和风电场的设计、建设和运营将更多依赖基于云平台的数字化服务。如远程诊断服务，利用大数据和专家库，从中抽象、提炼出数学模型，分析出风机关键部件裂化趋势和潜在故障风险，主动对零部件库存、运输和更换进行预测和管理，从而减少风机停机带来的损失。

(2)运维管理的数字化转型。传统的企业信息化以ERP/EAM等系统为核心对管理进行规范和优化。当前，随着移动、社交等新技术的广泛应用，风电场与风机制造商、运维员工的互动方式正在发生巨大的改变，迫切需要在风险可控的前提下，构建透明共享、敏捷高效的数字化管理体系。

(3)业务产品和运维管理的数字化转型相互作用。这两个方面的转型互相依赖、互相促进，管理数字化转型为业务数字化转型提供体制保障，业务数字化转型为管理数字化转型提供持续优化动力，最终两者相互融合才能实现风电场整体的数字化转型。两者都需要根据业务架构梳理数据架构，搭建数据架构与分析平台，将现场运营数据、研发数据等各类数据进行数学建模并计算分析，根据市场需求提出最优解决方案。

2 主要的技术突破点

鉴于以上现状，构建了以BIM技术为核心的风电建设项目工程建设阶段三维模型数据集成平台，以模块化的形式集成智慧物流、智慧管理等两大大功能，将建设项目各参与方多维信息集成一体，极大地便利各方的信息沟通与交换，提高工作效率。

(1)工程建设智慧物流。运用BIM、二维码、GPS等技术，研究三维实景建模、运输方案模拟、物流运输实时监控和道路勘测等功能，实现智慧物流可视化、模块化和数据化。

(2)工程建设智慧管理。运用BIM和信息化技术为核心，研究设计、施工、采购和财务等业务模块的功能集成和数据流转，实现智慧管理可视化、模块化和数据化，形成智慧管理解决方案。

以工程进度为主线，以设计、采购、施工安装等的编码管理为纽带、实现各管理要素(模块)的互联互通，建设一个平台、一个数据中心、一个门户的原则，对接所有系统。总体架构示意如图1所示。

图1 系统总体架构

3 功能设计及业务流程

3.1 领导驾驶舱

领导驾驶舱旨在通过多视角、全方位地反映项目当前进度、安全、质量、风险等方面情况，前瞻性体现项目效益、建设等情况，同时，结合数据分析工作对相应指标进行预警、预测及多维度分析，为项目管理人员及时掌握和快速决策提供支持。

3.2 GIS+BIM一张图管理

“GIS+BIM一张图管理”是通过建立风电场GIS与BIM模型的虚拟场景，在虚拟场景中实现工程建设过程相关的设计、采购、合同、进度、安全、质量等数据的一体化管理，虚拟场景与现场真实情况一一对应。

3.3 合同管理

(1)合同录入。合同签订之后，合同管理人员录入合同基本信息，进行存档，之后录入合同工程量清单信息保存，合同基本信息与工程量信息录入完成之后，合同进入合同执行阶段。

(2)合同执行。合同执行过程中，按照工程进度，各一级分包商向业主提交工程进度款结算单，经业主相关负责人审批，之后按照审批结果支付分包商工程进度款。

(3)合同变更索赔。合同在执行过程中，如发生索赔或者变更，则需要对索赔或者变更进行立项，经过领导以及业主相关负责人员审批，按照审批结果对索赔或变更进行结算。

(4)合同结算。合同竣工验收之后，合同进入完工结算阶段，提交完工结算单，经业主相关负责人审批，按照审批结果，业主向第一级分包商支付相应的结算款。

合同执行及结算情况应能通过图表进行直观反应[3]。

3.4 施工进度管理

(1)WBS分解。可以建立工程项目WBS分解结构信息，为后续的进度计划编制工作及与BIM模型的关联提供数据依据和准备[4]。

(2)基于BIM的施工进度方案模拟。平台可导入Project或P6等编制的施工进度，也可在平台上编制进度计划，自动计算关键线路。平台通过进度计划驱动三维模型变化，直观地展现施工计划。

(3)实际进度填报与追踪。系统可按指定日期，追踪各个施工段进度计划的执行情况，平台自动将已完成施工的BIM模型改变颜色，便于将实际进度与计划进度进行对比分析。当某一任务滞后完成时，系统应用CPM算法分析进度中所有受影响的任务，进行预警。

(4)实际进度影像展现。进度管理模块可集成无人机拍摄工程建设全景影像，进行实际进度的可视化展现。无人机需定期拍摄工程全景影像，可以周或月为单位，全景影像场景应能人机交互，方便电脑或移动端操作[4]。

3.5 资金管理

(1)项目预算管理。可以将项目预算情况导入系统，形成预算科目，便于后期资金支付时的对比分析。发生超预算科目自动报警[5]。

(2)项目支付计划。管理人员可根据各单位的资金支付申请情况统筹编制项目总的年度、季度、月度资金需求计划，便于融资准备。

(3)项目支付管理。当分包商完成一定的进度或工程量后，项目部根据分包商申请付款情况，开出结算单，资金部门根据结算单向分包商进行付款。

3.6 三维会商

基于三维数字化成果，通过云可实现多方对方案的及时会商、会审决策。消除时间、空间的影响。在方案执行前，有效地吸纳参建各方的意见，提升方案的可实施性。各方通过对三维模型进行添加红线批注，增加评论、附件，对所提意见发起流程并限定时间要求流程处理方进行批复等方式，有效的提升工作效率。该模块具备全面的模型操作功能，包括隐藏、隔离、透明、剖切、变色、测量、视点记录等。

3.7 设计管理

(1)供图计划。将设计院提供的供图计划录入平台中，统一管理图纸名称、计划供图时间、实际到图时间，对比图纸供应与计划，并实时统计。

(2)关联提醒。根据施工进度计划对供图计划进行提醒，对制约施工进度的图纸供应进行分析判段、提前预警。

(3)在线报送。设计院将正式图纸以PDF形式提交，减轻蓝图供应不及时影响施工的情况，也便于业主对设计资料的管理及查找。

(4)动态查看。将设计提供的PDF图纸、设计文件与设计模型或施工模型相关联，可以根据模型链接查看对应图纸，便于设计成果全局与局部的协同查看，利于提升方案的理解效率[6]。

3.8 质量管理

(1)质量计划管理。要求EPC总包方根据主合同条款制定质量目标和质量计划，根据WBS和工程进度制定QBS编码，管理各工区、分部的质量计划，平台用户可按照项目组织机构上传质量计划文件，平台用户根据不同权限进行文件查阅。

(2)原材料检验管理。提供原材料检验资料填报功能，可对每批原材料检验的详细信息进行记录(包括批次、型号、数量、时间等信息)并推送到对应用户。

(3) 试件管理。系统平台提供试件信息的填报和管理功能，并能分类列出所有试件条目的信息，同时支持数据筛选功能，便于系统用户查看和管理试件信息。

(4)质量验评。将质量验评的表单进行电子化、结构化处理。报验申请方将相关数据输入系统后，可自动生成报验申请表，平台可设置相应责任者审核、签认实时短信提醒。可以借助移动端现场验评，将现场验评的照片、视频、参与人员情况等进行录入，便于质量追溯。

(5)质量检查。可以在相关部位布设无线射频(RFID)标签或二维码，利用移动设备进行工程质量信息的收集。将收集的照片或影像资料添加说明后自动上传系统，也可与BIM模型智能关联，发起相应的处理流程，便于质量的闭环管理。

(6)材料设备质量管理。由施工单位将管线、设备、材料管理的全过程信息进行记录，包括各项材料设备的合格证、质保书、原厂监测报告等信息的录入，并与构件部位进行关联。业主单位、监理单位同样可以通过此平台进行质量信息的审核工作，并将抽样送检的材料信息在模型相应位置进行标注，使材料设备质量管理信息更加准确、有追溯性。

3.9 安全应急管理

运用远程视频监控、手持智能终端巡查、物联网智能监测等手段，发现施工过程中可能存在的安全隐患，及时排查并跟踪形成闭环，切实消解施工过程中可能存在的安全隐患，保证施工安全。在工程建设过程中进行风险管控与预警，最大程度解决生产安全等问题。当事故发生时，通过工程建设智慧管理平台准确定位事故发生的位置、周边敏感源和应急资源的分布情况，提供故障排除的紧急方案，及时处理紧急事故。

3.10 工程预案管理

(1)现有预案。支持将相关预案信息批量导入数据库，可以基于GIS添加预案相关的视频监控、人员定位、应急资源分布情况，并将常用的应急联系方式列出，供管理人员查询及快速决策。

(2)新建预案。支持将施工现场发生的新问题进行录入以供后续工作的参考。

3.11 设备采购管理

(1)设备监控管理。利用物联网、GPS等技术对设备从采购、运输、验货、安装、调试、验收等环节进行监控管理，并与三维模型和施工组织实施方案相关联，可自动统计生成报表清单，服务于设备的整个生命周期管理。

(2)运输路线优化。风电场场外运输由风机厂家负责，厂内运输则由业主保障。在路线拟定过程中，需要充分优化，保证厂内运输的畅通。可以利用BIM技术与GIS结合，快速调用场地周围环境信息，通过可视化分析场地环境，可迅速模拟生成适应于场地环境的运输方案。也可将专业仿真软件做的运输方案导入平台，指导现场运输。

(3)采购管理。根据各个标段的物资总需求计划及物资的库存情况产生物资的采购计划，并根据此计划进行物资采购，产生物资采购合同。对供应商的物资到货信息进行记录，物资到货以后，通过物资验收，对物资入库信息进行记录。能够记录物资出库信息，物资进行盘点后，查看物资库存情况。

(4)资源动态管理。对项目进行施工资源动态管理，通过日、周、月各项施工资源计划用量的规划，合理安排大型机械的进场、施工材料的采购、施工队伍的调配。在其它施工信息如进度计划调整、WBS任务划分、设计变更等发生变化时，适时调整施工资源使用。当建材超量使用时，系统会发出警报，提醒管理人员查找原因，及时改正，减少因临时采购、临时调动机械入场增加的物流成本[7]。

4 结 语

基于BIM+GIS技术，构建了风电项目建设管理平台。通过智慧物流、智慧管理两大关键技术，解决了传统风电管理方式缺乏闭环管理、管理人员良莠不齐、管理信息化程度低效率低下等技术难题，实现了风电建设项目的精细化、高效化、智能化管理，提升了风电项目的管理水平。