跨区域输电工程“站线一体化”智慧管理平台建设研究

甘运良 王红杰

摘  要：跨区域长距离输电工程建设面临着施工安全风险高、施工建设标准严、人机物管理难度大、应急反应要求高、跨层级信息共享难等问题与挑战。为进一步提升电网工程基建管理水平，推动电网工程精细化管理和科学化组织，文章研究提出了一种构建“站线一体化”跨区域输电工程智慧管理平台的建设思路，并论述了平台的设计及实现方案。实践表明，平台的建设能有效衔接工程现场层、监管层与指挥层的信息共享，实现项目的全程化、智慧化、可视化、精益化管理。

关键词：长距离输电工程;站线一体化;智慧管理平台

中图分类号：TP39  文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）12-0125-07

Abstract： The construction of cross regional long-distance electricity transmission engineering is faced with problems and challenges， such as high construction safety risk， strict construction standards， difficult man-machine and material management， high emergency response requirements， and difficult cross-level information sharing and so on. In order to further improve the infrastructure management level of power grid engineering and promote the fine management and scientific organization of power grid engineering， this paper studies and puts forward a construction idea of constructing "station line integration" cross regional electricity transmission engineering intelligent management platform， and discusses the design and implementation scheme of the platform. Practice shows that the construction of the platform can effectively connect the information sharing among the engineering site layer， the supervision layer and the command layer， and realize the whole process， intelligent， visual and lean management of the projects.

Keywords： long-distance electricity transmission engineering; station line integration; intelligent management platform

0  引  言

跨區域长距离输电工程建设往往具有施工规模大、建设周期长、参建单位多、施工工序复杂、技术难点多、质量要求高等特点。随着工程建设中外部环境日趋复杂、生态环保压力与日俱增，电网工程在施工管理工作中面临着诸多困难与挑战，主要体现在不同业务平台相互之间数据交流共享不足等问题，严重影响了各级建管单位全面、及时、动态的掌握工程现场基建过程管理信息以及加强现场建设协调和安全、质量、进度管理工作。

2018年南方电网印发的《智能技术在生产技术领域应用路线方案》，对新一代智能技术产业进行了全景式分析，规划了智能技术（包括云计算、大数据、物联网、移动互联网、人工智能等）在南方电网公司生产领域的智能装备、现场作业、状态监测、态势感知和智慧运行五个领域的应用前景。新环境下如何借助互联网+、大数据、云计算、智能传感、人工智能等先进技术，服务于电网工程建设，是南方电网公司持续探索和深入推进科技创新的源动力和工作方向。

常规的工程建设管理手段必须结合新时代工作要求和最新前沿技术应用，不断探索提升基建管控水平，推动电网工程精细化管控和科学化组织。智慧工地建设作为一种新兴的管理模式，聚焦于工程施工现场，紧紧围绕着电网工程基建进度、安全、质量、物资、设计等关键因素，综合运用物联网、移动应用、大数据、云计算等新技术，与施工生产过程相融合，建立智能感知、互联协同、科学管理的基建工程现场管理生态圈，实现工地可视、精细、智能管理，有效提升工程现场管理水平。数字电网作为智能电网建设的重要基础，通过整合域内基础地理、地质地貌、电网专题、电网工程等多源数据，对电网本体及通道地理信息进行可视化表达，并提供统一的对外数据服务与功能应用，可为智慧工地及工程现场管理可视化场景提供技术基础。因此如何将智慧工地及数字电网思维融合运用到电网工程，并利用先进数字化和信息化技术，保障电网工程建设的环境安全、人身安全、设备安全、信息安全，提升各类安全风险管控和应急处置能力，是电网工程建设智能化管理应用的一个重要方向。

1  “智慧工地”在电网工程建设中的应用情况

智慧工地是近几年出现的以信息化、物联网等技术手段进行工地智能化管理的技术手段。通过建立工程项目信息模型，结合使用物联网智能硬件实时采集工程相关数据，打造基于施工过程管理的信息化生态系统，实现协同互联、智能监控、科学决策的高效管理模式，并将工程信息模型与物联网采集的工程环境数据进行挖掘分析，为工程施工提供过程趋势预测及科学预案，实现工程施工可视化管理和智慧化决策，从而逐步实现绿色建造和智慧建造。目前，“智慧工地”在“点状”或者“块状”（如房建领域）项目中应用日益成熟，相对于传统建筑行业，电力行业工程管理的“智慧化”尚处于起步阶段，除了输变电设备巡检、智能客服应答、机器人语音交互、智能语音质检等领域开展了部分试点应用以外，在电网基建项目管理方面用之甚少，距离数字化、网络化、智能化的发展要求存在较大差距。同时，目前多数电网工程智慧工地研究，仅仅聚焦于单一的“点状”变电（换流）站工程，针对线路工程及大型跨区域长距离特高压输电工程鲜有应用及研究。

跨区域输电工程项目是长距离线性工程，既涉及线路也包括变电（换流）站工程，同时工程本身具有天然的地理空间分布特性，在项目管理上有着较强的空间地理相关性，由于施工条件和环境的限制，不可预见因素多，施工控制点多，管理内容跨度大，施工中存在较多的质量和安全管理难题。数字电网技术，以空间信息表达和多源数据异构融合为特点，能有效实现电网本地及其通道地理环境的表达，可为电网工程智慧管理提供天然的可视化基础。

本文在此基础上，结合跨区域长距离输电工程特点，充分利用数字化电网可视化表达特点，提出了一种利用航摄遥感、三维GIS、BIM、移动互联网、智能物联感知、人工智能等多种技术融合构建 “站线一体化”工程智慧管理平台的设计及实现方法，并结合工程实践进行平台应用研究。

2  跨区域输电工程“站线一体化”智慧管理平台设计与实现

2.1  总体架构设计

平台以工程进度、质量、安全、监管为业务核心，通过施工现场地理数据及三维模型数据，构建线路及换流站数字电网基础，通过实施应用项目管理业务APP平台及智能物联设备，打造工程建设管理的智能“大脑”，构建信息层、现场层、监管层与指挥层的有效衔接，实现信息的自动化、准确高效传递，降低工程管理的工作量，提升工程管理效率。平台建设总体分为三个层面，如图1所示。

现场业务应用及物联传感智能应用，主要在线路、变电（换流站）工程现场端，充分利用移动APP开展进度、安全、质量、专项、数码照片等基建现场数据采集及填报，并利用人脸识别、物联传感、视频监控等技术开展现场安全在线监测、智能边缘计算等，从而获取并实时感知工程一线现场数据。

数据存储及处理中枢，涵盖了所需的各类基础地理数据、BIM模型、业务数据（进度、质量、安全等业务应用信息）、现场物联感知数据等内容，通过数据管理规范进行科学组织构建成数据库。通过空间数据管理与发布引擎对基础地理数据进行服务发布供调取使用。其他數据通过统一数据库管理系统进行统一集中管理。数据服务层为上层提供数据支撑。并构建数据发布及分析服务后台，主要利用大数据、人工智能等手段开展数据存储、智能分析等应用服务。

业务应用端，主要在工程项目管理端，提供包括移动端、网页端、指挥大屏三端应用形式，通过统一的数据存储及处理中枢进行接入应用。其中移动端侧重现场信息查看管理、移动办公，网页端侧重数据管理及资料管理，指挥大屏侧重信息汇总、数据分析、综合展示、协同会商以及决策应用。

2.2  技术架构设计

平台总体技术架构划分为六个层次：基础设施主要涵盖构建平台硬件以及现场物联感知硬件的基础设施设备。数据系统主要通过数据结构划分为结构化基础数据系统和非结构化文件数据系统。服务层涵盖了以各类基础地理数据、三维模型、进度数据、现场传感数据等内容为调用的数据服务。组件层是将所有功能进行了逻辑划分，按照不同类型划分为三维可视化组件、数据管理与可视化组件以及数据访问组件，不同组件中包含了实现相同逻辑的功能。三维可视化组件包括：三维基本操作、数据加载、对象拾取与查询、显示控制、三维模型可视化、地物标绘等，这些功能逻辑是三维可视化功能的基本实现，可在表现层按照数据和实现方式要求做进一步开发;数据管理与可视化组件包括：数据分层、数据分类、数据统计、图表绘制、数据显示，根据系统数据可视化的需要按照不同的逻辑将同类型的功能实现进行了封装，避免了重复性开发。应用层主要是根据功能逻辑层以及数据服务层提供的内容，将用户的需求按照一定的规则进行实现，针对数据和应用的不同提供了可视化施工进度监测、物资运输监测、安全风险监测、人员到岗监测、环评水保监测、专项信息监测、物联传感监测、视频监控等应用服务。展现层与应用层之间采用RESTful API进行统一的数据访问和传输。技术架构如图2所示。

2.3  数据架构设计

建立统一和共享的数据视图，满足对数据统一性、标准性和扩展性的需求，实现业务数据存储与共享集成，平台数据设计主要分为结构化数据、非结构化数据以及物联传感数据三类：结构化数据是指可直接用于分析处理的二维表结构业务数据，可存储于关系型数据库中的数据，如工程信息表、进度表、人员表、动态风险作业等。非结构化数据包括如数码照片、仿真模型、地理信息、三维设计模型，高精度三维通道数据等。传感器数据包括通过传感器产生，自身不具备业务含义，但经过处理分析后，能够转化为结构化或非结构化业务数据的原始数据，如视频监控数据、环境及微气象监测数据等。

2.4  物联接口设计

换流站及线路现场视频信号，接入到统一的视频平台，支持通过NVC拉流接入模式和GB/T 28181-2016标准接入模式，实现对不同厂商、不同型号、不同格式、不同协议的视频数据接入。APP或指挥中心大屏实现视频图像接入、调取、显示、控制等功能。现场状态感知设备信号接入，采用统一API接口协议，定制中间层（代理，网关等），将远端物联感知数据推送至接口服务，从而实现服务器对客户端的请求进行回应。

3  智慧管理平台工程应用场景

平台在乌东德电站送电广东广西（昆柳龙直流）输电工程（特高压多端直流示范工程）换流站以及直流线路工程全过程管理中进行了实际应用，平台整合线路以及换流站工程现场，提供包括全景可视化数字工地，多维进度管理、安全风险管理、检查闭环管理、通道专项管理、现场物联感知等项目管理应用功能。

3.1  “站线一体化”全景可视化数字工地

利用航摄高精度影像和数字高程模型，通过数字化处理，构建换流站、线沿线范围内的地形模型，并且叠加区域内行政区划、水系、道路等基础地理数据，以及规划区、自然保护区、矿区等专题数据等，直观展现工程施工现场的地理环境，如图3所示。依据换流站以及线路施工设计图纸，构建换流站土建、电气设备设施模型以及线路基础、杆塔、绝缘子串模型，并构建线路与换流站设备间出线连接关系，直观模拟展示换流站及线路地理位置及建成效果，构建了工程“站线一体化”全景一张图，从宏观到微观真实还原跨区域长距离输电工程建设全景。数字场景模型一方面为工程各项管理数据监测提供载体，另一方面也作为各类监测信息和管理操作的交互窗口。

3.2  多维进度管理

管理工程一级、二级及三级施工进度计划，精细化管理杆塔级施工进度，通过项目部、施工标段、杆塔多级进度可视化，“红绿灯”辅助建设管理单位掌握计划及进度执行情况，如图4所示。同时结合施工进度及三维设备模型，实现工程不同施工工序、施工状态的三维仿真模拟，实现工程建设进度的实时模拟及形象化展现。

3.3  安全风险管理

在施工过程中，进行现场作业安全风险问题的识别与现场管控，构建施工现场的作业风险管理机制，由施工单位上报、监理单位审核、业主项目部确认、现场人员签到，形成作业前预控、作业中管控、作业后追溯的安全管控模式，同时对工程动态风险进行可视化监督，实现对动态风险进行全过程监测管理，如图5所示。

3.4  檢查闭环管理

在施工过程中，构建现场施工质量及安全文明施工情况通报闭环管理机制，各参建单位均可实时上报施工现场的质量缺陷及违章问题，数据填报完成后并自动分配到相应的责任单位，由责任单位安排整改人员进行整改，并填报整改记录，整改完成后数据自动流转到监理单位，由监理单位进行现场复查，复查通过后则问题解决，复查不通过则返回整改单位继续整改，直至复查通过，形成问题的上报、整改、复查的闭环流程，实现对工程质量、安全检查问题的信息记录及全过程闭环管理，如图6所示。

3.5  通道专项管理

实现通道内交叉跨越、房屋拆迁、环境敏感点全景可视化展示。跟踪环境敏感点协议办理进度;利用系统移动端开展现场通道清理量复核、现场协议签订状态、通道清理进度上报工作;并利用数码照片管理、核实现场水保专项措施的落实情况，如图7所示。

3.6  现场物联感知

线路、换流站现场视频远程接入，通过三维数字化工地直观展现各监控摄像头的分布情况，以摄像头模型作为入口，实现多厂家多类型视频监控信号的实时接入、兼容集成与远程控制，可快速调阅读取指定监控点现场实时视频情况，支持多画面调取显示，实现工程三维、视频监控大屏下的综合展现，如图8所示。换流站现场通过人脸识别实名制管理系统，可同步实现用工实名制、入场人员身份识别、在场工种人数统计等多层功能，有效管控参建人员信息。通过监测传感设备获取现场扬尘环境、塔吊、高支模等现场安全环境及重要设备运行状态，辅助远端实现施工现场实时感知及安全预警决策。

4  结  论

本文研究充分利用数字电网建设理论，结合三维GIS、BIM手段，打造工程全景数字化工地，并运用智慧工地管理思维，采用移动APP、智能物联等技术手段，横向贯通进度、质量、安全、物资、专项等多维度业务应用，并远端连接现场智能设备，通过门禁人脸识别、视频监控、违章行为识别、环境监测数据，首次构建了“站线一体化”的电网工程智慧管理平台。通过工程实践表明，有效打破线路、变电站工程间的管理壁垒，动态汇总工程现场各环节数据，开展跨区输电工程监、控、管一体化管理应用，辅助各级建管单位全面、直观、及时掌握工程现场基建动态情况，为工程基建全过程管理工作提供信息支撑和决策依据。后续，通过电网数字化建设，利用互联网+、“BIM+GIS”、虚拟现实等技术，深化基建过程全数字化技术进行智慧管理应用，加强基建各环节的信息共享和衔接，为设计、施工、环保水保等工作提供数字化支撑，并通过工程数字化应用、积累和移交，形成电网工程数据资产，为后续智能运检提供基础数据支撑，实现信息资产在电网工程全生命期的共享，对于加强企业精益化管理、降低工程造价、强化电网本质安全、推动电网建设技术进步具有重要意义。

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作者简介：甘运良（1979.06—），男，汉族，海南琼山人，高级工程师，硕士，主要研究方向：电网工程建设管理;王红杰（1989.04—），男，汉族，湖北武汉人，助理工程师，硕士，主要研究方向：电网数字化和电力信息化。