某电厂智慧工地管控系统的设计与研究

孟春艳，朱宪花，李炜

（1,山东电子职业技术学院，山东 济南 250200；2.山东电力工程咨询院有限公司，山东 济南 250013）

0 引言

21世纪全球能源与资源危机、全球生态与环境危机、全球气候变化危机等多重挑战已作为信息化时代工业革命的直接驱动力，并由此揭开绿色工业革命的序幕。作为直接使用最为广泛的电能，也迎来了以“云大物移智”为代表的新一代电力技术革命。随着数字化电网的发展，以及云计算、大数据、物联网等信息技术的运用，使得工业和信息化高度融合[1]，建设智慧电厂已成为行业内普遍认可的发展目标[2]，以数字化物理载体为依托，电厂设计与规划向着更加高效、清洁、绿色的智能化方向挺进。

1 设计概况

某新建电厂拟建设规模为2×1000MW机组，以大数据技术、三维可视化技术和高性能网络覆盖技术为基础，构建智能发电控制系统（Intelligence Control System，ICS）和智能电厂管控系统（Intelligence Management System，IMS），最终实现更加绿色、高效、智慧、一流的建设目标。

通过将计算机技术、物联网、多媒体技术、网络技术、视频处理、大数据、云计算等技术相结合，以PC端、手机端以及现场设备端三位一体的管控方式为企业现场工程管理提供先进技术手段，构建工程智能监控和控制体系，有效弥补传统方法和技术在监管中的缺陷，实现对人、机、料、法、环的全方位实时监控，实现变被动“监督”为主动“监控”。

该电厂的智慧工地管控系统遵循集团公司总体规划以及相关标准规范。打破传统信息化中数据孤岛，利用“云计算、大数据、物联网、移动互联网、智慧应用”等先进技术理念，结合发电行业发展新趋势，进行业务应用与智能化创新，对工程施工现场管控环节进行集成与应用，以“智慧”的方法改进施工现场管控方式，建立互联协同、安全监控、智能建设的项目生态圈，提高项目各方的业务分析与管控能力、过程协同能力、风险控制能力，实现绿色建造、智慧建造[3]。

2 设计原则

结合企业先进管理理念，以价值创造为核心，以人、设备、成本为对象，实现工程管理的智能安全、智能分析、现场智能巡检、智能报警、智能关联“质量专家库”、智能追踪工作指令关闭等，在数据融合和技术融合的基础上，打造柔性的一体化支撑平台和工作平台，以实现价值为导向的应用融合，创造更多的价值。系统设计满足以下几个原则：

（1）精细化：细化项目过程管理，制定项目工作任务清单模板，指导、规范项目日常工作，促进各业务间的工作协同。

（2）可视化：应用IT新技术，加强数据挖掘、分析和呈现，将管理层关注的项目指标数据以图形、图表方式进行可视化、动态化展现，确保计划透明、执行结果透明、统计结果实时准确、业务痕迹可追溯，不仅满足项目总览监控需求，还可以穿透、查询重点事项的过程信息。

（3）移动化：借助移动应用技术的发展，改变传统的PC端录入、移动端查询的模式，加强移动端功能，将移动应用打造成信息录入终端，增加用户应用系统的及时性、便捷性，解决以往项目现场数据采集困难的状况。

（4）智能化：加强系统业务模块间的横向关联，实现建设项目各业务间的相互关联与协同；增加工作自动推送、智能提醒、智能预警，实现建设业务智能化管控；进一步打通业务系统，通过业务关联、数据同步，实现系统多方位扩展，避免同类数据重复采集，达到信息共享的目标[4-5]。

（5）数字化：从追求线上“自动化”转变为“数字化”，整合项目进度、安全等各业务环节数据，基于多维分析技术，为项目管理提供决策支撑，将数据提炼成知识，助力公司数字化转型、智慧化升级。

（6）标准化：以“模块化”方式设计和开发建设项目标准业务功能模块，实现未来新增建设项目的功能简易配置和扩展。

3 整体架构

以电厂数据为核心，将生产实时数据和管理数据清晰划分，按照数据类型的不同，将建设的业务功能分为实时数据业务和管理数据业务。为实现数据共享与功能协同，分别形成智能发电控制系统（ICS）和智能电厂管控系统（IMS）。本期智慧工地管理建设项目属智能电厂管控系统（IMS）的一部分，该项目平台及应用系统、网络及硬件设施将逐步过渡至生产期IMS系统[6-7]。

该智慧工地管控系统的整体架构自底向上由四部分组成，包括：智能设施层、智能平台层、智能应用层和智能交互层[4]。其中：

图1 智慧工地管控系统整体架构图

智能设施层：核心组件包括智能化工器具、IT基础设施等，如：各类监视监测设备、视频监控设备、门禁设备、安防设备、网络通信设备、计算存储设备、网络信息安全设备等；

智能平台层：核心组件包括应用软件开发与运维、状态监测服务、权限管理服务等；

智能管理层：核心组件包括安全管控、质量管控、进度管控、环保管控、档案管理、一体化协同办公、智慧业务应用与其他管理业务集成、一体化展示与访问。

智能交互层：核心组件包括桌面终端、移动终端、大屏等。

该整体框架的设计充分考虑了以下两个方面：一是为业务应用提供规范化、易管理、可扩展的基础技术平台和管理环境；二是为跨部门跨应用的信息集成、数据整合、信息共享、统一展现提供支撑，也为智能化分析决策与数据挖掘提供有力支持。

4 建设规划

4.1 整体规划

对智能电厂的基础设施进行统筹规划，包含各种有线信息网络平台、工业无线应用平台以及各种虚拟化服务平台等的建设，立足全局进行综合考虑与规划，避免基建期与生产期重复投资建设造成不必要的浪费，尽最大可能避免出现信息孤岛。在规划智能电厂管控平台时，在经济适用的基础上充分考虑技术的先进性与前瞻性，为系统扩展提供一定的空间。安全性涵盖硬件设备容错能力、数据资源访问策略、用户验证机制和系统备份策略、工控安全等多个方面。应用系统设计与实施符合相应的国际标准、国家标准和行业标准等。充分考虑硬件设备的可扩展性和软件模块的灵活性与开放性，以适应系统将来可能的发展。智能电厂管控平台的整个硬件基础设施建设统一考虑、统一部署。

4.2 分步实施

根据整体规划，将智能电厂管控平台建设分步实施，主要分两阶段。

第一阶段：开展智慧工地建设，具体包括：基建期智慧工地管控系统中对视频监控、门禁系统、智能安防系统、基础平台、管控应用统筹规划，分阶段实施，同时对上述系统功能加强，与生产期智能电厂管控平台一体化。

第二阶段：新机组168h试运结束，性能考核试验完成后，充分调研后，增加部分高级应用模块，以达到智慧决策为最终目的，并对相关模块进行完善及深度挖掘。

（1）先进性与经济性兼顾：设计智能电厂管控平台时，在经济适用的基础上充分考虑技术的先进性与前瞻性，为系统扩展提供一定的空间。

（2）安全可靠：安全性涵盖硬件设备容错能力、数据资源访问策略、用户验证机制和系统备份策略等多个方面。

（3）符合通行标准：应用系统设计与实施符合相应的国际标准、国家标准和行业标准等。

另外，智慧工地管控系统建设按照兼容扩展原则，预留兼容生产信息系统接口，同时系统具备和集团一体化集中管控系统的对接能力。通过基建、生产一体化设计，整合基建阶段与运营阶段数据信息，完成项目知识积累与价值传递。实现企业知识一体化、资产价值一体化，实现发电企业从基建期向生产期平滑过渡，提升企业资产利用率，提高企业投资回报率。整个智慧工地管理系统的可利用率能达到99.9%。

5 结语

该智慧工地管控系统的设计遵循集团公司统一规划，将集团公司发展方略深入贯彻整体建设过程，以“云大物移智”等先进智能化技术建设为支撑，建立协同、精细、绿色、智慧的工程一体化管控平台，可有效提升了项目管理能力，大幅降低沟通成本，精细化施工过程控制，提升项目交付能力，促进工程建设管理转型升级。

采用满足技术先进性与成熟性相结合的多层技术构架，提高了系统的灵活性、可扩展性、安全性以及并发处理能力，同时，通过统一数据接口实现与其他业务应用的数据交互。采用组件化、动态化的软件技术，利用一致的可共享的数据模型，按照展现层、应用服务层、业务逻辑层、基础框架层等实现多层技术体系设计，实现各接口组件能够在企业内协同工作、在各层次无缝集成，实现数据共享和重用。