基于三维全景技术的电网基建工程项目智慧化、精益化管理

2021-12-30国网甘肃省电力公司定西供电公司赵学文刘小虎曹鸿凯

电力设备管理 2021年12期

国网甘肃省电力公司定西供电公司赵学文刘小虎郝祉曹鸿凯

建立一种基于三维全景可视化的变电站智慧管理平台，通过对变电站三维实景建模、人工智能应用、大数据融合承载及丰富的三维可视化智能管控应用，实现对变电站全站前期策划、施工人员动态管控、施工全过程管控、设备三维实体对位、施工方案三维演示及施工全过程数据统计与对比等功能，提升变电站建造的管理效率和决策效率等，实现精细化、智慧化管控[1]。

随着国家电网公司电网建设进入一个新时期，电网建设正在由传统建管模式向智能化不断转变。电力建设需要紧跟时代潮流，积极推动智能化管控，解决施工现场存在的诸多问题[2]，实现由传统管理向智能化、高效化转变。提升施工现场管理“智慧化”水平，丰富监管手段，推动工程向基建管理智能化、建设工地智慧化升级，打造安全、可靠、绿色、高效的智能电网。

1 传统工程管理现状分析

劳务用工方面。变电站建设大多采用分包，施工人员来自劳务分包单位，现场工种种类繁多、综合素质不高、管理人员重点不明确，造成现场管理难度增大。对于管理单位而言，管理水平即代表着工程安全、质量可以达到的水平。管理模式的落后、低效是目前管理存在的主要问题，传统的管理模式已完全不能满足目前科学技术发展的需求。

物资管理方面。工程乙供物资管理主要由施工单位自行负责采购、供货，物资采购方面受到约束力小，到货检查无法深层次进行，现场应用需要大量的人员进行跟踪检查且无法准确对使用量进行记录，往往是在工程结束时才能发现存在的偏差，不利用过程中管控，造成损失[3]。

安全管理方面。安全管理一直是变电站施工管理中的重中之重，重点包括深基坑作业防护、临时用电管理、危险品存放管理、机械设备操作安全、高空作业安全等。安全管理主要针对人的不安全行为与物的不安全因素进行，且依赖于管理人员的现场定期和不定期检查的方式，容易出现安全隐患。变电站施工过程中高空作业多、露天作业多，大多数作业人员均为分包人员及厂家人员，安全意识淡薄、自我约束力差、侥幸心态较重。纸面交底无法让现场施工人员真正了解违章作业所带来的严重后果，未真正消除安全隐患。

信息管理方面。变电站建设尤其是大型变电站建设过程中参建方多，通常都以会议形式解决建设过程中的各种问题，这种方式牵扯管理人员较多精力且落实较慢。此方式不利于对现场的整体管理与决策，管理决策者收集的信息存在不及时性、重复性及不完整性，对现场实际情况了解方式单一，导致不能及时采取有效措预防和改进措施[4]。

机械设备管理方面。在进场机械设备管理中，目前仅通过相关施工机械的报审和签证，但无法做到施工机械使用过程中对机械本身工作状态及操作人员的监控。施工机械数量、状态能否满足工程实际施工需求仅靠管理者经验判断，缺乏有效数据支撑。同时也无法实时对施工机械进行检查，存在安全隐患。

2 变电站智慧管理平台建设

根据施工现场实际管理需求，通过布置不同的子系统实现人员、机械、安全、质量、环境等全方位、全过程的管控。建造智慧管理平台实现对众多子功能的集成、统一管理，实现数据关联、操作关联、流程关联等。从被动遇到问题、解决问题到主动发现问题（图1）。

图1 变电站智慧管理平台

2.1 三维实景重建

利用三维模型实现前期策划。“智慧平台”通过BIM 建模手段，对施工场地内各施工区的划分、起重设备的定位、场区道路的布置、车辆行驶路线、配电箱位置、施工用水管线进行模拟，落实安全、质量、进度等各项管控要求。

实现各设计专业协同设计。在施工过程中往往会出现预留孔洞、消防、照明、智能辅助管线安装问题。面对这些情况，墙体上二次开凿影响墙面施工质量及观感，易造成墙面质量通病且不能做到完全精准定位。而通过“智慧管理”平台，通过三维模型直观展示所有孔洞及管线位置，结构、电气、消防、照明、智能辅助等各专业设计人员可在同一个模型上进行设计，实现各专业协同设计，按照模型完成设计图纸修改。提高设计图纸准确率及各专业接口配合，同时可通过模型落实各项管控要求。

土建电气精确配合。可清晰展现电气设备位置及设备安全距离，并根据实际位置确定相关槽盒、埋管定位，并在施工过程中通过数据对比及时进行纠正，解决电气设备埋管定位难、偏差不易控制及基础后开孔造成的破坏不易修复问题。

3 全过程施工视频监控数据融合

图2 三维实景重建

通过现场布置的视频监控系统（固定、移动、手持）对施工现场实行全天候全覆盖监控。并可与现场各个管理模块联动，实时掌握现场动态，便于参建各方对现场进行管理。提升管控人员工作效率、降低管理成本，变被动管控为主动管控。视频监控覆盖范围、选用设备类型及实现目的如下：

工地入口处。高清枪式摄像机/记录工人进出场信息；建筑材料码放区。高清枪式摄像机/监控施工物资使用情况；材料加工区。高清枪式摄像机/监控施工人员规范作业；围墙周边。高清网络球机/监控作业区域周围情况；固定施工区域。360度高清球机/可360度全景成像；构架。热成像测温摄像机/消防火情监控及工地全貌；吊装区。可移动360度高清球机/监控施工人员规范作业。

3.1 人员管控应用

施工前，可以对施工班组人员进行信息采集录入并建立人员档案。通过智能安全帽的使用可实施监测现场作业工种及人员数量、作业区域及作业行为，便于管理。

3.2 施工过程管控

利用传感设备对深基坑开挖过程及模板支护进行全过程监测；对大体积混凝土的温度等参数及脚手架安全状态进行监控，并将采集的数据通过无线网络传回数据库进行整理分析，为工程施工提供科学有效的数据支撑[5]；利用无人机等设备对施工现场原始地貌进行扫描，建立原始地貌立体数据模型，并将设计图纸中相关数据录入，分析并确定土方使用量，减少施工量、提高土方利用率，做到土方平衡，并为技经结算提供数据支撑。

现场布置一体化环境监测系统，对施工现场的扬尘、噪声、风力、温湿度、气压、颗粒度浓度等参数进行实时监控，并对相应的数据进行处理和分析、实现预警。有利于现场高空作业、构架吊装、GIS、主变等关键设备及相关风险作业管控；通过三维模型进行VR 安全交底，将触电、高空坠落、物体打击、火灾、基坑坍塌、脚手架倒塌伤害等可能出现的安全事故，以三维动态的形式进行全真模拟，给被交底人员带来更直观的感受，有效提高施工人员安全防护意识及在事故发生时采取正确的应急措施，安全防护入脑、入心，达到现场安全教育交底和演练的目的。

利用BIM5D 技术对工程总体进度进行可视化动态管控，合理调配资源，优化施工工序，划分施工流水段，提高工程管理效率。将现场作业人员、机械身份识别牌以热点形式录入模型中，形成现场实时热点图，实时查看区域内作业人员及机械投入情况。通过上道工序实际完成时间可以明确下道工序的开始时间，利于提前进行人员、材料、机械相关准备工作。将模型与里程碑计划时间、施工进度计划时间与现场实际进度信息相连接，及时获取现场实际进度信息并进行对比，根据进度进站情况进行合理的资源调配，实现成本控制及精细化管理。

将标准工艺库及相关规范要求导入模型建立工程现场工艺库，并利用现场视频设备，通过视频、照片、数据的方式对现场关键工序、隐蔽工程施工全过程可视化管控，制作成全过程影像记录。通过与工艺库的对比及时发现施工过程中存在的不足与问题，及时采取纠偏措施，保证施工质量与工艺。同时也可将风险清册与智慧平台进行关联，准确的在模型上显示作业内容、作业部位、作业风险、作业人员及相关措施落实情况。

建立电缆敷设三维模型、实现电缆模拟敷设，为电缆敷设提供准确的空间关系，提前解决实际敷设中可能出现的问题，通过对电缆长度、端头余量及线管弯头长度值的汇总，可以精确得出电缆用量，避免施工过程中出现电缆剩余或不足的情况。加快施工速度，提高施工质量，提高施工材料利用率[6]。

3.3 现场施工机械管控

平台基于互联网技术，通过摄像头、各类传感器等进行数据采集，实时监测现场情况，并将数据同步至智慧管理平台管理平台，对机械设备状态进行实时监控。显示施工现场的机械设备种类与数量、型号、操作人员信息、机械设备维修保养状况等信息。管理者可随时随地通过智慧管理平台管理平台获取机械设备管理信息。

3.4 实现全过程闭环管理

现场管理人员直接通过移动终端APP 将隐患问题拍照上传，同时填写内容、区域、责任人、整改期限、处罚措施等信息。将检查结果推送至相关整改负责人。整改后拍照上传至系统，经复查合格后形成整改闭环。通过智慧管理平台平台和移动智能终端应用，实现工地现场安全全过程在线检查、施工人员安全定位、机械设备安全监测、现场可视化管理，保障项目顺利实现安全环保目标。