基于大数据平台的电力设计项目管理信息化建设研究

胡聪, 孙琦, 洪德华, 王鹏

(国网安徽省电力有限公司信息通信分公司,安徽,合肥 230061)

0 引言

电力系统设计阶段会产生海量数据,从基于GIS(Geo-Information system)系统的地球地理系统原始数据获取和踏勘、勘探、测量结果整合输入,构建设计基础,到基于电力BIM(Building Information Modeling)系统的设计资料统一管理,再到基于电力CAE(Computer Aided Engineering)系统的设计方案最终验证,最后得到电力CAD(Computer Aided Design)系统的最终设计成果蓝图输出,期间使用到多套计算机辅助系统,产生较为复杂的异构数据[1]。

相关研究对该设计过程的大数据资料进行基于不同架构的技术档案管理,而该研究基于BIM系统的数据库体系对CAE系统和CAD系统产生的设计大数据进行数据整合,进一步去融合GIS数据,形成最终的电力设计项目管理大数据平台[2-3]。

该研究对提升电力设计项目的大数据管理能力有积极意义,对提升设计过程产生的大数据价值提升有直接促进作用[4-5]。

1 电力设计项目信息化建设的核心思路

电力设计项目的目的是对变电站、电力线路等设施进行设计,其中的地质、测量、踏勘资料,设计会议相关会议纪要,设计中间成果的图纸及报告书及电力项目设计的各种报告书和会审资料等,构成了电力设计项目的大数据体系,也是其信息化建设管理的客体[6-7]。

在电力设计项目中,通过BIM系统的大数据管理功能作为电力设计项目大数据系统核心基础,利用BIM-CAE接口和BIM-CAD接口将电力CAE和电力CAD的相关数据融入BIM大数据系统中,利用GIS-BIM接口和CAD-GIS接口,实现对GIS系统的融合,详见图1。

图1 电力设计项目数据融合模式示意图

图1中,电力设计项目的数据融合模式共归纳为4个要点。

(1) 电力设计项目的数据仓库系统利用电力BIM的大数据管理功能实现。在电力设计中应用到的电力GIS系统、电力CAD系统、电力CAE系统相关数据均可通过BIM系统的相关接口面向电力BIM系统的数据仓库实现数据导入并对大数据进行系统化管理[8-10]。

(2) 地理信息管理有关的地图测绘测量、踏勘与实地调研数据对地图数据的整合等数据融合过程,均可通过电力GIS系统完成管理。电力GIS系统面向电力BIM系统的数据导入共有3条路径:① 通过GIS内置的BIM数据分享接口实现GIS数据向BIM系统的数据导出;② 通过电力CAD设计过程将GIS系统数据导入到电力CAD通过BIM系统内置的CAD数据导入接口将CAD数据导入;③ 电力CAD融合GIS数据后,生成设计报告书后,通过BIM系统的报告书管理功能将报告书信息融合到电力BIM系统中。

(3) 电力BIM系统共有3个主要对外接口,其中包括BIM系统内置的对CAD数据和CAE数据的数据导入接口,以及GIS系统内置的针对BIM系统的数据导出接口。该3个接口以电力BIM系统为核心数据管理系统,实现电力设计项目中常用的电力BIM、CAD、CAE、GIS系统的完全数据融合。

(4) 电力BIM系统有对各种文本非标数据进行管理的功能,包括各种设计报告书(规划、可研、地灾、压矿、系统仿真等),电力工程概算预算结果,各种对接会、评审会、验收会的会议纪要信息等。

2 电力设计项目的信息化建设问题及解决方案

电力施工建设工程引入BIM管理信息系统的管理模式已经相对成熟,BIM系统是当前在建设项目大数据管理中较为成熟的管理信息系统。但在电力设计阶段,因为参与人数较少且参与单位较多,BIM系统必须依托的项目内管理流程在电力设计阶段难以得到有效贯彻,所以导致电力设计项目在BIM系统应用中存在诸多障碍[11-12]。常规的电力设计项目,以电力设计院为核心组织方,配合土建、机电安装、造价、设备选型及补充设计等单位,共同构成电力设计项目执行团队。与电力建设过程不同,电力建设工程一般由建设方、承包方、服务方、监理方构成工程管理体系,但电力设计项目的实际管理架构与电力建设工程管理架构有较显著区别,所以在进行BIM系统划分方面存在一定难度。对该问题体系进行AHP(Analytic Hierarchy Process)分析,如图2所示。

图2 电力设计项目信息化管理难度AHP分解

图2中,电力设计项目使用电力BIM系统进行管理主要有3个难点,第一是团队差异性、部门复杂性、数据异构性。其具体表现如下。

(1) 团队差异性问题及对策

根据前文分析,电力BIM系统的设计初衷在于对电力建设项目进行大数据管理,但电力规划设计过程属于电力建设项目的准备工作,如果可以在电力设计阶段引入BIM管理,则会对后期电力建设项目的BIM管理带来较为直接的促进作用。但电力设计阶段并非采用建设方、承包方、服务方、监理方构成的团队架构,而是不同专业设计部门之间构成的团队架构。

针对该问题,可以从建设方角度构建电力设计BIM架构,而各设计单位作为承包方或服务方介入到电力BIM架构中。此时因为监理方尚未介入项目,其流程需要在传统BIM系统管理流程上进行一定优化。即在电力设计阶段引入BIM管理,需要建设方做出管理配合和管理协调支持。

(2) 部门复杂性问题及对策

以变电所设计项目为例,其中包括初期的地质勘探部门、工程测量部门、土地管理部门、市政管理部门及参与踏勘调研的其他各部门,包括设计阶段的电力系统设计部门(电力设计院),变电所基建设计相关的土建设计部门,变电相关设备安装工程设计相关的机电安装设计部门,如需设备供应商对相关设备做出技术调整,则需要设备供应商的相关设备优化设计部门等。大型变电所的设计工程,可能需要十余个部门参与,但全部设计团队一般小于50个参与人。即在复杂部门协同机制下,每部门参与设计的相关人员平局不足10人。这就让电力BIM系统在电力设计阶段的应用过程产生较高的管理成本。

解决该问题主要有两个突破点:① 电力设计部门把电力设计大数据管理作为核心设计任务进行管理,且形成实现BIM大数据管理的企业管理体系文化,让每个设计参与者都有操作BIM系统的相关技能;② 建设方应对电力设计阶段引入BIM大数据管理系统有积极认识,愿意配合设计部门进行电力大数据管理。

(3) 数据异构性问题及对策

电力设计阶段会产生大量的非标准化数据,这类数据以文本数据为主,包括各种报告书、会议纪要等。这些非标准化数据与图纸、台账、概预算表格等数字化数据构成相对稳定的异构数据体系。使用BIM对这些异构数据进行管理,是电力设计项目信息化管理过程中的核心管理目标。

电力BIM系统内置有对报告文档和会议纪要等文本非标准化数据进行基于顺序数据管理的功能,同时会对这些顺序数据建立逻辑数据台账,对其摘要进行数字化后逻辑管理。所以,利用电力BIM的非标准化数据管理功能直接管理电力设计阶段的非标准化数据,是解决电力设计阶段异构数据管理的核心解决方案。

3 电力设计项目管理信息化建设效果调研

3.1 调查范围及调查客体

调查我市6个电力设计院在2019～2020年参与的49个电力设计项目,其中各电压等级变电所设计项目22个,电力输电线路设计项目27个。该组项目中,2个设计院的21个电力设计项目在项目应用前期引入了电力BIM进行电力设计项目信息化管理,并形成电力设计项目信息化管理大数据管理体系,4个设计院的26个项目采用传统设计项目管理模式。

根据该调研结果,6个电力设计院在这2年的电力设计项目构成情况如表1所示。

表1 被调查6个电力设计院电力设计项目构成情况表

表1中,采用BIM介入信息化管理的设计院2个,设计人员合计77人,参与项目总量21个,其中变电所设计项目12个,输电设计项目9个;采用传统模式进行设计管理的设计院4个,设计人员合计185人。参与项目总量26个,其中变电所设计项目10个,输电设计项目18个。对该数据进行整合分析,发现以下2点特征。

(1) 参与变电所设计项目较多的设计院,更容易形成BIM管理信息系统驱动的电力设计信息化管理架构。从表1可以看到,BIM接入信息化管理的设计院参与的变电所设计项目占其承接总项目的57.1%,而传统模式管理的设计院参与的变电所设计项目占其承接总项目的35.7%。分析其原因,变电所建设工程以为涉及较大比重的土建工程,所以在其建设阶段对BIM系统的依赖性较强,受到该市场需求影响,更倾向于承接变电所设计项目的设计单位,在设计阶段及参与到工程建设BIM管理信息系统的主动性较强。

(2) 执行基于BIM管理信息系统的电力设计信息化管理设计院的工作效率更高。计算人均年度参与项目量,信息化管理设计院中人均年度参与项目0.27个,传统管理设计院中人均年度参与项目0.14个。因为设计院的核心成本为高素质人才的人力资源成本,人员利用效率越高代表设计院的经济效益越强。单纯从人力资源成本推算效益,采用基于BIM管理信息系统进行全面大数据信息化管理的设计院经济效益达到传统管理模式设计院的1.93倍。

3.2 从业者对信息化管理效果的评价

调查上述262位电力设计从业人员,其中在进行全面信息化管理设计院工作的设计从业人员77人,在传统管理设计院工作的从业人员185人,对其工薪收入满意度、管理体系满意度、对企业综合感性评价等三项指标进行调研,要求其给出纯感性评价,满分10分,最低0分,其感性评价结果汇总到表2。

表2 从业者对信息化管理效果的评价结果表

表2中,使用SPSS24.0数据分析系统,对2组受访者做出的感性评价进行双变量t校验分析,当t<10.000时可认为2列数据存在统计学差异,当t值减小认为统计学差异增大。读取t校验过程中的log变量输出值作为信度判断P值,当P<0.05时认为分析结果在信度区间内,当P<0.01时认为存在显著的统计学差异。比较2组从业者对工薪、管理体系的评价及其对所在单位的总和评价,发现信息化管理企业的77名设计从业人员在该三项评价结果的均值均高于传统模式企业的185名从业者,t<10.000,P<0.01,具有显著的统计学差异。三项结果中:工薪满意度信息化管理模式较传统管理模式高出20.1%;管理体系满意度信息化管理模式较传统管理模式高出13.3%;企业综合评价信息化管理模式较传统管理模式高出20.7%。可以认为因为执行了基于BIM的全面信息化管理,相关企业较传统管理模式,可以给出更符合从业者预期的工薪和更适应项目管理的管理体系,且可以让从业者对企业的依从度和认同度增加。

4 总结

使用BIM系统对CAD系统和CAE系统的内置接口,GIS系统对BIM系统的内置接口,实现4套电力设计项目常用软件的数据动态融合,从而实现了对电力设计项目的全面信息化管理。该研究将BIM系统在电力系统设计阶段即介入到工程管理体系中,使设计阶段数据成为建设阶段的初期数据。同时,因为在电力设计阶段全面应用了BIM系统,设计院企业的管理效率得到提升,从业者对工薪和管理体系的满意度提升,对企业的依从度和认同度增加。所以认为基于BIM系统的电力设计项目全面大数据信息化管理体系,对提升设计院电力设计项目管理效能有积极意义。