电网基建工程智慧工地建设探究

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摘要：通过提高电网基建工程实际服务质量与管理体制，有助于改善电力网络工程智慧工地的建设水平，最终提高工程建造的整体运营效率、管理效率和决策效率等，实现精细化、智慧化施工。在提出电网工程智慧工地的总体特点和建设要求之后，将电网基建工程智慧工地项目智能化的实现过程分为设备感知层、工地感知层、现场管理层和远程监管层4个层次，并分别进行了系统性地介绍，对其提出了层次化的总体架构和规划蓝图。从未来发展的角度上重点研究了电网基建智慧工地项目和BIM技术、大数据技术和物联网技术的结合与发展。最后对未来建设前景进行了展望。

关键词：电网基建；智能化；物联网；大数据；感知

我国的GDP逐年稳定增长，随之相伴的是对于用电需求量的增大，为保证全国的供电量，电网基建工程也随之加大规模。在大规模建设中，工程进度、人员安全、质量等要素作为研究重点，决定着电网工程项目质量的好坏[1]。“智慧工地”作为一种新概念出现，将互联网+融合到传统建筑行业里，为工程现场的管理提供了一种新的一体化模式。在建筑领域的融合初见成果，随后在电网工程中也得到了重视。

1电网项目智慧工地

1.1电网基建工程与普通建筑工程差异。电网工程建设虽然与建筑工程建设拥有共同点，比如都包含了建筑物构建工程，但两者并不能混为一谈，差异显著。这种差异决定了电网工程智慧工地建设不能照搬建筑行业的智慧工地模式。从建设标准上来看，电网工程以标准设计为主，而建筑工程则存在明显的个体差异性；从建筑规模上看，建筑工程形式比较多样，以商业化建筑为主，常见高层建筑，而电网工程体量较小，主要为二三层单体建筑；从建设内容上来讲，电网工程不同于建筑工程的重建筑物轻内部建设，电气设备作为设备运维和电网构架的核心比电网工程中的建筑物具有更重要的地位。除此之外，各个角色在两种工程中的角色定位也有很大不同。在电网工程建设中，甲方单位全程参与项目设计、施工、交付后运维的全过程管理。而对于建设工程而言，甲方扮演的角色相对没有那么重要，大部分情况下不会全程跟进，由不同的单位负责不同的建设内容[1]。因此，电网工程智慧工地建设的内容不仅仅是对工地现场管理的建设，更多地需要考虑电网基建工程本身的特点，为工程今后的运营、业务营销等活动打下基础。1.2电网工程智慧工地建设目标。打造状态精准感知、信息协同处理、应用便捷灵活的建设平台是电网工程智慧工地建设的重要基石。深化开展基建全过程综合数字化管理平台统一建设、建立标准化数据模型，是建设智慧工地的关键。因此，电网基建项目要想达到智慧工地的要求，应至少做到能够实时感知，在为客户提供在线服务的同时，保证监管透明，利用先进算法进行智能化分析[2]。1.2.1感知实时化。对数据信息进行实时采集属于电网工程智慧工地建设过程中的基础类应用内容。物联网技术能够在这一环节发挥重要作用，在实际建设过程中，监控施工现场的施工数据、施工相关信息、现场影像资料，并进行实时采集。于此同时，利用开发的相关算法，在传输过程中进行初步分类处理，以减少后续工作量，为提高数据的应用价值打下基础[3]。1.2.2服务在线化。传统电网工程在施工过程中，信息的传导都存在一定的时延，在发现、反馈、处理问题的过程中耗时较长[4]。在智慧工地施工过程中，会借助移动客户端对现场问题进行及时反馈，同时在线完成问题分析后，也会通过在线服务的方式，对问题进行处理，从而提高问题的处理效率，减轻系统的运行负担。1.2.3监管透明化。随着城市化进程速度的加快，城市的整体规模也在扩大，电网系统的鲁棒性和持续性需要进一步提高。在电网工程建设中，对各个环节监管的重要性此时能够得到体现，严格规范操作内容并制定相应的管理措施，可以确保工程的施工质量，可以让环节进行得更加有序。在智慧工地当中，相关数据的实时动态抓取尤为关键，解决了传统监管模式的透明度较低的缺点，所有监管过程保持透明化，确保监管过程的公正性，提高电网基建工程的施工效率。1.2.4分析智能化。与大多数工程类似，电网基建项目在施工过程中每天都会产生大量的数据信息，其中不乏一些重复类信息和错误信息，如何对信息进行准确甄别，也是电网工程推进过程中的重点管理内容。在智慧工地的建设过程中，分析智能化属于非常重要的建设目标，结合现阶段技术发展情况，通过云平台对数据进行过滤和结构化处理，从而有效提升采集数据信息的应用价值[5]。

2智慧工地体系构建

2.1总体框架。电网基建工程智慧工地项目的建设，要充分应用现场感知设备、智能化数据采集与数据传输服务等现代信息技术以及先进通信技术，解决施工现场感知层数据统一及汇总分析的建设要求，通过智能化填写和自动化报表生成等功能应用，完善和加快电子办公无纸化进程，减少大量的线下数据流程，极大提升公司管理和运营效率；并通过构建公司企业中台（建设域），汇集多系统业务数据，并辅以人工智能平台的算法处理，从而实现电网基建工程各环节万物互联和人机交互，建设精准感知、多端协同、灵活快捷特征的智慧管理与服务平台。智慧工地建设纵向涉及各管理层级和现场项目部业务贯通，横向涉及各专业管理融合，因此需要在梳理各类应用场景和用户需求的基础上，形成技术先进实用、适应工程现场、满足业务管理需求的总体架构和蓝图规划[6]。针对电网工程的智慧工地总体架构设计而言，采用开放式的集成平台更符合其特征，能够发挥出更大的优势。一般而言，开放式集成平台可由四大部分组成，分别为基础设施层、工地感知层、现场管理层与平台应用层，如图1所示[7]。在开放式集成平台的后台中，云计算服务与网络通信架构共同提供技术支持，在通讯和硬件方面保证智慧工地平台稳定、高效运行。2.1.1基础设施层。基础设施层属于电网基建项目智慧工地中维持系统稳定运行的基础。在具体应用中，基础设施层可以分为以下7个类型：（1）标识与识别设备，主要用于标识各类资源的二维码和无线射频识别标签；（2）门禁与考勤设备，主要对施工现场人员进行考勤管理记录，同时也可以起到保护重点施工部位的作用；（3）定位设备，例如北斗卫星系统定位设备等；（4）区域管理设备，用于实现施工全过程的边界动态管理，主要包括边界管理设备、临边防护器、电子围栏等；（5）安全监测设备，主要监测电网工程施工中具有较大安全风险的工程部位和特种设备；（6）工程测量设备，主要用于距离、高度、角度等方面的测量工作，常用设备主要是水准仪和全站仪；（7）绿色施工监测设备，用于对施工现场的气象、扬尘、噪声情况，以及用水用电等情况进行监测[8]。2.1.2数据感知层。数据感知层的建立是依托众多终端设备进行体系构建，同时采用智能化算法进行工地感知数据处理的任务分配和职责划分，达到对工地各个施工体系的精确感知。数据感知层主要包括可视化感知、建设资源感知、场地空间感知、高危环节感知和绿色施工感知5个部分。2.1.3现场管理层。现场管理层主要分成信息与通信基础设施、资源管理、场地空间管理、施工进度管理、安全管理、质量管理6个部分。在智慧工地的信息管理中，边缘设备基于其便于携带的特点作为工地云平台的信息收集和推送基础；按照施工过程中各专业的要求，基于工程场地过程中的区域划分、现场布置、施工作业等要求，对施工现场实现实时动态管理；利用物联网技术，基于可视化感知，实现进度情况的直观化和形象化跟踪，利用建设资源感知更好地监控资源配置，实现更精准的配置组合；结合进度计划与资源需求，基于进度偏差与资源限制，进行施工进度管控和预警，从而提升施工进度管理的合理性[9]；打造施工安全闭环，施工前期理清风险、施工过程持续督导，施工验收问题整改，建立严格的全过程责任体系；基于标准工艺形成质量标准，通过建立严格的考察和与质量验评以及问题整改制度，形成工程质量管理闭环。2.1.4平台应用层。平台应用层位于智慧工地建设最顶层，直接与用户产生交互，其功能是“处理”，即依靠“云计算”进行信息处理和反馈，根据平台监控的设备和采集的数据进行整体信息处理并反馈数据的运算结果。平台应用层为了实现不同的功能模块，大体上可以划分为4种：（1）机械监控模块，此模块的主要功能是实时监控机械的运行数据，将数据经过其他处理模块将机械的实时运行数据传送至系统中台，进行实时高效地分析和监测，并在监测到人员的违规操作时，及时进行预警，掌握机械风险防控的主动权；（2）环境监控模块，环境监控模块可以预设解决方案，在监控环境参数的时候，一旦发现数据波动异常，及时按照预设数据和操作进行调节，使工地环境满足相关的施工规范和环境要求；（3）人员管理模块，此模块主要对现场施工人员进行大数据采集，从而判断人员的操作行为是否规范，是否有安全隐患等，并利用大数据统计人员进出，进而实现人力调配自动化、合理化；（4）大数据应用平台，以前面的3个模块应用为基础，开展大数据分析。前3个模块的处理过程中，会获取质量极高的信息数据，可以为大数据应用平台提供足量的训练学习数据，可以为进一步的数据增强和云计算能力提高打下坚实基础。2.2技术分析。2.2.1智慧工地与BIM信息是BIM模型的核心，也是实现信息化管理的关键。在BIM模型构建过程中，与倾斜摄影三维实景建模技术相结合，确保模型坐标、几何尺寸的精确性至关重要，同时也需对BIM模型的参数、命名、分类、编码、交付制定标准的规则，以规范智慧工地其他BIM相关模块的操作。BIM技术具有模型可视化、工序虚拟化等特点，利用BIM技术建立微观工程信息仿真模型[10-12]。其作用主要为：利用BIM技术建立进度模型，控制施工进度，从而进行进度分析；模拟施工方案，协助技术交底；在管线安装过程中，BIM技术可对图纸进行深化，完成管线碰撞检查等[13-15]。基于BIM技术的智慧工地解决方案，以BIM模型为载体，以云端平台为基础，利用移动设备将应用延伸至现场，通过对施工现场资源的集中管理，建立智能化、移动化、预警化的业务监督，形成成熟的业务体系，实现参建各方的协同管理。2.2.2智慧工地与物联网物联网技术在智慧工地系统建设中起到重要作用，在施工现场通过布设传感设备，将施工升降机、塔式起重机、移动执法终端等作业产生的动态信息、工地视频数据、人员进出与定位监控、扬尘噪声环境监控与自动喷淋降尘联动、车辆进出口冲洗监控、裸露土方覆盖监控、建设工程结构安全实时监测系统等从全方位监控工地的实时信息，力争做到数据化、可视化、可控化，使用智能系统为项目管理的监控的全方位实时立体化提供实现平台，并在平台上进行智能化应答[16]。2.2.3智慧工地与大数据从大数据的生命周期来看，主要经历4个流程，如图2所示，这几部分所涉及到是其最为关键的技术。智能感知是整个智慧工地系统的数据支撑[17-18]。基于大数据技术的电网工程智慧工地系统的数据架构包括：电网工程现场数据采集，实现统一标准，综合采集现场各类厂家物联网设备信息数据，如视频监控、闸机AI门禁、深基坑监测、塔吊监测、高支模监测、环境监测；边缘数据采集及处理，接入视频监控、深基坑、高支模、智能安全帽等各类采集对象的数据采集程序，对现场采集到的数据进行分析、处理，并将数据上传至云端数据管理中心；基建云端数据管理中心，通过标准的物联网协议实现对物联、智能终端、存量信息系统的统一安全接入和管理，通过远程维护、实现边缘的数据采集、设备管理、互联配置、运行监视功能。通过从数据中台读取视频流等业务数据，基于嵌入AI算法的人工智能平台，实时调用算法进行分析识别，在特定工况中实现从监控视频或图片中高效提取特定信息，异常或事故及时告警，并分别在前期、建设过程、投产的各个阶段，智能化填写安全、质量监管记录和进度、造价的统计列表，以及基建技术评估数据，支持人工信息化填写修改，并自动化生成各类线上报表和评估报告，包括安全质量专业报表和进度月报等。智慧工地系统平台结合大数据技术，能够大力提高数据的有效性和及时性，大到施工进度数据，小到现场设备型号和从生产厂家信息，都能够在平台中快速检索，并能够进行实时地更新。在电网基建施工的过程中，能够根据目前的进展和在库的项目进行分析，采用智能化算法对项目将来的质量、进度方面的指标进行预测，及时调整优化施工过程中的组织管理，提升项目的建设效率并节省成本。

3应用展望

当前，在国家电网公司管理的电网基建项目中，随着视频接入和现场系统在工程现场的全面推广，以及基建管理系统相关功能群的持续建设，现场系统（手持移动业务终端）与基建管理系统已经通过紧密的信息互联与数据共享，一体的业务贯通与管理融合，初步建立了电网基建项目现场管理生态圈。目前国家电网在基建工程现场管理系统已经全面推广，智慧工地建设在实践层面的工作基础已经奠定，初步形成在基础设施、工地感知、现场管理和远程监管中的完整实践。在基础设施层、工地感知层、现场管理层、远程监管层已经形成了整个施工进程中的成熟应用。同时，还需要在以下几个方面进行提升和发展。（1）重视基建工程全过程中的施工文明建设。目前政府各部门对施工文明建设提出了更细致的要求，对施工区域中的环境污染、重大工程设备安全、绿色生产等问题十分重视。采用物联网技术有效丰富施工现场监测手段，提高对环境变化和高危设备运行情况的敏感度，为安全监管、绿色监管奠定基础[19]。（2）加强对施工空间位置的全过程控制，严格梳理各专业的管理层次。持续优化施工现场的总体布局，并结合基础设施层的空间管理能力，将施工阶段的作业区域与空间、污染变化等与施工管理过程中的各专业紧密结合，方便智慧工地系统进行现场管理。（3）加强现场技术支持和解决突发问题的能力，完善现场管理的短板。利用物联网技术成果，提升施工现场管理模式的及时性和针对性。例如，当施工现场出现烟雾，利用这些监测设备能够迅速锁定可能产生明火的位置，进而调用视频监测设备对现场情况进行智能化识别，管理人员针对紧急情况迅速发出紧急信号并启动应急管理方案，极大提高施工现场的应急管理能力。（4）加强设备精准感知和高智能化水平，实现施工现场全域覆盖、智能识别、有效管理。采用订制化的识别算法，提高视频数据的多重识别能力。一是通过未戴安全帽识别、区域穿越识别、红马甲识别[20]等基本形成工地违章智能识别能力；二是通过工作区域人员数量识别、工程进度自动识别等，辅助专业监管高效开展。

4结束语

通过对电网工程现场管理业务的层次化梳理，本文在研究层面系统归纳了电网工程智慧工地的特点和总体架构，结合国家电网公司视频接入和现场系统当前建设形势，在实践层面对于4个层次的实施应用情况进行了梳理，并结合大数据、物联网技术、BIM技术等方面介绍了电网工程智慧工地的未来发展情况。目前信息化建设已经进入各行各业，施工现场中的智能建造给企业带来的效益更加受到重视，通过进一步全面融入物联网技术、云边协同计算、智能识别监测算法等信息化手段，丰富现场管理人员管理手段，提高管理水平；与此同时，基于信息化的管理理念日益施工现场组织和管理人员的信息化素质，从而进一步完善智慧工地的系统放方案，通过技术和人员之间的良性循环，不断推动电网基建工程的高效创新发展。

作者:吴威 徐鑫乾 许志勇 陈磊 陈勇 黄涛 许奇 单位:1.国网江苏省电力有限公司 2.国网江苏省电力工程咨询有限公司