智慧工程管理系統(tǒng)助力變電站建設(shè)

蔡宇飛，趙康偉

（北京送變電有限公司,北京 102401）

引言

目前，在電網(wǎng)建設(shè)領(lǐng)域，變電站建筑安裝工程涉及專業(yè)種類多，交叉作業(yè)多，在傳統(tǒng)管理模式下施工工藝控制難，施工過程管控容易不到位。特別是特高壓建設(shè)參建單位、參建人員和施工機(jī)械車輛多，施工管理工作量大，基建信息管理對象龐大繁雜，易產(chǎn)生信息時效性、真實性和溯源性差，易出現(xiàn)安全、質(zhì)量監(jiān)控漏洞等問題，而這些問題越來越成為影響企業(yè)效益增長及發(fā)展的關(guān)鍵因素。

因此，本文研究開發(fā)出“智慧工程管理系統(tǒng)”，它是針對變電站管理現(xiàn)狀及企業(yè)改革發(fā)展目標(biāo)，結(jié)合當(dāng)下智慧企業(yè)管理理念及管理發(fā)展趨勢，利用移動互聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等前沿科技，實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)營管理科學(xué)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的項目管理系統(tǒng)。系統(tǒng)建設(shè)的核心目標(biāo)是通過系統(tǒng)全方位獲取智能化設(shè)備（RFID、PAD 等）采集的數(shù)據(jù)，并應(yīng)用于各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，通過實時高效的信息化技術(shù)手段，提升現(xiàn)場管理效率，降低企業(yè)管理成本，最終實現(xiàn)智慧管理，增長效益的目標(biāo)。

1 系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)及原則

“智慧工程管理系統(tǒng)”旨在通過物聯(lián)網(wǎng)（RFID）、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息技術(shù)，完成工程施工過程的人力、財力、物資、信息等各類要素資源的優(yōu)化配置，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部及時、互動、整合的信息感知、傳遞和處理，最終達(dá)到增強(qiáng)工程管理的目標(biāo)，從而提高企業(yè)核心競爭力。

系統(tǒng)設(shè)計原則主要包含以下四點：

（1）智慧性：在施工現(xiàn)場各管理環(huán)節(jié)融入物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新興信息化技術(shù)，構(gòu)建智慧型工程管理。

（2）創(chuàng)新性：利用先進(jìn)信息化技術(shù)手段與現(xiàn)場管理體系、流程相結(jié)合，簡化操作流程，減輕管理工作量。

（3）高效性：高效數(shù)據(jù)采集，實時數(shù)據(jù)分發(fā)處理，提供高效決策支撐及全面信息掌控。

（4）靈活性：系統(tǒng)可與其它業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互對接，靈活拓展。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1 系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)分為3 個使用場景，一是后端云服務(wù)，二是分公司辦公室，三是施工現(xiàn)場，如圖1 所示。

后端云服務(wù)，是系統(tǒng)核心部分，包括應(yīng)用服務(wù)器（是應(yīng)用的總集成者，包括web 應(yīng)用和接口服務(wù)等），數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及實時通信服務(wù)器（只要用于接收人員定位數(shù)據(jù)）。

分公司辦公室，是對施工項目信息進(jìn)行監(jiān)控，查詢等，只需要使用瀏覽器就可以完成系統(tǒng)操作。

圖1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計圖

施工現(xiàn)場則是實施系統(tǒng)的重點，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和展現(xiàn)，包括PAD 的APP 應(yīng)用、自動考勤系統(tǒng)、門禁管理系統(tǒng)、大屏展現(xiàn)系統(tǒng)、人員定位基站等。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)采用J2EE 的架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)，采用現(xiàn)階段成熟的基于MVC 的SpringMVC 架構(gòu)，包括表示層、業(yè)務(wù)層、支撐層、數(shù)據(jù)資源層和數(shù)據(jù)采集層。架構(gòu)設(shè)計如圖2 所示。

圖2 架構(gòu)設(shè)計圖

2.3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)開發(fā)安全、質(zhì)量、進(jìn)度、技術(shù)、機(jī)具、材料、經(jīng)營、隊伍、信息9 大功能模塊及標(biāo)準(zhǔn)庫、基礎(chǔ)庫、宣傳屏、系統(tǒng)管理4 個基礎(chǔ)模塊，可智能采集項目信息源，同時協(xié)助并督促質(zhì)量、安全、技術(shù)的檢查及管理資料的記錄、統(tǒng)計工作。功能結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖3 所示。

圖3 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計圖

2.4 系統(tǒng)安全設(shè)計

系統(tǒng)使用移動互聯(lián)、云技術(shù)等，涉及到外網(wǎng)訪問，數(shù)據(jù)安全和保密性需要更高要求，對數(shù)據(jù)傳輸、加密、數(shù)據(jù)安全有著特殊要求。

（1）數(shù)據(jù)傳輸安全

由于需要接入移動設(shè)備，系統(tǒng)服務(wù)部署在云上，所以必須確保數(shù)據(jù)傳輸安全，采用HTTPS 的方式來保障數(shù)據(jù)傳輸安全。

（2）敏感數(shù)據(jù)加密處理

對系統(tǒng)中的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，例如，用戶秘密將采用二次的MD5 進(jìn)行加密，MD5 是非對稱算法，目前相對來說比較安全，并且本文將采用二次加密的方式，可以視系統(tǒng)需要，提高加密次數(shù)來提高敏感數(shù)據(jù)安全。

（3）防止惡意輸入

系統(tǒng)的設(shè)計采用多層架構(gòu)方式進(jìn)行，其中，業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)庫層之間采用DAO 層的模式，采用JAVA 持久化API 由hibernate 框架實現(xiàn)，能有效防止用戶的惡意輸入，SQL 注入等安全漏洞。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

3.1 RFID 技術(shù)

3.1.1 RFID 技術(shù)簡介

RFID（Radio Frequency Identification），又稱“無線射頻識別”，是一種通信技術(shù)，可通過無線電訊號識別特定目標(biāo)，并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)。它無需識別系統(tǒng)與特定目標(biāo)兩者之間建立的機(jī)械或者光學(xué)接觸。

RFID 系統(tǒng)由三部分組成：電子標(biāo)簽、識讀器和天線。其物理結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 RFID 物理結(jié)構(gòu)圖

電子標(biāo)簽（Tag），又稱應(yīng)答器、射頻卡，是指由IC 芯片和無線通信天線組成的模塊化標(biāo)簽。閱讀器（Reader），又稱讀寫器、讀頭，是與RFID 標(biāo)簽進(jìn)行信息交換的無線電收發(fā)設(shè)備，用于讀取電子標(biāo)簽中所存儲的數(shù)據(jù)信息。

3.1.2 人員身份識別應(yīng)用

利用RFID 技術(shù)的非接觸、遠(yuǎn)距離識別特性，將RFID 編碼與人員信息進(jìn)行綁定，通過讀寫器自動讀取電子標(biāo)簽信息，實現(xiàn)對施工現(xiàn)場人員的身份識別。識別信息主要用于門禁考勤、用餐統(tǒng)計、人員識別定位。系統(tǒng)中選用2.45G 頻段RFID 技術(shù)，該頻段技術(shù)具有遠(yuǎn)距離多目標(biāo)識別特性，電子標(biāo)簽內(nèi)置電池，相對無源電子標(biāo)簽其讀取距離遠(yuǎn)（1-80 米可調(diào)），識別率更高。通過利用RFID 技術(shù)自動采集數(shù)據(jù)的高效性，來提升現(xiàn)場人員管理的準(zhǔn)確性及有效性。人員身份識別應(yīng)用如圖5 所示。

3.1.3 機(jī)械機(jī)具信息載體

圖5 人員身份識別應(yīng)用圖

現(xiàn)有信息化管理中，對機(jī)械機(jī)具進(jìn)行編碼管理后，通常采用打碼或條碼等手段，將編碼與實物綁定，但在施工現(xiàn)場惡劣環(huán)境中，污損經(jīng)常造成讀碼失敗，造成獲取信息失敗。RFID 技術(shù)非接觸識別的特性，可以很好的克服這種情況。使機(jī)械機(jī)具等現(xiàn)場重要資產(chǎn)信息，可以在管理過程中被高效及準(zhǔn)確的獲取，從而為管理帶來幫助。使機(jī)械機(jī)具等重要資產(chǎn)的流向、分布、狀況得到及時的掌控，從而降低管理缺失帶來的資產(chǎn)管理維護(hù)成本。

系統(tǒng)中利用RFID 超高頻無源電子標(biāo)簽的特點，即非接觸識別、遠(yuǎn)距離識別、多目標(biāo)識別、無源抗污損等。將其為機(jī)械機(jī)具等施工資產(chǎn)編碼數(shù)據(jù)載體，用于出入庫盤點、維護(hù)、查找等管理應(yīng)用，使管理人員可以高效快速獲取目標(biāo)物編碼信息，并進(jìn)行相應(yīng)操作管理。以此提升管理效率。機(jī)械機(jī)具電子標(biāo)簽應(yīng)用如圖6 所示。

圖6 機(jī)械機(jī)具電子標(biāo)簽應(yīng)用圖

3.1.4 RFID 定位技術(shù)

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，海量數(shù)據(jù)分析將可以幫助決策者實現(xiàn)更深層次的分析能力，這種能力體現(xiàn)到施工現(xiàn)場，可以是人員工作效率和機(jī)具機(jī)械動態(tài)分布，這些數(shù)據(jù)分析能夠輔助分析資源的利益情況，進(jìn)而精準(zhǔn)考核、降低投入成本。本系統(tǒng)中，通過對人員定位信息與進(jìn)度工程、分部分項工程、人員工作交底記錄等信息進(jìn)行聯(lián)動，可實時掌握現(xiàn)場各施工區(qū)人員分布情況與施工內(nèi)容的關(guān)聯(lián)情況，進(jìn)而進(jìn)行分析得出相應(yīng)的人工效率或管理效率，輔助管理人員進(jìn)行決策。

目前市場中較成熟的定位技術(shù)包括有GPS 定位、WIFI 定位、RFID 定位，相對前兩者，采用基于信號強(qiáng)度信息定位（RSSI）的RFID 定位技術(shù)，具有投入成本低，一卡（電子標(biāo)簽）多用的特點，更適合本項目中的定位管理需求。

3.2 智能移動終端設(shè)備

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，移動應(yīng)用因其便利性、高效性優(yōu)勢已經(jīng)越來越多應(yīng)用于各領(lǐng)域，在施工現(xiàn)場信息化管理過程中，“移動互聯(lián)”顯然可以改變傳統(tǒng)管理模式下“數(shù)據(jù)滯后”“數(shù)據(jù)孤島”等問題。智能移動終端設(shè)備，是集合計算機(jī)、數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡(luò)傳輸模塊、照相機(jī)于一體的智能化設(shè)備。通過智能化設(shè)備，管理人員在施工現(xiàn)場可隨時進(jìn)行高效的信息化管理作業(yè)，如巡檢填報，人員機(jī)具數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)回傳、協(xié)同辦公等。大大提升了管理效率，不同部門溝通協(xié)同效率，同時通過智能化數(shù)據(jù)采集分發(fā)處理流程，可以減少管理人員工作強(qiáng)度，優(yōu)化管理流程。在本項目中移動終端設(shè)備具有以下功能：移動定位樁定位功能、進(jìn)度數(shù)據(jù)填報、施工履歷、進(jìn)度圖展現(xiàn)、質(zhì)量檢查、質(zhì)量數(shù)碼照片、安全檢查、安全數(shù)碼照片、技術(shù)交底等。

4 系統(tǒng)創(chuàng)新及亮點

4.1 系統(tǒng)面向施工單位，專業(yè)全覆蓋

本系統(tǒng)是適用于特高壓建設(shè)管理的一套智能管理系統(tǒng)，從施工現(xiàn)場管理角度出發(fā)，系統(tǒng)設(shè)計質(zhì)量、安全、進(jìn)度、材料、機(jī)具、隊伍、經(jīng)營、技術(shù)、信息9 大管理模塊，涵蓋了特高壓建設(shè)現(xiàn)場管理的全部過程。為了操作簡便還設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)庫和基礎(chǔ)信息模塊，同時開發(fā)了現(xiàn)場宣傳屏幕模塊和系統(tǒng)管理模塊，更好的展示施工信息及多媒體內(nèi)容。工作流程圖如圖7、8、9 所示。

圖7 工作流程圖（安全管理，質(zhì)量管理，進(jìn)度管理）

通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，可加強(qiáng)施工單位對特高壓項目部施工現(xiàn)場各專業(yè)的監(jiān)管，嚴(yán)格執(zhí)行“兩案一措”，堅決落實“一嚴(yán)三禁”，提高管理水平，加強(qiáng)風(fēng)險管控，加強(qiáng)督導(dǎo)檢查，加強(qiáng)管理問責(zé)。

圖8 工作流程圖（隊伍管理）

圖9 工作流程圖（機(jī)具材料管理）

4.2 最優(yōu)智能庫，多庫關(guān)聯(lián)，一次提取多庫跟隨

按照國家、行業(yè)、國網(wǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建立標(biāo)準(zhǔn)庫，提供持續(xù)完善標(biāo)準(zhǔn)庫機(jī)制，組建標(biāo)準(zhǔn)化資源庫，完成各專業(yè)體系標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的梳理?；A(chǔ)庫中涵蓋人員相關(guān)信息、組織機(jī)構(gòu)信息以及數(shù)據(jù)字典。庫的建立可指導(dǎo)、監(jiān)督現(xiàn)場各種管理行為，同時減輕新建工程時數(shù)據(jù)重復(fù)錄入工作，為后續(xù)進(jìn)度安排、安全檢查、質(zhì)量檢查、風(fēng)險預(yù)控等提供基本數(shù)據(jù)支持。標(biāo)準(zhǔn)庫和最優(yōu)智能庫如圖10、11 所示。

4.3 實現(xiàn)對人員、車輛、機(jī)具管理智能化

施工人員及管理人員的胸卡和安全帽中都配備了2.45GHz RFID 有源電子標(biāo)簽。門禁系統(tǒng)可對人員胸卡及佩戴安全帽同時進(jìn)行掃描，如人員胸卡及安全帽佩戴齊全可順利通過閘口，只佩戴其中一項則閘機(jī)閘口不會打開。同時系統(tǒng)會自動統(tǒng)計人員進(jìn)出記錄，便于日后信息追溯查詢。

通過2.45GHz RFID 有源電子標(biāo)簽在施工機(jī)械的應(yīng)用，系統(tǒng)中可隨時查看機(jī)械信息并生成實時車輛、機(jī)具分布圖，便于機(jī)具管理人員隨時查看、方便派遣。系統(tǒng)可提前對需維護(hù)設(shè)備進(jìn)行提醒，對施工機(jī)具進(jìn)行流程化、精細(xì)化管理，有效解決了車輛、機(jī)具維護(hù)不及時和閑置的問題，大大提高了使用率。實際機(jī)具管理如圖12 所示。

圖10 標(biāo)準(zhǔn)庫

圖11 最優(yōu)智能庫

4.4 人員實時定位，準(zhǔn)確展現(xiàn)施工區(qū)域人員數(shù)量

施工現(xiàn)場專門設(shè)計了可移動定位基站，可對施工區(qū)人員、機(jī)械、車輛進(jìn)行定位數(shù)據(jù)采集并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至后臺系統(tǒng)。該設(shè)備主要硬件由太陽能光伏板、3G/4G 定位讀寫器、充電電池、控制器和可移動推車組成，無需線纜敷設(shè)?？蓪崿F(xiàn)對人員到崗到位的監(jiān)督及提醒功能。可移動定位基站和人員（區(qū)域）定位功能如圖13、14 所示。

當(dāng)現(xiàn)場有三級風(fēng)險施工時系統(tǒng)可監(jiān)測到相關(guān)管理人員是否到達(dá)施工區(qū)，并形成可追溯記錄。

可移動定位基站還可作為交底定位樁使用。定位基站對在此范圍內(nèi)參與交底的施工人員進(jìn)行掃描，通過PAD 對基站二維碼進(jìn)行掃碼，可將參與交底人員全部記錄到系統(tǒng)，使交底信息具有可追溯性。

圖12 機(jī)具管理圖

圖13 可移動定位基站

圖14 人員（區(qū)域）定位功能

4.5 現(xiàn)場管控信息化、實時化

開發(fā)便攜手持端APP 程序，以移動終端（手機(jī)、PAD）為載體，通過移動終端自身設(shè)備的性能來實現(xiàn)人與人、人與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)互通，有效提升信息技術(shù)對現(xiàn)場管控的支撐力度，可使公司后方與施工現(xiàn)場實時對接，提高現(xiàn)場管控的效率以及管控水平。

圖15 現(xiàn)場管控圖

同時，通過移動終端可將巡檢結(jié)果在現(xiàn)場進(jìn)行相關(guān)信息錄入，并將照片信息與檢查記錄有效結(jié)合，避免了信息及照片的騰挪，減少工作量，提高工作效率。現(xiàn)場管控如圖15 所示。

4.6 自動實時核算成本

該系統(tǒng)具有高效、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集與統(tǒng)計分析功能，可實時核算各項目人、機(jī)、材成本，自動生成臺賬，減輕人工工作量，提高核算精準(zhǔn)度。工程成本統(tǒng)計如圖16 所示。

圖16 工程成本統(tǒng)計圖

4.7 自動導(dǎo)入工程量清單，具備提醒、比較、控制功能

系統(tǒng)實現(xiàn)與招投標(biāo)工程量清單無縫對接，以工程量清單為主線，將工程量進(jìn)行量化，與各模塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)及數(shù)據(jù)交互，為施工進(jìn)度統(tǒng)計、對比提供有力數(shù)據(jù)支持。

通過施工進(jìn)度填報，系統(tǒng)自動統(tǒng)計工程項目完成情況，最終形成形象進(jìn)度。工程形象進(jìn)度如圖17 所示。

圖17 工程形象進(jìn)度圖

4.8 智能化風(fēng)險評估

圖18 智能化風(fēng)險評估

系統(tǒng)將風(fēng)險評估規(guī)范化、數(shù)據(jù)化，提供評估模型，根據(jù)管理人員所勾選的相關(guān)參數(shù)自動識別生成動態(tài)風(fēng)險系數(shù)，減少管理人員的工作量，并消除人為原因造成的計算錯誤。智能化風(fēng)險評估部分內(nèi)容如圖18 所示。

5 結(jié)束語

“智慧工程管理系統(tǒng)”是目前變電站建設(shè)管理功能較全面的一套綜合管理系統(tǒng)，采用移動互聯(lián)技術(shù)將人員定位基站、大屏幕展現(xiàn)、考勤系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、檢查專用APP等子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合成一個整體。它充分發(fā)揮了移動互聯(lián)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)優(yōu)勢，不僅是一款數(shù)據(jù)采集軟件，而且具有對采集數(shù)據(jù)的分析、運算及統(tǒng)計功能。

系統(tǒng)已應(yīng)用于北京東1000kV 變電站工程，使各項工序的準(zhǔn)備、執(zhí)行能夠提前完成。管理人員可通過系統(tǒng)提供檢查項對施工項目進(jìn)行逐項核查并記錄上傳，減少操作中的主觀人為因素影響，有效保證了特高壓變電站的施工質(zhì)量，確保特高壓變電站按期投運。同時施工管理單位可實時查看人材機(jī)使用情況，實時核算施工成本，有助于管理者做出正確決策，有效節(jié)約人工、機(jī)械、材料成本。

系統(tǒng)在變電站建設(shè)的應(yīng)用效果明顯，與傳統(tǒng)管理方法相比，能夠增強(qiáng)施工安全管控效果，優(yōu)化施工辦公管理流程和施工隊伍考勤管理，能夠提高施工檢查人員的積極主動性，提高施工現(xiàn)場辦公效率及質(zhì)量，提高項目管理中人、機(jī)、材成本核算效率及準(zhǔn)確率，是變電站建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)的小小助力。