特高壓輸電線路可研設(shè)計一體化管理平臺建設(shè)與應(yīng)用

劉增訓(xùn)， 郭皓池， 拾楊， 王婷婷， 雷紅霞， 駱云飛

(1. 國家電網(wǎng)有限公司， 北京 100031； 2. 北京洛斯達(dá)科技發(fā)展有限公司， 北京 100120)

0 引言

近年來，國家投資體制和管理方式發(fā)生變化，核準(zhǔn)對可研(可行性研究)工作要求越來越高，政府管理方面強調(diào)生態(tài)保護、規(guī)劃剛性、事前核價及事中事后監(jiān)管[1]。特高壓輸電線路工程現(xiàn)行的可研和設(shè)計分頭管理及其取費標(biāo)準(zhǔn)，難以適應(yīng)工程核準(zhǔn)和建設(shè)需要。因此，國家電網(wǎng)公司提出可研和設(shè)計一體化管理，以期實現(xiàn)可研和設(shè)計有效銜接，促進(jìn)項目核準(zhǔn)，推進(jìn)工程建設(shè)，保障電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展。然而，由于特高壓輸電線路工程具有涉及范圍廣、建設(shè)周期長、參與單位眾多和組織分工復(fù)雜等自身特點，使得可研和設(shè)計一體化管理面臨諸多挑戰(zhàn)[2]。加上可能存在設(shè)計單位協(xié)同工作技術(shù)手段不統(tǒng)一，線路可研設(shè)計階段，涉及通道信息繁雜，往往存儲無序、成果分散隨意，不能形成規(guī)范的通道信息組織體系，不利于信息積累；設(shè)計單位之間、各專業(yè)之間難以做到信息及時共享，不利于方案協(xié)調(diào)和優(yōu)化[3]。基于此，本文提出了一種利用互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化等相關(guān)技術(shù)，融合多源電網(wǎng)通道數(shù)據(jù)，建立專題數(shù)據(jù)庫，打造統(tǒng)一的信息化工作平臺，輔助設(shè)計與管理單位完成可研協(xié)同設(shè)計與過程管控線上業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)了可研設(shè)計與管理在線業(yè)務(wù)閉環(huán)，提高了工作效率。

1 技術(shù)方案

1.1 總體技術(shù)方案

利用互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字化技術(shù)，基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)管理電網(wǎng)多源數(shù)據(jù)形成專題數(shù)據(jù)庫；依據(jù)可研和設(shè)計一體化管理的工作要求和組織分工建立標(biāo)準(zhǔn)信息化工作平臺、系統(tǒng)用戶體系；通過工程應(yīng)用，輔助設(shè)計單位可研協(xié)同設(shè)計，輔助管理單位可研過程管控；動態(tài)積累形成數(shù)字化工作成果，輔助工程歸檔及后續(xù)階段應(yīng)用。利用互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字化技術(shù)開展協(xié)同設(shè)計與過程管控總體技術(shù)方案，具體內(nèi)容為：多源數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)與在線共享，工程用戶體系建立，信息化平臺搭建及工程應(yīng)用，數(shù)字化成果輔助工程歸檔。

1.2 協(xié)同設(shè)計流程

利用平臺提供的通道信息以及現(xiàn)場采集的信息，各單位、各專業(yè)協(xié)同工作，開展方案比選、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計等；主設(shè)人按照要求及時更新設(shè)計方案，填報協(xié)議進(jìn)度等；設(shè)總同步開展設(shè)計校核，強化設(shè)計質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 協(xié)同設(shè)計流程

1.3 過程管控流程

利用平臺，管理單位實時查看設(shè)計單位最新提交成果，及時掌握設(shè)計情況、跟蹤協(xié)議進(jìn)度，開展專項督導(dǎo)、管理互動，追溯設(shè)計過程；評審單位經(jīng)系統(tǒng)查詢各階段設(shè)計成果歷史記錄、利用系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)輔助評審工作[4]，如圖2所示。

圖2 在線管理流程

2 平臺構(gòu)建

2.1 平臺技術(shù)架構(gòu)

可研和設(shè)計一體化管理信息化平臺由Web端及移動端組成，用戶可通過計算機瀏覽器或手機移動應(yīng)用訪問信息化平臺，輔助輸電線路工程室內(nèi)及踏勘現(xiàn)場的可研協(xié)同設(shè)計與過程管控相關(guān)工作。平臺技術(shù)架構(gòu)主要由設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層、展現(xiàn)層和訪問層構(gòu)成[5]。其中，設(shè)施層有網(wǎng)絡(luò)、操作系統(tǒng)、服務(wù)器和中間件等；數(shù)據(jù)層支持平臺結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的讀寫、緩存，研究采用MySQL數(shù)據(jù)庫；業(yè)務(wù)層含數(shù)據(jù)管理、協(xié)同設(shè)計、過程管控和角色管理等，業(yè)務(wù)層經(jīng)由數(shù)據(jù)層訪問數(shù)據(jù)庫；展現(xiàn)層采用React、Html5等技術(shù)進(jìn)行前端渲染，前端通過Ajax請求與業(yè)務(wù)層進(jìn)行對接；訪問層包括移動設(shè)備、計算機及其他終端。平臺的總體技術(shù)架構(gòu)，如圖3所示。

圖3 平臺總體技術(shù)框架

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

2.2.1 互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

(1) 萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)

萬維網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(WebGIS)是一種在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，基于HTTP協(xié)議，用于存儲、分析、管理、發(fā)布以及共享地理信息的B/S模式的分布式計算機應(yīng)用系統(tǒng)，可與其他Web應(yīng)用無縫集成。本研究采用WebGIS技術(shù)，將系統(tǒng)功能的核心部分集中到服務(wù)器，將展現(xiàn)部分放到瀏覽器，既簡化了系統(tǒng)的維護與使用，又滿足了用戶對分布式地理空間數(shù)據(jù)的輕松訪問及其編輯、修改等相關(guān)需求[6]。

(2) Node.js與React技術(shù)

Node.js提供基于 Egg 定制上層框架的能力，具有高可擴展性，是一個讓JavaScript運行在服務(wù)端的開發(fā)平臺，非常適合在分布式設(shè)備上運行數(shù)據(jù)密集型的實時應(yīng)用。React是開源的前端框架技術(shù)之一，可以以最小的DOM修改來更新整個應(yīng)用程序，從而滿足前端界面修改的需要，具有速度快、跨瀏覽器兼容、單項數(shù)據(jù)流等特點。本研究利用React和Node.js技術(shù)分別組織系統(tǒng)前后端，可適應(yīng)前端高效地圖可視化以及后端地理信息分析功能的靈活擴展需求。

(3) 移動GIS與插件式技術(shù)

移動GIS是一個建立在移動計算環(huán)境下，提供移動的、分布式的、隨遇性的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)傳輸及地理定位和跟蹤于一體的移動地理信息服務(wù)的GIS系統(tǒng)。插件式技術(shù)是一種采用“平臺+插件”應(yīng)用模式，提高軟件復(fù)用性和擴展性的技術(shù)方法，它可將各功能模塊當(dāng)作一個插件進(jìn)行獨立開發(fā)，通過統(tǒng)一的配置文件維護插件包的部署信息，可按需求動態(tài)組裝及分離，真正做到即插即用。本研究利用移動GIS與插件化技術(shù)，滿足用戶踏勘現(xiàn)場的信息采集、路徑規(guī)劃導(dǎo)航、信息上報等需求的同時，使用戶無需升級宿主應(yīng)用，即可更新APP的特定功能完成版本迭代，達(dá)到“熱修復(fù)”的效果[7]。

2.2.2 數(shù)字化技術(shù)

(1) 空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)

空間數(shù)據(jù)庫是以描述、存儲、查詢和處理空間數(shù)據(jù)為特色的專用數(shù)據(jù)庫,是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上增加了對空間數(shù)據(jù)的處理能力,它從數(shù)據(jù)類型、查詢語言、查詢處理和存儲方法方面提供了對空間數(shù)據(jù)處理能力的全面支持，包括空間索引和空間連接等。

(2) GeoJSON

GeoJSON是一種對各種地理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼的格式，基于Javascript對象表示法的地理空間信息數(shù)據(jù)交換格式。GeoJSON對象可以表示幾何、特征或者特征集合。GeoJSON支持下面幾何類型：點、線、面、多點、多線、多面和幾何集合。GeoJSON里的特征包含一個幾何對象和其他屬性，特征集合表示一系列特征。充分利用GeoJSON的規(guī)范性，可拓展性。

本研究利用空間數(shù)據(jù)庫對輸電線路工程相關(guān)的各種地理實體對象進(jìn)行屬性信息、空間位置及拓?fù)潢P(guān)系的分析管理，其中，主要以GeoJSON數(shù)據(jù)格式實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的存儲與傳輸。

3 應(yīng)用實例

平臺已應(yīng)用于 “白鶴灘-江蘇”可研和設(shè)計一體化示范工程、“華中環(huán)網(wǎng)”等特高壓交直流工程?；谛畔⒒脚_，設(shè)計單位開展了“方案優(yōu)化與比選、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計、成果提交、協(xié)議進(jìn)度上報、現(xiàn)場信息采集、實時進(jìn)度上報、督導(dǎo)信息查看”等協(xié)同設(shè)計相關(guān)工作，管理單位開展了“成果查看、指標(biāo)分析、設(shè)計過程追溯、協(xié)議進(jìn)度統(tǒng)計、過程督導(dǎo)”等過程管控相關(guān)工作。

3.1 工程用戶體系建立

特高壓輸電線路通常是由設(shè)計牽頭單位(如國網(wǎng)經(jīng)研院)進(jìn)行統(tǒng)一管理，各設(shè)計單位協(xié)同設(shè)計完成工程可行性研究。工作大綱明確的職責(zé)分工來指導(dǎo)各單位合理有序開展工程可研。系統(tǒng)實施差異化用戶配置滿足業(yè)務(wù)分工應(yīng)用具體表現(xiàn)如下。

(1) 系統(tǒng)對不同用戶實行登錄入口分離管理

管理單位與設(shè)計單位登錄系統(tǒng)分別進(jìn)入管理頁面與設(shè)計頁面，結(jié)合業(yè)務(wù)不同點，兩頁面的功能實行差異化組織。管理頁面以線路全局(各設(shè)計分包)宏觀展示可研進(jìn)度信息及方案成果，以逐級下鉆、多維度統(tǒng)計方式實現(xiàn)信息可視化展示，突出“管理”的核心特點；而設(shè)計頁面則側(cè)重數(shù)據(jù)管理、共享，各專業(yè)協(xié)同設(shè)計等功能，突出“設(shè)計”特點。登錄入庫口分離可保證在功能組織層面，以最小化配置滿足不同用戶業(yè)務(wù)支撐[8]。

(2) 數(shù)據(jù)可視范圍及操作權(quán)限差異化配置

管理單位對所轄范圍內(nèi)功能可實現(xiàn)多工程切花、多包段全局?jǐn)?shù)據(jù)查看、分析統(tǒng)計功能。而設(shè)計單位不同專業(yè)人員則只對所屬包段數(shù)據(jù)享有增、刪、改、查相關(guān)權(quán)限，設(shè)總有別于主設(shè)人，可進(jìn)行在線成果提交操作權(quán)限。同時，設(shè)計單位對相鄰包段方案設(shè)計成果可查詢，實現(xiàn)不同包段之間的方案接頭。數(shù)據(jù)可視范圍及操作權(quán)限差異化配置可在數(shù)據(jù)及其操作權(quán)限層面，以最小化配置保證系統(tǒng)能安全、規(guī)范化使用，提供管理決策數(shù)據(jù)支撐。

3.2 協(xié)同設(shè)計應(yīng)用

3.2.1 協(xié)同設(shè)計應(yīng)用表現(xiàn)

系統(tǒng)提供多源數(shù)據(jù)及相應(yīng)功能支撐各設(shè)計單位、各專業(yè)開展室內(nèi)設(shè)計、包段接頭、現(xiàn)場踏勘，完成可研協(xié)同設(shè)計。設(shè)總在線校審實現(xiàn)提交成果規(guī)范化管理，實時填報進(jìn)度信息支撐可研進(jìn)度上報。目的在于通過系統(tǒng)應(yīng)用實現(xiàn)通道協(xié)同精準(zhǔn)優(yōu)化，提升通道可靠性，加深可研深度。系統(tǒng)輔助協(xié)同設(shè)計應(yīng)用具體表現(xiàn)如下。

(1) 在線方案設(shè)計及指標(biāo)統(tǒng)計分析：利用系統(tǒng)網(wǎng)頁端提供的高精度遙感信息、基礎(chǔ)地理信息、電網(wǎng)專題信息等通道數(shù)據(jù)，各設(shè)計單位、各專業(yè)橫向協(xié)同，開展方案比選、技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)統(tǒng)計等室內(nèi)方案設(shè)計；

(2) 踏勘采集與實地驗證：應(yīng)用移動端輔助踏勘路徑規(guī)劃導(dǎo)航，現(xiàn)場采集信息快速回傳，對室內(nèi)預(yù)判的工程敏感區(qū)域開展實地驗證等工作；

(3) 包段接頭：對相鄰包段方案成果可在線查看，輔助設(shè)計單位對本包段路徑方案進(jìn)行接頭檢查，實現(xiàn)不用設(shè)計單位之間信息共享；

(4) 設(shè)總審核：設(shè)置網(wǎng)絡(luò)校審機制，要求設(shè)總對主設(shè)人方案進(jìn)行在線審核，確保各設(shè)計單位提交的設(shè)計成果規(guī)范合理，強化設(shè)計質(zhì)量；

(5) 進(jìn)度上報與溝通反饋：實時在線填報協(xié)議進(jìn)度，提交工作旬報，查看督導(dǎo)信息等，及時反饋可研進(jìn)度、待協(xié)調(diào)問題，實現(xiàn)溝通互動。

3.2.2 協(xié)同設(shè)計應(yīng)用實例

(1) 信息實時更新共享輔助多方協(xié)同設(shè)計

某特高壓線路工程中，設(shè)計單位第一時間在系統(tǒng)中更新臨時建設(shè)用地范圍(下圖藍(lán)色面狀地物)，會同另一500kV線路設(shè)計單位迅速根據(jù)障礙設(shè)施變化情況，調(diào)整了局部路徑方案，確保線路路徑與換流站臨時建設(shè)用地不產(chǎn)生沖突，便于后期工程建設(shè)實施，如圖4所示。

圖4 信息實時更新共享輔助多方協(xié)同設(shè)計

(2) 彌補踏勘視線阻擋輔助方案復(fù)核調(diào)整

詳細(xì)復(fù)核方案時，設(shè)計人員在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)線路附近存在110kV太城線與本工程線路有交叉，此前現(xiàn)場踏勘因受山勢阻隔而未能發(fā)現(xiàn)?；谄脚_對接頭點附近路徑方案完成局部調(diào)整后，迅速將設(shè)計成果分享給相鄰包段設(shè)計單位，實現(xiàn)包段接頭，如圖5所示。

圖5 彌補踏勘視線阻擋輔助方案復(fù)核

3.3 過程管理應(yīng)用

3.3.1 過程管理應(yīng)用表現(xiàn)

管理單位定期查看設(shè)計單位最新提交成果，及時掌握設(shè)計情況、追溯設(shè)計過程；另外，跟蹤協(xié)議進(jìn)度、開展過程督導(dǎo)。旨在實現(xiàn)可研進(jìn)度協(xié)調(diào)、設(shè)計質(zhì)量精準(zhǔn)考核，管理高效互動，強化過程管控。系統(tǒng)輔助過程管理應(yīng)用具體表現(xiàn)如下。

(1) 成果查看：對線路工程各包段方案成果、障礙物信息等進(jìn)行快速檢索查詢、掌握可研設(shè)計進(jìn)度；

(2) 指標(biāo)分析：對設(shè)計單位提交方案成果進(jìn)行線路長度、高程分布、地形比例、跨越障礙物、跨越交叉，進(jìn)行設(shè)計考核，提出管理意見；

(3) 設(shè)計追溯：系統(tǒng)持續(xù)記錄設(shè)計單位定期更新的路徑方案成果，管理單位可查詢歷史提交記錄進(jìn)行設(shè)計過程追溯，跟蹤設(shè)計變化；

(4) 協(xié)議進(jìn)度統(tǒng)計及詳情查看：按所屬行政區(qū)劃、協(xié)議級別、有效性等多維度對協(xié)議取得進(jìn)度統(tǒng)計分析，針對重點協(xié)議進(jìn)行屬性查看了解詳情，精準(zhǔn)考核；

(5) 過程督導(dǎo)：在設(shè)計成果可視化的基礎(chǔ)上，管理單位批量或有針對性地對設(shè)計用戶發(fā)送專項督導(dǎo)與專項委托意見，實現(xiàn)管理互動。

3.3.2 過程管控應(yīng)用實例

(1) 歷次成果對比輔助設(shè)計過程追溯。管理單位查看設(shè)計單位歷次提交的設(shè)計成果，發(fā)現(xiàn)最新方案成果中線路向西做了優(yōu)化調(diào)整，有效避讓村莊同時路徑截彎取直。通過對比分析方案成果變化，輔助設(shè)計過程追溯，設(shè)計質(zhì)量精準(zhǔn)考核，如圖6、圖7所示。

圖6 設(shè)計過程追溯-早期方案成果

(2) 協(xié)議進(jìn)度統(tǒng)計及重點協(xié)議查看輔助可研進(jìn)度管控。對線路工程按行政歸屬、設(shè)計分包、有效性等多個維度進(jìn)行協(xié)議統(tǒng)計分析，了解協(xié)議取得總體任務(wù)量及各設(shè)計單位完成進(jìn)度百分比。同時，對重點協(xié)議進(jìn)行有效性查看、附件在線預(yù)覽等工作。

圖7 設(shè)計過程追溯-最新方案成果

(3) 過程督導(dǎo)輔助可研設(shè)計和管理溝通互動。管理單位基于系統(tǒng)批量發(fā)送督導(dǎo)信息，向工程相關(guān)人員快速傳遞會議通知、里程碑計劃等，實現(xiàn)管理互動的同時，還可對管理過程痕跡有效留存。

4 總結(jié)

本文對特高壓輸電線路可研設(shè)計一體化管理平臺建設(shè)與應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)和分析，闡述了多源數(shù)據(jù)專題數(shù)據(jù)庫建立、網(wǎng)頁端與移動端平臺搭建的關(guān)鍵技術(shù)，研究了利用信息化平臺實現(xiàn)特高壓輸電線路工程可研和設(shè)計一體化管理的解決方案，實現(xiàn)了工程多源數(shù)據(jù)的可視化表達(dá)和在線共享，設(shè)計單位協(xié)同設(shè)計、管理單位過程管控的在線業(yè)務(wù)閉環(huán)。通過對多家設(shè)計單位及牽頭管理單位在特高壓工程應(yīng)用中的實驗分析，得出基于互聯(lián)網(wǎng)+數(shù)字化技術(shù)的輸電線路可研和設(shè)計一體化管理有利于形成標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、精細(xì)化的創(chuàng)新工作模式，實現(xiàn)可研工作加深，加強過程管控，從技術(shù)手段上支撐“可研和設(shè)計一體化管理”，促進(jìn)項目核準(zhǔn)建設(shè)，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟效益與社會生態(tài)價值，有較好的應(yīng)用推廣價值。