基于Spark框架的電網(wǎng)技改大修項目后評價系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

楊 樺 董 禎 孫 祎 耿 茜 李天然

基于Spark框架的電網(wǎng)技改大修項目后評價系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

楊 樺1董 禎2孫 祎1耿 茜1李天然1

（1. 國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院，石家莊 050011； 2. 國網(wǎng)河北省電力有限公司，石家莊 050021）

項目后評價是項目管理過程的重要環(huán)節(jié)，目前電網(wǎng)技改大修項目只選取部分重點項目開展后評價試點，無法反映項目整體執(zhí)行效果。本文介紹基于Spark框架開發(fā)技改大修項目后評價系統(tǒng)的過程，該系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)處理后評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，采用多層次模糊綜合評價法對項目執(zhí)行效果進(jìn)行打分，為技改大修項目的常態(tài)化開展提供了技術(shù)保障。

項目后評價；電網(wǎng)技改大修項目；全壽命周期管理；Spark框架；多層次模糊綜合評價法；投資預(yù)測

0 引言

項目后評價是項目管理過程的重要環(huán)節(jié)，不僅能夠為項目的有效實施提供參考標(biāo)準(zhǔn)，而且也有利于促進(jìn)項目預(yù)期目標(biāo)的實現(xiàn)[1]。我國電力行業(yè)開展項目后評價的時間較晚，現(xiàn)階段只有基建項目實現(xiàn)了后評價的體系化、規(guī)范化和常態(tài)化，而電網(wǎng)生產(chǎn)技改、大修項目只選取部分重點項目開展后評價試點，評價結(jié)果無法反映技改大修項目整體執(zhí)行效果。

目前，后評價方面的研究主要集中在評價方法與指標(biāo)體系方面。文獻(xiàn)[2]對電網(wǎng)技改項目基于財務(wù)指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益方面的后評價，考慮了全壽命周期成本與收益。文獻(xiàn)[3]基于層次分析法構(gòu)建了技改項目的后評價指標(biāo)體系。文獻(xiàn)[4]對變電技改項目后評價的方法進(jìn)行了綜合性的對比分析，并建議后評價工作應(yīng)以信息系統(tǒng)開展。文獻(xiàn)[5]基于模糊綜合評價構(gòu)建了技改項目后評價分析，綜合了主、客觀賦權(quán)方法的利弊，但存在指標(biāo)量化程度不一致的問題。文獻(xiàn)[6]對電網(wǎng)企業(yè)技改維修項目的后評價全流程進(jìn)行梳理，對各步驟的具體規(guī)程進(jìn)行了明確的、規(guī)范的定義。文獻(xiàn)[7]對后評價分析的范圍進(jìn)行擴(kuò)展，并采用客觀賦權(quán)法進(jìn)行分析研究，但指標(biāo)缺少基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐與可量化的計算方法。文獻(xiàn)[8]采用前后對比法從經(jīng)濟(jì)效益角度對電網(wǎng)技改項目進(jìn)行后評價。文獻(xiàn)[8-9]從項目過程、效果、效益、可持續(xù)性四個方面出發(fā)，構(gòu)建了三級指標(biāo)體系，但效益、可持續(xù)性等指標(biāo)難以計算，不具備大規(guī)模開展的條件。

綜上所述，技改大修項目后評價雖然在理論層面具備開展條件，但難以實現(xiàn)常態(tài)化。主要原因有：①技改大修項目目的在于提高電網(wǎng)健康水平和運行安全可靠性，缺乏統(tǒng)一的評價標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范；②存在項目數(shù)量多而規(guī)模小，后評價工作量較大而管理成本高。

基于Spark框架本文開發(fā)了技改大修項目后評價系統(tǒng)，嘗試對后評價基礎(chǔ)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，如利用多層次模糊綜合評價法對項目執(zhí)行效果進(jìn)行評價，以實現(xiàn)對技改大修項目后評價的常態(tài)化。評價指標(biāo)覆蓋面廣、客觀性強(qiáng)、成本低，具備在各級電力公司推廣的條件。

1 電網(wǎng)技改大修項目后評價概述

1.1 項目目標(biāo)分析

電網(wǎng)生產(chǎn)技改大修項目具有目標(biāo)多樣性的特點，基于國網(wǎng)技改大修原則，主要的目標(biāo)可以按照安全、質(zhì)量、成本和效益四個維度進(jìn)行組織，得到14個具體目標(biāo)，技改大修項目總體原則如圖1所示。

圖1 技改大修項目總體原則

1）異常及嚴(yán)重狀態(tài)。對狀態(tài)評價為“異?！薄皣?yán)重”或影響人身、電網(wǎng)安全的設(shè)備進(jìn)行技改大修。

2）關(guān)鍵元件故障。對因為關(guān)鍵元件故障導(dǎo)致無法正常運行的設(shè)備進(jìn)行技改大修。

3）不符合反措要求。對不滿足電網(wǎng)反措、規(guī)程要求，或存在家族缺陷的設(shè)備進(jìn)行技改大修。

4）技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)異常。對出現(xiàn)可靠性差、缺陷頻發(fā)、非停率高等指標(biāo)異常的設(shè)備進(jìn)行技改大修。

5）主體部件功能喪失。是指作為資產(chǎn)主要組成部分的設(shè)備主要部件，經(jīng)評估無法繼續(xù)使用且通過大修無法恢復(fù)的設(shè)備，應(yīng)進(jìn)行局部改造。

6）臨期設(shè)備檢修。指根據(jù)設(shè)備檢修周期需要供應(yīng)商提供專業(yè)服務(wù)的設(shè)備大修。

7）外觀附件防蝕腐。對設(shè)備外殼、構(gòu)架等出現(xiàn)銹蝕、風(fēng)化時進(jìn)行防銹、防腐處理。

8）設(shè)備退市。對已停產(chǎn)設(shè)備，或制造廠已無法提供備品備件和技術(shù)服務(wù)，備品備件不滿足下一個運行周期最低需求的，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)改造更換。

9）技術(shù)參數(shù)適應(yīng)性。因電網(wǎng)發(fā)展需要，設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)（額定電壓、電流、容量、變比等）不能滿足要求而開展的技改大修。

10）達(dá)到折舊壽命年限。是指設(shè)備運行年限達(dá)到設(shè)備折舊壽命，經(jīng)評估無法繼續(xù)服役且通過大修無法恢復(fù)設(shè)備性能時，應(yīng)進(jìn)行改造。

11）新技術(shù)推廣與政策。是指因技術(shù)進(jìn)步或新的政策要求，對已有的電網(wǎng)設(shè)備設(shè)施進(jìn)行技術(shù)改造，如為實現(xiàn)在線監(jiān)測技術(shù)、智能機(jī)器人技術(shù)等新技術(shù)在電網(wǎng)設(shè)備相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測與巡檢中的應(yīng)用所需的技術(shù)改造，以及節(jié)能減排政策要求所開展的一系列電網(wǎng)改造等。

12）增容擴(kuò)產(chǎn)。為滿足用電負(fù)荷的增長進(jìn)行的增容擴(kuò)產(chǎn)。

13）技術(shù)降損。通過技術(shù)手段降低線損與變損，提高經(jīng)濟(jì)效益。

14）環(huán)境改善。對電網(wǎng)運行環(huán)境針對防高溫、防雨防潮、防鳥害、防小動物、防化學(xué)腐蝕等開展大修；防污閃與防諧波污染等進(jìn)行技改。

1.2 評價方法

技改大修項目后評價方法有對比法、邏輯框架法、成功度法[10]等。

1）對比法。包括前后對比和有無對比。前后對比分析項目實施前后的變化與差異，一是對比實施前后指標(biāo)改善程度，確定項目是否發(fā)揮作用；二是與項目初設(shè)預(yù)期對比，核定實際指標(biāo)達(dá)標(biāo)程度與完成質(zhì)量。有無對比是對有無項目對象的對比，即對比一致條件下有無項目對象的指標(biāo)差異。

2）邏輯框架法。其核心在于確定事物間內(nèi)在因果關(guān)系。邏輯框架法包含四要素、四層次與三關(guān)系，邏輯框架法基本模式與因果關(guān)系如圖2所示。四要素為層次描述、客觀驗證指標(biāo)、驗證方法與重要外部條件，四層次指投入/措施、產(chǎn)出/結(jié)果、目的/作用和目標(biāo)/影響，三關(guān)系指層次間“如果—那么”因果關(guān)系。邏輯框架法對技改大修項目做后評價，即對比分析項目預(yù)測值和實際值，尋找差異原因。

圖2 邏輯框架法基本模式與因果關(guān)系

3）成功度法。屬定性分析法，一般基于邏輯框架法，由經(jīng)驗豐富的專家對項目綜合指標(biāo)分析得到目標(biāo)實現(xiàn)度和效益成效，并做出成功度評價。一般分為非常成功、成功、部分成功、不成功和失敗五個等級。非常成功表示項目目標(biāo)已全面甚至超額完成，效益超過預(yù)期；成功表示項目目標(biāo)已完成大多數(shù)，效益達(dá)到預(yù)期；部分成功表示項目原定目標(biāo)已部分實現(xiàn)，取得一定效益；不成功表示項目目標(biāo)僅少部分完成，效益實現(xiàn)較少；失敗表示項目目標(biāo)沒有實現(xiàn)。

2 后評價指標(biāo)體系

為了實現(xiàn)技改大修項目后評價的常態(tài)化，以具有普遍代表性和可通過信息系統(tǒng)獲取兩項要求作為后評價指標(biāo)的選取標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建了指標(biāo)體系，其中運用了專家法。所建立后評價指標(biāo)體系見表1。

該指標(biāo)體系包含了項目過程評價和項目效果評價兩部分。項目過程評價指標(biāo)包含合同執(zhí)行、費用控制與及時性，從項目管理角度開展評價。項目效果評價指標(biāo)涵蓋安全、質(zhì)量、成本、效益四個方面，從項目完成前后電網(wǎng)質(zhì)效改善程度進(jìn)行評價。后評價指標(biāo)體系與項目目標(biāo)通過維度實現(xiàn)關(guān)聯(lián)，其映射關(guān)系如圖3所示。

表1 生產(chǎn)技改、大修項目后評價指標(biāo)體系

圖3 技改大修項目目標(biāo)與評價指標(biāo)體系映射關(guān)系

2.1 項目過程評價指標(biāo)

1）合同執(zhí)行。對項目合同執(zhí)行情況進(jìn)行評價，包括合同合規(guī)性、合同目標(biāo)完成率、文檔完整性。

2）費用控制。對項目的概預(yù)算控制、費用總控情況、費用變更合理性進(jìn)行評價。

3）及時性。對項目合同工期節(jié)點控制，工期變更合理性等進(jìn)行評價。

2.2 項目效果評價

1）安全。包括嚴(yán)重異常狀態(tài)率、安全事故率指標(biāo)。

2）質(zhì)量。包括故障率、強(qiáng)迫停運率、供電可靠性和缺陷率指標(biāo)。

3）成本。包括實際新投運、檢修更換成本、故障損失成本和報廢成本指標(biāo)。

4）效益。包括增供電量、降損率和全壽命周期收益指標(biāo)。

3 多層次模糊綜合評判模型

多層次模糊綜合評價法[11]是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評價方法，其核心理論——概念模糊集合理論由美國自動控制專家羅德費·查德（Lotfi Zadeh）教授提出。綜合評價方法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評價轉(zhuǎn)化為定量評價，從而實現(xiàn)對受到多種因素制約的評價對象的總體評價。其評價結(jié)果清晰、系統(tǒng)性強(qiáng)的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

本文所構(gòu)建的技改大修項目后評價指標(biāo)體系中，部分指標(biāo)為定性指標(biāo)，多為有經(jīng)驗的專家采用恰當(dāng)評價方法做出的定性評判。因此，將多層次模糊綜合評價模型應(yīng)用于電網(wǎng)技改大修項目的綜合后評價，能系統(tǒng)化、量化地對技改大修項目的經(jīng)濟(jì)效益做出評價，為同類項目在經(jīng)濟(jì)效益上的對比分析提供支撐。

3.1 因素層次結(jié)構(gòu)集

多層次模糊要求將考核的因素構(gòu)建成層次樹狀結(jié)構(gòu)，即將因素集={1,2,…,}分成個子因素集1,2,…,，U={1,2,…,}，=1, 2,…,，且有

若因素集（1,2,…,U）中仍存在元素量較多不利于評判分析的情況，可進(jìn)行次一級層次結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

本文構(gòu)建的因素層次樹狀結(jié)構(gòu)有三層，1={項目過程評價, 項目效果評價}；21={效益, 質(zhì)量, 成本, 安全}；31={合同執(zhí)行, 費用控制, 及時性}，32={增供電量, 降損率, 全壽命周期收益}，33= {故障率, 強(qiáng)迫停運率, 供電可靠性, 缺陷率}，34= {實際新投運, 檢修更換成本, 故障損失成本, 報廢成本}，35={嚴(yán)重異常狀態(tài)率, 安全事故率}。

3.2 評價指標(biāo)等級集

對于項目管理執(zhí)行情況的評價等級有多種類型，以評價等級集表示為

式中，為評價等級數(shù)量，一般有≤9。這里采用成功度評價指標(biāo)等級集，則={非常成功, 成功, 部分成功, 不成功, 失敗}。

3.3 各因素的權(quán)重

因素集中各因素在綜合評價中所起的作用必然存在差異，不僅與各因素的評價有關(guān)，還與各因素對評價對象的重要程度有關(guān)，即權(quán)重。針對中各子集的權(quán)重集={0,1,2,…,}，其元素有

且sum()=1，＞0，=0,1,2,…,，=1,2,…,。

本文采用層次分析法[12]進(jìn)行計算。

3.4 模糊評判矩陣

根據(jù)評價等級集合，對各指標(biāo)進(jìn)行定量化和標(biāo)準(zhǔn)化處理，確定各單因素對評價等級集各元素的隸屬度，建立模糊評判矩陣[12…]，則

式中：=1,2,…,；為中元素數(shù)量。

3.5 綜合評價結(jié)果計算模型

結(jié)合計算所得指標(biāo)權(quán)重向量與相應(yīng)的模糊評判矩陣，可求解出模糊綜合評價結(jié)果向量。面向輸變電技改項目后評價的層次性目標(biāo)，其多層次模糊綜合評價結(jié)果向量為

3.6 算例分析

基于專家評判結(jié)果運用層次分析法求出達(dá)到一致性要求的后評價指標(biāo)體系各層級權(quán)重見表2。

表2 生產(chǎn)技改、大修項目后評價指標(biāo)體系各層級權(quán)重

計算得項目后評價指標(biāo)的綜合權(quán)重向量為=[0.105 0.047 0.016 0.049 0.441 0.082 0.009 0.019 0.016 0.005 0.008 0.023 0.002 0.115 0.046 0.019]

基于統(tǒng)一的成功度評價等級集制定的標(biāo)準(zhǔn)評價表，由專家組對各項目后評價指標(biāo)給出評價。評價結(jié)果進(jìn)入系統(tǒng)后統(tǒng)計出項目后評價指標(biāo)評價等級集的模糊評價矩陣。表3為4個典型技改大修項目后評價指標(biāo)隸屬度評判矩陣。

結(jié)合權(quán)重向量與隸屬度評判矩陣可得項目對成功度評價等級集元素隸屬度向量見表4。

根據(jù)最大隸屬度評判標(biāo)準(zhǔn)，可知項目P1與P4評價為“成功”，項目P2與P3評價為“部分成功”。

4 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)功能需求

通過對技改大修項目管理部門后評價工作開展需求調(diào)研，可知業(yè)務(wù)部門所關(guān)注的系統(tǒng)功能需求主要在項目后評價、評價結(jié)果分析、執(zhí)行效果分析和系統(tǒng)管理四個方面，電網(wǎng)技改大修項目后評價系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖4所示。

表3 四典型技改大修項目后評價指標(biāo)隸屬度評判矩陣

表4 四典型技改大修項目模糊綜合評價結(jié)果

圖4 電網(wǎng)技改大修項目后評價系統(tǒng)功能架構(gòu)

1）項目后評價。針對單個項目或項目相關(guān)設(shè)備開展后評價分析，包括項目基礎(chǔ)信息、項目執(zhí)行情況、設(shè)備分析和資產(chǎn)全壽命分析四個功能項。

2）評價結(jié)果分析。從評價指標(biāo)的計算結(jié)果對項目集合開展后評價分析，包括項目類型分析、電網(wǎng)專業(yè)分析、電壓等級和設(shè)備類型統(tǒng)計四個功能項。

3）執(zhí)行效果分析。從技改大修項目對區(qū)域電網(wǎng)、變電站、線路的質(zhì)效提升開展后評價分析，包括安全質(zhì)量、技術(shù)水平、可靠性和經(jīng)濟(jì)效益四個功能項。

4）系統(tǒng)管理。對后評價項目基本信息、評價規(guī)則和數(shù)據(jù)獲取接口進(jìn)行定義和管理，包括項目信息、數(shù)據(jù)接口、評價規(guī)則和組織機(jī)構(gòu)管理四個功能項。

4.2 基于Spark框架的架構(gòu)設(shè)計

電網(wǎng)作為一個整體的系統(tǒng)，在運行管理過程中產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)，其涵蓋技改大修項目后評價指標(biāo)體系所關(guān)注的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，且分散在多個信息化系統(tǒng)中。如資產(chǎn)全壽命周期成本財務(wù)數(shù)據(jù)存于企業(yè)資源計劃（enterprise resource planning, ERP）系統(tǒng)中，設(shè)備狀態(tài)、缺陷數(shù)據(jù)存于工程生產(chǎn)管理系統(tǒng)（power production management system, PMS）中[13]。

Spark是基于內(nèi)存計算的大數(shù)據(jù)處理分析引擎，具有快速性、易用性、高可用性和跨平臺性。可與Hadoop、MySQL等數(shù)據(jù)存儲工具全面整合，形成可查詢系統(tǒng)[14]。本系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)處理的優(yōu)勢實現(xiàn)大數(shù)據(jù)整合與關(guān)聯(lián)分析，基于Spark框架的系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。

1）數(shù)據(jù)貼源層。該層對外部業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換和存儲，包括Hadoop系列工具與HBase、MYSQL數(shù)據(jù)庫。

2）大數(shù)據(jù)分析層。該層對數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和關(guān)聯(lián)，提供數(shù)據(jù)流處理能力，由Spark框架所提供的工具實現(xiàn)，包括Spark Core內(nèi)核、Spark SQL查詢、MLlib機(jī)器學(xué)習(xí)、GraphX數(shù)據(jù)可視化等工具。

圖5 基于Spark框架的系統(tǒng)架構(gòu)

3）業(yè)務(wù)實現(xiàn)層。該層基于大數(shù)據(jù)分析層提供應(yīng)用程序接口（application programming interface, API），由Java語言開發(fā)構(gòu)建業(yè)務(wù)功能模塊，包括系統(tǒng)功能模塊，指標(biāo)管理、元數(shù)據(jù)管理、報表維護(hù)等模塊。

4.3 數(shù)據(jù)流處理

項目數(shù)據(jù)處理中采用數(shù)據(jù)流技術(shù)，逐層加工數(shù)據(jù)，最后輸出評價結(jié)果，每步可控而高效，基于Spark框架的數(shù)據(jù)流處理如圖6所示。

圖6 基于Spark框架的數(shù)據(jù)流處理

數(shù)據(jù)源層包括ERP、PMS、供電可靠性系統(tǒng)源數(shù)據(jù)中心，Kafka用于增量化數(shù)據(jù)提取，并由數(shù)據(jù)存儲層保存。項目、設(shè)備、安全質(zhì)量等后評價數(shù)據(jù)最終在業(yè)務(wù)分析層輸出。

4.4 系統(tǒng)應(yīng)用

本系統(tǒng)在某省級電力公司試點應(yīng)用，對若干歷史技改大修項目的初步測試評價結(jié)果與人工專家評審結(jié)果基本一致。與傳統(tǒng)人工后評價相比：①提高了后評價效率，通過關(guān)鍵指標(biāo)對比可快速定位存在問題的項目；②降低了后評價成本，傳統(tǒng)人工評價需要通過召開評審會議和現(xiàn)場勘查方式進(jìn)行，耗時長且各項成本開支大；③提高了評價的全面性和客觀性，系統(tǒng)完整考慮了項目的各項指標(biāo)，受人工因素影響小，同時能關(guān)注到項目對電網(wǎng)整體性能的改進(jìn)效果。

5 結(jié)論

通過采用Spark框架設(shè)計實現(xiàn)電網(wǎng)技改大修項目后評價系統(tǒng)，對來自電網(wǎng)企業(yè)不同信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與評價指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化采集、清洗、處理分析的集成，解決了技改大修項目海量數(shù)據(jù)處理的難題，降低了項目后評價工作開展所需的時間、人力、物力及成本。通過開展系統(tǒng)應(yīng)用試點，得到如下實踐經(jīng)驗：

1）對于小規(guī)模項目的后評價，可采用項目群的形式整合打包評價，通過區(qū)域電網(wǎng)綜合績效指標(biāo)的提升判斷項目的執(zhí)行效果。

2）在選取重點項目進(jìn)行評價時，可選取在后評價系統(tǒng)中存在指標(biāo)異常的項目，通過后評價過程著重解決技改大修項目管理中實際的問題。

3）技改大修項目的經(jīng)濟(jì)性評價與基建項目存在本質(zhì)差別，項目后評價時可通過對前后經(jīng)濟(jì)壽命的比較進(jìn)行判斷，并作為經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo)。

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Design and implementation of post-evaluation system for technical renovation and equipment overhaul project of power grid based on Spark framework

YANG Hua1DONG Zhen2SUN Yi1GENG Qian1LI Tianran1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd, Shijiazhuang 050011; 2. State Grid Hebei Electric Power Co., Ltd, Shijiazhuang 050021)

Project post-evaluation is an important part of the project management process. At present, only some key projects are selected for power grid technical revamping and equipment overhaul projects to carry out post-evaluation pilots, which cannot reflect the overall implementation effect of the project. This paper introduces the process of developing a post-evaluation system for technical revamping and equipment overhaul projects based on the Spark framework. The system uses big data technology to process the basic data of post-evaluation, and uses the multi-level fuzzy comprehensive evaluation method to score project implementation effects, which provides technical support for the normal development of technical revamping and equipment overhaul projects.

project post-evaluation; power grid technical renovation and overhaul project; life cycle management; Spark framework; multi-level fuzzy comprehensive evaluation method; prediction of investigation

2020-11-09

2020-12-24

楊 樺（1986—），女，碩士，高級工程師，主要從事電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)評價、電網(wǎng)實物資產(chǎn)管理方面的工作。