電網(wǎng)基建工程智慧工地建設(shè)研究

吳威　徐鑫乾　許志勇　陳磊　陳勇　黃濤　許奇

摘要：通過提高電網(wǎng)基建工程實際服務(wù)質(zhì)量與管理體制，有助于改善電力網(wǎng)絡(luò)工程智慧工地的建設(shè)水平，最終提高工程建造的整體運營效率、管理效率和決策效率等，實現(xiàn)精細化、智慧化施工。在提出電網(wǎng)工程智慧工地的總體特點和建設(shè)要求之后，將電網(wǎng)基建工程智慧工地項目智能化的實現(xiàn)過程分為設(shè)備感知層、工地感知層、現(xiàn)場管理層和遠程監(jiān)管層4個層次，并分別進行了系統(tǒng)性地介紹，對其提出了層次化的總體架構(gòu)和規(guī)劃藍圖。從未來發(fā)展的角度上重點研究了電網(wǎng)基建智慧工地項目和BIM技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合與發(fā)展。最后對未來建設(shè)前景進行了展望。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)基建;智能化;物聯(lián)網(wǎng);大數(shù)據(jù);感知

中圖分類號：TP391.4;TN929 文獻標志碼：A 文章編號：1009—9492（2021）03—0178—04

0引言

我國的GDP逐年穩(wěn)定增長，隨之相伴的是對于用電需求量的增大，為保證全國的供電量，電網(wǎng)基建工程也隨之加大規(guī)模。在大規(guī)模建設(shè)中，工程進度、人員安全、質(zhì)量等要素作為研究重點，決定著電網(wǎng)工程項目質(zhì)量的好壞?！爸腔酃さ亍弊鳛橐环N新概念出現(xiàn)，將互聯(lián)網(wǎng)+融合到傳統(tǒng)建筑行業(yè)里，為工程現(xiàn)場的管理提供了一種新的一體化模式。在建筑領(lǐng)域的融合初見成果，隨后在電網(wǎng)工程中也得到了重視。

1電網(wǎng)項目智慧工地

1.1電網(wǎng)基建工程與普通建筑工程差異

電網(wǎng)工程建設(shè)雖然與建筑工程建設(shè)擁有共同點，比如都包含了建筑物構(gòu)建工程，但兩者并不能混為一談，差異顯著。這種差異決定了電網(wǎng)工程智慧工地建設(shè)不能照搬建筑行業(yè)的智慧工地模式。從建設(shè)標準上來看，電網(wǎng)工程以標準設(shè)計為主，而建筑工程則存在明顯的個體差異性;從建筑規(guī)模上看，建筑工程形式比較多樣，以商業(yè)化建筑為主，常見高層建筑，而電網(wǎng)工程體量較小，主要為二三層單體建筑;從建設(shè)內(nèi)容上來講，電網(wǎng)工程不同于建筑工程的重建筑物輕內(nèi)部建設(shè)，電氣設(shè)備作為設(shè)備運維和電網(wǎng)構(gòu)架的核心比電網(wǎng)工程中的建筑物具有更重要的地位。除此之外，各個角色在兩種工程中的角色定位也有很大不同。在電網(wǎng)工程建設(shè)中，甲方單位全程參與項目設(shè)計、施工、交付后運維的全過程管理。而對于建設(shè)工程而言，甲方扮演的角色相對沒有那么重要，大部分情況下不會全程跟進，由不同的單位負責(zé)不同的建設(shè)內(nèi)容。

因此，電網(wǎng)工程智慧工地建設(shè)的內(nèi)容不僅僅是對工地現(xiàn)場管理的建設(shè)，更多地需要考慮電網(wǎng)基建工程本身的特點，為工程今后的運營、業(yè)務(wù)營銷等活動打下基礎(chǔ)。

1.2電網(wǎng)工程智慧工地建設(shè)目標

打造狀態(tài)精準感知、信息協(xié)同處理、應(yīng)用便捷靈活的建設(shè)平臺是電網(wǎng)工程智慧工地建設(shè)的重要基石。深化開展基建全過程綜合數(shù)字化管理平臺統(tǒng)一建設(shè)、建立標準化數(shù)據(jù)模型，是建設(shè)智慧工地的關(guān)鍵。因此，電網(wǎng)基建項目要想達到智慧工地的要求，應(yīng)至少做到能夠?qū)崟r感知，在為客戶提供在線服務(wù)的同時，保證監(jiān)管透明，利用先進算法進行智能化分析。

1.2.1感知實時化

對數(shù)據(jù)信息進行實時采集屬于電網(wǎng)工程智慧工地建設(shè)過程中的基礎(chǔ)類應(yīng)用內(nèi)容。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠在這一環(huán)節(jié)發(fā)揮重要作用，在實際建設(shè)過程中，監(jiān)控施工現(xiàn)場的施工數(shù)據(jù)、施工相關(guān)信息、現(xiàn)場影像資料，并進行實時采集。于此同時，利用開發(fā)的相關(guān)算法，在傳輸過程中進行初步分類處理，以減少后續(xù)工作量，為提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值打下基礎(chǔ)。

1.2.2服務(wù)在線化

傳統(tǒng)電網(wǎng)工程在施工過程中，信息的傳導(dǎo)都存在一定的時延，在發(fā)現(xiàn)、反饋、處理問題的過程中耗時較長。在智慧工地施工過程中，會借助移動客戶端對現(xiàn)場問題進行及時反饋，同時在線完成問題分析后，也會通過在線服務(wù)的方式，對問題進行處理，從而提高問題的處理效率，減輕系統(tǒng)的運行負擔。

1.2.3監(jiān)管透明化

隨著城市化進程速度的加快，城市的整體規(guī)模也在擴大，電網(wǎng)系統(tǒng)的魯棒性和持續(xù)性需要進一步提高。在電網(wǎng)工程建設(shè)中，對各個環(huán)節(jié)監(jiān)管的重要性此時能夠得到體現(xiàn)，嚴格規(guī)范操作內(nèi)容并制定相應(yīng)的管理措施，可以確保工程的施工質(zhì)量，可以讓環(huán)節(jié)進行得更加有序。在智慧工地當中，相關(guān)數(shù)據(jù)的實時動態(tài)抓取尤為關(guān)鍵，解決了傳統(tǒng)監(jiān)管模式的透明度較低的缺點，所有監(jiān)管過程保持透明化，確保監(jiān)管過程的公正性，提高電網(wǎng)基建工程的施工效率。

1.2.4分析智能化

與大多數(shù)工程類似，電網(wǎng)基建項目在施工過程中每天都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)信息，其中不乏一些重復(fù)類信息和錯誤信息，如何對信息進行準確甄別，也是電網(wǎng)工程推進過程中的重點管理內(nèi)容。在智慧工地的建設(shè)過程中，分析智能化屬于非常重要的建設(shè)目標，結(jié)合現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展情況，通過云平臺對數(shù)據(jù)進行過濾和結(jié)構(gòu)化處理，從而有效提升采集數(shù)據(jù)信息的應(yīng)用價值。

2智慧工地體系構(gòu)建

2.1總體框架

電網(wǎng)基建工程智慧工地項目的建設(shè)，要充分應(yīng)用現(xiàn)場感知設(shè)備、智能化數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)等現(xiàn)代信息技術(shù)以及先進通信技術(shù)，解決施工現(xiàn)場感知層數(shù)據(jù)統(tǒng)一及匯總分析的建設(shè)要求，通過智能化填寫和自動化報表生成等功能應(yīng)用，完善和加快電子辦公無紙化進程，減少大量的線下數(shù)據(jù)流程，極大提升公司管理和運營效率;并通過構(gòu)建公司企業(yè)中臺（建設(shè)域），匯集多系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并輔以人工智能平臺的算法處理，從而實現(xiàn)電網(wǎng)基建工程各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)和人機交互，建設(shè)精準感知、多端協(xié)同、靈活快捷特征的智慧管理與服務(wù)平臺。智慧工地建設(shè)縱向涉及各管理層級和現(xiàn)場項目部業(yè)務(wù)貫通，橫向涉及各專業(yè)管理融合，因此需要在梳理各類應(yīng)用場景和用戶需求的基礎(chǔ)上，形成技術(shù)先進實用、適應(yīng)工程現(xiàn)場、滿足業(yè)務(wù)管理需求的總體架構(gòu)和藍圖規(guī)劃。針對電網(wǎng)工程的智慧工地總體架構(gòu)設(shè)計而言，采用開放式的集成平臺更符合其特征，能夠發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。一般而言，開放式集成平臺可由四大部分組成，分別為基礎(chǔ)設(shè)施層、工地感知層、現(xiàn)場管理層與平臺應(yīng)用層，如圖1所示。在開放式集成平臺的后臺中，云計算服務(wù)與網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)共同提供技術(shù)支持，在通訊和硬件方面保證智慧工地平臺穩(wěn)定、高效運行。

2.1.1基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層屬于電網(wǎng)基建項目智慧工地中維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。在具體應(yīng)用中，基礎(chǔ)設(shè)施層可以分為以下7個類型：（1）標識與識別設(shè)備，主要用于標識各類資源的二維碼和無線射頻識別標簽;（2）門禁與考勤設(shè)備，主要對施工現(xiàn)場人員進行考勤管理記錄，同時也可以起到保護重點施工部位的作用;（3）定位設(shè)備，例如北斗衛(wèi)星系統(tǒng)定位設(shè)備等;（4）區(qū)域管理設(shè)備，用于實現(xiàn)施工全過程的邊界動態(tài)管理，主要包括邊界管理設(shè)備、臨邊防護器、電子圍欄等;（5）安全監(jiān)測設(shè)備，主要監(jiān)測電網(wǎng)工程施工中具有較大安全風(fēng)險的工程部位和特種設(shè)備;（6）工程測量設(shè)備，主要用于距離、高度、角度等方面的測量工作，常用設(shè)備主要是水準儀和全站儀;（7）綠色施工監(jiān)測設(shè)備，用于對施工現(xiàn)場的氣象、揚塵、噪聲情況，以及用水用電等情況進行監(jiān)測。

2.1.2數(shù)據(jù)感知層

數(shù)據(jù)感知層的建立是依托眾多終端設(shè)備進行體系構(gòu)建，同時采用智能化算法進行工地感知數(shù)據(jù)處理的任務(wù)分配和職責(zé)劃分，達到對工地各個施工體系的精確感知。數(shù)據(jù)感知層主要包括可視化感知、建設(shè)資源感知、場地空間感知、高危環(huán)節(jié)感知和綠色施工感知5個部分。

2.1.3現(xiàn)場管理層

現(xiàn)場管理層主要分成信息與通信基礎(chǔ)設(shè)施、資源管理、場地空間管理、施工進度管理、安全管理、質(zhì)量管理6個部分。在智慧工地的信息管理中，邊緣設(shè)備基于其便于攜帶的特點作為工地云平臺的信息收集和推送基礎(chǔ);按照施工過程中各專業(yè)的要求，基于工程場地過程中的區(qū)域劃分、現(xiàn)場布置、施工作業(yè)等要求，對施工現(xiàn)場實現(xiàn)實時動態(tài)管理;利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，基于可視化感知，實現(xiàn)進度情況的直觀化和形象化跟蹤，利用建設(shè)資源感知更好地監(jiān)控資源配置，實現(xiàn)更精準的配置組合;結(jié)合進度計劃與資源需求，基于進度偏差與資源限制，進行施工進度管控和預(yù)警，從而提升施工進度管理的合理性;打造施工安全閉環(huán)，施工前期理清風(fēng)險、施工過程持續(xù)督導(dǎo)，施工驗收問題整改，建立嚴格的全過程責(zé)任體系;基于標準工藝形成質(zhì)量標準，通過建立嚴格的考察和與質(zhì)量驗評以及問題整改制度，形成工程質(zhì)量管理閉環(huán)。

2.1.4平臺應(yīng)用層

平臺應(yīng)用層位于智慧工地建設(shè)最頂層，直接與用戶產(chǎn)生交互，其功能是“處理”，即依靠“云計算”進行信息處理和反饋，根據(jù)平臺監(jiān)控的設(shè)備和采集的數(shù)據(jù)進行整體信息處理并反饋數(shù)據(jù)的運算結(jié)果。平臺應(yīng)用層為了實現(xiàn)不同的功能模塊，大體上可以劃分為4種：（1）機械監(jiān)控模塊，此模塊的主要功能是實時監(jiān)控機械的運行數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)經(jīng)過其他處理模塊將機械的實時運行數(shù)據(jù)傳送至系統(tǒng)中臺，進行實時高效地分析和監(jiān)測，并在監(jiān)測到人員的違規(guī)操作時，及時進行預(yù)警，掌握機械風(fēng)險防控的主動權(quán);（2）環(huán)境監(jiān)控模塊，環(huán)境監(jiān)控模塊可以預(yù)設(shè)解決方案，在監(jiān)控環(huán)境參數(shù)的時候，一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)波動異常，及時按照預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)和操作進行調(diào)節(jié)，使工地環(huán)境滿足相關(guān)的施工規(guī)范和環(huán)境要求;（3）人員管理模塊，此模塊主要對現(xiàn)場施工人員進行大數(shù)據(jù)采集，從而判斷人員的操作行為是否規(guī)范，是否有安全隱患等，并利用大數(shù)據(jù)統(tǒng)計人員進出，進而實現(xiàn)人力調(diào)配自動化、合理化;（4）大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺，以前面的3個模塊應(yīng)用為基礎(chǔ)，開展大數(shù)據(jù)分析。前3個模塊的處理過程中，會獲取質(zhì)量極高的信息數(shù)據(jù)，可以為大數(shù)據(jù)應(yīng)用平臺提供足量的訓(xùn)練學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，可以為進一步的數(shù)據(jù)增強和云計算能力提高打下堅實基礎(chǔ)。

2.2技術(shù)分析

2.2.1智慧工地與BIM

信息是BIM模型的核心，也是實現(xiàn)信息化管理的關(guān)鍵。在BIM模型構(gòu)建過程中，與傾斜攝影三維實景建模技術(shù)相結(jié)合，確保模型坐標、幾何尺寸的精確性至關(guān)重要，同時也需對BIM模型的參數(shù)、命名、分類、編碼、交付制定標準的規(guī)則，以規(guī)范智慧工地其他BIM相關(guān)模塊的操作。BIM技術(shù)具有模型可視化、工序虛擬化等特點，利用BIM技術(shù)建立微觀工程信息仿真模型。其作用主要為：利用BIM技術(shù)建立進度模型，控制施工進度，從而進行進度分析;模擬施工方案，協(xié)助技術(shù)交底;在管線安裝過程中，BIM技術(shù)可對圖紙進行深化，完成管線碰撞檢查等。

基于BIM技術(shù)的智慧工地解決方案，以BIM模型為載體，以云端平臺為基礎(chǔ)，利用移動設(shè)備將應(yīng)用延伸至現(xiàn)場，通過對施工現(xiàn)場資源的集中管理，建立智能化、移動化、預(yù)警化的業(yè)務(wù)監(jiān)督，形成成熟的業(yè)務(wù)體系，實現(xiàn)參建各方的協(xié)同管理。

2.2.2智慧工地與物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧工地系統(tǒng)建設(shè)中起到重要作用，在施工現(xiàn)場通過布設(shè)傳感設(shè)備，將施工升降機、塔式起重機、移動執(zhí)法終端等作業(yè)產(chǎn)生的動態(tài)信息、工地視頻數(shù)據(jù)、人員進出與定位監(jiān)控、揚塵噪聲環(huán)境監(jiān)控與自動噴淋降塵聯(lián)動、車輛進出口沖洗監(jiān)控、裸露土方覆蓋監(jiān)控、建設(shè)工程結(jié)構(gòu)安全實時監(jiān)測系統(tǒng)等從全方位監(jiān)控工地的實時信息，力爭做到數(shù)據(jù)化、可視化、可控化，使用智能系統(tǒng)為項目管理的監(jiān)控的全方位實時立體化提供實現(xiàn)平臺，并在平臺上進行智能化應(yīng)。

2.2.3智慧工地與大數(shù)據(jù)

從大數(shù)據(jù)的生命周期來看，主要經(jīng)歷4個流程，如圖2所示，這幾部分所涉及到是其最為關(guān)鍵的技術(shù)。智能感知是整個智慧工地系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐。

基于大數(shù)據(jù)技術(shù)的電網(wǎng)工程智慧工地系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)包，括：電網(wǎng)工程現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)統(tǒng)一標準，綜合采集現(xiàn)場各類廠家物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息數(shù)據(jù)，如視頻監(jiān)控、閘機AI門禁、深基坑監(jiān)測、塔吊監(jiān)測、高支模監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測;邊緣數(shù)據(jù)采集及處理，接人視頻監(jiān)控、深基坑、高支模、智能安全帽等各類采集對象的數(shù)據(jù)采集程序，對現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)進行分析、處理，并將數(shù)據(jù)上傳至云端數(shù)據(jù)管理中心;基建云端數(shù)據(jù)管理中心，通過標準的物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議實現(xiàn)對物聯(lián)代理、智能終端、存量信息系統(tǒng)的統(tǒng)一安全接人和管理，通過遠程維護、實現(xiàn)邊緣代理的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備管理、互聯(lián)配置、運行監(jiān)視功能。通過從數(shù)據(jù)中臺讀取視頻流等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，基于嵌入AI算法的人工智能平臺，實時調(diào)用算法進行分析識別，在特定工況中實現(xiàn)從監(jiān)控視頻或圖片中高效提取特定信息，異?；蚴鹿始皶r告警，并分別在前期、建設(shè)過程、投產(chǎn)的各個階段，智能化填寫安全、質(zhì)量監(jiān)管記錄和進度、造價的統(tǒng)計列表，以及基建技術(shù)評估數(shù)據(jù)，支持人工信息化填寫修改，并自動化生成各類線上報表和評估報告，包括安全質(zhì)量專業(yè)報表和進度月報等。

智慧工地系統(tǒng)平臺結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)，能夠大力提高數(shù)據(jù)的有效性和及時性，大到施工進度數(shù)據(jù)，小到現(xiàn)場設(shè)備型號和從生產(chǎn)廠家信息，都能夠在平臺中快速檢索，并能夠進行實時地更新。在電網(wǎng)基建施工的過程中，能夠根據(jù)目前的進展和在庫的項目進行分析，采用智能化算法對項目將來的質(zhì)量、進度方面的指標進行預(yù)測，及時調(diào)整優(yōu)化施工過程中的組織管理，提升項目的建設(shè)效率并節(jié)省成本。

3應(yīng)用展望

當前，在國家電網(wǎng)公司管理的電網(wǎng)基建項目中，隨著視頻接人和現(xiàn)場系統(tǒng)在工程現(xiàn)場的全面推廣，以及基建管理系統(tǒng)相關(guān)功能群的持續(xù)建設(shè)，現(xiàn)場系統(tǒng)（手持移動業(yè)務(wù)終端）與基建管理系統(tǒng)已經(jīng)通過緊密的信息互聯(lián)與數(shù)據(jù)共享，一體的業(yè)務(wù)貫通與管理融合，初步建立了電網(wǎng)基建項目現(xiàn)場管理生態(tài)圈。

目前國家電網(wǎng)在基建工程現(xiàn)場管理系統(tǒng)已經(jīng)全面推廣，智慧工地建設(shè)在實踐層面的工作基礎(chǔ)已經(jīng)奠定，初步形成在基礎(chǔ)設(shè)施、工地感知、現(xiàn)場管理和遠程監(jiān)管中的完整實踐。在基礎(chǔ)設(shè)施層、工地感知層、現(xiàn)場管理層、遠程監(jiān)管層已經(jīng)形成了整個施工進程中的成熟應(yīng)用。同時，還需要在以下幾個方面進行提升和發(fā)展。

（1）重視基建工程全過程中的施工文明建設(shè)。目前政府各部門對施工文明建設(shè)提出了更細致的要求，對施工區(qū)域中的環(huán)境污染、重大工程設(shè)備安全、綠色生產(chǎn)等問題十分重視。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效豐富施工現(xiàn)場監(jiān)測手段，提高對環(huán)境變化和高危設(shè)備運行情況的敏感度，為安全監(jiān)管、綠色監(jiān)管奠定基礎(chǔ)。

（2）加強對施工空間位置的全過程控制，嚴格梳理各專業(yè)的管理層次。持續(xù)優(yōu)化施工現(xiàn)場的總體布局，并結(jié)合基礎(chǔ)設(shè)施層的空間管理能力，將施工階段的作業(yè)區(qū)域與空間、污染變化等與施工管理過程中的各專業(yè)緊密結(jié)合，方便智慧工地系統(tǒng)進行現(xiàn)場管理。

（3）加強現(xiàn)場技術(shù)支持和解決突發(fā)問題的能力，完善現(xiàn)場管理的短板。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成果，提升施工現(xiàn)場管理模式的及時性和針對性。例如，當施工現(xiàn)場出現(xiàn)煙霧，利用這些監(jiān)測設(shè)備能夠迅速鎖定可能產(chǎn)生明火的位置，進而調(diào)用視頻監(jiān)測設(shè)備對現(xiàn)場情況進行智能化識別，管理人員針對緊急情況迅速發(fā)出緊急信號并啟動應(yīng)急管理方案，極大提高施工現(xiàn)場的應(yīng)急管理能力。

（4）加強設(shè)備精準感知和高智能化水平，實現(xiàn)施工現(xiàn)場全域覆蓋、智能識別、有效管理。采用訂制化的識別算法，提高視頻數(shù)據(jù)的多重識別能力。一是通過未戴安全帽識別、區(qū)域穿越識別、紅馬甲識別等基本形成工地違章智能識別能力;二是通過工作區(qū)域人員數(shù)量識別、工程進度自動識別等，輔助專業(yè)監(jiān)管高效開展。

4結(jié)束語

通過對電網(wǎng)工程現(xiàn)場管理業(yè)務(wù)的層次化梳理，本文在研究層面系統(tǒng)歸納了電網(wǎng)工程智慧工地的特點和總體架構(gòu)，結(jié)合國家電網(wǎng)公司視頻接入和現(xiàn)場系統(tǒng)當前建設(shè)形勢，在實踐層面對于4個層次的實施應(yīng)用情況進行了梳理，并結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、BIM技術(shù)等方面介紹了電網(wǎng)工程智慧工地的未來發(fā)展情況。

目前信息化建設(shè)已經(jīng)進入各行各業(yè)，施工現(xiàn)場中的智能建造給企業(yè)帶來的效益更加受到重視，通過進一步全面融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云邊協(xié)同計算、智能識別監(jiān)測算法等信息化手段，豐富現(xiàn)場管理人員管理手段，提高管理水平;與此同時，基于信息化的管理理念日益施工現(xiàn)場組織和管理人員的信息化素質(zhì)，從而進一步完善智慧工地的系統(tǒng)放方案，通過技術(shù)和人員之間的良性循環(huán)，不斷推動電網(wǎng)基建工程的高效創(chuàng)新發(fā)展。