基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的“智慧工地”建設(shè)

劉亞騎 聶樹(shù)瑞

國(guó)網(wǎng)濟(jì)南供電公司 山東 濟(jì)南 250000

引言

本文依托變電站線路網(wǎng)架完善工程，從運(yùn)用價(jià)值和施工報(bào)檢、質(zhì)量管理、勞務(wù)管理、安全施工、綠色施工等系統(tǒng)模塊方面進(jìn)行了闡述[1]；從視頻檢測(cè)角度進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)行為識(shí)別、目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)和追蹤等算法，構(gòu)建了多種傳感信息的電力施工環(huán)境監(jiān)測(cè)和告警策略[2]；對(duì)比了電網(wǎng)工程與民用建筑工程的差異性，對(duì)總體構(gòu)架進(jìn)行了概括[3]；并重點(diǎn)圍繞施工管控，開(kāi)發(fā)了人員、違章、進(jìn)度、塔吊監(jiān)測(cè)、基坑沉降等功能模塊[4]。

本文基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展“智慧工地”建設(shè)，采用先進(jìn)的管理理念，應(yīng)用了先進(jìn)的傳感技術(shù)、信息技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)、云計(jì)算、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)和先進(jìn)通信技術(shù)，打破了建設(shè)管理信息傳輸壁壘和專(zhuān)業(yè)管理壁壘。以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為核心，對(duì)電網(wǎng)建設(shè)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安全、質(zhì)量、進(jìn)度、造價(jià)、人員、機(jī)械等管理要素進(jìn)行系統(tǒng)、規(guī)范、科學(xué)的統(tǒng)籌、設(shè)計(jì)和管理，在作業(yè)計(jì)劃監(jiān)督、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控、作業(yè)過(guò)程監(jiān)控、安全責(zé)任落實(shí)等方面均發(fā)揮積極的作用。通過(guò)傳感技術(shù)、智能識(shí)別等科技手段的應(yīng)用，建立涵蓋人員管理、車(chē)輛管控、視頻監(jiān)控、物資進(jìn)出口把關(guān)等信息化互聯(lián)，形成“物聯(lián)網(wǎng)”，再與互聯(lián)網(wǎng)整合在一起，實(shí)現(xiàn)工程管理干系人與工程施工現(xiàn)場(chǎng)的整合。

1 體系架構(gòu)

電網(wǎng)工程智慧工地建設(shè)總體架構(gòu)包括現(xiàn)場(chǎng)感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層。

第一層為感知層。主要綜合應(yīng)用視頻監(jiān)控、人工智能識(shí)別、無(wú)線射頻技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)門(mén)禁與考勤設(shè)備、人員定位系統(tǒng)、施工現(xiàn)場(chǎng)的氣象（氣壓、溫度、濕度、風(fēng)力）、揚(yáng)塵、噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備等實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)視頻、圖像、文本等信息的歸納，并接入到網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行集成管理，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)信息的感知、采集、歸納。

第二層為網(wǎng)絡(luò)層，為確保公司電網(wǎng)安全，公司內(nèi)外部網(wǎng)絡(luò)隔離，智慧工地建設(shè)網(wǎng)絡(luò)層著力消除信息孤島，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)感知層獲取的數(shù)據(jù)以及應(yīng)用層提取的數(shù)據(jù)建立統(tǒng)一出入口、統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)無(wú)障礙傳輸。

第三層為平臺(tái)層，是軟件平臺(tái)系統(tǒng)的核心，采用高性能的應(yīng)用服務(wù)器中間件、各種智能引擎和系統(tǒng)管理工具，為應(yīng)用層提供基礎(chǔ)服務(wù)、管理策略和方法工具。同時(shí)按照所提供的服務(wù)來(lái)管理、組織和調(diào)度設(shè)備和信息資源。

第四層為應(yīng)用層，建立面向于用戶實(shí)際操作的客戶端，是通過(guò)對(duì)電網(wǎng)建設(shè)涉及的具體案情、質(zhì)量、進(jìn)度、技經(jīng)、物資、環(huán)保、視頻會(huì)議等具體業(yè)務(wù)的歸納、抽象，生成的各種應(yīng)用模塊，通過(guò)這些模塊的組織，就可以支持不同的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

2 全方位全過(guò)程管控

基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的“智慧”工地建設(shè)，主要實(shí)現(xiàn)以下功能。

2.1 進(jìn)度管控精細(xì)化、可視化

通過(guò)應(yīng)用建筑信息管理（BIM）技術(shù)，以建筑工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，依托設(shè)計(jì)單位三維施工圖設(shè)計(jì)，物資廠家提供的設(shè)備三維模型，建立起三維的變電站建筑模型，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬變電站、架空線路、電纜線路所有的真實(shí)信息。它具有信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性。將建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位等項(xiàng)目參與方在同一平臺(tái)上，共享同一信息模型。利于項(xiàng)目可視化、精細(xì)化的進(jìn)度管控，智慧工地平臺(tái)通過(guò)對(duì)現(xiàn)存的BIM模型進(jìn)行調(diào)用，建立項(xiàng)目的進(jìn)度甘特圖。能實(shí)時(shí)反映在建項(xiàng)目的進(jìn)度信息。管理者可以通過(guò)平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)工期的計(jì)劃時(shí)間，計(jì)劃工作量進(jìn)行調(diào)控。

2.2 人員車(chē)輛管理智能化

以往工程現(xiàn)場(chǎng)使用的人員車(chē)輛管理系統(tǒng)皆需刷卡進(jìn)入，本系統(tǒng)基于人車(chē)智能識(shí)別技術(shù)，人員車(chē)輛無(wú)障礙同行。系統(tǒng)同時(shí)還能自動(dòng)上傳信息與數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)人員信息進(jìn)行比對(duì)，可避免一人多卡、代刷卡等問(wèn)題。人員智能識(shí)別時(shí)根據(jù)作業(yè)票任務(wù)，自動(dòng)提取位置坐標(biāo)，根據(jù)人員考勤時(shí)的GPS定位信息判斷考勤人員是否在施工范圍內(nèi)?？记谌藛T與工作票人員對(duì)比，解決施工人員現(xiàn)場(chǎng)與報(bào)備人員不符造成的“兩張皮”現(xiàn)象，特別是關(guān)鍵人員到場(chǎng)不足或頂替問(wèn)題。此外線路工程使用的考勤系統(tǒng)，不用單獨(dú)采購(gòu)人臉考勤及定位設(shè)備，可直接利用手機(jī)APP完成人員實(shí)名制管控，節(jié)約管理成本。應(yīng)用人臉識(shí)別和定位技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)主、監(jiān)理、施工項(xiàng)目部關(guān)鍵人員的到崗到位管理，督促人員現(xiàn)場(chǎng)履責(zé)。

2.3 安全管理實(shí)時(shí)化

智慧基建特種機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)，使用GPS和LBS結(jié)合的技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)確定位、歷史軌跡、運(yùn)行時(shí)間的實(shí)時(shí)采集，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)匯總到云端，進(jìn)行數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，通過(guò)WEB系統(tǒng)或手機(jī)APP，在電子圖上實(shí)時(shí)展現(xiàn)。與移動(dòng)APP結(jié)合，為領(lǐng)導(dǎo)干部和管理人員到崗到位、飛行檢查等提供支持。與作業(yè)計(jì)劃結(jié)合，對(duì)到崗到位計(jì)劃進(jìn)行管理。對(duì)到崗到位過(guò)程進(jìn)行記錄，包括人員、到達(dá)時(shí)間、離開(kāi)時(shí)間、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題等。

2.4 質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化

通過(guò)將里程碑計(jì)劃于現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度進(jìn)行比對(duì)，在關(guān)鍵工序、隱蔽工程檢查前自動(dòng)給業(yè)主單位、建立單位等相關(guān)人員發(fā)送提醒信息，檢查人員可以通過(guò)手機(jī)拍攝、視頻上傳的功能進(jìn)行檢查，并對(duì)過(guò)程的圖片視頻檔案歸檔留存，實(shí)現(xiàn)對(duì)關(guān)鍵工序自動(dòng)檢測(cè)。巡查人員可通過(guò)手機(jī)APP隨時(shí)記錄現(xiàn)場(chǎng)違章問(wèn)題，在上報(bào)過(guò)程中可描述問(wèn)題說(shuō)明、添加相應(yīng)的照片，清晰明了的闡述問(wèn)題情況，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量違規(guī)問(wèn)題實(shí)時(shí)上報(bào)。

2.5 物資管理全過(guò)程管控

打通物資采購(gòu)、供應(yīng)、需求、進(jìn)場(chǎng)、安裝、調(diào)試等通道，實(shí)現(xiàn)材料需求自動(dòng)分析預(yù)測(cè)，對(duì)設(shè)備材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)間、安全、調(diào)試完成時(shí)間進(jìn)行跟蹤，并給出建議。打通物資采購(gòu)、訂貨、安裝、調(diào)試、竣工投運(yùn)的全鏈條。此外還通過(guò)二維碼標(biāo)簽管理，對(duì)入場(chǎng)的安全器具，機(jī)械設(shè)備等進(jìn)行相關(guān)信息（入場(chǎng)驗(yàn)收，年檢信息，使用情況）電子存檔。

2.6 環(huán)境監(jiān)測(cè)推動(dòng)綠色文明施工

建立智慧工地環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊，對(duì)工地噪聲、揚(yáng)塵、現(xiàn)場(chǎng)天氣情況實(shí)施監(jiān)測(cè)，并依據(jù)外界環(huán)境為現(xiàn)場(chǎng)施工提供相應(yīng)的注意事項(xiàng)和保護(hù)措施建議。不僅推動(dòng)綠色文明施工，還有助于提高GIS等設(shè)備的無(wú)塵化安裝質(zhì)量。

2.7 視頻會(huì)議實(shí)時(shí)溝通交流

建立視頻會(huì)議系統(tǒng)，方便建設(shè)管理單位、三大項(xiàng)目部召開(kāi)管理、協(xié)調(diào)例會(huì)，節(jié)省參會(huì)人員路上行程，同時(shí)還可以開(kāi)展線上問(wèn)題會(huì)審、為工程現(xiàn)場(chǎng)提供技術(shù)支持。使用人員登錄手機(jī)端視頻會(huì)議后，可根據(jù)需要選擇不同的會(huì)議室進(jìn)行開(kāi)會(huì)。手機(jī)視頻會(huì)議支持本地文檔的演示功能，實(shí)現(xiàn)與會(huì)者可與主持人的文檔翻頁(yè)、放大、縮放等操作。

此外，該系統(tǒng)整合有施工資料管理、技經(jīng)管理模塊、電子地圖、風(fēng)險(xiǎn)管理模塊，為工程建設(shè)管理人員、施工人員等提供支撐。

3 完善管理措施

一是明確了建設(shè)管理的基本原則要做到全專(zhuān)業(yè)覆蓋，全專(zhuān)業(yè)應(yīng)用，規(guī)范化管理。二是明確智慧工地建設(shè)的目標(biāo)要做到視頻監(jiān)控全覆蓋、設(shè)備配置標(biāo)準(zhǔn)化、應(yīng)用管理常態(tài)化。三是明確了智慧工地建設(shè)要求。對(duì)于變電工程按照新建變電站工程和改擴(kuò)建變電工程兩種形式進(jìn)行建設(shè)，新建變電站智慧工地設(shè)置人車(chē)管理系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、塔吊運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)，改擴(kuò)建變電工程智慧工地配置視頻監(jiān)控系統(tǒng)、與帶電設(shè)備距離自動(dòng)判斷系統(tǒng)，各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)同步至智慧工地管控中心云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。線路工程根據(jù)架空線路和電纜線路工程特點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控全覆蓋為目的，配置相應(yīng)視頻監(jiān)控設(shè)備、密閉空間氣體檢測(cè)系統(tǒng)、高空氣象條件實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，塔材螺栓現(xiàn)場(chǎng)入庫(kù)出庫(kù)智能分析系統(tǒng)。四是明確智慧工地運(yùn)行、維護(hù)、應(yīng)用各單位的職責(zé)，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠，推動(dòng)智慧工地標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、規(guī)范化管理，更好地服務(wù)和支撐工程建設(shè)。

4 項(xiàng)目成果實(shí)施應(yīng)用情況

基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的“智慧”工地在2017年至2020年在220kV開(kāi)源、回河輸變電工程，110kV中趙輸變電工程試點(diǎn)應(yīng)用，通過(guò)該系統(tǒng)，各級(jí)管理人員能夠通過(guò)智慧工地實(shí)時(shí)全方位管控施工現(xiàn)場(chǎng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全質(zhì)量隱患，快速處理現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的各類(lèi)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)智慧、綠色、高效、安全的建設(shè)目標(biāo)。

4.1 顯著提升安全文明監(jiān)管能力

基于泛在物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地，實(shí)現(xiàn)了對(duì)特種機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)控、典型違章自動(dòng)識(shí)別抓拍、現(xiàn)場(chǎng)工器具的試驗(yàn)周期及合格自動(dòng)判斷、腳手架及現(xiàn)澆混凝土強(qiáng)度自動(dòng)初監(jiān)系統(tǒng)、對(duì)異常極端天氣監(jiān)測(cè)預(yù)警、現(xiàn)場(chǎng)人員到崗到位管理、現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控等，顯著增強(qiáng)了管理人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)安全文明施工監(jiān)管力度，據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)管效率提升約4倍以上。

4.2 實(shí)現(xiàn)工程精細(xì)化專(zhuān)業(yè)管理

通過(guò)智慧工地下的工程進(jìn)度模塊、安全管理模塊、人員管理模塊、環(huán)境監(jiān)測(cè)模塊、塔吊監(jiān)測(cè)模塊、基坑沉降模塊、視頻監(jiān)控模塊、移動(dòng)終端APP等，為工程管理提供了扁平化、專(zhuān)業(yè)化的管理工具，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度實(shí)時(shí)判斷，自動(dòng)與里程碑計(jì)劃進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)糾偏預(yù)警，人員到崗到位情況全過(guò)程管控，不僅判斷到崗到位人數(shù)是否滿足要求，對(duì)到崗到位人員的身份進(jìn)行核實(shí)，避免冒名頂替的現(xiàn)場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)管理的精細(xì)度，工程安全質(zhì)量實(shí)時(shí)分析預(yù)警等，顯著提高管理人員管理效率與管理成效。

4.3 提升現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)與專(zhuān)業(yè)管理能力

結(jié)合管理要求，綜合利用各類(lèi)硬件優(yōu)勢(shì)，形成更具業(yè)務(wù)針對(duì)性的綜合感知和管理方式，如通過(guò)BIM 技術(shù)與GIS技術(shù)的有效融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電、線路工程的全域全景監(jiān)控，提升可視化水平，尤其是輸電線路路徑長(zhǎng)、作業(yè)點(diǎn)分散，通過(guò)智慧工地系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了各線路工程施工點(diǎn)實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控；另一方面通過(guò)形成由3D（實(shí)體）+1D（時(shí)間）+1D（內(nèi)容）組成的五維建筑信息模型，關(guān)聯(lián)工程建設(shè)資源要素，有力提升智慧工地的集成管理能力，一是實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)管從“遠(yuǎn)程天眼”向“監(jiān)管慧眼”的進(jìn)化。通過(guò)應(yīng)用人工智能、視頻智能識(shí)和云計(jì)算、大數(shù)據(jù)處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)管從“遠(yuǎn)程天眼”向“監(jiān)管慧眼”的進(jìn)化。如可以通過(guò)在作業(yè)人員的安全裝置及工器具上置入帶信息發(fā)送功能的芯片，用于判斷作業(yè)人員是否正確佩戴安全帽識(shí)別、紅黃馬甲識(shí)別、孔洞遮攔識(shí)別等形成工地違章智能識(shí)別能力；二是通過(guò)實(shí)時(shí)管控進(jìn)出工作區(qū)域的人員數(shù)量、多維度自動(dòng)識(shí)別工程進(jìn)度等，實(shí)現(xiàn)專(zhuān)業(yè)監(jiān)管的高效開(kāi)展。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)開(kāi)展基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的智慧工地建設(shè)，符合國(guó)網(wǎng)公司制定的“三型兩網(wǎng)”新戰(zhàn)略，有助于推動(dòng)電網(wǎng)建設(shè)傳統(tǒng)管理模式實(shí)現(xiàn)“質(zhì)量變革”“效率變革”、“動(dòng)力變革”，推動(dòng)電網(wǎng)建設(shè)管理轉(zhuǎn)型升級(jí)。在工程建設(shè)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，顯著提升了工程現(xiàn)場(chǎng)安全質(zhì)量管控能力、推動(dòng)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理水平提升、提高了項(xiàng)目管理承載力，同時(shí)增強(qiáng)了對(duì)基建各專(zhuān)業(yè)的支撐能力。通過(guò)綜合使用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能等新技術(shù)圍繞電網(wǎng)工程現(xiàn)場(chǎng)管理，建立起智能感知、互聯(lián)協(xié)同、科學(xué)管理的電網(wǎng)建設(shè)工程現(xiàn)場(chǎng)管理生態(tài)圈，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)工地可視、精細(xì)、智能管理，有效提升工程現(xiàn)場(chǎng)管理水平。從社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益方面均取得了較好的效果，推動(dòng)了傳統(tǒng)管理模式向智能化管理變革，具有較強(qiáng)的實(shí)用性和推廣價(jià)值。