智慧工程管理系统助力变电站建设

蔡宇飞，赵康伟

（北京送变电有限公司,北京 102401）

引言

目前，在电网建设领域，变电站建筑安装工程涉及专业种类多，交叉作业多，在传统管理模式下施工工艺控制难，施工过程管控容易不到位。特别是特高压建设参建单位、参建人员和施工机械车辆多，施工管理工作量大，基建信息管理对象庞大繁杂，易产生信息时效性、真实性和溯源性差，易出现安全、质量监控漏洞等问题，而这些问题越来越成为影响企业效益增长及发展的关键因素。

因此，本文研究开发出“智慧工程管理系统”，它是针对变电站管理现状及企业改革发展目标，结合当下智慧企业管理理念及管理发展趋势，利用移动互联网、云技术、物联网等前沿科技，实现企业经营管理科学化、网络化和智能化的项目管理系统。系统建设的核心目标是通过系统全方位获取智能化设备（RFID、PAD 等）采集的数据，并应用于各业务环节，通过实时高效的信息化技术手段，提升现场管理效率，降低企业管理成本，最终实现智慧管理，增长效益的目标。

1 系统设计目标及原则

“智慧工程管理系统”旨在通过物联网（RFID）、云计算、移动互联网等新兴信息技术，完成工程施工过程的人力、财力、物资、信息等各类要素资源的优化配置，实现企业内部及时、互动、整合的信息感知、传递和处理，最终达到增强工程管理的目标，从而提高企业核心竞争力。

系统设计原则主要包含以下四点：

（1）智慧性：在施工现场各管理环节融入物联网、移动互联网等新兴信息化技术，构建智慧型工程管理。

（2）创新性：利用先进信息化技术手段与现场管理体系、流程相结合，简化操作流程，减轻管理工作量。

（3）高效性：高效数据采集，实时数据分发处理，提供高效决策支撑及全面信息掌控。

（4）灵活性：系统可与其它业务系统进行数据交互对接，灵活拓展。

2 系统总体设计

2.1 系统拓扑结构设计

系统分为3 个使用场景，一是后端云服务，二是分公司办公室，三是施工现场，如图1 所示。

后端云服务，是系统核心部分，包括应用服务器（是应用的总集成者，包括web 应用和接口服务等），数据库服务器以及实时通信服务器（只要用于接收人员定位数据）。

分公司办公室，是对施工项目信息进行监控，查询等，只需要使用浏览器就可以完成系统操作。

图1 拓扑结构设计图

施工现场则是实施系统的重点，主要负责数据采集和展现，包括PAD 的APP 应用、自动考勤系统、门禁管理系统、大屏展现系统、人员定位基站等。

2.2 系统架构设计

系统采用J2EE 的架构进行开发，采用现阶段成熟的基于MVC 的SpringMVC 架构，包括表示层、业务层、支撑层、数据资源层和数据采集层。架构设计如图2 所示。

图2 架构设计图

2.3 系统功能结构设计

系统开发安全、质量、进度、技术、机具、材料、经营、队伍、信息9 大功能模块及标准库、基础库、宣传屏、系统管理4 个基础模块，可智能采集项目信息源，同时协助并督促质量、安全、技术的检查及管理资料的记录、统计工作。功能结构设计如图3 所示。

图3 功能结构设计图

2.4 系统安全设计

系统使用移动互联、云技术等，涉及到外网访问，数据安全和保密性需要更高要求，对数据传输、加密、数据安全有着特殊要求。

（1）数据传输安全

由于需要接入移动设备，系统服务部署在云上，所以必须确保数据传输安全，采用HTTPS 的方式来保障数据传输安全。

（2）敏感数据加密处理

对系统中的敏感数据进行加密处理，例如，用户秘密将采用二次的MD5 进行加密，MD5 是非对称算法，目前相对来说比较安全，并且本文将采用二次加密的方式，可以视系统需要，提高加密次数来提高敏感数据安全。

（3）防止恶意输入

系统的设计采用多层架构方式进行，其中，业务逻辑和数据库层之间采用DAO 层的模式，采用JAVA 持久化API 由hibernate 框架实现，能有效防止用户的恶意输入，SQL 注入等安全漏洞。

3 系统关键技术

3.1 RFID 技术

3.1.1 RFID 技术简介

RFID（Radio Frequency Identification），又称“无线射频识别”，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标，并读写相关数据。它无需识别系统与特定目标两者之间建立的机械或者光学接触。

RFID 系统由三部分组成：电子标签、识读器和天线。其物理结构如图4 所示。

图4 RFID 物理结构图

电子标签（Tag），又称应答器、射频卡，是指由IC 芯片和无线通信天线组成的模块化标签。阅读器（Reader），又称读写器、读头，是与RFID 标签进行信息交换的无线电收发设备，用于读取电子标签中所存储的数据信息。

3.1.2 人员身份识别应用

利用RFID 技术的非接触、远距离识别特性，将RFID 编码与人员信息进行绑定，通过读写器自动读取电子标签信息，实现对施工现场人员的身份识别。识别信息主要用于门禁考勤、用餐统计、人员识别定位。系统中选用2.45G 频段RFID 技术，该频段技术具有远距离多目标识别特性，电子标签内置电池，相对无源电子标签其读取距离远（1-80 米可调），识别率更高。通过利用RFID 技术自动采集数据的高效性，来提升现场人员管理的准确性及有效性。人员身份识别应用如图5 所示。

3.1.3 机械机具信息载体

图5 人员身份识别应用图

现有信息化管理中，对机械机具进行编码管理后，通常采用打码或条码等手段，将编码与实物绑定，但在施工现场恶劣环境中，污损经常造成读码失败，造成获取信息失败。RFID 技术非接触识别的特性，可以很好的克服这种情况。使机械机具等现场重要资产信息，可以在管理过程中被高效及准确的获取，从而为管理带来帮助。使机械机具等重要资产的流向、分布、状况得到及时的掌控，从而降低管理缺失带来的资产管理维护成本。

系统中利用RFID 超高频无源电子标签的特点，即非接触识别、远距离识别、多目标识别、无源抗污损等。将其为机械机具等施工资产编码数据载体，用于出入库盘点、维护、查找等管理应用，使管理人员可以高效快速获取目标物编码信息，并进行相应操作管理。以此提升管理效率。机械机具电子标签应用如图6 所示。

图6 机械机具电子标签应用图

3.1.4 RFID 定位技术

随着大数据时代的到来，海量数据分析将可以帮助决策者实现更深层次的分析能力，这种能力体现到施工现场，可以是人员工作效率和机具机械动态分布，这些数据分析能够辅助分析资源的利益情况，进而精准考核、降低投入成本。本系统中，通过对人员定位信息与进度工程、分部分项工程、人员工作交底记录等信息进行联动，可实时掌握现场各施工区人员分布情况与施工内容的关联情况，进而进行分析得出相应的人工效率或管理效率，辅助管理人员进行决策。

目前市场中较成熟的定位技术包括有GPS 定位、WIFI 定位、RFID 定位，相对前两者，采用基于信号强度信息定位（RSSI）的RFID 定位技术，具有投入成本低，一卡（电子标签）多用的特点，更适合本项目中的定位管理需求。

3.2 智能移动终端设备

随着移动互联网应用的普及，移动应用因其便利性、高效性优势已经越来越多应用于各领域，在施工现场信息化管理过程中，“移动互联”显然可以改变传统管理模式下“数据滞后”“数据孤岛”等问题。智能移动终端设备，是集合计算机、数据采集模块、网络传输模块、照相机于一体的智能化设备。通过智能化设备，管理人员在施工现场可随时进行高效的信息化管理作业，如巡检填报，人员机具数据采集、数据查询、数据回传、协同办公等。大大提升了管理效率，不同部门沟通协同效率，同时通过智能化数据采集分发处理流程，可以减少管理人员工作强度，优化管理流程。在本项目中移动终端设备具有以下功能：移动定位桩定位功能、进度数据填报、施工履历、进度图展现、质量检查、质量数码照片、安全检查、安全数码照片、技术交底等。

4 系统创新及亮点

4.1 系统面向施工单位，专业全覆盖

本系统是适用于特高压建设管理的一套智能管理系统，从施工现场管理角度出发，系统设计质量、安全、进度、材料、机具、队伍、经营、技术、信息9 大管理模块，涵盖了特高压建设现场管理的全部过程。为了操作简便还设计标准库和基础信息模块，同时开发了现场宣传屏幕模块和系统管理模块，更好的展示施工信息及多媒体内容。工作流程图如图7、8、9 所示。

图7 工作流程图（安全管理，质量管理，进度管理）

通过该系统的应用，可加强施工单位对特高压项目部施工现场各专业的监管，严格执行“两案一措”，坚决落实“一严三禁”，提高管理水平，加强风险管控，加强督导检查，加强管理问责。

图8 工作流程图（队伍管理）

图9 工作流程图（机具材料管理）

4.2 最优智能库，多库关联，一次提取多库跟随

按照国家、行业、国网规范标准建立标准库，提供持续完善标准库机制，组建标准化资源库，完成各专业体系标准和技术规范的梳理。基础库中涵盖人员相关信息、组织机构信息以及数据字典。库的建立可指导、监督现场各种管理行为，同时减轻新建工程时数据重复录入工作，为后续进度安排、安全检查、质量检查、风险预控等提供基本数据支持。标准库和最优智能库如图10、11 所示。

4.3 实现对人员、车辆、机具管理智能化

施工人员及管理人员的胸卡和安全帽中都配备了2.45GHz RFID 有源电子标签。门禁系统可对人员胸卡及佩戴安全帽同时进行扫描，如人员胸卡及安全帽佩戴齐全可顺利通过闸口，只佩戴其中一项则闸机闸口不会打开。同时系统会自动统计人员进出记录，便于日后信息追溯查询。

通过2.45GHz RFID 有源电子标签在施工机械的应用，系统中可随时查看机械信息并生成实时车辆、机具分布图，便于机具管理人员随时查看、方便派遣。系统可提前对需维护设备进行提醒，对施工机具进行流程化、精细化管理，有效解决了车辆、机具维护不及时和闲置的问题，大大提高了使用率。实际机具管理如图12 所示。

图10 标准库

图11 最优智能库

4.4 人员实时定位，准确展现施工区域人员数量

施工现场专门设计了可移动定位基站，可对施工区人员、机械、车辆进行定位数据采集并通过无线网络传输至后台系统。该设备主要硬件由太阳能光伏板、3G/4G 定位读写器、充电电池、控制器和可移动推车组成，无需线缆敷设。可实现对人员到岗到位的监督及提醒功能。可移动定位基站和人员（区域）定位功能如图13、14 所示。

当现场有三级风险施工时系统可监测到相关管理人员是否到达施工区，并形成可追溯记录。

可移动定位基站还可作为交底定位桩使用。定位基站对在此范围内参与交底的施工人员进行扫描，通过PAD 对基站二维码进行扫码，可将参与交底人员全部记录到系统，使交底信息具有可追溯性。

图12 机具管理图

图13 可移动定位基站

图14 人员（区域）定位功能

4.5 现场管控信息化、实时化

开发便携手持端APP 程序，以移动终端（手机、PAD）为载体，通过移动终端自身设备的性能来实现人与人、人与设备、设备与设备之间的互联互通，有效提升信息技术对现场管控的支撑力度，可使公司后方与施工现场实时对接，提高现场管控的效率以及管控水平。

图15 现场管控图

同时，通过移动终端可将巡检结果在现场进行相关信息录入，并将照片信息与检查记录有效结合，避免了信息及照片的腾挪，减少工作量，提高工作效率。现场管控如图15 所示。

4.6 自动实时核算成本

该系统具有高效、准确的数据采集与统计分析功能，可实时核算各项目人、机、材成本，自动生成台账，减轻人工工作量，提高核算精准度。工程成本统计如图16 所示。

图16 工程成本统计图

4.7 自动导入工程量清单，具备提醒、比较、控制功能

系统实现与招投标工程量清单无缝对接，以工程量清单为主线，将工程量进行量化，与各模块进行关联及数据交互，为施工进度统计、对比提供有力数据支持。

通过施工进度填报，系统自动统计工程项目完成情况，最终形成形象进度。工程形象进度如图17 所示。

图17 工程形象进度图

4.8 智能化风险评估

图18 智能化风险评估

系统将风险评估规范化、数据化，提供评估模型，根据管理人员所勾选的相关参数自动识别生成动态风险系数，减少管理人员的工作量，并消除人为原因造成的计算错误。智能化风险评估部分内容如图18 所示。

5 结束语

“智慧工程管理系统”是目前变电站建设管理功能较全面的一套综合管理系统，采用移动互联技术将人员定位基站、大屏幕展现、考勤系统、门禁系统、检查专用APP等子系统有机结合成一个整体。它充分发挥了移动互联、物联网技术优势，不仅是一款数据采集软件，而且具有对采集数据的分析、运算及统计功能。

系统已应用于北京东1000kV 变电站工程，使各项工序的准备、执行能够提前完成。管理人员可通过系统提供检查项对施工项目进行逐项核查并记录上传，减少操作中的主观人为因素影响，有效保证了特高压变电站的施工质量，确保特高压变电站按期投运。同时施工管理单位可实时查看人材机使用情况，实时核算施工成本，有助于管理者做出正确决策，有效节约人工、机械、材料成本。

系统在变电站建设的应用效果明显，与传统管理方法相比，能够增强施工安全管控效果，优化施工办公管理流程和施工队伍考勤管理，能够提高施工检查人员的积极主动性，提高施工现场办公效率及质量，提高项目管理中人、机、材成本核算效率及准确率，是变电站建设稳步推进的小小助力。