基于泛在电力物联网的“智慧工地”建设

刘亚骑 聂树瑞

国网济南供电公司 山东 济南 250000

引言

本文依托变电站线路网架完善工程，从运用价值和施工报检、质量管理、劳务管理、安全施工、绿色施工等系统模块方面进行了阐述[1]；从视频检测角度进行研究，实现了目标行为识别、目标检测、目标轨迹预测和追踪等算法，构建了多种传感信息的电力施工环境监测和告警策略[2]；对比了电网工程与民用建筑工程的差异性，对总体构架进行了概括[3]；并重点围绕施工管控，开发了人员、违章、进度、塔吊监测、基坑沉降等功能模块[4]。

本文基于泛在电力物联网技术开展“智慧工地”建设，采用先进的管理理念，应用了先进的传感技术、信息技术、移动互联、云计算、人工智能等现代信息技术和先进通信技术，打破了建设管理信息传输壁垒和专业管理壁垒。以数据驱动为核心，对电网建设作业现场安全、质量、进度、造价、人员、机械等管理要素进行系统、规范、科学的统筹、设计和管理，在作业计划监督、作业风险管控、作业过程监控、安全责任落实等方面均发挥积极的作用。通过传感技术、智能识别等科技手段的应用，建立涵盖人员管理、车辆管控、视频监控、物资进出口把关等信息化互联，形成“物联网”，再与互联网整合在一起，实现工程管理干系人与工程施工现场的整合。

1 体系架构

电网工程智慧工地建设总体架构包括现场感知层、网络层、平台层、应用层。

第一层为感知层。主要综合应用视频监控、人工智能识别、无线射频技术、现场门禁与考勤设备、人员定位系统、施工现场的气象（气压、温度、湿度、风力）、扬尘、噪声监测设备等实现现场视频、图像、文本等信息的归纳，并接入到网络层进行集成管理，是实现现场信息的感知、采集、归纳。

第二层为网络层，为确保公司电网安全，公司内外部网络隔离，智慧工地建设网络层着力消除信息孤岛，针对现场感知层获取的数据以及应用层提取的数据建立统一出入口、统一数据标准、统一数据中心，实现内外网数据无障碍传输。

第三层为平台层，是软件平台系统的核心，采用高性能的应用服务器中间件、各种智能引擎和系统管理工具，为应用层提供基础服务、管理策略和方法工具。同时按照所提供的服务来管理、组织和调度设备和信息资源。

第四层为应用层，建立面向于用户实际操作的客户端，是通过对电网建设涉及的具体案情、质量、进度、技经、物资、环保、视频会议等具体业务的归纳、抽象，生成的各种应用模块，通过这些模块的组织，就可以支持不同的业务应用。

2 全方位全过程管控

基于泛在物联网的“智慧”工地建设，主要实现以下功能。

2.1 进度管控精细化、可视化

通过应用建筑信息管理（BIM）技术，以建筑工程项目的各项相关信息数据作为基础，依托设计单位三维施工图设计，物资厂家提供的设备三维模型，建立起三维的变电站建筑模型，通过数字信息仿真模拟变电站、架空线路、电缆线路所有的真实信息。它具有信息完备性、信息关联性、信息一致性、可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性。将建设单位、设计单位、施工单位、监理单位等项目参与方在同一平台上，共享同一信息模型。利于项目可视化、精细化的进度管控，智慧工地平台通过对现存的BIM模型进行调用，建立项目的进度甘特图。能实时反映在建项目的进度信息。管理者可以通过平台系统对工期的计划时间，计划工作量进行调控。

2.2 人员车辆管理智能化

以往工程现场使用的人员车辆管理系统皆需刷卡进入，本系统基于人车智能识别技术，人员车辆无障碍同行。系统同时还能自动上传信息与数据库内人员信息进行比对，可避免一人多卡、代刷卡等问题。人员智能识别时根据作业票任务，自动提取位置坐标，根据人员考勤时的GPS定位信息判断考勤人员是否在施工范围内。考勤人员与工作票人员对比，解决施工人员现场与报备人员不符造成的“两张皮”现象，特别是关键人员到场不足或顶替问题。此外线路工程使用的考勤系统，不用单独采购人脸考勤及定位设备，可直接利用手机APP完成人员实名制管控，节约管理成本。应用人脸识别和定位技术，实现对业主、监理、施工项目部关键人员的到岗到位管理，督促人员现场履责。

2.3 安全管理实时化

智慧基建特种机械监控系统，使用GPS和LBS结合的技术手段，能够实现机械设备的准确定位、历史轨迹、运行时间的实时采集，通过无线网络，将数据汇总到云端，进行数据的对比分析，通过WEB系统或手机APP，在电子图上实时展现。与移动APP结合，为领导干部和管理人员到岗到位、飞行检查等提供支持。与作业计划结合，对到岗到位计划进行管理。对到岗到位过程进行记录，包括人员、到达时间、离开时间、发现问题等。

2.4 质量管理标准化

通过将里程碑计划于现场进度进行比对，在关键工序、隐蔽工程检查前自动给业主单位、建立单位等相关人员发送提醒信息，检查人员可以通过手机拍摄、视频上传的功能进行检查，并对过程的图片视频档案归档留存，实现对关键工序自动检测。巡查人员可通过手机APP随时记录现场违章问题，在上报过程中可描述问题说明、添加相应的照片，清晰明了的阐述问题情况，实现质量违规问题实时上报。

2.5 物资管理全过程管控

打通物资采购、供应、需求、进场、安装、调试等通道，实现材料需求自动分析预测，对设备材料进场时间、安全、调试完成时间进行跟踪，并给出建议。打通物资采购、订货、安装、调试、竣工投运的全链条。此外还通过二维码标签管理，对入场的安全器具，机械设备等进行相关信息（入场验收，年检信息，使用情况）电子存档。

2.6 环境监测推动绿色文明施工

建立智慧工地环境监测模块，对工地噪声、扬尘、现场天气情况实施监测，并依据外界环境为现场施工提供相应的注意事项和保护措施建议。不仅推动绿色文明施工，还有助于提高GIS等设备的无尘化安装质量。

2.7 视频会议实时沟通交流

建立视频会议系统，方便建设管理单位、三大项目部召开管理、协调例会，节省参会人员路上行程，同时还可以开展线上问题会审、为工程现场提供技术支持。使用人员登录手机端视频会议后，可根据需要选择不同的会议室进行开会。手机视频会议支持本地文档的演示功能，实现与会者可与主持人的文档翻页、放大、缩放等操作。

此外，该系统整合有施工资料管理、技经管理模块、电子地图、风险管理模块，为工程建设管理人员、施工人员等提供支撑。

3 完善管理措施

一是明确了建设管理的基本原则要做到全专业覆盖，全专业应用，规范化管理。二是明确智慧工地建设的目标要做到视频监控全覆盖、设备配置标准化、应用管理常态化。三是明确了智慧工地建设要求。对于变电工程按照新建变电站工程和改扩建变电工程两种形式进行建设，新建变电站智慧工地设置人车管理系统、环境监测系统、视频监控系统、塔吊运行监控系统等多个子系统，改扩建变电工程智慧工地配置视频监控系统、与带电设备距离自动判断系统，各子系统数据通过互联网同步至智慧工地管控中心云平台，实现数据共享。线路工程根据架空线路和电缆线路工程特点，以实现对作业现场视频监控全覆盖为目的，配置相应视频监控设备、密闭空间气体检测系统、高空气象条件实时监控系统，塔材螺栓现场入库出库智能分析系统。四是明确智慧工地运行、维护、应用各单位的职责，确保系统运行安全、可靠，推动智慧工地标准化建设、规范化管理，更好地服务和支撑工程建设。

4 项目成果实施应用情况

基于泛在电力物联网的“智慧”工地在2017年至2020年在220kV开源、回河输变电工程，110kV中赵输变电工程试点应用，通过该系统，各级管理人员能够通过智慧工地实时全方位管控施工现场，及时发现安全质量隐患，快速处理现场发生的各类问题，实现智慧、绿色、高效、安全的建设目标。

4.1 显著提升安全文明监管能力

基于泛在物联网的智慧工地，实现了对特种机械设备运行状况监控、典型违章自动识别抓拍、现场工器具的试验周期及合格自动判断、脚手架及现浇混凝土强度自动初监系统、对异常极端天气监测预警、现场人员到岗到位管理、现场建设远程视频监控等，显著增强了管理人员对现场安全文明施工监管力度，据统计，现场安全监管效率提升约4倍以上。

4.2 实现工程精细化专业管理

通过智慧工地下的工程进度模块、安全管理模块、人员管理模块、环境监测模块、塔吊监测模块、基坑沉降模块、视频监控模块、移动终端APP等，为工程管理提供了扁平化、专业化的管理工具，实现了现场进度实时判断，自动与里程碑计划进行比对，实现纠偏预警，人员到岗到位情况全过程管控，不仅判断到岗到位人数是否满足要求，对到岗到位人员的身份进行核实，避免冒名顶替的现场，实现现场管理的精细度，工程安全质量实时分析预警等，显著提高管理人员管理效率与管理成效。

4.3 提升现场服务与专业管理能力

结合管理要求，综合利用各类硬件优势，形成更具业务针对性的综合感知和管理方式，如通过BIM 技术与GIS技术的有效融合，实现对变电、线路工程的全域全景监控，提升可视化水平，尤其是输电线路路径长、作业点分散，通过智慧工地系统实现了各线路工程施工点实时可视化监控；另一方面通过形成由3D（实体）+1D（时间）+1D（内容）组成的五维建筑信息模型，关联工程建设资源要素，有力提升智慧工地的集成管理能力，一是实现视频监管从“远程天眼”向“监管慧眼”的进化。通过应用人工智能、视频智能识和云计算、大数据处理等技术，实现视频监管从“远程天眼”向“监管慧眼”的进化。如可以通过在作业人员的安全装置及工器具上置入带信息发送功能的芯片，用于判断作业人员是否正确佩戴安全帽识别、红黄马甲识别、孔洞遮拦识别等形成工地违章智能识别能力；二是通过实时管控进出工作区域的人员数量、多维度自动识别工程进度等，实现专业监管的高效开展。

5 结束语

通过开展基于泛在电力物联网的智慧工地建设，符合国网公司制定的“三型两网”新战略，有助于推动电网建设传统管理模式实现“质量变革”“效率变革”、“动力变革”，推动电网建设管理转型升级。在工程建设实际应用过程中，显著提升了工程现场安全质量管控能力、推动项目标准化管理水平提升、提高了项目管理承载力，同时增强了对基建各专业的支撑能力。通过综合使用物联网、移动应用、大数据、云计算、人工智能等新技术围绕电网工程现场管理，建立起智能感知、互联协同、科学管理的电网建设工程现场管理生态圈，实现电网工地可视、精细、智能管理，有效提升工程现场管理水平。从社会效益和经济效益方面均取得了较好的效果，推动了传统管理模式向智能化管理变革，具有较强的实用性和推广价值。