超高海拔地区光伏电站智慧化施工进度管理系统的研发与应用

朱崩波，白映波，李 宾，赵路路

(1. 国家电投乡城县兴川新能源投资开发有限公司，甘孜藏族自治州 627850；2. 中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司，北京 100020)

0 引言

国家层面为实现2030 年前碳达峰、2060 年前碳中和[1]目标的愿景，要求发挥风电、光伏发电在应对气候变化和能源转型变革中的作用，致力构建以新能源为主体能源的新型电力系统[2]，并且明确要求到2030 年，风电、太阳能发电总装机容量要达到12 亿kW 以上[1]。在此背景下，光伏发电作为新型能源变革体系中一个重要组成部分，迎来了巨大的发展机遇，但与此同时，光伏电站传统的建设管理方式中存在的问题也使光伏电站的大规模建设与推广面临严峻的挑战。

本文基于四川省甘孜藏族自治州(下文简称为“甘孜州”)南部某光伏基地项目，运用大数据、云计算、地理信息系统(GIS)等现代信息技术，建立超高海拔地区光伏电站智慧化施工进度管理系统，对超高海拔地区光伏电站建设的施工进度管理方式进行优化，致力于提升项目的管控效率。

1 超高海拔地区光伏电站建设的施工进度管理的现状及问题

本文分析的四川省甘孜州南部某光伏基地项目位于四川省甘孜州乡城县正斗乡，海拔高度为3800～4200 m，属于超高海拔地区；太阳能资源十分丰富，项目现场实测数据显示，该地区的年均太阳辐射量约为8000 MJ/m2；该项目已于2022 年12 月28 日实现全容量并网发电。

由于该项目所在地属于超高海拔的山地地形，加大了工程建设的施工难度及物资运输难度，同时也对工程施工人员及建设管理人员的身体素质提出了更高的要求，在这种情况下，采用传统方式进行施工进度管理将面临巨大困难和挑战，主要体现在以下6 个方面。

1.1 施工条件复杂

项目建设地点属于超高海拔的山地地形，气温低、冬季时间长，施工条件恶劣，1 年中可供施工的时间较短，严重压缩了项目建设工期；另外，在超高海拔条件下，工程施工人员及建设管理人员的身体状况也面临着巨大的挑战，工程施工及管理可能出现降效的风险。

1.2 建设面积大，参建方众多

工程建设施工总面积达7.2 km2，施工区域面积较大，参建单位众多，有业主、监理、设计、供应商、环保监测、施工等10 多个参建单位，上百个施工班组，近万名施工人员同时进场施工，各单位之间及单位内部相关建设信息的上传下达存在时间差和信息偏差，容易造成施工进度管控不及时，导致出现进度偏差的情况。

1.3 数据量大，统计分析难度高

本项目包含2 个竞价项目区和5 个实证对比区，以及送出线路和升压站的建设，光伏方阵将近200 个，送出塔多达130 余个。项目的建设类型多且工程量大，在建设期施工进度管理的数据量也会成倍增加，依靠传统项目施工进度管理方式进行各部分施工进度数据统计分析及整体施工进度数据统计分析的难度较高。

1.4 阶段性上报管理，时效性低

传统项目施工进度管理是按周或月为阶段进行施工进度上报、统计、分析，一线管理者对项目实际施工进度的把控相对及时，但项目中其他各级管理者对项目实际施工进度的了解相对滞后和片面，不利于项目的统筹决策和施工进度偏差矫正。

1.5 进度管理颗粒度大

传统项目施工进度管理是以百分比法展示项目的整体施工进度，难以精确到分部分项甚至工序的施工进度，不能及时了解项目建设的实时施工进度并及早发现建设中的问题。

1.6 进度数据抽象，可视化程度低

传统项目施工进度管理通常采用项目管理软件Oracle Primavera P6 或Microsoft Project 进行管理，项目施工进度以数字或列表的形式体现，相对抽象，缺乏可视化表达方式，无法帮助管理者形象地了解项目的建设进展。

2 解决方案

为解决上述光伏基地项目建设中进度管理遇到的问题及痛点，加强施工进度管控力度，提升施工进度管控效率，在深入项目现场了解该项目建设的施工进度管理的要点、业务应用逻辑及需求的基础上，将互联网、大数据、云计算、移动互联、GIS 等现代化信息技术，与光伏电站施工进度管理业务进行深度融合研究，搭建出可应用于超高海拔地区光伏电站的智慧化施工进度管理系统。该系统覆盖工程建设施工进度计划管理，实际施工进度管控，进度可视化管理，周、月报管理，影像记录采集等多项功能，可全面解决当前超高海拔地区光伏电站施工进度管理所面临的问题。

3 光伏电站智慧化施工进度管理系统的研发与应用

3.1 研发流程

在光伏电站智慧化施工进度管理系统建设初期，针对该系统的建设思路、研究方向、研究内容，以及需要重点解决的问题进行了讨论和确定。项目开工后，深入一线工程建设现场进行实地调研，了解实际施工进度管理中的痛点和需求，将数字化、智慧化建设思路和方案与实际业务管理进行充分融合，结合软件开发流程，开展光伏电站智慧化施工进度管理系统的设计及研发工作，具体研发流程如图1 所示。

图1 光伏电站智慧化施工进度管理系统的研发流程图Fig. 1 Research and development flowchart of intelligent construction progress management system for PV power stations

3.2 系统架构

光伏电站智慧化施工进度管理系统采用B/S结构，即以浏览器/服务器模式，依托GIS、物联网、云服务、云计算、大数据、移动互联等现代信息技术搭建该施工进度管理系统。光伏电站智慧化施工进度管理系统从基础层、数据层、支撑层、应用层、表现层这5 个方面进行构建，系统架构图如图2 所示。图中：BIM 为建筑信息模型。

图2 系统架构图Fig. 2 Diagram of system architecture

1)基础层：通过云服务、工作站、移动设备、物联网设备等基础设施为整个光伏电站智慧化施工进度管理系统建设提供硬件支撑。

2)数据层：在基础服务和硬件环境的基础上，对系统结构性数据、非结构性数据，以及数据逻辑、数据计算等进行管理。

3)支撑层：由“BIM+GIS”轻量化引擎和系统开发所需要的各类组件构成系统的支撑层，为整个系统开发提供各类服务。

4)应用层：由光伏电站智慧化施工进度管理系统各个业务管理模块面向用户进行核心操作，调用支撑层各类组件、引擎进行业务数据处理，通过数据层对数据进行处理，并将最终处理过的数据存储到基础层存储空间，实现数据的创建、存储、更新、查询等。

5)表现层：结合工程项目管理方式，以数据可视化大屏、电脑(PC)网页端、移动端应用软件(APP)的形式呈现系统功能，与用户进行交互。

3.3 功能设计

从工程总进度计划模块，项目进度模块，进度可视化模块，周、月报管理模块，影像资料采集模块5 个方面对光伏电站智慧化施工进度管理系统的功能设计进行介绍。

3.3.1 工程总进度计划模块

工程总进度计划模块主要用于线上编辑、导入和查看整个项目的总体施工进度计划，以甘特图的方式罗列每一项工作的时间节点和关联任务；同时可对每个任务的完成情况进行标记，通过进度线自动判断滞后任务并突出显示，方便统一管理各个标段的工作完成情况，并及时做出进度纠偏判断。此外，基于任务关联还可进行关键路径的计算，配合完成情况监控，可快速找出影响项目并网发电节点的滞后任务，辅助进度决策的管理和判断；借助系统数据中心集中存贮、协同共享的特点，建设和监理单位可以对各标段的施工进度计划进行统筹管理，发挥智慧化建设管理的优势。

3.3.2 项目进度模块

项目进度模块以一套业务逻辑实现对光伏电站中光伏方阵、送出塔、送出线路、升压站等工程的施工进度管理。为了更加方便、及时地反馈现场施工进度，将每个工程建设任务进行拆分，提出以工序为工程划分的最小颗粒度进行施工进度填报，通过配置工序占比，自动计算整体工程进度，从工序施工进度及整体施工进度这两类不同角度衡量项目的施工进度情况，实现工程进度的多维度管控。

项目进度模块通过工序配置—工期设置—工序进度填报—历史填报进度的业务应用逻辑，实现对该光伏基地项目中光伏方阵、送出线路等工程的施工进度管理。

1)基于工序的进度工期设置与工序进度填报。结合项目现场建设需求，创新性的以工序为进度工期设置及进度填报单元，细化施工进度管控颗粒度，通过内置计算规则，自动计算计划完成度百分率；同时，录入实际完成度，与计划完成度进行对比，自动判断施工进度状态，计算提前、滞后天数。

项目进度管控精确到每个光伏方阵、送出塔，以及塔与塔之间的送出线路，精确反馈工程建设进展。

2)实时施工进度展示。在项目进度模块的主界面展示单个光伏方阵、送出塔、每段送出线路、升压站的总体施工进度及所有工序的实时施工进度情况，帮助用户快速了解每个建设项目的整体进度百分比、进度状态，以及每个工序的进度状态和进度进展。工序进度支持详情查看，能够一键查看所有工序的进度进展及进度状态，可以帮助用户及时发现异常情况(施工进度提前或滞后)，定位施工进度异常部位。项目的实时施工进度展示如图3 所示。

图3 项目的实时施工进度展示Fig. 3 Real time construction progress display of project

3)历史填报进度查看。详细记录每次施工进度填报的数据及影像资料，以标签切换的形式表达，用户可通过一个页面有序地查看所有施工工序的历史填报数据，统计有序，操作简单。

3.3.3 进度可视化模块

结合施工区域的卫星影像，将光伏电站施工总体规划拟合到项目所在地的GIS 地图中，并在GIS 地图中通过锚点标记每个光伏方阵、送出塔及每段送出线路的位置及编号，以不同颜色的热区展示各建设项目的施工进度情况。从而通过1张GIS 地图即可全盘了解整个光伏基地项目不同分区、不同建设项目的施工进展。同时，GIS 地图也可结合工程总进度计划，将实际进度和计划进度进行对比，从而分析出各个光伏方阵、送出工程等的施工进度偏差，为管理者的进度决策提供快速的信息支撑。

下文对进度可视化模块的功能进行具体介绍。

1)整体施工进度及工序施工进度的状态判断。结合项目进度模块中的工序进度填报，通过内置工序比例及计算规则，自动计算每个工序的施工进度状态，并根据当前时间进行状态的实时更新。根据每个工序的状态汇总计算对应工程部位的整体施工进度状态，整体施工进度状态的计算规则如下：

①完建：所有工序的实际施工进度均为100%时，则整体施工进度状态为“完建”。

②正常：所有工序施工进度状态均为正常，则整体施工进度状态为“正常”。

③滞后：所有工序施工进度状态中有1 个工序滞后，则整体施工进度状态为“滞后”；当滞后的工序实际施工进度为100%，则该工序的滞后状态不纳入整体施工进度状态的计算。

④提前：所有工序施工进度状态仅有“正常”和“提前”时，则整体施工进度状态为“提前”。

⑤暂无工期：所有工序的计划工期均未填写，则整体施工进度状态为“暂无工期”。

⑥未开始：有大于等于1 个工序的计划工期已填写，但没有实际进度，则整体施工进度状态为“未开始”。

最后，以工程划分树的形式对工序施工进度、整体施工进度与可视化GIS 地图进行交互。

2)施工进度状态统计。将工程划分树与统计区块进行结合，通过工程划分树的操作与工程数据中心通信，进行数据抽取与计算，根据树节点的不同属性，传输特定的数据进行计算。

统计区域根据属性不同共分为两大类型，分别为光伏方阵和送出工程，每个类型统计整体施工进度数据及工序施工进度数据。统计数据中包含完建、正常、滞后、提前、暂无工期、未开始这6 种建设状态的工程数据。

3)进度可视化状态标记与展示。根据工程类型划分及工程特点，光伏方阵、升压站用区块进行施工进度状态标记，送出塔以点形式进行施工进度状态标记，送出线路以线段形式进行施工进度状态标记，送出线路将精确到塔与塔之间每段送出线路的施工进度状态标记。每个工程进度状态的颜色标记与统计区域状态的颜色一致，方便用户根据GIS 地图中不同颜色展示来判断工程建设的整体施工进度。进度可视化GIS 地图如图4所示。

图4 进度可视化GIS 地图Fig. 4 GIS map for progress visualization

进度可视化GIS 地图可以展示：

①工程建设区域的精确定位：建立工程划分树中每个工程项目与GIS 地图工程范围坐标的关联，并定位GIS 地图中工程范围的中心点，通过树节点切换，在GIS 地图中精确定位并放大展示工程建设区域。

②整体施工进度与工序施工进度展示：工程划分树包含工程项目及其建设工序，通过树节点的切换，GIS 地图中可以展示各部分建设工程的整体施工进度及工序施工进度。

③施工进度状态筛选展示：建立顶部施工进度状态统计数据与GIS 地图中各工程项目施工进度状态数据的关联，通过顶部施工进度状态统计区块的切换，在GIS 地图中对指定工程项目的施工进度状态进行展示，对其他工程项目的施工进度状态区域进行隐藏。

4)施工进度详情。GIS 地图中体现了各工程项目的实时施工进度，施工进度详情则是对历史填报进度与当前实时施工进度进行拟合，即包含了项目整体施工进度，又涵盖了工序施工进度，可以帮助管理者快速了解其关注的工程建设的详细施工进度情况，辅助管理者做出精准决策。

3.3.4 周、月报管理模块

根据工程现场管理模式，各施工及监理单位每周、月均需要提交周报或月报，进行阶段性的进度总结、纠偏，并进行下一阶段的计划安排。光伏电站智慧化施工进度管理系统会将施工及监理的周、月报纳入线上管理，将周、月报审批及报送工作固化为既定流程，并内置上传接口和提醒配置，可定期进行填报提醒，并一键完成周、月报的批量分发及抄送，提高管理效率及流程效率。

3.3.5 影像资料采集模块

影像资料采集模块主要是给现场工作人员提供实时采集的工程施工进度的照片、视频等声像资料，通过真实的画面反映工程实际施工进度。当工程现场发生需要记录的特殊情况时，使用移动端APP 即可进行实时拍照或录像，同时支持标记位置、时间、主题等内容。

3.4 实际应用效果

从光伏电站智慧化施工进度管理系统在甘孜州南部某光伏基地项目中的实际应用可以看出，该施工进度管理系统中各单位、分部分项工程的施工进度填报数据完整，系统应用程度高，管理者可以从整体了解项目的施工进度情况，也可以通过工序施工进度了解施工细节进度，及早发现施工进度偏差；同时通过进度可视化模块应用，实现工程进度的形象化表达和可视化分析，帮助项目管理者准确了解项目建设的进展，及时制定赶工措施，在施工进度超前或正常的状态下，平衡工程成本投入与工程建设质量，达到提质增效、节约成本的效果。

光伏电站智慧化施工进度管理系统通过工程总进度计划，周、月报管理等模块的应用，实现了各单位施工进度数据的及时提醒和有效填报，达到了各单位之间的施工进度计划，实时施工进度，周、月报等数据共享和协同管理的效果，打破了各单位之间的数据壁垒，大幅降低了信息不对称造成的项目管理问题，同时通过数据查询功能可以准确的进行信息抽取，大幅提升了项目管理效率。

4 结论

本文以四川省甘孜州南部某光伏基地项目的建设为例，采用GIS、大数据、云计算等现代信息技术进行了超高海拔地区光伏电站智慧化施工进度管理系统的研发和应用，打造了以业务为驱动、数据为核心的新型施工进度管理方式，打破了参建各方的数据壁垒，实现了数据的协同共享、智能分析、高效检索，以及GIS 可视化呈现，降低了项目的施工进度管理风险，提升了项目的施工进度管理效率，节约了项目建设成本。该施工进度管理系统可为管理者的精准决策提供有力支撑，并为光伏电站数字化建设推广奠定了基础，助力光伏电站的高质量建设与发展。