变电站智慧工地管理研究与应用

游红群

（国网西藏电力公司营销服务中心）

0 引言

随着国家电网公司新型电力系统建设工作的快速推进，变电站智慧工地建设工作日益重要［1-2］。各省电力公司建设的变电站智慧工地系统，一般包含了硬件采集、智能识别、三维可视化分析，虚拟现实（Virtuаl Rеаlity， VR）等内容，实时动态掌握变电站智慧工地人员、施工进度、建设质量、建设环境等工程要素［3-4］。但上述研究并未将硬件设备和变电站场地信息有机结合，数据关联度不强。

为解决变电站智慧工地中存在的数据关联不强的问题，提出了一种变电站智慧工地管理方法。通过物联网技术，实现了变电站智慧工地的数据采集；通过VR技术，可实现对变电站智慧工地的业务应用。

1 变电站智慧工地管理架构

变电站智慧工地管理的架构如图1所示。

图1 变电站智慧工地管理架构

变电站智慧工地管理应用按照分层模型开展设计，包括：数据层、业务应用层、交互展现层。其中，数据层用于变电站智慧工地各类业务数据、现场监控设备采集数据的物理存储。业务应用层是在数据层上建立的变电站智慧工地各类功能组件，并实现图形化管理。交互展现层将变电站智慧工地管理功能展现给变电站建设用户。

2 变电站智慧工地管理应用

变电站智慧工地管理应用包括物联网模块、质量管理模块、安全管理模块、施工进度管理模块、VR应用模块、智慧工地大屏模块。

2.1 物联网模块

中国住建部和国家电网有限公司对变电站站的建筑工程和绿色施工有强制性要求。在变电站施工现场的噪声、扬尘方面，管理人员需要掌握噪声、扬尘的实时数据，同时具备相应的治理设施设备，能够对超标环境自动实施治理措施，将指标控制在合理范围之内。在变电站施工现场危险源方面，需分析潜在的危险因素对变电站造成的影响，因此，变电站在变电站智慧工地中需要增加物联网模块实现各类数据的采集。

变电站智慧工地物联网硬件模块包括人员定位模块、环境监测模块、喷淋联动模块及视频监控模块。变电站智慧工地环境包括：温湿度传感器、风速传感器、粉尘浓度监测等，利用硬件采集变电站智慧工地现场信息并传递到后台管理系统，通过系统在大屏展现现场采集数据［5］。通过变电站智慧工地喷淋联动系统主动对变电站现场空气悬浮颗粒物进行治理，使变电站智慧工地现场符合国家的绿色施工标准。

2.2 质量管理模块

变电站施工质量的把控主要由施工单位自检、监理单位和业主单位抽检。在检查过程中，发现问题后进行整改。然而，施工和监理单位人员往往受专业水平及职业素养等因素影响，对于可能存在的施工质量缺陷不能及时发现，导致后期未能整改或整改困难，结合以上情况需增加质量缺陷图像自动识别的业务。

质量管理模块采用深度学习，进行变电站智慧工地的质量进行识别。在训练环境中，使用神经网络模型训练变电站智慧工地的图像缺陷模型，训练的图像每个类别至少大于100张。然后根据不同类型的变电站智慧工地图像进行数值增强，或采用生成对抗网络模拟缺陷图片，从而达到模型训练充分，减小训练误差的目的。质量管理模块的类型如表1所示。

表1 质量管理模块类型

2.3 安全管理模块

变电站智慧工地安全规定考试模块支持在线增加题库或删减题库，或导入离线文件创建题库。可以设置题库所属类型，如电气施工类、建筑施工类等等，便于不同专业的人员进行查阅学习。

变电站智慧工地安全规定考试模块可以根据不同专业设置不同的考试范围、题目数量、考试时间。在变电站智慧工地人员考试后，统计安全考试成绩，支持按成绩区间查询、统计人员分布情况，支持饼状图、柱状图、折线图等多种图表显示。

2.4 施工进度管理模块

以信息化三维模型展现变电站施工项目计划的实施过程和实际的建设过程，实现计划和实际进度的三维对比展现，显示变电站实际和计划的工期差距。直观对比展现出各个施工项目延期原因及延时时间。

首先，变电站智慧工地进度管理模块直接编制或导入变电站项目施工计划工程文件，包括计划名称、计划内容、负责人、计划开始时间、计划完成时间等内容。计划进度数据与三维模型相关联，通过拖动或播放时间轴以三维模型逐步加载展示施工计划三维效果［6］。其次，根据现场施工完成情况，修改对应的三维模型的施工状态，可快速完成实际进度的填报。最后，以甘特图方式或三维模型方式展现计划进度与实际施工进度的对比。

2.5 VR应用模块

安全教育和技能培训以是施工管理的重要环节，而传统的教育培训方式存在内容简单且固定僵化，更新困难，体验效果差；场馆建设需要使用大量实物设备，损耗高，需要专人管理，建设、维护成本高；受限因素多，如时间、空间、建设成本等方面的限制使得建设意义不足；体验过程中存在一定的安全风险，不利于开展大规模或者高危险性的体验项目，教育效果不佳等诸多问题。电力安全教育和培训受众范围相对较窄，容易造成相关设备设施闲置，使得教育流于形式，造成资源浪费。

而当安全教育和培训运用了VR技术，就能规避上述缺点，VR虚拟现实技术能够实现安全教育内容的可视化，在事故还原、灾难体验等安全教育场景提供1：1还原、真实的体验；一些在现实中因安全或者设备、场地等因素无法进行的教育过程也能在虚拟的场景中轻松进行；而且虚拟演练设施可以反复使用，不存在损耗、后期维护问题，无须大量重复购买，一方面有效降低教育成本，另一方面有利于学员反复演练，提升教育效果。

变电站智慧工地VR应用模块的标准工艺仿真可导入或提取变电站三维模型，通过定义各个部位的装配工序、调用工器具模型并插入标注信息，模拟一套完整的变电站智慧工地施工工艺，并支持将变电站智慧工地工艺模拟过程导出视频动画文件或导入变电站智慧工地VR设备实现变电站智慧工地虚拟现实体验。

2.6 智慧工地大屏模块

变电站智慧工地大屏模块是集视频查看、统计图表和异常预警为一体的变电站智慧工地多媒体展现系统。变电站智慧工地大屏展示系统内容丰富，包括变电站智慧工地环境监测数据、人员信息、视频监控信息、三级及以上重要风险提示、施工进度数据及三维展示等内容，通过变电站智慧工地大屏展示模块建设，相关监管单位及人员可清晰掌握变电站智慧工地各项目现场情况，实现变电站智慧工地远程监管。

3 变电站智慧工地管理应用

在某供电公司进行变电站智慧工地管理应用，变电站智慧工地监控大屏集成显示环境监测数据、喷淋设备运行情况、在岗人员情况、视频监控信息、施工进度数据及三维展示。通过该系统建设，相关监管单位及人员可清晰掌握各项目现场情况，实现远程监管。变电站智慧工地应用如图2所示。

图2 变电站智慧工地图

变电站智慧工地VR安全应用通过先进的VR和建筑信息模型（Building Ⅰnformаtion Modеling，BⅠM）技术软件开发，建立与变电站智慧工地工地实景模型，配备高端优质的变电站智慧工地VR硬件设备，以三维动态逼真描绘出变电站智慧工地工地机械化施工、变电站智慧工地标准工艺以及变电站智慧工地施工安全隐患等虚拟现实场景，实现动态漫游，让体验者直观感受、身临其境，对变电站智慧工地安全事故的认识发生质的改变。

4 结束语

为解决变电站智慧工地中存在的数据关联不强的问题，提出了一种变电站智慧工地管理方法。具有如下特点：（1）通过物联网技术，实现了变电站智慧工地的数据采集（2）通过人工智能深度学习技术，实现了变电站智慧工地的异常缺陷图片识别。（3）通过VR技术，实现对变电站智慧工地的业务应用。