特高压输电线路工程的智慧化工地建设研究

0 引 言

国家主席习近平2020年9月22日在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出：“中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。”在中央经济工作会议把“做好碳达峰、碳中和工作”列入2021年要抓好的重点任务。相关文献[1-4]对实现碳达峰、碳中和的目标进行了深入表述和分析，建设特高压电网是实现碳达峰、碳中和的途径之一。特高压输电技术具有损耗低、容量大、输电距离远、占地少和安全高效等优势。中国能源互联网的实质是“智能电网+特高压电网+清洁能源”，加快发展特高压电网是构建中国能源互联网的关键，对于实现碳达峰、碳中和目标至关重要。截至目前，我国共有25条在运交直流特高压线路，7条在建特高压线路，7条待核准特高压线路。基于碳达标、碳中和目标的实现，国家电网有限公司“十四五”期间将进一步加快特高压电网建设。在特高压电网建设过程中需进一步创新现场管控模式，确保特高压电网安全质量及投运后的稳定运行，早日实现碳达峰、碳中和目标。

1 现有特高压输电线路项目管理模式的局限性

特高压工程具有管理标准高、施工难度大的特点。如何提高电网建设的科技创新、管理创新能力，如何保证特高压工程建设进度、质量和安全，成为特高压工程建设管理的重点。我国在特高压电网建设过程中积累了丰富的现场管理经验，但随着社会的发展进步，国家对现场的管理要求越来越严格，现有的管理模式已不能适应国家最新形势的要求，现有特高压输电线路项目管理模式的局限性越来越明显。主要表现在如下几个方面。

1.1 工程项目管理人才匮乏

由于输电线路工程的特殊性，我国特高压输电线路工程项目管理人员复合型人才较少。年长的管理人员由于受教育程度的限制，虽然现场实践经验较丰富，但相关的最新工程管理理念欠缺；年轻的管理人员虽然有较新的管理理念，但现场实践经验及施工技术水平有所欠缺。部分人员的主动学习意识不强，缺少积极超前的现场管理理念，习惯于领导安排任务。

1.2 地形复杂、点多面广、管理困难

特高压输电线路工程动辄几千公里，较多穿越崇山峻岭，沿线地形复杂多变。工程经过的地形有高山、峻岭、沙漠、戈壁、丘陵、沼泽，海拔最高处超过4 000 m，空气稀薄，昼夜温差大，冬季寒冷、夏季高温，部分地区毒虫出没。上千公里的线路伴随作业点多，分包作业人员成千上万，人员素质参差不齐。由于有经验、有技术的管理人才的匮乏，加之存在大量的无法预见的安全隐患，极易导致安全质量事故的发生。为了消除上述隐患，需要大量的人力进行管理。现有的特高压电网输电线路管控，基本上采用的是在现场设立业主项目部、监理项目部、施工项目部的模式。此种管理模式需要大量的有管理经验的人员，对管理人员各方面业务水平的要求提出极高的要求。

1.3 现有智能感知系统智能化程度较低

为确保工程的有序开展，各参建单位根据工程实际情况，开发了适合工程管控的各种智能管控系统及智能感知App。受现有条件的限制，大多智能管控系统只针对本单位；即使有针对其他单位的，也仅包括现场业主、监理和施工单位，智能系统包括的内容较单一。各项数据基本上依靠人工采集和上传，上传前后需要人工进行审核和汇总，自动化、智能化程度较低；部分采集的数据甚至无法真正体现现场实际情况，如上传的数码照片是通过人工拍摄，拍摄前可能提前安排人员准备和布置场地，选取较好的位置进行拍摄。

2 特高压电网智慧化工地建设设想

2.1 建设特高压电网智慧化工地管控平台的意义

综合运用5G技术、物联网、云计算、AI技术、BIM技术、大数据、智能设备和移动技术等信息化技术手段，紧紧围绕施工中的人员、机械设备、材料、施工方法和施工环境等关键要素，建立起智慧化工地管控平台。通过智慧化工地管控平台实现大数据全融合、状态可视化、业务全可管、事件全可控、相关数据采集及分析自动化、自动监控、自动提示、自动预警等，确保施工现场的实时管控；降低施工成本，提高施工现场管控效率和决策能力，达到工地智慧化、精细化、数字化管控目标。

2.2 特高压电网智慧化工地管控平台具体内容设想

智慧化工地管控平台界面包括工程建设的主单位及其他相关单位（如图1所示）。管控平台与相关单位的网站自动进行链接。除了各参建单位外，主参建单位目录下进一步细分子目录，包括但不限于工程立项、安全管理、质量管理、合同管理、档案管理、信息管理、进度管理、造价管理和工程协调等项；各子目录根据实际情况，可再作进一步细化。

图1 智慧化工地管控平台示意

智慧化工地管控平台涵盖工程管理、业务交互处理、资源浏览、相关汇总和信息化交流等功能，保证现场安全、质量、进度、投资、设计和信息管理的时效性。平台开发完毕后，及时将与工程有关的资料进行上传，或与相关网站进行链接。

通过强大的智能化系统，自动收集、分析和处理信息，规范施工，自动对施工过程中存在的各种隐患进行预判，确保施工管理的准确。该系统充分利用信息技术和人工智能的优势，以互联网为管理平台实现创新管理，使工程项目各参建单位之间的沟通顺畅且及时，便于数据的收集和处理，保证工程项目管理工作及时高效。

智慧化工地管控平台依据各参建单位上传的资料，可自动提取和分析重点、要点，自动生成与工程有关的管控资料，供各参建单位人员参考使用。智慧化工地管控平台高度智能化、自动化，主要实现如下功能。

2.2.1 自动审图

设计单位将施工图纸按要求上传智慧化工地管控平台；智慧化工地管控平台自动检索与图纸有关的设计标准，将标准中的有关要求与设计图纸自动进行比对，对发现的错误及意见自动进行标识，并发送至各参建单位模块、参建人员手机和微信等终端。智慧化工地管控平台还可将其他参建单位及平台发现的问题，自动汇总发送至设计单位；设计单位可通过平台及时答复，并自动发送参建人员手机、微信等终端。

2.2.2 自动审核报审资料

工程开工前，参建单位将形成的资料扫描或制作成word文件，上传智慧化工地管控平台；智慧化工地管控平台针对不同的资料，与相应的网站进行链接，查询相关报审资料的真实性和有效性，对发现的问题自动推送至相关参建单位。如：住房城乡建设部“四库一平台”，进行项目经理资格证书的自动查询；链接应急部网站，进行特种作业人员证书的自动比对查询；链接住房城乡建设部、市场监管总局网站，进行供货单位及试验检测单位资质的自动查询；链接供货商网站，进行原材料质量证明书的自动查询；链接市场监管总局网站，进行原材料检测报告真伪的自动查询，以及检测数据的结果与相关标准中的要求的比对查询，施工过程中依据标准及建设单位的相关要求，及时提醒各参建单位上报过程资料。

2.2.3 自动发料

2.2.3.1 基础阶段

智慧化工地管控平台通过设计上传的施工图纸、施工单位上传的混凝土配合比等信息，自动核算所需钢筋、砂、石、水泥、水、外加剂、矿物掺合料、地脚螺栓和插入式角钢等，并将混凝土需用量的信息下达到物资模块。项目人员根据智慧化工地管控平台计算的物资用量去购买材料，限额发料。根据班组上传的进度信息，及时提醒项目管理人员采购、加工和发放材料。

2.2.3.2 铁塔及架线阶段

施工单位将施工进度情况及铁塔组立计划、架线施工计划实施上传智慧化工地管控平台；智慧化工地管控平台自动将下一步的施工计划推送至物资公司、相关甲供物资供货单位和施工单位机具公司等；甲供物资供货单位根据施工计划，及时购买物资，按施工计划有针对性地甲供物资，并将甲供情况自动推送至各参建单位；物资公司进行跟踪、协调甲供物资的加工及供货情况实时；施工单位机具公司根据智慧化工地管控平台推送的施工计划，及时安排人员对工器具进行检测，实施二维码管理，并将二维码上传智慧化工地管控平台，以便于核实工器具检测情况。

2.2.4 现场智能语音播报和提醒

2.2.4.1 进场人员管控

现场视频监控与智慧化工地管控平台无缝对接。施工单位将参建人员（包括分包人员）的身份信息输入智慧化工地管控平台，并在智慧化工地管控平台中输入施工计划及人员安排。通过视频监控扫描，将参与施工的人员与输入管控平台的人员信息自动进行核实比对，确保参与施工人员与报审材料一致。

参建人员佩戴芯片式安全帽，结合北斗系统（或手机），通过智慧化工地管控平台对其具体位置开展实时跟踪，以实现对参建人员空间位置的有效管理。当智慧化工地管控平台发现参建人员较长时间内位置变化异常时，自动通过智慧化工地管控平台发出预警信息，同时将信息发送至现场负责人的手机和微信等，并通过视频监控语音功能对现场进行预警提示。

2.2.4.2 施工技术管控

参建人员在工作之前，可通过智慧化工地管控平台查找相关信息，并通过智慧化工地管控平台对参建人员进行技术交底。智慧化工地管控平台依据施工计划，自动查找上传的施工措施、施工标准及工艺要求，并自动生成与施工有关的技术资料，包括施工重点、难点、预控措施、工艺流程及注意事项。在参建人员进入现场后，通过与智慧化工地管控平台对接的视频监控系统进行语音播报，对施工内容、要点、注意事项和工艺流程等进行进一步的提醒。

现场施工时，视频监控系统将现场的施工过程、施工工器具等相关信息回传至智慧化工地管控平台，与智慧化工地管控平台上传的经审核通过的方案进行比对，对发现的与方案不符之处自动预警，并发送至参建单位的有关人员进行提示，直至现场施工符合要求。

2.2.4.3 现场安全管控

现场视频监控系统（或在安全帽安装的摄像头）对周围环境（现场布置、安全文明施工情况）自动扫描后，及时与智慧化工地管控平台进行对接，查找与现场施工有关的安全内容，并自动识别安全隐患等级，实时上传智慧化工地管控平台，供参建人员参考。通过语音播报功能提醒进入现场的人员做好安全防护，对现场存在的安全隐患及时提醒参建人员做好预控措施，对发生安全事故后采取的应急措施进行播报，对现场发现的违章现象及时推送至智慧化工地管控平台参建单位模块及人员手机和微信等终端，并在现场提醒违章人员进行改正，直至整改符合要求。

对运达施工现场的工（器）具通过视频监控系统进行扫描二维码，并将结果与输入智慧化工地管控平台的工（器）具的二维码核对，确保进入施工现场的工器具合格。

2.2.4.4 施工质量管控

通过视频监控系统与智慧化工地管控平台的对接，自动核实基础与图纸的一致性，核实现场原材料规格、数量与图纸的一致性，核实现场原材料与报审的原材料、检测报告的一致性，混凝土浇筑时自动提醒配合比、坍落度、使用串桶或溜槽下料及混凝土养护等信息，核实塔材、导地线、金具和绝缘子等与图纸的一致性。

智慧化工地管控平台通过与材料供货商有效对接，实施监控施工单位自购材料的采购、保管、运输、存储、下料、加工和发料，以及甲供物资的原材料采购、储存、自检、加工和运输等的质量管控落实情况。

智慧化工地管控平台通过与施工及试验检测单位有效对接，可实时查看原材料、试品和试件的见证取样、试验检测过程，确保检测的原材料、试品和试件与送检一致。

2.3 积极推广BIM技术

BIM技术可实现设计、生产、施工全过程信息的集成与共享。基于BIM技术平台，按统一的BIM信息交互标准和系统接口，实现不同专业信息之间有效传递。

BIM可视化管控[5]。通过BIM技术建立一个可视化三维模型，将所有数据和信息存入模型中以便获取和调用。BIM信息直接导入智慧化工地管控平台，基于BIM的现场实施与供货商的信息交互共享，实现物料采购、储存、加工、发放和运输的信息化管理，实现加工设备对设计信息的识别和自动化加工。通过BIM可视化的三维模型，可提前实现基坑开挖、钢筋加工、塔材加工和现场施工等不可预见因素的控制，达到缩短工期、提升工程质量、减少浪费和安全预控的管理目标。

2.4 实施芯片及二维码管理

混凝土试块现场制作时，在监理人员见证下通过读卡器将工程信息写入芯片，并将芯片植入试块送检，确保混凝土试件的真实性。试验检测单位通过采用读卡器自动采集芯片信息，对混凝土试件进行抗压试验；监督单位核查数据是否吻合。整个流程形成闭环，保障建筑施工质量符合要求。

从人、机、料、法、环各个环节严格实施二维码管理。人员资格证书、机械设备/工（器）具/安全用具/测量设备等检测报告、原材料出厂证明及检测报告、批准实施的施工方案、塔材加工和试品/试件等均采用二维码管控，实现各环节相关信息全过程可追溯性。

2.5 北斗+5G+无人机自主巡航技术

随着科技的发展，无人机技术越来越成熟，并广泛应用于各行各业。与人工作业相比，无人机机动性能好、工作效率高、适应范围广，在电力行业得到了广泛应用。

在人员难以到达的作业点，可通过无人机进行巡检。基于无人机巡检作业管控平台与智慧化工地管控平台的有效对接，通过智慧化工地管控平台将作业内容、作业地点、作业时间和标准规范等关键信息发送至作业人员；作业人员将相关信息发送至无人机巡检作业管控平台，将无人机精确导航至作业点。通过内置的智能识别模块，无人机自动拍照、自动分拣处理巡检影像和巡检数据，并将发现的违章现象、具体缺陷位置等信息，按类别自动命名和描述，同时发送至相关参建单位进行落实整改。

2.6 基于北斗定位驰度观测

某些地区地形复杂、气候多变，树目茂盛，浓雾较多。在架线施工过程中，受大雾等气象环境不利因素的影响，仅靠经纬仪、全站仪、驰度板等无法精准定位导地线线的空间位置，严重影响导地线的弧垂精度和施工进度。

基于北斗定位系统的架空输电线路弧垂动态测量设备，可适应恶劣气候条件下的导地线驰度观测，提高恶劣气候环境下的施工进度及质量。

3 结 语

随着社会的发展进步，传统的项目管理模式在工程建设过程中存在的问题日益突出，已不适应现场施工。智慧化工地管控平台既能保证工程项目顺利开展，又能保证项目施工安全、质量、进度，提高参建单位的经济效益和社会效益，有效提高建设工程项目管控水平。

参考文献：

[1]国家电网有限公司.碳达峰、碳中和行动方案[R].北京：国家电网有限公司，2021.

[2]全球能源互联网发展合作组织.中国2030年前碳达峰研究报告[R].北京：全球能源互联网发展合作组织，2021.

[3]全球能源互联网发展合作组织.中国2060年前碳中和研究报告[R].北京：全球能源互联网发展合作组织，2021.

[4]全球能源互联网发展合作组织.中国2030年能源电力发展规划研究及2060年展望[R].北京：全球能源互联网发展合作组织，2021.

[5]陈广军，张慧君，吕冰冰，等.BIM技术在项目运维阶段的应用研究[J].中州大学学报，2016,33(4):120-124.

原文作者：杨建东，山东诚信工程建设监理有限公司