曾耀强 刘华 罗劲

(1.广东电网有限责任公司广州供电局,广东广州 510000;2.广州南方电力技术工程有限公司,广东广州 510000)

0 引言

输电线路工程建设往往具有施工规模大、建设周期长、牵涉单位多、施工工序杂等特点,随着输电线路划分施工标段和参建分包队伍不断增多,工程施工过程管理的难度和成本也会不断增大。现有的工程施工过程管理多采用人工管控、定期逐层上报的模式,信息化管控手段确实,管理指标粗放不够精细,为保证工程施工质量,降低工程管理成本,提高工程综合投资效益,有必要通过采用多种信息化手段,开展工程信息化管控。

本文通过以乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程广东受端500kV交流配套工程(广州段)中工程施工过程三维可视化管理与应用系统实际应用情况为例,对工程开展信息化管控手段所涉及的各项关键技术进行介绍。

图1 系统技术路线图Fig.1 System technology roadmap

1 系统技术路线

系统结合无人机航摄、移动互联、三维GIS等技术,开展针对施工过程中的专题数据集构建、施工过程数据集智能采集、施工过程可视化模拟仿真、数据智能分析与预警、辅助智能巡检等,为乌东德配套送出工程(广州段)的工程施工过程管控提供信息化保障,系统技术路线如图1所示。

2 工程数据采集与建设

工程数据采集建设工作主要围绕无人机、倾斜摄影技术、激光点云技术等技术开展,涉及数据采集、数据预处理、数据建模与发布等。基于无人机开展工程全线95公里的线路路径两侧保持约2 k m 的航带贷款进行正射航飞,获取工程沿线正射影像和高精度地形数据,针对线路途经的重要跨越位置,房屋密集区开展倾斜摄影航飞数据采集,构建工程走廊三维可视化地形地貌。

为获取工程正射影像和高精度地形数据,首先需要通过对工程线路沿线位置进行现场踏勘,设计航飞路线并完成空域协调,确定采用MD-150固定翼无人机搭载飞思p65型号相机开展航拍任务,航摄地面分辨率优于0.5m,满足制作高精度正射影像图的精度要求。在无人机航摄完成后,对航摄影像数据进行预处理,纠正航摄相机的镜头畸变,并经过加密处理后,恢复像对的空间位置关系得到4D产品,输出形成数字搞成模型、数字正射影像,如图2所示。

为获取工程倾斜摄影数据,通过现场踏勘对无人机飞行路线进行设计,采用飞马F200无人机搭载四镜头相机作为数据获取平台,以测区最低点为基准,保证最低点分辨率达到5cm,航向重叠度为80%,旁向重叠度为65%,在数据采集完成后,运用Context Capture、Pix4d Mapper、PhotoScan对原始数据进行处理,开展密集匹配与模型构建、贴合纹理形成倾斜成果模型,如图3所示。

3 工程施工过程三维可视化管理与应用系统建设

工程施工过程三维可视化管理与应用系统主要服务于乌东德配套送出工程(广州段)施工过程可视化管控,集信息展示与可视化管理与一体,结合现场布设的可拆卸移动摄像头、现场配套的信息采集APP、巡检无人机等现场感知层设备对采集工程现场各类数据,通过对数据进行自动识别与分析,并依托三维可视化技术手段,辅助工程管理人员对施工进度、物资、技术、安全等内容进行管理,提高工程管理效率。

图2 正射影像处理Fig.2 Orthophoto processing

图3 工程倾斜摄影数据处理Fig.3 Data processing of Engineering oblique photography

系统采用三维可视化、GIS、框架配置等技术,基于.Net、DevExpress、DirectX实现前端界面设计和工程三维可视化,利用影像拼接技术处理高分辨率工程影像。工程施工过程三维可视化管理与应用系统功能架构如图4所示。

3.1 基于三维GIS的工程线路三维建模与施工进度仿真

基于三维建模技术构建工程杆塔、绝缘子串、基础三维精细化模型,利用三维GIS平台将通道走廊三维精细化地形模型与杆塔、绝缘子串、基础等电网要素模型进行组合,实现了对乌东德配套送出工程(广州段)竣工状态的可视化仿真。同时结合现场感知层设备采集的工程进度数据,对工程当前施工进度状态进行可视化模拟,构建虚拟孪生工程,针对工程施工过程中不同进度情况,通过构建进度分层变色实现对不同施工进度的三维仿真,如图5所示。

3.2 工程进度精细化管理

针对乌东德配套送出工程(广州段)工程施工进度精细化管理需要,按照工程施工实际,对工程施工工序进行划分,划分为一级主体工序和二级工序,9 个一级工序为青赔、基础开挖、基础浇筑、接地工程、杆塔工程、架线准备、架线、附件安装、竣工验收,二级工序包括各一级工序下如中心桩定位、塔基围地、临时道路围地等。结合现场感知获取的工程进度数据,系统针对工程进度数据进行汇总和统计,并结合丰富多样的图表进行可视化展示。系统同时针对工程线路的每基杆塔进行进度精细化管控,对每基塔所处的工序状态进行管理。

图4 施工过程三维可视化管理与应用系统功能架构Fig.4 Function architecture of 3D visualization management and application system in construction process

通过实现计划与进度对比分析,辅助用户直观把握工程施工进度状态,辅助制定、修正施工进度计划。同时,结合数字化工地成果,对施工进度进行三维数字化仿真,重点针对不同施工工序、不同施工环节结合地理位置、三维模型进行可视化表达、模型仿真、查询追溯、统计分析,实现施工进度“一张图”,快速、按反映工程及施工进度具体情况,如图6所示。

3.3 工程施工人员精细化管理

图5 施工进度三维可视化仿真Fig.5 Three dimensional visual simulation of construction progress

系统对整个工程的施工人员实名制信息进行管理并建立人员实名制信息库,实现对施工人员实名制管控,工程施工作业人员基于信息采集A P P 开展现场人员信息采集、每日考勤打卡,系统通过接入人员信息数据、人员进出场打卡数据实现人员到场率统计、人员进出场信息管理、人员基本信息查看等,辅助工程管理人员及时掌握工程现场施工作业人数、施工人员信息等重要资料,如图7所示。

3.4 工程施工安全质量监控

在工程沿线布设大量的可拆卸移动摄像头,通过对接视频总站实现视频监工程现场视频监控信号的获取,大屏系统采用四分屏实现监控点的查看,如图8 所示,同时支持监控切换、摄像头云台控制、现场语音对话等功能,帮助工程项目部管理人员对工程现场施工安全质量进行远程监控,对发现的问题进行及时通知。

3.5 工程施工质量智能识别

结合携带高清摄像头的巡检无人机,如图9所示。定期对工程沿线进行巡检,对工程杆塔施工过程进行视频/照片数据进行采集,结合已有的铁塔螺栓、绝缘子串正负样本库,利用Faster RCNN网络进行训练,对巡检无人家采集的视频/照片中螺栓螺帽缺失、绝缘子串破损等电力设备设施施工质量缺陷进行自动识别标记,辅助开展施工过程质量督查,提高检查效率,减少人力成本投入,降低高空爬塔作业等安全风险隐患,杜绝安全事故发生。

图6 施工进度“一张图”Fig.6 "Construction progress" a chart

图7 人员进出场实名制管理Fig.7 Real name management of personnel entering and leaving the field

图8 工程在线实时监控Fig.8 On line real-time monitoring of the project

图9 施工质量智能识别Fig.9 Intelligent identification of construction quality

4 乌东德配套送出工程(广州段)精细化管控应用情况

在乌东德电站送电广东广西特高压多端直流示范工程广东受端500kV交流配套工程(广州段)施工过程中,通过利用工程施工过程三维可视化管理与应用系统开展针对工程施工进度、工程作业人员、工程交叉跨越、工程施工安全、工程施工质量等方面的施工过程精细化管控应用。

4.1 工程施工进度管控

在乌东德配套送出工程(广州段)中,通过信息采集A P P 实现针对日常工程进度数据的填报,结合工程施工过程三维可视化管理与应用系统实现对工程施工进度指标的可视化监测,利用系统对塔基青赔、基础工程、杆塔工程、架线工程等各阶段工程施工进度情况进行了统计,并针对每基杆塔的进度数据进行挂接关联与进度状态查询,同时结合通过对工程通道以及工程杆塔进行建模实现了工程的可视化仿真模拟和进度状态仿真模拟,辅助管理者直观的掌握工程整体建设状态。针对工程实际进度计划是否存在偏差,系统结合实际进度数据以及后台管理的工程三级进度计划进行了进度对比与纠偏。

4.2 工程每日作业人员管控

为满足对工程现场作业人员的实名制管控要求,通过对工程全线各分包单位人员、特种作业人员、项目部管理人员的姓名、照片、资质、健康情况等实名制信息进行采集,形成工程人员实名制信息库,并形成每个人员的二维码信息,同时结合A P P 端实现利用该二维码实现现场人员考勤打卡,通过结合手机定位实现进出场打卡位置的确定,在系统中对人员打卡信息进行实时更新,对到岗到位人员进行统计,提高了对现场工程作业人员的管控。

4.3 工程沿线重要跨越物管理

通过对工程相关勘测资料进行收集,实现对工程通道走廊内交叉跨越信息进行建模与可视化列表管理及定位,同时结合三维场景,对重要跨越物进行三维可视化仿真,并提供三维量算功能,实现导线到地面、交叉跨越物之间的三维距离量算。

4.4 工程现场视频监控

结合可拆卸便携摄像头,并配套以便携式4G物联WIFI设备,实现工程现场监控视频流的接入。在本工程中,由监理方每日携带一定数量的摄像头及WIFI设备,针对工程重要风险点施工进行摄像头布设,项目管理人员可直接基于系统对现场施工作业情况进行查看,同时结合摄像头配套的音频输出模块实现与现场的通信交流,保证了现场问题的及时发现及整改。

4.5 工程施工质量管控

在工程建设过程中,工程监理人员结合信息采集APP对工程各杆塔位置处开展现场照片采集与上传,针对现场拍摄发现的问题提醒施工单位进行及时整改,提升项目管理人员开展对施工过程中施工质量的监督和检查效率。

在竣工验收阶段,通过采用巡检无人机并结合深度学习算法对工程塔头螺栓缺失、绝缘子串破损等缺陷问题进行目标识别和缺陷定位,降低爬塔作业风险,提高竣工验收质检效率。

5 结语

为积极响应国家对于加快应用“云大物移智链”等新技术的要求,提高输电线路工程施工过程精细化管理水平,通过结合移动APP、无人机航摄、三维GIS、虚拟仿真等技术,建设“工程施工过程三维可视化管理与应用系统”,充分整合资源及数据掌控工程进度、现场安全等情况,进行宏观管理和决策,对于加强工程进度计划管理,提高工程精细化管理水平具有重要的意义,为后续输电工程建设开展精细化过程管控提供参考。

同时,针对输电线路建设过程的精细化管控可继续在智能化、便捷化上进行探索和深化,进一步结合人工智能、物联网等技术,加强现场数据的智能采集与数据的共享复用,进一步提高输电线路精细化管理能力与管理效率。