超高海拔地區光伏電站智慧化施工進度管理系統的研發與應用

朱崩波，白映波，李 賓，趙路路

(1. 國家電投鄉城縣興川新能源投資開發有限公司，甘孜藏族自治州 627850；2. 中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司，北京 100020)

0 引言

國家層面為實現2030 年前碳達峰、2060 年前碳中和[1]目標的愿景，要求發揮風電、光伏發電在應對氣候變化和能源轉型變革中的作用，致力構建以新能源為主體能源的新型電力系統[2]，并且明確要求到2030 年，風電、太陽能發電總裝機容量要達到12 億kW 以上[1]。在此背景下，光伏發電作為新型能源變革體系中一個重要組成部分，迎來了巨大的發展機遇，但與此同時，光伏電站傳統的建設管理方式中存在的問題也使光伏電站的大規模建設與推廣面臨嚴峻的挑戰。

本文基于四川省甘孜藏族自治州(下文簡稱為“甘孜州”)南部某光伏基地項目，運用大數據、云計算、地理信息系統(GIS)等現代信息技術，建立超高海拔地區光伏電站智慧化施工進度管理系統，對超高海拔地區光伏電站建設的施工進度管理方式進行優化，致力于提升項目的管控效率。

1 超高海拔地區光伏電站建設的施工進度管理的現狀及問題

本文分析的四川省甘孜州南部某光伏基地項目位于四川省甘孜州鄉城縣正斗鄉，海拔高度為3800～4200 m，屬于超高海拔地區；太陽能資源十分豐富，項目現場實測數據顯示，該地區的年均太陽輻射量約為8000 MJ/m2；該項目已于2022 年12 月28 日實現全容量并網發電。

由于該項目所在地屬于超高海拔的山地地形，加大了工程建設的施工難度及物資運輸難度，同時也對工程施工人員及建設管理人員的身體素質提出了更高的要求，在這種情況下，采用傳統方式進行施工進度管理將面臨巨大困難和挑戰，主要體現在以下6 個方面。

1.1 施工條件復雜

項目建設地點屬于超高海拔的山地地形，氣溫低、冬季時間長，施工條件惡劣，1 年中可供施工的時間較短，嚴重壓縮了項目建設工期；另外，在超高海拔條件下，工程施工人員及建設管理人員的身體狀況也面臨著巨大的挑戰，工程施工及管理可能出現降效的風險。

1.2 建設面積大，參建方眾多

工程建設施工總面積達7.2 km2，施工區域面積較大，參建單位眾多，有業主、監理、設計、供應商、環保監測、施工等10 多個參建單位，上百個施工班組，近萬名施工人員同時進場施工，各單位之間及單位內部相關建設信息的上傳下達存在時間差和信息偏差，容易造成施工進度管控不及時，導致出現進度偏差的情況。

1.3 數據量大，統計分析難度高

本項目包含2 個競價項目區和5 個實證對比區，以及送出線路和升壓站的建設，光伏方陣將近200 個，送出塔多達130 余個。項目的建設類型多且工程量大，在建設期施工進度管理的數據量也會成倍增加，依靠傳統項目施工進度管理方式進行各部分施工進度數據統計分析及整體施工進度數據統計分析的難度較高。

1.4 階段性上報管理，時效性低

傳統項目施工進度管理是按周或月為階段進行施工進度上報、統計、分析，一線管理者對項目實際施工進度的把控相對及時，但項目中其他各級管理者對項目實際施工進度的了解相對滯后和片面，不利于項目的統籌決策和施工進度偏差矯正。

1.5 進度管理顆粒度大

傳統項目施工進度管理是以百分比法展示項目的整體施工進度，難以精確到分部分項甚至工序的施工進度，不能及時了解項目建設的實時施工進度并及早發現建設中的問題。

1.6 進度數據抽象，可視化程度低

傳統項目施工進度管理通常采用項目管理軟件Oracle Primavera P6 或Microsoft Project 進行管理，項目施工進度以數字或列表的形式體現，相對抽象，缺乏可視化表達方式，無法幫助管理者形象地了解項目的建設進展。

2 解決方案

為解決上述光伏基地項目建設中進度管理遇到的問題及痛點，加強施工進度管控力度，提升施工進度管控效率，在深入項目現場了解該項目建設的施工進度管理的要點、業務應用邏輯及需求的基礎上，將互聯網、大數據、云計算、移動互聯、GIS 等現代化信息技術，與光伏電站施工進度管理業務進行深度融合研究，搭建出可應用于超高海拔地區光伏電站的智慧化施工進度管理系統。該系統覆蓋工程建設施工進度計劃管理，實際施工進度管控，進度可視化管理，周、月報管理，影像記錄采集等多項功能，可全面解決當前超高海拔地區光伏電站施工進度管理所面臨的問題。

3 光伏電站智慧化施工進度管理系統的研發與應用

3.1 研發流程

在光伏電站智慧化施工進度管理系統建設初期，針對該系統的建設思路、研究方向、研究內容，以及需要重點解決的問題進行了討論和確定。項目開工后，深入一線工程建設現場進行實地調研，了解實際施工進度管理中的痛點和需求，將數字化、智慧化建設思路和方案與實際業務管理進行充分融合，結合軟件開發流程，開展光伏電站智慧化施工進度管理系統的設計及研發工作，具體研發流程如圖1 所示。

圖1 光伏電站智慧化施工進度管理系統的研發流程圖Fig. 1 Research and development flowchart of intelligent construction progress management system for PV power stations

3.2 系統架構

光伏電站智慧化施工進度管理系統采用B/S結構，即以瀏覽器/服務器模式，依托GIS、物聯網、云服務、云計算、大數據、移動互聯等現代信息技術搭建該施工進度管理系統。光伏電站智慧化施工進度管理系統從基礎層、數據層、支撐層、應用層、表現層這5 個方面進行構建，系統架構圖如圖2 所示。圖中：BIM 為建筑信息模型。

圖2 系統架構圖Fig. 2 Diagram of system architecture

1)基礎層：通過云服務、工作站、移動設備、物聯網設備等基礎設施為整個光伏電站智慧化施工進度管理系統建設提供硬件支撐。

2)數據層：在基礎服務和硬件環境的基礎上，對系統結構性數據、非結構性數據，以及數據邏輯、數據計算等進行管理。

3)支撐層：由“BIM+GIS”輕量化引擎和系統開發所需要的各類組件構成系統的支撐層，為整個系統開發提供各類服務。

4)應用層：由光伏電站智慧化施工進度管理系統各個業務管理模塊面向用戶進行核心操作，調用支撐層各類組件、引擎進行業務數據處理，通過數據層對數據進行處理，并將最終處理過的數據存儲到基礎層存儲空間，實現數據的創建、存儲、更新、查詢等。

5)表現層：結合工程項目管理方式，以數據可視化大屏、電腦(PC)網頁端、移動端應用軟件(APP)的形式呈現系統功能，與用戶進行交互。

3.3 功能設計

從工程總進度計劃模塊，項目進度模塊，進度可視化模塊，周、月報管理模塊，影像資料采集模塊5 個方面對光伏電站智慧化施工進度管理系統的功能設計進行介紹。

3.3.1 工程總進度計劃模塊

工程總進度計劃模塊主要用于線上編輯、導入和查看整個項目的總體施工進度計劃，以甘特圖的方式羅列每一項工作的時間節點和關聯任務；同時可對每個任務的完成情況進行標記，通過進度線自動判斷滯后任務并突出顯示，方便統一管理各個標段的工作完成情況，并及時做出進度糾偏判斷。此外，基于任務關聯還可進行關鍵路徑的計算，配合完成情況監控，可快速找出影響項目并網發電節點的滯后任務，輔助進度決策的管理和判斷；借助系統數據中心集中存貯、協同共享的特點，建設和監理單位可以對各標段的施工進度計劃進行統籌管理，發揮智慧化建設管理的優勢。

3.3.2 項目進度模塊

項目進度模塊以一套業務邏輯實現對光伏電站中光伏方陣、送出塔、送出線路、升壓站等工程的施工進度管理。為了更加方便、及時地反饋現場施工進度，將每個工程建設任務進行拆分，提出以工序為工程劃分的最小顆粒度進行施工進度填報，通過配置工序占比，自動計算整體工程進度，從工序施工進度及整體施工進度這兩類不同角度衡量項目的施工進度情況，實現工程進度的多維度管控。

項目進度模塊通過工序配置—工期設置—工序進度填報—歷史填報進度的業務應用邏輯，實現對該光伏基地項目中光伏方陣、送出線路等工程的施工進度管理。

1)基于工序的進度工期設置與工序進度填報。結合項目現場建設需求，創新性的以工序為進度工期設置及進度填報單元，細化施工進度管控顆粒度，通過內置計算規則，自動計算計劃完成度百分率；同時，錄入實際完成度，與計劃完成度進行對比，自動判斷施工進度狀態，計算提前、滯后天數。

項目進度管控精確到每個光伏方陣、送出塔，以及塔與塔之間的送出線路，精確反饋工程建設進展。

2)實時施工進度展示。在項目進度模塊的主界面展示單個光伏方陣、送出塔、每段送出線路、升壓站的總體施工進度及所有工序的實時施工進度情況，幫助用戶快速了解每個建設項目的整體進度百分比、進度狀態，以及每個工序的進度狀態和進度進展。工序進度支持詳情查看，能夠一鍵查看所有工序的進度進展及進度狀態，可以幫助用戶及時發現異常情況(施工進度提前或滯后)，定位施工進度異常部位。項目的實時施工進度展示如圖3 所示。

圖3 項目的實時施工進度展示Fig. 3 Real time construction progress display of project

3)歷史填報進度查看。詳細記錄每次施工進度填報的數據及影像資料，以標簽切換的形式表達，用戶可通過一個頁面有序地查看所有施工工序的歷史填報數據，統計有序，操作簡單。

3.3.3 進度可視化模塊

結合施工區域的衛星影像，將光伏電站施工總體規劃擬合到項目所在地的GIS 地圖中，并在GIS 地圖中通過錨點標記每個光伏方陣、送出塔及每段送出線路的位置及編號，以不同顏色的熱區展示各建設項目的施工進度情況。從而通過1張GIS 地圖即可全盤了解整個光伏基地項目不同分區、不同建設項目的施工進展。同時，GIS 地圖也可結合工程總進度計劃，將實際進度和計劃進度進行對比，從而分析出各個光伏方陣、送出工程等的施工進度偏差，為管理者的進度決策提供快速的信息支撐。

下文對進度可視化模塊的功能進行具體介紹。

1)整體施工進度及工序施工進度的狀態判斷。結合項目進度模塊中的工序進度填報，通過內置工序比例及計算規則，自動計算每個工序的施工進度狀態，并根據當前時間進行狀態的實時更新。根據每個工序的狀態匯總計算對應工程部位的整體施工進度狀態，整體施工進度狀態的計算規則如下：

①完建：所有工序的實際施工進度均為100%時，則整體施工進度狀態為“完建”。

②正常：所有工序施工進度狀態均為正常，則整體施工進度狀態為“正?！?。

③滯后：所有工序施工進度狀態中有1 個工序滯后，則整體施工進度狀態為“滯后”；當滯后的工序實際施工進度為100%，則該工序的滯后狀態不納入整體施工進度狀態的計算。

④提前：所有工序施工進度狀態僅有“正?！焙汀疤崆啊睍r，則整體施工進度狀態為“提前”。

⑤暫無工期：所有工序的計劃工期均未填寫，則整體施工進度狀態為“暫無工期”。

⑥未開始：有大于等于1 個工序的計劃工期已填寫，但沒有實際進度，則整體施工進度狀態為“未開始”。

最后，以工程劃分樹的形式對工序施工進度、整體施工進度與可視化GIS 地圖進行交互。

2)施工進度狀態統計。將工程劃分樹與統計區塊進行結合，通過工程劃分樹的操作與工程數據中心通信，進行數據抽取與計算，根據樹節點的不同屬性，傳輸特定的數據進行計算。

統計區域根據屬性不同共分為兩大類型，分別為光伏方陣和送出工程，每個類型統計整體施工進度數據及工序施工進度數據。統計數據中包含完建、正常、滯后、提前、暫無工期、未開始這6 種建設狀態的工程數據。

3)進度可視化狀態標記與展示。根據工程類型劃分及工程特點，光伏方陣、升壓站用區塊進行施工進度狀態標記，送出塔以點形式進行施工進度狀態標記，送出線路以線段形式進行施工進度狀態標記，送出線路將精確到塔與塔之間每段送出線路的施工進度狀態標記。每個工程進度狀態的顏色標記與統計區域狀態的顏色一致，方便用戶根據GIS 地圖中不同顏色展示來判斷工程建設的整體施工進度。進度可視化GIS 地圖如圖4所示。

圖4 進度可視化GIS 地圖Fig. 4 GIS map for progress visualization

進度可視化GIS 地圖可以展示：

①工程建設區域的精確定位：建立工程劃分樹中每個工程項目與GIS 地圖工程范圍坐標的關聯，并定位GIS 地圖中工程范圍的中心點，通過樹節點切換，在GIS 地圖中精確定位并放大展示工程建設區域。

②整體施工進度與工序施工進度展示：工程劃分樹包含工程項目及其建設工序，通過樹節點的切換，GIS 地圖中可以展示各部分建設工程的整體施工進度及工序施工進度。

③施工進度狀態篩選展示：建立頂部施工進度狀態統計數據與GIS 地圖中各工程項目施工進度狀態數據的關聯，通過頂部施工進度狀態統計區塊的切換，在GIS 地圖中對指定工程項目的施工進度狀態進行展示，對其他工程項目的施工進度狀態區域進行隱藏。

4)施工進度詳情。GIS 地圖中體現了各工程項目的實時施工進度，施工進度詳情則是對歷史填報進度與當前實時施工進度進行擬合，即包含了項目整體施工進度，又涵蓋了工序施工進度，可以幫助管理者快速了解其關注的工程建設的詳細施工進度情況，輔助管理者做出精準決策。

3.3.4 周、月報管理模塊

根據工程現場管理模式，各施工及監理單位每周、月均需要提交周報或月報，進行階段性的進度總結、糾偏，并進行下一階段的計劃安排。光伏電站智慧化施工進度管理系統會將施工及監理的周、月報納入線上管理，將周、月報審批及報送工作固化為既定流程，并內置上傳接口和提醒配置，可定期進行填報提醒，并一鍵完成周、月報的批量分發及抄送，提高管理效率及流程效率。

3.3.5 影像資料采集模塊

影像資料采集模塊主要是給現場工作人員提供實時采集的工程施工進度的照片、視頻等聲像資料，通過真實的畫面反映工程實際施工進度。當工程現場發生需要記錄的特殊情況時，使用移動端APP 即可進行實時拍照或錄像，同時支持標記位置、時間、主題等內容。

3.4 實際應用效果

從光伏電站智慧化施工進度管理系統在甘孜州南部某光伏基地項目中的實際應用可以看出，該施工進度管理系統中各單位、分部分項工程的施工進度填報數據完整，系統應用程度高，管理者可以從整體了解項目的施工進度情況，也可以通過工序施工進度了解施工細節進度，及早發現施工進度偏差；同時通過進度可視化模塊應用，實現工程進度的形象化表達和可視化分析，幫助項目管理者準確了解項目建設的進展，及時制定趕工措施，在施工進度超前或正常的狀態下，平衡工程成本投入與工程建設質量，達到提質增效、節約成本的效果。

光伏電站智慧化施工進度管理系統通過工程總進度計劃，周、月報管理等模塊的應用，實現了各單位施工進度數據的及時提醒和有效填報，達到了各單位之間的施工進度計劃，實時施工進度，周、月報等數據共享和協同管理的效果，打破了各單位之間的數據壁壘，大幅降低了信息不對稱造成的項目管理問題，同時通過數據查詢功能可以準確的進行信息抽取，大幅提升了項目管理效率。

4 結論

本文以四川省甘孜州南部某光伏基地項目的建設為例，采用GIS、大數據、云計算等現代信息技術進行了超高海拔地區光伏電站智慧化施工進度管理系統的研發和應用，打造了以業務為驅動、數據為核心的新型施工進度管理方式，打破了參建各方的數據壁壘，實現了數據的協同共享、智能分析、高效檢索，以及GIS 可視化呈現，降低了項目的施工進度管理風險，提升了項目的施工進度管理效率，節約了項目建設成本。該施工進度管理系統可為管理者的精準決策提供有力支撐，并為光伏電站數字化建設推廣奠定了基礎，助力光伏電站的高質量建設與發展。