輸電線路工程數字孿生平行控制技術的實踐應用.pdf

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1、1輸電線路工程數字孿生平行控制輸電線路工程數字孿生平行控制技術的實踐應用技術的實踐應用國網湖北省電力有限公司 劉繼武2024年8月2目錄一二技術背景三四關鍵技術技術融合應用案例五技術展望3技術背景2024年是國家電網提出的設計提升年，明確了三個方向：一、強化技術質量的監督與管理二、守牢技術管理的底線三、全面提升設計管理工作三維設計的全面推廣與有效應用是設計提升的落點方向與重要抓手，數字孿生技術的現場應用立足于數字三維設計，創新探索電網基建“智慧建造”，重點推動高水平數字新技術應用，支撐輸變電工程機械化施工，加快推進基建數字化轉型，助力基建“六精四化”落地和新型電力系統建設。4技術背景寫意型數字

2、孿生寫實型統計分析、專家研判全面還原、多維管控場景建模與重構安全預警與交互式控制平臺數據收集、監測與處理方法輕量化數字孿生平臺面向基建數字化轉型的需求，開發施工監測、預警、控制平臺，集成各類三維設計成果與交互式管控技術，搭建電網基建數字孿生平臺，實現高效、安全、可靠施工。側重于傳達實體的基本特征和功能，而不追求絕對的精確度。會簡化幾何模型，忽略一些細節，但仍然保留關鍵特征數據。用于快速設計、概念驗證、公共演示等場合，強調易用性和直觀性 重點在于盡可能精確地復制和模擬現實世界中的實體或系統。包含高精度的幾何模型、詳細的物理屬性和行為模型。需要大量的數據和高級的仿真技術來確保數字模型與實體之間的對

3、應關系高度一致。5目錄一二技術背景三四關鍵技術技術融合應用案例五技術展望6關鍵技術-傳感器技術及多源數據融合構建數字孿生基礎底座多源數據融合可以提供更全面、準確的信息，有助于決策的科學性和準確科學性和準確性性，是未來傳感器發展的重要趨勢。傳感器作為數據采集的關鍵設備，其在多源數據融合中的作用不可忽視，其性能和穩定性將直接影響到數據融數據融合的效果合的效果。多源數據融合面臨數據質量、數據一數據質量、數據一致性致性等挑戰，需要通過技術創新和算法優化等方式進行解決，以實現數據融合的最大價值。多源數據融合的重要性傳感器在多源數據融合中的角色多源數據融合的挑戰與解決方案7關鍵技術-5G通訊技術發展構建數

4、字通訊提升基礎平臺5G通信技術的數據傳輸速度比4G快了10-100倍倍，使得大文件的下載、高清視頻的流暢播放等應用更加快速高效。5G網絡具有低延遲和高可靠性低延遲和高可靠性的特點，使得設備間的感知互聯成為可能，大大提升了物聯網、自動駕駛等領域的應用體驗。5G的高速度和低延遲特性，為遠程醫遠程醫療、在線教育、虛擬現實等新興領域療、在線教育、虛擬現實等新興領域提供了強大的技術支持，極大地拓寬了通信技術的應用領域。5G技術的核心特點：高速度、低延遲、大連接技術的核心特點：高速度、低延遲、大連接5G數據傳輸速度的提升數據傳輸速度的提升設備感知互聯的實現設備感知互聯的實現應用場景的廣泛擴展應用場景的廣泛

5、擴展8關鍵技術-地層探測技術拓展地下關鍵數字結構模型建立地質三維模型疊加地表模型地表地質融合邊界處理線路通道地表地質融合模型物探+鉆孔獲取地質數據數據處理后獲取橫斷面圖9關鍵技術-無人機航拍技術構建空間三維數字沙盤傾斜攝影技術應用點云數據采集方法無人機航空器數據處理傾斜攝影技術在無人機航空器中廣泛應用，通過多角度拍攝多角度拍攝，可以生成立生成立體的三維地圖體的三維地圖，為城市規劃、環境監測等提供直觀、準確的數據支持。點云數據采集是無人機航空器的重要功能，通過激光雷達等設備，可以快速獲取地形地貌的詳細信息，廣泛應廣泛應用于地質勘探、林業普查用于地質勘探、林業普查等領域。無人機航空器采集的數據需要

6、經過專業的處理和分析，通過圖像識別、空圖像識別、空間分析等技術間分析等技術，可以將數據轉化為有價值的信息，為決策提供科學依據。10關鍵技術-站式激光點云精確測量支撐低成本應用地面站臺無人機手持和背包耐張塔直線塔激光點云數據采集桿塔點云點云建模11關鍵技術-架站式精確測量激光點云開拓三維測設領域應用12對重點地質復雜區域的地下管廊，使用架站式激光掃描裝置，定期對地下管廊進行測量，構建管廊監測的大數據模型，分析地下管廊隧道的發展趨勢，對于異常區域定期開展排查，發現問題及時預警，保證地下管廊的運行安全。架站式三維激光掃描裝置是一種集成了多種高新技術的新型三維測量儀器，采用非接觸式高速激光測量，以點云

7、形式獲取地形及復雜物體表面的陣列式幾何圖形的三維數據。三維激光掃描技術改變了傳統單監測點的觀測模式，可以由“點”到“面”進行的觀測，在電力、建筑、地質、礦業、文物等多個領域都有應用。該技術具有速度快、不需接觸、高精度與大數據量、實時性、可視化與數字化的特點，可用于變電站數字孿生、地下管廊結構變形監測，基建基坑周邊地質沉降監測和建筑物傾斜監測等。架站式激光掃描裝置變電站三維建模地下管廊三維重建桿塔周邊地質監測利用架站式激光掃描裝置，實現站內設備的精細是三維實景建模，構建變電站三維數字孿生場景，實現變電站的三維可視化展示和孿生應用，提高變電站的智能運維水平。在桿塔周邊或基建工地周邊開展地質監測，利

8、用架站式激光掃描裝置，實時監控并發現桿塔或施工周邊地質形變，對形變量較大區域進行及時預警，可有效降低人員和財產損失。關鍵技術-架站式精確測量激光點云開拓三維測設領域應用13關鍵技術-相控陣雷達拓展不可視工況下應用相控陣雷達定義相控陣雷達定義相控陣雷達是一種利用大量小天線單元組成的陣列，通過控制各單元的相位來實現波束的定向和形狀。相控陣雷達工作原理相控陣雷達工作原理相控陣雷達的工作原理是通過改改變每個單元的相位和幅度變每個單元的相位和幅度，使波波束在空間中移動束在空間中移動，從而實現對目標的搜索、跟蹤和識別。相控陣雷達優點相控陣雷達優點相控陣雷達具有靈活性高、可靠靈活性高、可靠性強、抗干擾能力強

9、性強、抗干擾能力強等優點，能夠實現快速掃描、多目標跟蹤和快速掃描、多目標跟蹤和高精度測量高精度測量等復雜任務。13冗余設計冗余設計通過增加相同或類似功能的部件，提高系統在部分組件失效時仍能正常工作的能力，增強雷達的可靠性?？垢蓴_技術抗干擾技術利用先進的信號處理技術和濾波算法，減小外部環境對雷達性能的影響，保證雷達在復雜環境下的穩定運行。定期維護與檢測定期維護與檢測定期對雷達硬件和軟件進行檢查和維護，及時發現并修復潛在問題，確保雷達長期可靠運行。12314關鍵技術-布控球及視覺識別傳統技術設備功能嵌套及迭代輸電線路現場實時監控現場信號覆蓋及智能終端無感接入作業人員違章行為視覺識別布控球能實時監控

10、輸電線路的運行狀態，及時發現建設現場違章行為，確保電網基建現場安全管理始終處于“可控、能控、在控”狀態。加裝5G模塊的布控球，在為作業現場提供實時視頻圖傳的同時，還可形成無線網絡覆蓋，讓眾多的智能終端能無感接入管控網絡。選配邊緣數據代理功能的布控球，可將視覺行為算法部署到作業一線，在減少數據傳輸通量的同時，實現違章行為的快速檢出和預警。15關鍵技術-云儲存和云運算解決部署成本問題云計算與邊緣計算的定義云計算與邊緣計算的優勢云計算與邊緣計算的結合云計算是通過互聯網將大量的計算處理任務分布到各個服務器上，實現資資源的共享和協同工作源的共享和協同工作。邊緣計算則是在數據產生源頭或網絡邊緣進行數據處理

11、，減少數據傳輸的延遲和帶寬消減少數據傳輸的延遲和帶寬消耗耗云計算具有強大的計算能力和海量的計算能力和海量的存儲空間存儲空間，能夠處理大數據和復雜的計算任務。而邊緣計算則能夠實時響實時響應用戶需求，降低網絡延遲，提高服應用戶需求，降低網絡延遲，提高服務質量務質量云計算與邊緣計算的結合，可以實現數據的快速處理和服務的快速響應快速處理和服務的快速響應，滿足各種復雜應用的需求，如物聯網、自動駕駛等。16關鍵技術-AI人工智能專家系統解決易用性問題工程管控助手深度融合了國家電網基建標準規范文檔知識庫與先進的大模型技術，利用AI技術，能夠實時檢測、精準識別并及時預警現場的安全隱患、質量缺陷和進度偏差，實現

12、全方位的實時告警功能。同時還支持智能電網知識庫問答功能，施工人員可以通過與機器人語音交互快速獲取與電網基建相關的專業知識解答，提升現場工作效率。17關鍵技術-虛擬現實技術解決虛擬現實交互問題VR技術原理硬件設備+軟件平臺VR實景展示18目錄一二技術背景三四關鍵技術技術融合應用案例五技術展望19技術融合-數字孿生應用平臺架構平行系統初步三維設計數字設計施設三維設計三維設計成果檢測數字化移交三維設計模型孿生建模數字化地質模型通道模型.知識圖譜構建數智策劃標準化適配原則施工方案策劃方案比選優化動態場景構建施工推演仿真計算模擬推演生成控制目標學習訓練平行控制實驗評估動態管理實時控制數字孿生建模理論物理

13、實體虛擬模型連接平行控制P平行系統架構人工系統A計算實驗C描述子系統預測子系統引導子系統數字底座模型庫數字資產安全風險庫施工方法庫質量工藝庫環境參數機械參數20可研設計可研設計初步設計初步設計施工階段施工圖設計施工圖設計電網通道電網通道三維設計及建模三維設計及建模數字化質檢數字化質檢數字化應用數字化應用技術融合-多源融合的三維數字設計開展電網通道和本體三維設計，實現對通道走廊的高精度、全數字表達?；趪W公司三維設計標準，統一數字化設計與交付標準，形成三維模型質檢工具，推動三維設計質量提升，從而解決數字設計利用率低下和數據準確性不足的問題。21技術融合-三維設計技術與點云技術的融合開展全線精細

14、化三維設計應用航拍數字化技術加強高精度通道地理信息和勘測數據獲取。22三維設計成果應用調研現狀：對各地市院三維設計成果評審與應用情況開展了調研，基于國網公司現有的輸變電工程數字化移交標準、規范等成果，集合施工過程的實際需求，進一步研究明確數字化模型在施工中應用的場景、范圍和深度，完善三維設計成果向數字孿生工程施工應用的指導意見，深化應用GIM數據，貫通GIM數據在基建環節的數字化成果共享。GIM信息需要結合施工場景進行數據篩選 GIM缺少與施工相關的屬性 不同廠家的設計平臺對精細化建模支持的程度不足技術融合-三維設計成果的施工轉接23技術融合-寫實型數字孿生平行控制之虛實結合物理實體物理實體是

15、孿生建模的基礎，指工程建造過程中所涉及的人、機、料、法、環等元素。虛擬模型連接用以實現物理實體與虛擬模型各組成部分之間互聯互通，涉及各種傳感器以及傳輸協議。以真實場景為基礎在虛擬場景中建立1：1還原的虛擬模型。包括三維設計模型、地表地質模型、通道信息模型、機械設備模型、人員模型等。物理實體虛擬模型實時感知24知識圖譜由于輸電線路施工環境復雜多變，需要根據不同的施工條件編制施工方案。對于過去同類工程沒有形成數據集，因此無法發揮數據應有的價值。通過知識圖譜技術，根據施工規范、標準工藝工法、施工方案等構建數字標準知識庫，根據不同施工場景提供標準化適配原則，為數智策劃推演提供數據支撐。1數據獲取2模式

16、層構建3數據層構建4圖譜可視化數據來源施工方案、標準工藝、施工方法、規范數據補全各大專家庫、知識庫網頁遍歷數據爬取獲取方式存儲方式半結構化數據結構化數據非結構化數據本體構建標準本體模型構建實體關系定義實體屬性定義1.知識抽取實體抽取關系抽取屬性抽取3.知識加工質量評估知識推理2.知識融合4.知識更新實體消歧關系對齊知識更新Neo4j圖數據庫知識圖譜圖譜可視化關系查詢關系網絡人員選擇RDF三元組生成技術融合-寫意型數字孿生平行控制之知識圖譜25利用傾斜攝影、三維激光點云技術，將施工現場的各要素轉化為數字形式的模型，主要包括通道信息模型、機械設備模型、工器具模型、人員模型、環境信息模型。結合三維設

17、計模型、地質地表模型，通過數據挖掘方式建立各模型之間的連接，為施工策劃、推演及平行控制提供場景基礎。三維設計模型三維地質模型施工機械模型人員設備模型技術融合-數字孿生平行控制之基礎建模26數智策劃依據三維設計成果解析出桿塔模型、架線模型等形成模型庫。在電網基建過程通過標準工藝、施工方法對基礎施工、組塔施工、架線施工等不同實施階段，形成工藝工法庫，固化典型施工工法。根據不同的工藝工法關聯風險清冊、安全事故案例等信息，提供電網施工安全案例庫。為施工策劃方案中安全風險預控措施、工藝工法選型，提供數據支撐。施工機械施工機具灌注樁基礎施工方法混泥土臺階基礎施工方法模型庫架空電纜工藝工法庫安全風險庫技術融

18、合-數字孿生平行控制之數智策劃27結合實際場景，在電網基建知識圖譜中查詢適配當前作業場景的標準化原則。在施工方案編制階段，結合工藝工法庫、安全風險庫，對單個基礎綜合考慮安全、質量、環境等多維度目標，同時對施工過程中的機械、方法、人員、環境、材料進行策劃，形成一基一策劃。通過多維度測算比選，自動生成施工方案及風險控制方案，為施工單位提供合理科學合理的施工方法和技術指導，提升決策效率，同時為施工推演提供最優方案?；A策劃組塔策劃架線策劃技術融合-數字孿生平行控制之單基方案策劃28技術融合-數字孿生平行控制之施工方案策劃29鉆孔灌注樁基礎施工推演流動式起重機分解組立角鋼塔施工推演架線施工推演利用Un

19、ity 3D虛擬引擎，根據施工策劃方案一鍵生成施工推演，精準再現物理世界的空間結構。同時進行情境感知，在施工前分析人力和機械是否落實到位。在施工中對運動過程實時計算分析提前預判潛在風險，動態驗證策劃方案的安全性和可行性，為施工安全技術交底提供智能化手段，同時為平行控制提供最優控制方案。技術融合-數字孿生平行控制之施工推演30技術融合-數字孿生平行控制之推演成果應用31圍繞施工現場全過程管理要求，融合“1+6”業務數據構建施工現場人、機、料、法、環、測等各環節要素。運用平行控制技術，基于推演提供的最優控制方案，在虛擬場景中進行全面感知、智慧監管，并在計算實驗中設計各種可能的場景，提供異常條件下智

20、能預警方案。平行控制安全管控質量管控環水保造價管控進度管控施工現場人機料法環測采集數據預測控制技術融合-數字孿生平行控制之過程管控32通過集成“云管邊端”技術，告警數據與風控模塊，關聯施工策劃中安全風險點，實現對施工作業的人、機、料、法、環的智能化管控。通過圖像識別技術、作業票、安管平臺等數據，全面映射施工策劃中人員、作業行為及作業風險控制要求，實現現場作業可控、能控、在控。應用策劃工具，獲取進度計劃數據；應用e基建2.0業務數據（作業票、質量）測算實際進度數據；根據進度預實分析，量化滯后情況，優化施工資源配置，實現電網基建工程施工進度的精益化管控，確保工程順利進行，提升項目管理水平。應用e基

21、建2.0質量驗收數、數字監理平臺工程監測數據，實時同步質量檢測情況，映射施工策劃質量工藝控制要點，分析驗收數據和標準，實時預警施工全過程質量工藝。以三維設計成果為數據源頭驅動，通過提取GIM工程量、清單導入投標工程量、施工過程實時上報工程量、變更及簽證聯動調整工程量，實現建設過程工程量動態管控。再結合對定額和清單計價數據標準化管理，實現概預算、進度分部結算、決算全鏈路一體化，支撐基建工程造價精益管理。安全專業質量專業進度專業造價專業平行控制在現場管控方面的應用技術融合-數字孿生平行控制之過程管控33質檢報告生成二三維成果對照三維設計成果可視化質檢工程GIM模型質檢：基于國網公司現有的輸變電工程

22、數字化移交標準、規范等成果，研發相應的成果質檢工具，保障三維設計成果在后續應用時的數據質量和檢核一致性。針對三維設計成果進行數據格式正確性檢查、數據格式完整性檢查、數據引用完整性檢查、數據標識正確性檢查、三維圖元數據正確性檢查、屬性完整性檢查等，并最終自動發現并記錄數據中存在的問題，以報告形式對錯誤進行分類統計與提示。三維成果提?。?Dtiles）技術融合-數字孿生平行控制之質量管理34模型庫仿真數據環境數據歷史數據通道數據三維設計標準工藝施工方法將數字設計、孿生建模、數智策劃、施工推演、平行控制等過程數據進行整合，形成數字資產庫。在不同孿生工程構建中，通過業務場景拆解，結合數字資產庫，為設計

23、、施工階段決策提供數據基礎，使數據真正為業務賦能，充分發揮數據價值。技術融合-數字孿生平行控制之數字資產管理35目錄一二技術背景三四關鍵技術技術融合應用案例五技術展望36應用案例-BIM&GIM+GISCIM模型光伏工程模型電網專題圖激光點云數據BIM模型變電站模型輸電線路模型電廠模型電網規劃圖利用BIM+GIS的底層架構，基于海量多源異構數據的組織、存儲和索引調度機制，集合大體量、大場景數據的高性能渲染和高保真可視化技術，實現多源數據融合，建立工程現場的數字化場景。37基于國網三維設計標準文件相關要求，結合高精度三維地理場景，宏觀模式下充分考慮到規劃條件、環境友好、成本節約、施工運行便利等因

24、素實現線路路徑優化設計，精細化環境下實現桿塔、導地線、金具絕緣子串等部件精細化建模，并進行桿塔定位、空間距離校核、桿塔基礎配置優化、快速統計分析等，實現輸電線路全過程精細化三維設計。應用案例-BIM&GIM+GIS38激光點云采集模型構建三維設計成果融合實景模型應用案例-BIM&GIM+GIS39應用案例-跨越方案策劃以移動式跨越架施工場景為例，根據項目背景及目標，由同類項目經驗數據，結合施工方法庫，質量工藝庫、安全風險庫輔助方案編制。同時在施工現場安全管控中，通過監測機械運行參數，向現場跨越架設備發送指令并給出理想軌跡，設備通過平行控制算法實時計算誤差，實現自適應動態最優控制。吊臂作業位置吊

25、臂伸長距離吊臂回旋角度跨越架張開跨越架俯仰角度跨越架旋轉角度控制參數40應用案例-施工運輸方案選擇規劃及工程量環保的對比分析綜合運用激光點云、GIS、傾斜攝影技術構建數字沙盤，在工程項目實施過程中，合理規劃運輸路線及運輸裝備選擇，降低運輸成本，減少環境負面影響。同時對工程量進行精細化管理和評估，合理規劃土方開挖，材料采購等，有助于實現資源的最大化利用，使項目決策更加科學。41應用案例-無感數據采集及數據資產形成通過智能傳感設備，對工程建造全過程數據自動采集、無感感知，對比分析、研判糾偏，自動生成并填入表單，完成全套工程信息化數據管理，實現紙面上無痕化，過程上有痕化，使全過程數據可追溯。自動采集

26、工程建造全過程數據管理無感感知對比分析研判糾偏數據追溯42目錄一二技術背景三四關鍵技術技術融合應用案例五技術展望43技術展望-寫意型數字孿生-建設一張圖基于三維設計模型、地形地質模型、機械設備模型等，通過傳感器、物聯網等技術對現場數據進行自動采集，實時監控、分析、預警，實現過程數據可追溯，構建數字建設一張圖。44技術展望-寫實型數字孿生-建設資源一張圖結合施工現場人機料法環各部分要素，全面清晰地展現了施工現場人員分布、機械設備類型、環保設施等各項關鍵資源。結合安全、質量、進度、造價對施工過程全面管理，構建建設資源一張圖，幫助建設者實現工程建設智能化管控。45技術展望-三維正向設計-數字孿生逆技

27、術三維正向設計流程可研投標初步設計施工圖設計竣工圖設計輸電線路的三維正向設計流程涵蓋：選線、排位、電氣設計、結構設計、通道清理設計、環水保設計、投資分析等。輸電線路三維數字化設計專業涵蓋測繪、巖土、水文氣象、環保、水保、送電電氣、送電結構、送電技經等多個專業，包含可行性研究、初步設計、施工圖設計、竣工圖設計等全設計過程。相關工程量清單和圖紙均可從三維設計成果導出生產。46技術展望-自學習AI專家系統通過部署先進的物聯網傳感器、智能攝像頭及無線通信技術，實時自動采集現場各類環境參數、設備狀態及施工進度的無感監測與數據采集，既減少了人力成本，又提高了數據的準確性和實時性。為現場管理者提供實時準確數

28、據，及時發現潛在問題，優化資源配置。同時，為項目分析、優化及智能決策提供了堅實的數據基礎。設備實時數據傳輸47在數字化建造進程中，自學習AI專家系統正逐步成為推動行業智能化轉型的重要力量。運用人工智能算法與大數據分析技術，持續學習施工過程中的各種知識、分析施工數據、預測趨勢。自學習AI專家系統能夠自主優化施工流程、調整工藝參數，為施工團隊提供精準的決策支持，有效減少人為錯誤，提高施工效率與安全性。人員軌跡設備運行狀態AI行為檢測混凝土配合比環境參數鋼筋籠直徑施工數據施工推演流程優化施工規劃推算造價施工糾偏 知識答疑標準規范專家經驗施工方案工程知識功能應用AI專家系統技術展望-自學習AI專家系統

29、48隨著數字孿生平臺應用深化，基于大量的經驗知識，構建各類施工場景下的專業解決方案及行業標準的專業方案庫。根據當前施工任務，自動分析環境條件、資源配置等因素，自匹配出最適合當前情境的施工方案。從而提升整體施工效率，保證工程質量，并降低潛在的風險與成本。輸電線路標準規范變電工程工程造價方案生成施工建議評價體系施工要素專業方案庫混凝土臺階式基礎施工現場經驗鋼管桿整體組立施工楔形基礎施工基礎工程施工方案桿塔工程架線工程技術展望-自學習AI專家系統49技術展望-VR技術應用于技能培訓運用VR技術對現場作業人員進行教育培訓及團隊業務技術綜合評價。通過對施工過程中各種復雜或高風險的施工場景進行教育培訓，提

30、供作業人員參與度，降低施工中安全事故風險。同時通過模擬實際施工中的各個環節，可以全面評估團隊成員的技能水平、協作能力和應變能力，推動施工團隊整體業務技術的不斷提升?，F場施工作業模擬培訓電網運維檢修模型培訓電力設備巡檢模擬培訓50技術展望-履約智能評價以往對于供應商的評價人為介入過多，依賴評價人員對供應商的主觀印象。供應商智能履約評價將主體單位與供應商合作明細進行提取，通過智能算法智能化、自動化計算供應商積分。極大避免因人為介入致使的評價不客觀問題，幫助主體單位更好比對供應商差異，助力主體單位降本增效。交付時間指標維度交付質量價格歷史貢獻通用指標指標類型維度內附加分項總附加分項扣分指標指標性質加分指標定性/定量指標51謝謝！請各位領導、專家指正！謝謝！請各位領導、專家、同仁指正！