特高压输电线路可研设计一体化管理平台建设与应用

刘增训， 郭皓池， 拾杨， 王婷婷， 雷红霞， 骆云飞

(1. 国家电网有限公司， 北京 100031； 2. 北京洛斯达科技发展有限公司， 北京 100120)

0 引言

近年来，国家投资体制和管理方式发生变化，核准对可研(可行性研究)工作要求越来越高，政府管理方面强调生态保护、规划刚性、事前核价及事中事后监管[1]。特高压输电线路工程现行的可研和设计分头管理及其取费标准，难以适应工程核准和建设需要。因此，国家电网公司提出可研和设计一体化管理，以期实现可研和设计有效衔接，促进项目核准，推进工程建设，保障电网高质量发展。然而，由于特高压输电线路工程具有涉及范围广、建设周期长、参与单位众多和组织分工复杂等自身特点，使得可研和设计一体化管理面临诸多挑战[2]。加上可能存在设计单位协同工作技术手段不统一，线路可研设计阶段，涉及通道信息繁杂，往往存储无序、成果分散随意，不能形成规范的通道信息组织体系，不利于信息积累；设计单位之间、各专业之间难以做到信息及时共享，不利于方案协调和优化[3]。基于此，本文提出了一种利用互联网、数字化等相关技术，融合多源电网通道数据，建立专题数据库，打造统一的信息化工作平台，辅助设计与管理单位完成可研协同设计与过程管控线上业务流转，实现了可研设计与管理在线业务闭环，提高了工作效率。

1 技术方案

1.1 总体技术方案

利用互联网+数字化技术，基于统一标准管理电网多源数据形成专题数据库；依据可研和设计一体化管理的工作要求和组织分工建立标准信息化工作平台、系统用户体系；通过工程应用，辅助设计单位可研协同设计，辅助管理单位可研过程管控；动态积累形成数字化工作成果，辅助工程归档及后续阶段应用。利用互联网+数字化技术开展协同设计与过程管控总体技术方案，具体内容为：多源数据的可视化表达与在线共享，工程用户体系建立，信息化平台搭建及工程应用，数字化成果辅助工程归档。

1.2 协同设计流程

利用平台提供的通道信息以及现场采集的信息，各单位、各专业协同工作，开展方案比选、技术经济指标统计等；主设人按照要求及时更新设计方案，填报协议进度等；设总同步开展设计校核，强化设计质量，如图1所示。

图1 协同设计流程

1.3 过程管控流程

利用平台，管理单位实时查看设计单位最新提交成果，及时掌握设计情况、跟踪协议进度，开展专项督导、管理互动，追溯设计过程；评审单位经系统查询各阶段设计成果历史记录、利用系统提供的数据辅助评审工作[4]，如图2所示。

图2 在线管理流程

2 平台构建

2.1 平台技术架构

可研和设计一体化管理信息化平台由Web端及移动端组成，用户可通过计算机浏览器或手机移动应用访问信息化平台，辅助输电线路工程室内及踏勘现场的可研协同设计与过程管控相关工作。平台技术架构主要由设施层、数据层、业务层、展现层和访问层构成[5]。其中，设施层有网络、操作系统、服务器和中间件等；数据层支持平台结构化及非结构化数据的读写、缓存，研究采用MySQL数据库；业务层含数据管理、协同设计、过程管控和角色管理等，业务层经由数据层访问数据库；展现层采用React、Html5等技术进行前端渲染，前端通过Ajax请求与业务层进行对接；访问层包括移动设备、计算机及其他终端。平台的总体技术架构，如图3所示。

图3 平台总体技术框架

2.2 关键技术

2.2.1 互联网技术

(1) 万维网地理信息系统(WebGIS)

万维网地理信息系统(WebGIS)是一种在网络环境下，基于HTTP协议，用于存储、分析、管理、发布以及共享地理信息的B/S模式的分布式计算机应用系统，可与其他Web应用无缝集成。本研究采用WebGIS技术，将系统功能的核心部分集中到服务器，将展现部分放到浏览器，既简化了系统的维护与使用，又满足了用户对分布式地理空间数据的轻松访问及其编辑、修改等相关需求[6]。

(2) Node.js与React技术

Node.js提供基于 Egg 定制上层框架的能力，具有高可扩展性，是一个让JavaScript运行在服务端的开发平台，非常适合在分布式设备上运行数据密集型的实时应用。React是开源的前端框架技术之一，可以以最小的DOM修改来更新整个应用程序，从而满足前端界面修改的需要，具有速度快、跨浏览器兼容、单项数据流等特点。本研究利用React和Node.js技术分别组织系统前后端，可适应前端高效地图可视化以及后端地理信息分析功能的灵活扩展需求。

(3) 移动GIS与插件式技术

移动GIS是一个建立在移动计算环境下，提供移动的、分布式的、随遇性的数据采集、数据分析、数据传输及地理定位和跟踪于一体的移动地理信息服务的GIS系统。插件式技术是一种采用“平台+插件”应用模式，提高软件复用性和扩展性的技术方法，它可将各功能模块当作一个插件进行独立开发，通过统一的配置文件维护插件包的部署信息，可按需求动态组装及分离，真正做到即插即用。本研究利用移动GIS与插件化技术，满足用户踏勘现场的信息采集、路径规划导航、信息上报等需求的同时，使用户无需升级宿主应用，即可更新APP的特定功能完成版本迭代，达到“热修复”的效果[7]。

2.2.2 数字化技术

(1) 空间数据库技术

空间数据库是以描述、存储、查询和处理空间数据为特色的专用数据库,是在传统数据模型的基础上增加了对空间数据的处理能力,它从数据类型、查询语言、查询处理和存储方法方面提供了对空间数据处理能力的全面支持，包括空间索引和空间连接等。

(2) GeoJSON

GeoJSON是一种对各种地理数据结构进行编码的格式，基于Javascript对象表示法的地理空间信息数据交换格式。GeoJSON对象可以表示几何、特征或者特征集合。GeoJSON支持下面几何类型：点、线、面、多点、多线、多面和几何集合。GeoJSON里的特征包含一个几何对象和其他属性，特征集合表示一系列特征。充分利用GeoJSON的规范性，可拓展性。

本研究利用空间数据库对输电线路工程相关的各种地理实体对象进行属性信息、空间位置及拓扑关系的分析管理，其中，主要以GeoJSON数据格式实现空间数据的存储与传输。

3 应用实例

平台已应用于 “白鹤滩-江苏”可研和设计一体化示范工程、“华中环网”等特高压交直流工程。基于信息化平台，设计单位开展了“方案优化与比选、技术经济指标统计、成果提交、协议进度上报、现场信息采集、实时进度上报、督导信息查看”等协同设计相关工作，管理单位开展了“成果查看、指标分析、设计过程追溯、协议进度统计、过程督导”等过程管控相关工作。

3.1 工程用户体系建立

特高压输电线路通常是由设计牵头单位(如国网经研院)进行统一管理，各设计单位协同设计完成工程可行性研究。工作大纲明确的职责分工来指导各单位合理有序开展工程可研。系统实施差异化用户配置满足业务分工应用具体表现如下。

(1) 系统对不同用户实行登录入口分离管理

管理单位与设计单位登录系统分别进入管理页面与设计页面，结合业务不同点，两页面的功能实行差异化组织。管理页面以线路全局(各设计分包)宏观展示可研进度信息及方案成果，以逐级下钻、多维度统计方式实现信息可视化展示，突出“管理”的核心特点；而设计页面则侧重数据管理、共享，各专业协同设计等功能，突出“设计”特点。登录入库口分离可保证在功能组织层面，以最小化配置满足不同用户业务支撑[8]。

(2) 数据可视范围及操作权限差异化配置

管理单位对所辖范围内功能可实现多工程切花、多包段全局数据查看、分析统计功能。而设计单位不同专业人员则只对所属包段数据享有增、删、改、查相关权限，设总有别于主设人，可进行在线成果提交操作权限。同时，设计单位对相邻包段方案设计成果可查询，实现不同包段之间的方案接头。数据可视范围及操作权限差异化配置可在数据及其操作权限层面，以最小化配置保证系统能安全、规范化使用，提供管理决策数据支撑。

3.2 协同设计应用

3.2.1 协同设计应用表现

系统提供多源数据及相应功能支撑各设计单位、各专业开展室内设计、包段接头、现场踏勘，完成可研协同设计。设总在线校审实现提交成果规范化管理，实时填报进度信息支撑可研进度上报。目的在于通过系统应用实现通道协同精准优化，提升通道可靠性，加深可研深度。系统辅助协同设计应用具体表现如下。

(1) 在线方案设计及指标统计分析：利用系统网页端提供的高精度遥感信息、基础地理信息、电网专题信息等通道数据，各设计单位、各专业横向协同，开展方案比选、技术经济指标统计等室内方案设计；

(2) 踏勘采集与实地验证：应用移动端辅助踏勘路径规划导航，现场采集信息快速回传，对室内预判的工程敏感区域开展实地验证等工作；

(3) 包段接头：对相邻包段方案成果可在线查看，辅助设计单位对本包段路径方案进行接头检查，实现不用设计单位之间信息共享；

(4) 设总审核：设置网络校审机制，要求设总对主设人方案进行在线审核，确保各设计单位提交的设计成果规范合理，强化设计质量；

(5) 进度上报与沟通反馈：实时在线填报协议进度，提交工作旬报，查看督导信息等，及时反馈可研进度、待协调问题，实现沟通互动。

3.2.2 协同设计应用实例

(1) 信息实时更新共享辅助多方协同设计

某特高压线路工程中，设计单位第一时间在系统中更新临时建设用地范围(下图蓝色面状地物)，会同另一500kV线路设计单位迅速根据障碍设施变化情况，调整了局部路径方案，确保线路路径与换流站临时建设用地不产生冲突，便于后期工程建设实施，如图4所示。

图4 信息实时更新共享辅助多方协同设计

(2) 弥补踏勘视线阻挡辅助方案复核调整

详细复核方案时，设计人员在系统中发现线路附近存在110kV太城线与本工程线路有交叉，此前现场踏勘因受山势阻隔而未能发现。基于平台对接头点附近路径方案完成局部调整后，迅速将设计成果分享给相邻包段设计单位，实现包段接头，如图5所示。

图5 弥补踏勘视线阻挡辅助方案复核

3.3 过程管理应用

3.3.1 过程管理应用表现

管理单位定期查看设计单位最新提交成果，及时掌握设计情况、追溯设计过程；另外，跟踪协议进度、开展过程督导。旨在实现可研进度协调、设计质量精准考核，管理高效互动，强化过程管控。系统辅助过程管理应用具体表现如下。

(1) 成果查看：对线路工程各包段方案成果、障碍物信息等进行快速检索查询、掌握可研设计进度；

(2) 指标分析：对设计单位提交方案成果进行线路长度、高程分布、地形比例、跨越障碍物、跨越交叉，进行设计考核，提出管理意见；

(3) 设计追溯：系统持续记录设计单位定期更新的路径方案成果，管理单位可查询历史提交记录进行设计过程追溯，跟踪设计变化；

(4) 协议进度统计及详情查看：按所属行政区划、协议级别、有效性等多维度对协议取得进度统计分析，针对重点协议进行属性查看了解详情，精准考核；

(5) 过程督导：在设计成果可视化的基础上，管理单位批量或有针对性地对设计用户发送专项督导与专项委托意见，实现管理互动。

3.3.2 过程管控应用实例

(1) 历次成果对比辅助设计过程追溯。管理单位查看设计单位历次提交的设计成果，发现最新方案成果中线路向西做了优化调整，有效避让村庄同时路径截弯取直。通过对比分析方案成果变化，辅助设计过程追溯，设计质量精准考核，如图6、图7所示。

图6 设计过程追溯-早期方案成果

(2) 协议进度统计及重点协议查看辅助可研进度管控。对线路工程按行政归属、设计分包、有效性等多个维度进行协议统计分析，了解协议取得总体任务量及各设计单位完成进度百分比。同时，对重点协议进行有效性查看、附件在线预览等工作。

图7 设计过程追溯-最新方案成果

(3) 过程督导辅助可研设计和管理沟通互动。管理单位基于系统批量发送督导信息，向工程相关人员快速传递会议通知、里程碑计划等，实现管理互动的同时，还可对管理过程痕迹有效留存。

4 总结

本文对特高压输电线路可研设计一体化管理平台建设与应用进行了总结和分析，阐述了多源数据专题数据库建立、网页端与移动端平台搭建的关键技术，研究了利用信息化平台实现特高压输电线路工程可研和设计一体化管理的解决方案，实现了工程多源数据的可视化表达和在线共享，设计单位协同设计、管理单位过程管控的在线业务闭环。通过对多家设计单位及牵头管理单位在特高压工程应用中的实验分析，得出基于互联网+数字化技术的输电线路可研和设计一体化管理有利于形成标准化、规范化、精细化的创新工作模式，实现可研工作加深，加强过程管控，从技术手段上支撑“可研和设计一体化管理”，促进项目核准建设，产生了一定的经济效益与社会生态价值，有较好的应用推广价值。