【自動對焦：數(shù)字孿生與自動化科技】

1：數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應(yīng)的實體裝備的全生命周期過程。數(shù)字孿生是一種超越現(xiàn)實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數(shù)字映射系統(tǒng)。

2：百年南市水廠有著較好的數(shù)據(jù)積累和信息化基礎(chǔ)。作為數(shù)字孿生系統(tǒng)的一個重要組成部分，水平衡系統(tǒng)能夠自動接收來自于黃浦供水示范區(qū)管網(wǎng)模型推送的壓力需求和水量預(yù)測，通過模型計算后實現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)度方案并向生產(chǎn)系統(tǒng)下達(dá)指令，從而實現(xiàn)“按需供應(yīng)、動態(tài)調(diào)整”。目前，該全自動水平衡系統(tǒng)可以實現(xiàn)“能效”和“穩(wěn)態(tài)”兩種模式調(diào)度，在能效模式下可以利用水庫高液位，實現(xiàn)供水能耗的最大節(jié)約；在穩(wěn)態(tài)模式下可以發(fā)揮水庫調(diào)蓄作用。實現(xiàn)四條產(chǎn)線的平穩(wěn)運行。南市水廠通過全自動水平衡系統(tǒng)讓黃浦供水示范區(qū)的整體服務(wù)壓力更加平穩(wěn)，不僅能夠直接給市民帶來用水體驗的提升，而且能夠有效降低水管爆裂和用水設(shè)備故障的概率。

3：目前，在南市水廠的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，可以實現(xiàn)調(diào)度指令自動執(zhí)行率100%，出廠水服務(wù)壓力絕對波動值小于2 KPa，水廠能效運行模式下水庫內(nèi)存水液位波動值小于0.2米。區(qū)域水壓力穩(wěn)定，不僅能夠直接給市民帶來用水體驗的提升，而且能夠有效降低水管爆裂和用水設(shè)備故障的概率。

4：在系統(tǒng)平臺上，工作人員可以直觀地看到一家虛擬的水廠在連續(xù)生產(chǎn)運行。但是，僅僅模擬水廠現(xiàn)實運行是不夠的。通過不同場景的切換，還可以模擬各類水廠可能發(fā)生的突發(fā)事件，并通過算法加持，推演出這一事件的發(fā)展趨勢、可能對水廠生產(chǎn)運營造成的影響以及正確的處置流程。

上海城投水務(wù)南市水廠數(shù)字孿生系統(tǒng)一期建設(shè)于近日正式建成并投入生產(chǎn)運行

城投水務(wù)下屬南市水廠數(shù)字孿生系統(tǒng)一期建設(shè)于近日正式建成并投入生產(chǎn)運行，這是本市水務(wù)行業(yè)首家數(shù)字孿生水廠。該系統(tǒng)融合了三維仿真、數(shù)據(jù)交互、運行模擬、仿真控制等要素，通過對真實水廠的數(shù)字映射，實現(xiàn)運行的模擬、監(jiān)控、診斷、預(yù)測和控制，消除運行過程中的不確定性，一旦得到復(fù)制推廣，將有效助推行業(yè)和城市的數(shù)字化和智能化發(fā)展。

場景一：全過程的自動水平衡系統(tǒng)

百年南市水廠有著較好的數(shù)據(jù)積累和信息化基礎(chǔ)。作為數(shù)字孿生系統(tǒng)的一個重要組成部分，水平衡系統(tǒng)能夠自動接收來自于黃浦供水示范區(qū)管網(wǎng)模型推送的壓力需求和水量預(yù)測，通過模型計算后實現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)度方案并向生產(chǎn)系統(tǒng)下達(dá)指令，從而實現(xiàn)“按需供應(yīng)、動態(tài)調(diào)整”。目前，該全自動水平衡系統(tǒng)可以實現(xiàn)“能效”和“穩(wěn)態(tài)”兩種模式調(diào)度，在能效模式下可以利用水庫高液位，實現(xiàn)供水能耗的最大節(jié)約；在穩(wěn)態(tài)模式下可以發(fā)揮水庫調(diào)蓄作用。實現(xiàn)四條產(chǎn)線的平穩(wěn)運行。南市水廠通過全自動水平衡系統(tǒng)讓黃浦供水示范區(qū)的整體服務(wù)壓力更加平穩(wěn)，不僅能夠直接給市民帶來用水體驗的提升，而且能夠有效降低水管爆裂和用水設(shè)備故障的概率。

場景二：全指標(biāo)的水質(zhì)控制系統(tǒng)

水質(zhì)控制系統(tǒng)通過監(jiān)測水質(zhì)變化情況、預(yù)判水質(zhì)變化趨勢，識別當(dāng)前生產(chǎn)過程中的水質(zhì)風(fēng)險點，評估風(fēng)險等級、制定管控措施、形成分析報告，向相關(guān)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)自動推送水質(zhì)管控措施，從而大大提升水質(zhì)的穩(wěn)定性和管控的精準(zhǔn)度。從2021年的數(shù)據(jù)來看，在生產(chǎn)水量上升8.66%、出廠水綜合合格率100%基礎(chǔ)上，各類藥劑投加平均減少了2.6%。

場景三：全生命的設(shè)備管理系統(tǒng)

依托數(shù)字孿生水廠建設(shè)，城投水務(wù)對南市水廠內(nèi)的構(gòu)筑物、生產(chǎn)設(shè)備、管路系統(tǒng)進行了超精細(xì)三維數(shù)字化復(fù)原，利用unity3D技術(shù)和現(xiàn)場掃描方式實現(xiàn)了水廠內(nèi)1∶1的三維數(shù)字孿生，構(gòu)建了一個和現(xiàn)實水廠一模一樣的數(shù)字工廠，并對接物聯(lián)感知數(shù)據(jù)，使數(shù)字工廠里的設(shè)備情況完全與現(xiàn)實工廠同步。工作人員就可以在數(shù)字孿生平臺上，借助目光觸及技術(shù)、高清晰攝像頭以及巡檢機器人等實現(xiàn)定置化巡檢和設(shè)備的健康診斷，并能夠借助三維模型和傳感器對設(shè)備內(nèi)部進行可視化檢修。

場景四：全要素的安全管控系統(tǒng)

在安全管控系統(tǒng)中，整個水廠區(qū)域以及各類風(fēng)險點被劃分為四個不同顏色的風(fēng)險等級，并根據(jù)日常運行和施工建設(shè)情況進行動態(tài)調(diào)整。同時，系統(tǒng)中還可以實時播報當(dāng)前的氣象數(shù)據(jù)，以及對生產(chǎn)運行的影響情況。工作人員可以在數(shù)字孿生平臺上發(fā)起應(yīng)急預(yù)案演練，通過不同場景的切換，模擬水廠可能發(fā)生的各類突發(fā)事件，系統(tǒng)將推演出這一事件的發(fā)展趨勢、可能對水廠生產(chǎn)運營造成的影響以及正確的處置流程，實現(xiàn)演練的“準(zhǔn)實戰(zhàn)化”。比如，以往對水廠供電電源失電事件的應(yīng)急預(yù)案一般都是以文字形式呈現(xiàn)的，但在數(shù)字孿生水廠系統(tǒng)中，就可以將應(yīng)急處置的標(biāo)準(zhǔn)化流程實景呈現(xiàn)在大家眼前，便于工作人員的日常培訓(xùn)和模擬操練，能夠使水廠的安全管理更具體、可追溯、可評估。

場景五：全方位的綠色節(jié)能系統(tǒng)

數(shù)字孿生平臺能夠?qū)λ畯S內(nèi)各工藝段設(shè)備和儀表的用電情況進行統(tǒng)計分析，對耗電量較大的設(shè)備，在滿足水量、水壓的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化運行模式，最大限度降低設(shè)備能耗，實現(xiàn)效率提升。從2021年的數(shù)據(jù)來看，制水用電單耗下降了4.1%、出水用電單耗下降了8.69%，充分體現(xiàn)了在運維管理升級的同時所帶來的顯著的碳減排優(yōu)勢。同時，城投水務(wù)在南市水廠試行光伏項目，年發(fā)電量約為26萬度，有效降低了水廠外網(wǎng)用電負(fù)荷，也使南市水廠成為本市較早引入光伏發(fā)電的自來水廠。

    南市水廠數(shù)字孿生系統(tǒng)，是城投水務(wù)大力推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一次試水，也是行業(yè)未來發(fā)展的方向。目前，南市水廠正在緊鑼密鼓地開展國內(nèi)第一家自動化實驗室、PAM作業(yè)無人化車間、智慧安防及水質(zhì)模型等探索實踐。未來，城投水務(wù)將繼續(xù)以智慧水務(wù)實踐為城市治理、民生服務(wù)、行業(yè)發(fā)展等領(lǐng)域創(chuàng)新應(yīng)用提供有力支撐，為上海積聚高質(zhì)量發(fā)展的新動能。

數(shù)字孿生與自動化科技：給上海城投水務(wù)南市自來水廠裝上“智慧大腦”

自來水廠也能數(shù)字化嗎？近日，上海首家數(shù)字孿生水廠系統(tǒng)在有著百年歷史的南市水廠正式上線。以數(shù)字治理賦能水廠管理，提升市民百姓的用水感受，靠經(jīng)驗吃飯的傳統(tǒng)行業(yè)從此有了數(shù)字化的“智慧大腦”。

這是城投水務(wù)在本市打造的第一個數(shù)字孿生水廠系統(tǒng)，基于“一網(wǎng)統(tǒng)管”的框架和“智慧水務(wù)”的理念，依托黃浦供水示范區(qū)建設(shè)，對南市水廠的構(gòu)筑物、生產(chǎn)設(shè)備、管路系統(tǒng)進行了超精細(xì)三維數(shù)字化復(fù)原，利用unity3D系統(tǒng)實現(xiàn)了水廠內(nèi)1∶1的三維數(shù)字孿生，構(gòu)建了一個和現(xiàn)實水廠一模一樣的數(shù)字工廠，并對接生產(chǎn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)、物聯(lián)感知數(shù)據(jù)等多維實時動態(tài)數(shù)據(jù)，使數(shù)字工廠里的設(shè)備情況、生產(chǎn)情況、水質(zhì)情況完全與現(xiàn)實工廠同步。

南市水廠作為本市最早實現(xiàn)全廠深度處理的自來水廠，一直有著較好的數(shù)據(jù)積累和信息化基礎(chǔ)。而數(shù)字孿生工廠，則是把這些數(shù)據(jù)通過完整的應(yīng)用邏輯鏈串了起來，把多套業(yè)務(wù)系統(tǒng)在一個平臺上整合了起來，不僅可以對整個生產(chǎn)過程進行仿真、評估和優(yōu)化，而且可以對一些突發(fā)事件進行場景模擬，通過系統(tǒng)就能夠直接定位事件起源，分析發(fā)生原因，找到解決方案。

在系統(tǒng)平臺上，工作人員可以直觀地看到一家虛擬的水廠在連續(xù)生產(chǎn)運行。但是，僅僅模擬水廠現(xiàn)實運行是不夠的。通過不同場景的切換，還可以模擬各類水廠可能發(fā)生的突發(fā)事件，并通過算法加持，推演出這一事件的發(fā)展趨勢、可能對水廠生產(chǎn)運營造成的影響以及正確的處置流程。

比如，以往對水廠供電電源失電事件的應(yīng)急預(yù)案一般都是以文字形式呈現(xiàn)的，但在數(shù)字孿生水廠系統(tǒng)中，就可以將應(yīng)急處置的標(biāo)準(zhǔn)化流程實景呈現(xiàn)在大家眼前，便于工作人員的日常培訓(xùn)和模擬操練，能夠使水廠的安全管理更具體、可追溯、可評估。

又如，城投水務(wù)將水質(zhì)評價指數(shù)體系和食品危害分析與關(guān)鍵點控制（HACCP）體系融入數(shù)字孿生水廠系統(tǒng)。既能夠動態(tài)展現(xiàn)水質(zhì)變化情況，又能夠預(yù)判水質(zhì)變化趨勢，同時使水質(zhì)監(jiān)控的關(guān)鍵點在平臺上一目了然，無疑大大提升了水質(zhì)的穩(wěn)定性和管控的精準(zhǔn)度。

目前，在南市水廠的服務(wù)區(qū)域內(nèi)，可以實現(xiàn)調(diào)度指令自動執(zhí)行率100%，出廠水服務(wù)壓力絕對波動值小于2 KPa，水廠能效運行模式下水庫內(nèi)存水液位波動值小于0.2米。區(qū)域水壓力穩(wěn)定，不僅能夠直接給市民帶來用水體驗的提升，而且能夠有效降低水管爆裂和用水設(shè)備故障的概率。

從今年1-10月的數(shù)據(jù)來看，南市水廠在制水量同比增加7.7%的基礎(chǔ)上，制水用電單耗下降7.41%，出水用電單耗下降6.68%，各類藥劑投加平均減少5.4%，砂濾池平均反沖洗周期延長11%。這充分體現(xiàn)了智慧水廠在運維管理升級的同時所帶來的顯著的碳減排優(yōu)勢。

這樣的數(shù)字孿生工廠，是城投水務(wù)大力推進數(shù)字化轉(zhuǎn)型的一次試水，也是集團積極開展“我為群眾辦實事”活動的一個縮影。自“我為群眾辦實事”活動開展以來，城投水務(wù)聚焦企業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略路徑和市民群眾的期待愿景，切實把好事辦實，把實事辦好，通過水廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型實現(xiàn)企業(yè)管理能級提升。目前，城投水務(wù)正重點通過黃浦供水示范區(qū)建設(shè)，推動系統(tǒng)運行智慧化、水質(zhì)保障終端化、供水服務(wù)精準(zhǔn)化，重塑面向未來的水務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施和運營系統(tǒng)，不斷提升供水保障能級，不斷優(yōu)化供水終端水質(zhì)，不斷增強人民群眾獲得感。