【自动对焦：数字孪生与自动化科技】

1：数字孪生是充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。数字孪生是一种超越现实的概念，可以被视为一个或多个重要的、彼此依赖的装备系统的数字映射系统。

2：百年南市水厂有着较好的数据积累和信息化基础。作为数字孪生系统的一个重要组成部分，水平衡系统能够自动接收来自于黄浦供水示范区管网模型推送的压力需求和水量预测，通过模型计算后实现最优化调度方案并向生产系统下达指令，从而实现“按需供应、动态调整”。目前，该全自动水平衡系统可以实现“能效”和“稳态”两种模式调度，在能效模式下可以利用水库高液位，实现供水能耗的最大节约；在稳态模式下可以发挥水库调蓄作用。实现四条产线的平稳运行。南市水厂通过全自动水平衡系统让黄浦供水示范区的整体服务压力更加平稳，不仅能够直接给市民带来用水体验的提升，而且能够有效降低水管爆裂和用水设备故障的概率。

3：目前，在南市水厂的服务区域内，可以实现调度指令自动执行率100%，出厂水服务压力绝对波动值小于2 KPa，水厂能效运行模式下水库内存水液位波动值小于0.2米。区域水压力稳定，不仅能够直接给市民带来用水体验的提升，而且能够有效降低水管爆裂和用水设备故障的概率。

4：在系统平台上，工作人员可以直观地看到一家虚拟的水厂在连续生产运行。但是，仅仅模拟水厂现实运行是不够的。通过不同场景的切换，还可以模拟各类水厂可能发生的突发事件，并通过算法加持，推演出这一事件的发展趋势、可能对水厂生产运营造成的影响以及正确的处置流程。

 

 

上海城投水务南市水厂数字孪生系统一期建设于近日正式建成并投入生产运行

 

 

城投水务下属南市水厂数字孪生系统一期建设于近日正式建成并投入生产运行，这是本市水务行业首家数字孪生水厂。该系统融合了三维仿真、数据交互、运行模拟、仿真控制等要素，通过对真实水厂的数字映射，实现运行的模拟、监控、诊断、预测和控制，消除运行过程中的不确定性，一旦得到复制推广，将有效助推行业和城市的数字化和智能化发展。

场景一：全过程的自动水平衡系统

百年南市水厂有着较好的数据积累和信息化基础。作为数字孪生系统的一个重要组成部分，水平衡系统能够自动接收来自于黄浦供水示范区管网模型推送的压力需求和水量预测，通过模型计算后实现最优化调度方案并向生产系统下达指令，从而实现“按需供应、动态调整”。目前，该全自动水平衡系统可以实现“能效”和“稳态”两种模式调度，在能效模式下可以利用水库高液位，实现供水能耗的最大节约；在稳态模式下可以发挥水库调蓄作用。实现四条产线的平稳运行。南市水厂通过全自动水平衡系统让黄浦供水示范区的整体服务压力更加平稳，不仅能够直接给市民带来用水体验的提升，而且能够有效降低水管爆裂和用水设备故障的概率。

场景二：全指标的水质控制系统

水质控制系统通过监测水质变化情况、预判水质变化趋势，识别当前生产过程中的水质风险点，评估风险等级、制定管控措施、形成分析报告，向相关生产工艺环节自动推送水质管控措施，从而大大提升水质的稳定性和管控的精准度。从2021年的数据来看，在生产水量上升8.66%、出厂水综合合格率100%基础上，各类药剂投加平均减少了2.6%。

场景三：全生命的设备管理系统

依托数字孪生水厂建设，城投水务对南市水厂内的构筑物、生产设备、管路系统进行了超精细三维数字化复原，利用unity3D技术和现场扫描方式实现了水厂内1∶1的三维数字孪生，构建了一个和现实水厂一模一样的数字工厂，并对接物联感知数据，使数字工厂里的设备情况完全与现实工厂同步。工作人员就可以在数字孪生平台上，借助目光触及技术、高清晰摄像头以及巡检机器人等实现定置化巡检和设备的健康诊断，并能够借助三维模型和传感器对设备内部进行可视化检修。

场景四：全要素的安全管控系统

在安全管控系统中，整个水厂区域以及各类风险点被划分为四个不同颜色的风险等级，并根据日常运行和施工建设情况进行动态调整。同时，系统中还可以实时播报当前的气象数据，以及对生产运行的影响情况。工作人员可以在数字孪生平台上发起应急预案演练，通过不同场景的切换，模拟水厂可能发生的各类突发事件，系统将推演出这一事件的发展趋势、可能对水厂生产运营造成的影响以及正确的处置流程，实现演练的“准实战化”。比如，以往对水厂供电电源失电事件的应急预案一般都是以文字形式呈现的，但在数字孪生水厂系统中，就可以将应急处置的标准化流程实景呈现在大家眼前，便于工作人员的日常培训和模拟操练，能够使水厂的安全管理更具体、可追溯、可评估。

场景五：全方位的绿色节能系统

数字孪生平台能够对水厂内各工艺段设备和仪表的用电情况进行统计分析，对耗电量较大的设备，在满足水量、水压的基础上，通过优化运行模式，最大限度降低设备能耗，实现效率提升。从2021年的数据来看，制水用电单耗下降了4.1%、出水用电单耗下降了8.69%，充分体现了在运维管理升级的同时所带来的显著的碳减排优势。同时，城投水务在南市水厂试行光伏项目，年发电量约为26万度，有效降低了水厂外网用电负荷，也使南市水厂成为本市较早引入光伏发电的自来水厂。

    南市水厂数字孪生系统，是城投水务大力推进数字化转型的一次试水，也是行业未来发展的方向。目前，南市水厂正在紧锣密鼓地开展国内第一家自动化实验室、PAM作业无人化车间、智慧安防及水质模型等探索实践。未来，城投水务将继续以智慧水务实践为城市治理、民生服务、行业发展等领域创新应用提供有力支撑，为上海积聚高质量发展的新动能。

 

 

数字孪生与自动化科技：给上海城投水务南市自来水厂装上“智慧大脑”

 

自来水厂也能数字化吗？近日，上海首家数字孪生水厂系统在有着百年历史的南市水厂正式上线。以数字治理赋能水厂管理，提升市民百姓的用水感受，靠经验吃饭的传统行业从此有了数字化的“智慧大脑”。

这是城投水务在本市打造的第一个数字孪生水厂系统，基于“一网统管”的框架和“智慧水务”的理念，依托黄浦供水示范区建设，对南市水厂的构筑物、生产设备、管路系统进行了超精细三维数字化复原，利用unity3D系统实现了水厂内1∶1的三维数字孪生，构建了一个和现实水厂一模一样的数字工厂，并对接生产业务数据、水质监测数据、物联感知数据等多维实时动态数据，使数字工厂里的设备情况、生产情况、水质情况完全与现实工厂同步。

南市水厂作为本市最早实现全厂深度处理的自来水厂，一直有着较好的数据积累和信息化基础。而数字孪生工厂，则是把这些数据通过完整的应用逻辑链串了起来，把多套业务系统在一个平台上整合了起来，不仅可以对整个生产过程进行仿真、评估和优化，而且可以对一些突发事件进行场景模拟，通过系统就能够直接定位事件起源，分析发生原因，找到解决方案。

在系统平台上，工作人员可以直观地看到一家虚拟的水厂在连续生产运行。但是，仅仅模拟水厂现实运行是不够的。通过不同场景的切换，还可以模拟各类水厂可能发生的突发事件，并通过算法加持，推演出这一事件的发展趋势、可能对水厂生产运营造成的影响以及正确的处置流程。

比如，以往对水厂供电电源失电事件的应急预案一般都是以文字形式呈现的，但在数字孪生水厂系统中，就可以将应急处置的标准化流程实景呈现在大家眼前，便于工作人员的日常培训和模拟操练，能够使水厂的安全管理更具体、可追溯、可评估。

又如，城投水务将水质评价指数体系和食品危害分析与关键点控制（HACCP）体系融入数字孪生水厂系统。既能够动态展现水质变化情况，又能够预判水质变化趋势，同时使水质监控的关键点在平台上一目了然，无疑大大提升了水质的稳定性和管控的精准度。

目前，在南市水厂的服务区域内，可以实现调度指令自动执行率100%，出厂水服务压力绝对波动值小于2 KPa，水厂能效运行模式下水库内存水液位波动值小于0.2米。区域水压力稳定，不仅能够直接给市民带来用水体验的提升，而且能够有效降低水管爆裂和用水设备故障的概率。

从今年1-10月的数据来看，南市水厂在制水量同比增加7.7%的基础上，制水用电单耗下降7.41%，出水用电单耗下降6.68%，各类药剂投加平均减少5.4%，砂滤池平均反冲洗周期延长11%。这充分体现了智慧水厂在运维管理升级的同时所带来的显著的碳减排优势。

这样的数字孪生工厂，是城投水务大力推进数字化转型的一次试水，也是集团积极开展“我为群众办实事”活动的一个缩影。自“我为群众办实事”活动开展以来，城投水务聚焦企业发展的战略路径和市民群众的期待愿景，切实把好事办实，把实事办好，通过水厂数字化转型实现企业管理能级提升。目前，城投水务正重点通过黄浦供水示范区建设，推动系统运行智慧化、水质保障终端化、供水服务精准化，重塑面向未来的水务基础设施和运营系统，不断提升供水保障能级，不断优化供水终端水质，不断增强人民群众获得感。