【自動對焦：數字孿生與自動化科技】

1：數字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、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，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。數字孿生是一種超越現實的概念，可以被視為一個或多個重要的、彼此依賴的裝備系統(tǒng)的數字映射系統(tǒng)。

2：百年南市水廠有著較好的數據積累和信息化基礎。作為數字孿生系統(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)管網模型推送的壓力需求和水量預測，通過模型計算后實現最優(yōu)化調度方案并向生產系統(tǒng)下達指令，從而實現“按需供應、動態(tài)調整”。目前，該全自動水平衡系統(tǒng)可以實現“能效”和“穩(wěn)態(tài)”兩種模式調度，在能效模式下可以利用水庫高液位，實現供水能耗的最大節(jié)約；在穩(wěn)態(tài)模式下可以發(fā)揮水庫調蓄作用。實現四條產線的平穩(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備故障的概率。

3：目前，在南市水廠的服務區(qū)域內，可以實現調度指令自動執(zhí)行率100%，出廠水服務壓力絕對波動值小于2 KPa，水廠能效運行模式下水庫內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)生產運行。但是，僅僅模擬水廠現實運行是不夠的。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、可能對水廠生產運營造成的影響以及正確的處置流程。

上海城投水務南市水廠數字孿生系統(tǒng)一期建設于近日正式建成并投入生產運行

城投水務下屬南市水廠數字孿生系統(tǒng)一期建設于近日正式建成并投入生產運行，這是本市水務行業(yè)首家數字孿生水廠。該系統(tǒng)融合了三維仿真、數據交互、運行模擬、仿真控制等要素，通過對真實水廠的數字映射，實現運行的模擬、監(jiān)控、診斷、預測和控制，消除運行過程中的不確定性，一旦得到復制推廣，將有效助推行業(yè)和城市的數字化和智能化發(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據積累和信息化基礎。作為數字孿生系統(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)管網模型推送的壓力需求和水量預測，通過模型計算后實現最優(yōu)化調度方案并向生產系統(tǒng)下達指令，從而實現“按需供應、動態(tài)調整”。目前，該全自動水平衡系統(tǒng)可以實現“能效”和“穩(wěn)態(tài)”兩種模式調度，在能效模式下可以利用水庫高液位，實現供水能耗的最大節(jié)約；在穩(wěn)態(tài)模式下可以發(fā)揮水庫調蓄作用。實現四條產線的平穩(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備故障的概率。

場景二：全指標的水質控制系統(tǒng)

水質控制系統(tǒng)通過監(jiān)測水質變化情況、預判水質變化趨勢，識別當前生產過程中的水質風險點，評估風險等級、制定管控措施、形成分析報告，向相關生產工藝環(huán)節(jié)自動推送水質管控措施，從而大大提升水質的穩(wěn)定性和管控的精準度。從2021年的數據來看，在生產水量上升8.66%、出廠水綜合合格率100%基礎上，各類藥劑投加平均減少了2.6%。

場景三：全生命的設備管理系統(tǒng)

依托數字孿生水廠建設，城投水務對南市水廠內的構筑物、生產設備、管路系統(tǒng)進行了超精細三維數字化復原，利用unity3D技術和現場掃描方式實現了水廠內1∶1的三維數字孿生，構建了一個和現實水廠一模一樣的數字工廠，并對接物聯(lián)感知數據，使數字工廠里的設備情況完全與現實工廠同步。工作人員就可以在數字孿生平臺上，借助目光觸及技術、高清晰攝像頭以及巡檢機器人等實現定置化巡檢和設備的健康診斷，并能夠借助三維模型和傳感器對設備內部進行可視化檢修。

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)域以及各類風險點被劃分為四個不同顏色的風險等級，并根據日常運行和施工建設情況進行動態(tài)調整。同時，系統(tǒng)中還可以實時播報當前的氣象數據，以及對生產運行的影響情況。工作人員可以在數字孿生平臺上發(fā)起應急預案演練，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、可能對水廠生產運營造成的影響以及正確的處置流程，實現演練的“準實戰(zhàn)化”。比如，以往對水廠供電電源失電事件的應急預案一般都是以文字形式呈現的，但在數字孿生水廠系統(tǒng)中，就可以將應急處置的標準化流程實景呈現在大家眼前，便于工作人員的日常培訓和模擬操練，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)

數字孿生平臺能夠對水廠內各工藝段設備和儀表的用電情況進行統(tǒng)計分析，對耗電量較大的設備，在滿足水量、水壓的基礎上，通過優(yōu)化運行模式，最大限度降低設備能耗，實現效率提升。從2021年的數據來看，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用電負荷，也使南市水廠成為本市較早引入光伏發(fā)電的自來水廠。

    南市水廠數字孿生系統(tǒng)，是城投水務大力推進數字化轉型的一次試水，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、智慧安防及水質模型等探索實踐。未來，城投水務將繼續(xù)以智慧水務實踐為城市治理、民生服務、行業(yè)發(fā)展等領域創(chuàng)新應用提供有力支撐，為上海積聚高質量發(fā)展的新動能。

數字孿生與自動化科技：給上海城投水務南市自來水廠裝上“智慧大腦”

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

這是城投水務在本市打造的第一個數字孿生水廠系統(tǒng)，基于“一網統(tǒng)管”的框架和“智慧水務”的理念，依托黃浦供水示范區(qū)建設，對南市水廠的構筑物、生產設備、管路系統(tǒng)進行了超精細三維數字化復原，利用unity3D系統(tǒng)實現了水廠內1∶1的三維數字孿生，構建了一個和現實水廠一模一樣的數字工廠，并對接生產業(yè)務數據、水質監(jiān)測數據、物聯(lián)感知數據等多維實時動態(tài)數據，使數字工廠里的設備情況、生產情況、水質情況完全與現實工廠同步。

南市水廠作為本市最早實現全廠深度處理的自來水廠，一直有著較好的數據積累和信息化基礎。而數字孿生工廠，則是把這些數據通過完整的應用邏輯鏈串了起來，把多套業(yè)務系統(tǒng)在一個平臺上整合了起來，不僅可以對整個生產過程進行仿真、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)生產運行。但是，僅僅模擬水廠現實運行是不夠的。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急預案一般都是以文字形式呈現的，但在數字孿生水廠系統(tǒng)中，就可以將應急處置的標準化流程實景呈現在大家眼前，便于工作人員的日常培訓和模擬操練，能夠使水廠的安全管理更具體、可追溯、可評估。

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

目前，在南市水廠的服務區(qū)域內，可以實現調度指令自動執(zhí)行率100%，出廠水服務壓力絕對波動值小于2 KPa，水廠能效運行模式下水庫內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備故障的概率。

從今年1-10月的數據來看，南市水廠在制水量同比增加7.7%的基礎上，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。

這樣的數字孿生工廠，是城投水務大力推進數字化轉型的一次試水，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，通過水廠數字化轉型實現企業(yè)管理能級提升。目前，城投水務正重點通過黃浦供水示范區(qū)建設，推動系統(tǒng)運行智慧化、水質保障終端化、供水服務精準化，重塑面向未來的水務基礎設施和運營系統(tǒng)，不斷提升供水保障能級，不斷優(yōu)化供水終端水質，不斷增強人民群眾獲得感。