一、数字孪生技术背景

根据国家和江苏省相关要求，要把握数字化、网络化、智能化方向，推动制造业、服务业、农业等产业数字化，利用互联网新技术对传统产业进行全方位、全链条的改造，提高全要素生产率，发挥数字技术对经济发展的放大、叠加、倍增作用。因此，水务产业数字化转型是水务现代化的必然选择。华衍水务（中国）有限公司以“水务+互联网”为发展模式发力数字化转型，以工业4.0标准推进“数字孪生”智能水厂全覆盖建设，从安全生产、管网运行、资产维保、客户服务、综合调度等方面全方位、全链条提升营运效能，迈向“绿色低碳、节约高效、智慧发展”之路。基于数字孪生水厂建设成果，华衍水务下属合资企业荣获全国水务行业唯一的国家级“信息化与工业化两化融合试点及贯标企业”、“江苏省示范智能车间”（江苏省首家水司）、水厂工控网络等保2.0三级认证等多项荣誉或认证。同时，数字孪生水厂建设成果也在华衍水务集团内其他企业及全国多家水务公司得到成功复制，应用成效得到广泛认可。

二、数字孪生水厂基础原理

数字孪生水厂是以实际水厂为蓝本，整合了水厂全方位数据，通过机理模型分析和大数据分析等方法，将水厂过去、现在和未来的状态进行直观呈现和预测，并结合专家系统提出建议，为运营管理提供决策支持，实现水质可控、管理高效、成本优化和产能挖潜的目的。

图1数字孪生水厂

三、华衍水务数字孪生水厂的三大特性

1、高精度仿真

基于数字孪生技术，将水厂建筑、设备、地下管线等“实体”进行1:1数字建模，真实还原厂区形状结构和位置关系。利用IOT物联网技术实时采集叠加水厂工艺、设备、人员相关数据，以虚拟数字化形式呈现水厂实时运行状态。

2、与业务深度融合

数字孪生水厂与水厂业务管理有机融合，构建了工艺分析、水质全过程管控、能耗分析、巡检、设备维护、安防管理六大管理模块，实现水厂全业务与数字化深度融合。

3、数据模型驱动

基于水厂工艺大数据和设备运行大数据，利用人工智能模型，构建了水量预测、智慧节能、智能加药、工艺停留四大生产模型，以数据驱动业务管理，实现水厂全环节安全管控、全链条低碳运行，助力水厂节能降碳、减员增效，全年出厂水质稳定达标，为实现华衍水务精细化运营管理，提供了有力支撑。

四、数字孪生水厂的场景和应用

1、生产全过程水质监控管理

实时监控“进厂水→沉淀池→砂滤池→炭滤池→出水泵房”生产全过程。一旦发现浊度、余氯、pH、CODMn等指标与LIMS化验室数据对比出现异常时，自动通过邮件或短信预警报警，自动发起工单及时处置，确保各环节水质可感可控。

图2数字孪生水质监测

2、设备预防性维护管理

对厂区设备、仪表进行全生命周期管理，可实时查看设备资产卡片、实时运行工况及维修保养记录。通过加装振动、温度、噪音传感器，基于数据趋势分析建立预防性维护策略，判断设备运行状态。发现异常趋势自动发起巡检工单，确保重要设备的安全稳定运行。通过建立数字孪生水厂设备预防性管理策略，年被动维修率下降了23%，有效提升了资产寿命，降低维护费用。

图3水厂设备实时数据

3、全方位的绿色节能运行

以水厂历史水量大数据为基础，结合天气情况、节假日等因素，采用LSTM人工智能算法，实现对供水区域未来24小时内每小时的需水量预测（平均偏差率≤2%），基于水量预测的每小时预测结果，结合送水泵的定速/变频泵高效区、泵组健康状态，自动生成最优开泵方案，实现节能降碳运行，全年配水电单耗下降超过3%。

图4送水泵房节能方案

4、AR智能巡检

传统巡检模式是通过人工在水厂逐一查看设备数据，并手抄检查记录报表，工作强度大、效率较低、出错率高。针对传统水务巡检的痛点，量身打造了水务AR智能巡检系统，采用双目AR眼镜并结合5G技术开展可视化巡检，帮助巡检人员及时了解设备状态、实时记录反馈和异常自动派发工单，并且实现了运用远程专家诊断系统帮助一线人员快速处理问题的功能。

五、结语

在未来，华衍水务将秉持绿色低碳的发展理念，以数字化转型为驱动，全面推进全流程、全系统、全业务低碳运营研究与实践，基于数据画像发挥数据价值，打造全国领先的数字化、网络化、智能化水厂标杆，为“双碳”目标的达成作出贡献，以更优质的服务提升人民获得感、幸福感。