基于数字孪生技术的智慧污水建设管理平台应用

宁亚芸

上海城建信息科技有限公司 200120

摘要：

智慧水务系统作为在城市水务信息系统基础上的统一业务信息管理平台，已经在许多国家和地区成为完善水资源科学管理的有效载体，通过物联网、云计算等技术形成了城市污水处理综合运营管理平台，整合了污水运营企业的安全管理、水质化验、日常办公、设备管理、生产运行等环节，从而对城市排水系统的安全运行以及对城市污水的排放智能化进行有效的管控和协调。本文通过嘉兴智慧污水建设管理平台为基础对智慧污水的排放内涵以及实际应用进行了介绍，希望能够对我国智慧污水建设管理平台的设计和应用起到一定的参考价值。

关键词：数字孪生技术；智慧水务平台；应用

在当前，污水处理行业已经成为国家的新兴战略产业之一，通过国家不断推出并且推行的政策中也对污水处理提出了更高的要求，在当前行业不断加强监管以及人力成本不断上升与企业盈利模式固化的矛盾影响下，使得污水处理厂的建设、运营、管理等各个环节的发展受到了较高的重视程度，污水处理自动化技术、信息互联化技术等也亟需得到新的发展。

一、数字孪生技术的定义

数字孪生技术是将物理模型、传感器、运行历史等数据进行整合成的多学科、多物理量、多维度、多概率的过程，能够在数字虚拟空间中进行建设，从而对实体设备的全生命周期过程进行反应。因此可以将数字孪生技术称为一种超现实的概念，是多个重要的装备进行整合的数字映射系统。

数字孪生系统本身具有较强的理论技术体系，因此能够在各个领域得到较好的运用，当前在产品设计以及产品制造、工程建筑等方面得到了较好的应用，尤其是在工程建设领域以及得到了深入的研究和应用，并在智能制造领域受到了最高的关注度。

二、数字孪生技术下嘉兴智慧污水建设管理平台

（一）嘉兴污水智慧平台系统简介

嘉兴市域内经过梳理得出：在全长6156公里的市政大型污水管网中有2776公里的管网由于受到了污水输送压力管以及主干管的水位过高导致了无法进行短驳，不能进行cctv检测，其余3380公里的污水管网中有2208公里管网没有出现问题，占总体的65%，经过梳理后得出需要进行改造修复的管网长度为1172公里，占比35%。

为进一步加强污水管网运维管理，解决污水管网运维管理中存在标准不统一、多头管理、数据分散、决策支持能力不足、应急事件响应处置慢等问题，提高运行效力，降低运行成本，实现一体化运维，市建设局、嘉源集团启动了智慧水务平台建设。

BIM+GIS系统开发大屏展示，重点是基于水务业务板块的各类实时监测信息和数字资产相关信息，搭载BIM模型进行形象化展示，一方面方便在线人员查看现场模拟的环境情况，另一方面方便在线人员查看设备设施的数字资产情况，多方面辅助管理人员快速决策和指导现场工作等。

图一嘉兴污水智慧平台

泵站总共有8座主泵站，32座地埋式泵站，泵站的分布情况如上图所示。目前已完成3座泵站的展示，已开发完功能展示包含：构件的属性信息的查询，多视图功能的添加和查看，泵站运行情况的监测，以及泵站相关附件信息的查看。

图二嘉兴污水智慧管理平台泵站展示

（二）污水智慧平台系统各部分功能

1.主页

图三嘉兴污水智慧管理平台主页

主页用于展示统计、实时资讯、资产管理填报等，统计包含设备设施的统计，管段公里数的统计，监测设备的统计等。实时资讯包含各类通知，用于提醒相关人员的查看。资产信息管理用于填报相关的咨询内容，以及历史记录的查看。

2.资产文档管理

图四嘉兴污水智慧管理平台资产文档管理

资产文档管理用于对设备设施的运维附件存放，工单存放等，目的是方便业主能及时查看到相关情况。

3.BIM模型视图管理

图五嘉兴污水智慧管理平台BIM模型视图管理

BIM模型视图管理用于大屏端方便进入三维场景的某个视角做的后台维护，目的是使用者可以快速定位到需要查看的位置。

4.模型类别管理

图六嘉兴污水智慧管理平台模型类别管理

模型类别管理用于对模型添加附属字段时唯一对应关系的挂接和维护，方便使用人员可以随时在不需要更换模型的情况下修改字段。

三、基于数字孪生技术的嘉兴智慧污水建设管理平台应用情况

（一）嘉兴市智慧水务平台建设

目前，嘉兴全市智慧水务信息化管理平台主要采用了多种信息技术，如：大数据、物联网以及云计算等，使得本市的水务管理更加智能化。通过利用该平台，能够集中的收集全市的排水以及供水的数据和信息，并利用水平衡思想系统的划分到全市的每个区域。同时，在原有的基础上进行二级分区系统的规划，二级分区系统主要包含以污水泵站及其污水收集范围的一级分区以及各分区污水区域，在这些分区中设置管网智能感知设备，并有效地结合数据进行分析，进而明确各区域内的水量平衡关系，并对各个区域中存在入流入渗、偷排漏排等情况进行详细的排查；此外，还需要有效地渗透排水网格化管理思想，将责任主体和责任事项明确到位，从而在一定程度上促进本市排水管理模式朝着精细化方向发展。在排水设施管理流程上也要尽量采用管网GIS平台，进一步实现城市自动进行管网运维管理；在二环内排水管网建模时要运用水力模型系统，将再现与离线相互结合起来，进而为管网运行调度提供帮助，进一步提升全市的排水管网运行以及管理质量。

（二）监测网络

图七嘉兴市智慧水务平台监测网络

以嘉兴市城市地图作为底图，对全市的管网设施进行全要素的综合监测指标整合，能够对嘉兴市污水处理厂、排水管网污水提升泵站以及其他第三方的接入数据图层进行基于数据报表、实时运行工况图等形式的全面、实时企业排水业务运行情况展现。其中第三方接入数据主要有降雨信息、示范区自来水量、大用户自备水和自来水量、自备水、污染源、河道堤防等，运用这些检测指标能够实现对分布式生产运行过程的集中监视，实现公司及下属单位管理和生产运行情况可视、可管、可控，为公司管理层提供快速了解业务场景的全局视图，从而为运行管理与科学决策提供有力的数据支撑。

（三）管网运行监管

系统可获取排水户排口水量及水质数据，通过调用GIS地图服务将排水户位置信息集成在地图上。

图八嘉兴市智慧水务平台管网运行监管

本项目涉及了排水管网相关硬件仪表的增设，前端感知设备可通过数据远传终端实现数据的远程传输，管网运行监管系统则能将前端管网监测设备实时数据进行展示，可也查询历史数据曲线，可支持地图与二维动态图的切换展示。可通过调用已建立的管网GIS系统地图服务，获取嘉兴市排水管网资产情况、管网拓扑情况、分布情况，同时能实现对市内主干排水管及关键节点泵站的流量、液位、水质、井盖、管道气体、闸门、管网淤积情况等信息的实时监控，对溢流及内涝等风险进行预警，统计评估管网运行效率。

（四）视频安防监控

图九嘉兴市智慧水务平台安防监控

增加泵站的生产监控系统能够有效的了解现场情况，减少或者无需安排人工进行值班监视，有效节省了人力和资金支出。了解到系统的可靠性和构架的简单性问题，视频监视系统使用整个数字的管理情况。在现场前段的设备管理中，需要使用到高清摄像和视频流媒体的信号H.264协议传输。而生产视频的监控系统则需要各污水泵站的生产区域和周边环境等地点展开设备监控。不同现场摄像机需要根据光纤以太网接入在目前泵站的NVR影响中。NVR视频摄影机会记录使用24小时条件下90天的视频数据。所有视频信息可就地存储，并能通过VPN专线网络与排水公司调度中心共享。对现有的视频监控平台进行集成与整合，实现各类视频数据的集中管理、统一监控。

结语

综上所述，智慧化的排水系统就是从根本上解决排水系统信息孤岛问题，建立企业信息平台，实现节能降耗，降低成本，辅助污水处理企业实现生产运行管理、工艺优化调度、综合运营管理的信息化、智能化和规范化管理理念。希望通过本文能够对我国更多的智慧污水处理平台建设和应用起到微薄之力。

参考文献

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