上海城投集团旗下南市水厂建立水平衡控制系统及数字孪生与仿真平台

为进一步提升高品质饮用水供水能力，适应数字化转型的需求，上海城投集团选取旗下百年南市水厂作为智慧水务示范点，转变为上海市首家以数字孪生和数据模型为核心底座的多维度数字水厂。南市水厂深度运用数字孪生、物联网、大数据、人工智能等数字化技术，建立水平衡控制系统及数字孪生与仿真平台，加强对生产工艺环节的信息采集，并在海量数据中挖掘价值、并将数据价值应用于实际生产管理，提升水厂生产过程控制的数字化、智能化、精细化水平。同时，以数字孪生平台为底座，打造食品级水质管理体系数字闭环与安全生产数字管控，使得水厂生产管理质量与高品质饮用水供应能力得到明显提高，通过数字水厂建设实现提质增效、高质量发展的目标，助力万千市民享受高品质饮用水的美好生活。

南市水厂聚焦于应用数字技术，提升水厂关键生产业务环节的质量管理水平。

 

（一）搭建数字孪生与仿真平台

南市水厂采用unity 3D技术完成了全厂工艺环节、生产设备及各类管路系统的建模，利用物联技术部署感知设备，覆盖对关键工艺环节的信息监控，搭建南市水厂数字孪生与仿真平台，在虚拟空间重构水厂的数字孪生副本。平台通过对真实水厂的实时数字映射，实现生产运行的模拟、监控、诊断、预测和控制，消除运行过程中的不确定性，并通过平台对水厂员工的有效赋能，使员工可采用虚拟巡检、远程集中监控等方式，快速且实时获取关键生产环节及设备的运行状态，提升水厂的精益生产、质量管控水平。

 

（二）构建全自动水平衡系统

水量调度快速、稳定、合理是水厂供水质量的重要保障。南市水厂构建了全自动水平衡系统，让水厂调度方式发生革新，使得各制水工艺产线的自动调度成功取代人工调度。该系统采用模糊控制、大数据分析等多种算法，构建了供水量分析模型、水量分配模型、各工艺段能力与负荷评估模型、泵组优化模型等多项水力模型，同时将数理模型和机理模型相结合，以“最高的能效、最优的机泵组合以及最稳定的产线调整”为目标，采用自动计算、自动调节的智能模式，实现了水量的供需平衡及各产线制水的均衡，为全产线的自动化运行开辟新径。

 

（三）打造食品级水质管理体系

为进一步加强饮用水质量管理，南市水厂对饮用水生产全流程采用食品级安全管理措施，获得国际公认、用于食品行业生产管控的体系HACCP体系认证。将厂内所有水质监测数据均接入数字孪生与仿真平台，进行实时监控，替代常规水质监测数据获取的方式，并通过HACCP体系对关键生产环节的水质数据进行闭环管控，有效缩短了水质异常发现及处置时长。

 

（四）形成安全数字化管控模式

南市水厂以数字孪生与仿真平台为基础，搭建安全管控应用模块，对水厂生产安全风险进行数字化监控。在安全管控模块中，水厂生产区域中的各类风险点被划分为四个风险等级，不同等级的风险点采用不同颜色以区分显示，可以根据日常运行和施工建设情况进行动态调整。设立防汛防台功能，能够一览全厂排水系统运行情况、雨水排放点积水情况以及汛期危险点的液位高度，联合雨水模型、视频系统，能有力协助水厂员工完成防汛防台任务，切实保障水厂在台风汛期有序生产。搭建应急预案演练模块，借力多种数字技术和工具，代替以文字形式呈现的传统应急预案，将应急处置的标准化流程进行实景呈现，将传统的桌面推演革新为3D沉浸式演练，有效加强水厂应对生产安全风险的韧性。

 

南市水厂水平衡控制系统及数字孪生与仿真平台重点提升了生产环节质量管理能力，实现了南市水厂“按需供应、动态调整”的运行模式，增强了生产链条质量管理水平，实现水厂工艺智能运行分析、设备全流程自动化控制，确保水厂安全、经济、高效运行。同时，使供水区域范围内的整体服务压力更加平稳、确保水质质量更加稳定可靠，有效减少了供水管网爆裂的情况，提升了市民的用水体验，为城市供水安全保障提供重要支撑力量。

 

自平台运行以来，已可实现南市水厂出厂水服务压力绝对波动值小于2KPa。在生产水量增加8.66%的基础上，制水用电单耗下降了4.1%，出水用电单耗下降了8.69%，各类药剂投加平均减少了2.6%，砂滤池平均反冲洗周期延长了10%，初步达到了量质并举、节能降耗的目标，充分体现了数字技术在水厂生产、管理中的重要作用。