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基于数字孪生的智慧水厂建设研究

摘要：智慧化是各行各业的发展方向，水厂也不例外。由于数字孪生技术的应用能够进一步提升水厂智慧化水平，所以在时代的发展下，该技术被应用于智慧水厂建设中。但受一些因素影响，智慧水厂在建设过程中仍存在一些问题，对水厂的智慧化程度、生产效率造成了直接影响。基于此，本文就基于数字孪生的智慧水厂建设进行了深入研究，以供参考。

关键词：数字孪生技术；智慧水厂；建设

引言：智慧化建设是时代发展的必然趋势，是在激烈的市场竞争中脱颖而出的有效路径，是企业长远稳定的发展的基础。所以，水厂结合实际情况走上了智慧化道路。因数字孪生技术为智慧化技术的一种，在智慧水厂的建设方面有着一定优势，所以，下列就基于数字孪生的智慧水厂建设进行研究，旨在为相关工作人员带来启发，在发挥数字孪生技术的优势的同时完成智慧水厂的有效建设。

1.数字孪生技术对于智慧水厂的价值

数字孪生技术简单来说就是将数字化方法利用起来，在数字世界构建与现实世界相符的水厂的技术。该技术能够帮助相关工作人员对水厂进行深入了解、有效分析，并基于实际情况进行优化。比如，基于Bim的三维数字物理模型、传感器协议数据传输等数据，可将水厂设施映射于数字化虚拟空间中，做到虚实结合。又如，借助bim三维可视化平台，可做到实转虚、虚空实，进一步加强生产管理的有效性。再如，数字孪生技术可对生产数据进行有效挖掘，并在一定程度上增强水厂决策的科学性、合理性。最后，将信息流集成当作基础，可建立科学可行的智能水厂运行体系。

2.水厂智慧化现状

就目前情况而言，水厂建设发展过程中存在一些问题，如：控制系统相对繁琐、设备故障率相对较高、容易出错等。所以，在运营管理过程中，需配置较多工作人员。而在进行运营管理时，水厂会以结果为导向，忽视对过程的监管，导致对人工的依赖性较强，导致过量曝气投药的现象，导致整体能耗、药耗成本大大提升。在这种情况下，水厂的数字化程度较低，且其生产效率与理想存在较大差异。

3.基于数字孪生的智慧水厂技术体系

基于数字孪生的智慧水厂基础层、平台层、应用层组成，涉及到的内容有三，一为数据保障，二为数据融合与仿真，三为最终功能交互。其中，基础层、平台层、应用层分别是基础条件、核心环节、呈现方式。在智慧水厂技术体系中，基础层为出发点，且每一层以前面一层为基础，并对前面一层的功能进行了丰富及拓展。

通过建立水厂模型，并将其构建于生产管理体系中，可为运营生产管理平台中做到生产的有效调度、优化、调整。就设备管理而言，可通过模型模拟了解设备的运动、工作状态，实现机械与电气联动。数字孪生技术能够使传统的plc控制设备更进一步，比如，通过安装、部署数字传感器，可做到实时采集、分析各类数据。又如，通过管理系统的大数据分析可对无法进行直接测量的指标进行有效预测，从而解决当前运营管理中存在的问题。

在该过程中，相关工作人员需将数字化手段利用起来，对产品进行建模；需采用适合手段对运维阶段的关键指标进行分析及研究，从而真正的掌握产品具体情况；需将vr、AR技术等利用起来，对水厂的问题进行及时分析、解决。数字传感器能够做到实时采集水厂运行环境、工作状态，并对各阶段的问题、故障进行有效处理。

通过相关仪器的应用对各类仪表的实时参数进行采集，并以此构建可视化远程监控，通过人工智能技术对其趋势进行预测，从而达到优化系统维修策略、备品备件管理策略的目的。

4.基于数字孪生的智慧水厂关键技术

4.1工艺建模和优化系统

专家智能决策系统的功能包括但不限于：定制化建模、水厂运行能耗仿真、多样化的可视配置交互、工艺优化决策等。该系统通过优化水处理工艺及高级控制软件的利用进行水厂工艺运行情况的建模、仿真，因此可在一定程度上为水厂进行运营管理提供决策支持，并对水厂运行效果进行有效预测。处理工艺优化系统以处理流程为依据进行数字模型的建设，以相关数据为模型输入参数可对水厂运行状况进行仿真、诊断、优化，从而确保水厂出水水质与相关标准相符，并达到节能降耗的目的。

4.2设备健康检测诊断系统

设备健康检测诊断系统可对水厂设备的运行情况进行实时监督、有效预测，从而做到及时发现、有效处理故障，进而减少设备停机时间、降低机器设备的维修成本。具体而言，可建立关键设备在线健康状况监测与分析评价系统，对设备的运行状况进行实时监测，做到及时预警降低关键设备的事故的发生率。同时，可将多信息融合技术充分利用起来，对关键设备的运行状态进行有效评估，做到智能、精确诊断，从而大大减少设备维修时间，使设备可长期稳定地运行。

4.3虚拟现实与呈现

Vr交互与工业仿真三维引擎相融合，可实现人——机——环互动的有效方式。最基础的应用便是将vr技术应用于巡检工作中，将现实工厂多角度的全方位地投影到vr世界中，根据三维可视化数字孪生系统身临其境地对水厂设备、管网布置情