摘要：当前，以数字孪生为主的数字技术日趋成熟。 为使长江水环境治理“长效稳定”，上海科学院在长江保护试点城市九江市的水环境治理中采用了智慧水务的先进理念。长江。 搭建了基于数字孪生技术的智慧水务平台。 通过数字孪生技术构建九江市“一张图”数据库，结合5G物联网、水力模型、云计算技术，应用智慧水利平台，新增河流水情、水质、区域雨情、水泵等信息水管理站运行、管网等数据实时监测、九江市城市水环境实时时空模型，完善“厂、网、河、水”联动治理和一体化运行“湖岸”，实现了水体治理的实时监管和科学辅助决策，奠定了坚实的基础，为未来智慧水务建设提供了经验参考。
关键词：数字孪生技术； 数据库； 智慧水务； 大力保护长江； 九江
数字孪生是从密歇根大学教授提出的“信息镜像模型”开始演变而来的。 美国国防部率先将数字孪生技术用于航空航天器的健康维护和保护。 它通过数字空间和集成传感器建立真实的飞机模型，将飞机的真实状态与数字空间同步测绘，并通过数据模型驱动实现对飞机未来状态的预测。 同时，数字孪生技术还可以用于新的或重构的物理实体的数字表达。 通过构建物理对象的数字模型，结合传感器数据和模型算法，可以实现物理对象的数字孪生体的虚拟构建，可用于物理实体的模拟、模拟和模拟。 优化和预测。
数字孪生技术诞生之初，由于计算机、通信、物联网等技术瓶颈，数字孪生技术的应用主要集中在小尺度物理模型，比如例如飞机、汽车制造和数字化工厂。 随着技术的进步，特别是云技术、物联网和5G技术的发展，数据存储和传输的速度大大提高，数字孪生技术逐渐应用到城市级甚至分水岭级的规模，比如智慧村庄、智慧城市。 ，甚至智慧流域的概念也逐渐被提出。
智慧水务属于智慧城市范畴。 于2014-2015年首次提出，主要应用于水厂数字化改造和城市供水管网渗漏预测。 随着我国新基建理念的提出，对数字化、智能化的要求越来越高，智慧水务概念的外延逐渐扩展到工厂、网络、江河湖泊（银行）等系统。 如何实现不同子系统模型的构建、数据映射、模型驱动和数据管理成为科技人员亟待解决的问题。
本文以九江智慧水务的应用实践为例。 通过九江智慧水务平台建设，以数字孪生技术为核心，打造九江市中心城区数据基础。 中心城区水环境时空模型实现了智慧工程、智慧资产、智慧监测、智慧决策、智慧评价的应用，为未来智慧水务建设提供经验参考。
1 总体设计
1.1 城市现状
九江市位于江西省北部，赣、鄂、皖、湘四省交界处。 素有“三河入海口、七省通衢”之称。 江南名城。 九江是长江沿岸首批对外开放的五个城市之一，长江经济带重要节点城市，国家领导确定的长江大保护试点城市之一。长江经济带发展集团办公室. 目前，九江市城市水环境系统存在生态系统功能脆弱、水体黑臭、水体富营养化、城市内涝、水质性缺水等诸多问题。
1.2 设计内容
作为长江保护工程首批实施的试点项目，九江市水环境系统综合治理项目一期投资约77亿元，项目占地面积220平方公里包括九江中心城区水利基础设施建设及管网改造、工程数字化和平台系统建设等。九江市智慧水务项目预计采用厂、网一体化的先进排水模式河湖（岸），泥水并重的资源再生模式，管河河湖一体化的综合治理模式，连接五湖的清洁源流水模式。 为对促进沿江城市生态环境保护和可持续发展发挥强有力的引领和示范作用，我们将对“市政管网升级改造模式”和智慧管控模式进行详细研究。
九江智慧水务平台设计围绕全市“水安全、水资源、水环境、水生态、水文化”五位一体战略应用，综合应用地理信息系统、互联网等新兴技术物联网、云计算和大数据。 ，汇总利用营销、呼叫中心、管网运维等众多数据，以数据平台和应用平台为框架，实现对江河、湖泊、污水厂、水闸、泵站、储罐、管网、气象等水利基础设施及水文、水质、水压等水情自动监测，实时调度、网络化服务、系统化管理、科学决策、标准化服务。
1.3 整体架构
九江智慧水务总体实施思路是基于“一云”、“一网”、“一图”、“五中心”、“一账本”的“11151”总体框架（图1）。 在现代化基础设施建设统一规划下，将在九江地区开展试点。 在排水管网节点部署自动监测设备，形成监测感知网络，并通过GIS+BIM技术构建数字孪生地图。 满足各级管理部门需求，建设项目管理、智能感知、水务应用、决策支持、展示宣传五个中心。 创新管理思维模式，构建绩效指标考核体系，围绕长江大保护核心目标在九江市开展示范应用。
图1 九江智慧水务总体框架
九江智慧水务平台利用长江生态云中心平台统一提供的计算、存储、网络、物联网感知等资源服务，开展九江本地监测数据采集对接、GIS+BIM基础数据对接、水资源和城市供水。 将污水、雨水、河湖、中水防洪系统、城市蓝线管控空间等要素有机整合，标准化产品调用和定制化开发，集约建设长江智慧水务服务河流大保护通过创新共建共享模式、规范管理、共享服务、一体化运营实现。
2 平台建设内容
为实现九江市水务治理“长治久安”的目标，以数字孪生技术为核心，基于实景建模、GIS+BIM、5G物联网相结合的智慧水务平台、水力模型和云计算建立。 基于长江智慧水务总体架构，进行技术系统架构设计，主要包括智能感知层、基础设施层、数据共享与分析层、应用使能层、智慧应用层。 具体技术架构如图2所示。
图2 九江智慧水务平台技术架构
九江智慧水务平台数字孪生技术的应用以数据为核心，主要通过资产、项目、系统的数字化表达，运用物联网、机器学习、人工智能等手段来实现项目和资产的数字化表达以及双向沟通。 信息同步具有统一、可信、易于获取的特点。 在项目的整个生命周期中，所有参与者都使用相同的数字孪生对象来实现工程信息和数据的一致性和同步。 通过对当前和过去数据的分析，提高项目和资产的可靠性、抗风险能力和生产力上海能耗管理系统价钱，平台数据架构如图3所示
图3 九江智慧水务平台数据架构
2.1 数字环境建设
数字孪生技术从生成数字模型开始，添加更多数据集是关键。 为了克服传统二维管理平台可视性低的弊端，该平台数字化基地建设采用无人机倾斜摄影技术，开展九江市域项目范围内的图像采集工作。构建九江整个建设区域的地理、地貌、设施数字化实景模型（图4），替代以往GIS二维环境底图，实现数字化三维环境构建。 作为工程相关数据，BIM设计的“底图”为九江市中心区水环境综合整治打造了基于“一张图”的智慧水务实施蓝图。
图4 九江智慧水务平台3D实景模型
2.2 数字模型构建
在数字环境建设的基础上，为满足数字孪生模型数据的要求，平台设计依据区内已建、在建和新建水务项目的初步设计图和施工图。项目范围完成数字模型建设。 其中测绘专业、结构专业、水机专业、给排水专业利用BIM设计软件搭建污水处理厂厂区结构模型、工艺设施模型、厂区地形模型。 利用平台协同设计和碰撞检测来提高在建项目和新项目的设计和施工质量。 通过漫游和碰撞检查找到总装模型设计的异常点，然后使用注释并处理这些碰撞点。 开发统一设计平台，定制标准组件库和Paa风格，结合推送实现标准化设计。 同时，在工程数字化的基础上，采用数字孪生技术，通过iModC发布BIM模型并上传至智慧水务云平台，实现Web端和移动端的数据访问和共享，方便了BIM模型与GIS平台、物联网系统的结合。 这样引入智慧水务平台，实现基于GIS+BIM+物联网技术的智慧水务“一张图”应用系统。 具体结果如图5所示。
图5 基于智慧水务的建设模型
2.3 物理数据映射
在物理实体模型和数字模型构建的基础上，为了进一步完善数字孪生的数据信息，方便后期模型驱动，本研究融合BIM和GIS的应用，实现数字孪生的映射。 GIS物理数据与实体模型和数字模型。 同时，提高长期项目和大型区域项目的管理能力。 通过GIS，宏观上将单体建筑的BIM应用拓展到智慧水务等更广泛的工程领域。
利用GIS+BIM信息技术，整合多源、不同格式、不同空间尺度的数据，针对管网、泵站、储水池、污水厂等水设施管理中涉及的海量设施数据和空间，和监控设备。 建立此类数据的管理、浏览、查询和空间分析功能，更加高效、全面、丰富、详细地展示和分析大量水设施数据，提供详细的、不同尺度、不同展示的基础数据支持模式，具体结果如图6所示。
图6 基于Gin+BIM的城市排水系统精细化管理
2.4 感知数据映射
数字孪生技术与以往的仿真技术最大的区别在于感官指标的映射，从而创建实时的“真实”虚拟环境。 本文利用5G物联网技术，采集水安全、水资源、水环境、水生态四个方面的实时在线智能监测和感知（水位、流量、水质等）数据，并建立覆盖九江市中心城市水环境的综合管理体系。 该项目的智能传感网络将提高九江市水务部门的信息采集能力，提高九江市水资源调度、水环境改善、防洪排涝管理的响应能力。
九江市中心城区城市水环境系统综合治理一期工程智能传感网监测内容见图7。
图7 九江智慧水务平台智能感知网络监控内容
2.5 智能应用
运维效率低、调度薄弱、缺乏考核评价机制是很多水务管理公司和政府部门面临的主要困难。 九江智慧水务平台从业务应用需求出发，结合智能化技术手段，设计了一系列智能化应用系统子系统，旨在实现城市排水系统精细化管理、水环境治理新突破。
a) 综合展示。 基于GIS+BIM技术，对水环境治理规划、水利设施建设、水利运营管理等多个方面进行可视化管理，并制作综合展示图。
B) 智力资产。 在工程数字化的基础上，进行设施资产的智能化应用。 利用GIS+BIM等信息技术，提供污水处理厂、地下管网、防洪排涝设施、监控设备等水利设施的管理、浏览、查询和空间分析功能，以及管理、浏览海量设施数据和空间数据的查询和空间分析。 为城市水务设施的运行管理、模拟分析和联合调度提供不同尺度、不同展示方式的详细基础数据支撑。
C) 智能监控。 通过接入在线监测数据，对厂、网、江、湖岸进行一体化监控，及时发现设施运行中的突发情况，有利于事故的快速预警、追溯和追踪，并有利于管理部门的处置。排水事故预警和处置能力有所提高。 。
d) 明智的决策。 基于在线监测数据，通过水环境模拟建模，高效分析污染源扩散、内涝、基础设施水容量等，形成智慧决策大脑，帮助管理者预测灾害、事故、突发事件的后果。 管理者可以准确地做出决策和指挥。 同时结合移动应用，处理工作快速、灵敏、协调。
e) 智慧评估。 通过污水厂、管网、流域、排污口的监测数据以及流域遥感数据，进行数据分析和流域生态分析，综合评价城市水环境系统治理项目的实施效果，为城市水环境系统治理项目的实施效果提供评价和依据。分析为项目的正常运行提供保证。
3 创新示范应用
利用数字孪生技术构建的九江智慧水务平台实现了以下三个方面的新技术实践。
a) 城市供水设施数字化。 九江试点期间，市政地下管网数据基于GIS技术，完成了九江地区现有地下排水管道共计453.258公里的GIS建模，完成了城市管网数据数字化。 采用倾斜摄影技术，覆盖十里河、梁河流域和彭泽地区，飞行272架次，采集照片7万余张，航拍影像覆盖九江中心城区80平方公里，并在周边构建了精度3厘米的航拍图。芳兰地区、白水湖地区倾斜摄影模型完成了城市基础背景数据的三维数字化。 基于BIM技术，围绕芳兰污水处理厂、储水池、污水提升泵站等地下排水管网构筑物，将BIM成果贯穿于工程设计、施工和竣工。 在工程设计过程中，通过BIM设计模型审核、碰撞检查等手段可以发现工程设计问题，减少施工变更，节约成本。 同时，通过导入GIS管网数据，自动形成3D管网模型。 通过GIS+BIM技术的结合，将管网和水利基础设施的3D BIM模型导入到实景数字环境中，为基于GIS+BIM的水利设施数字化演示应用（图8）提供基础工程基础设施运维管理的数据调用和服务。
图8 九江基于GII+BIM的水务设施数字化
B) 基于数字孪生技术的资产管理。 从项目采集和设计初期，制定标准化的数据采集模板和设计规范，通过标准的数据处理流程和数据质量检查，通过编码将设施设备的基本信息与数字模型链接起来，形成数字孪生模型，实现不同类型、不同阶段的数据存储和管理，并在Web端完成模型轻量化转换，实现水利设施设备资产的可视化管理，如图9所示。
图9 基于数字孪生技术的Web端设备资产管理
C) 水力模型与3D实景结合，打造数字孪生业务动态模拟。 九江市根据城市水务和水环境数据海量、多类别、模糊性、时空过程、动态更新频繁等特点，利用Flood构建了不同尺度的实时动态水动力模型，模型通过高性能计算集群完成多任务、多用户并发分布式实时计算，快速准确地实现管网水力学、地表水流、河网等多种模型的统一管理、统一分析和调用和渠道、水质传输和水生态。 同时，水动力模型根据监测或预报数据实时在线进行动态模拟计算，实现城市电厂、车站、河流联合调度、泵、闸、管优化调度等业务功能管网、城市内涝预测、管网、河流水质输送计算等。 该模型与3D实景模型相结合，面向城市内涝业务，实现3D可视化的实景动态模拟，如图10所示。
图10 城市内涝实时动态模拟
4 -SW智慧水务能效管理平台
4.1 平台概述
安科瑞电气拥有从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态系统。 -SW智慧水能效管理平台在污水厂源头、管网、负荷、存储、收费等各个关键节点安装保护、监控、分析。 、处理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，监测主要耗能设备能效，保障污水厂可靠运行，提高污水厂能源效率，为污水处理能效管理提供科学、完善的解决方案。
4.2 平台构成
智慧水务综合能效管理系统由变电站综合自动化系统、电力监控及能效管理系统组成，涵盖水务中压变配电系统、电气安全、应急供电、能源管理、照明控制、设备运维等等，贯穿水务能源 通过一套平台和一个APP，帮助运维管理人员实时了解水务配电系统的运行状态，可应用于水务物流的管理需求根据主管部门的规定。
4.3 平台拓扑
4.4 平台子系统
4.4.1 变电站综合自动化系统及电力监控
对水配电系统中35kV、10kV电压等级配置继电保护和电弧保护，实现遥测、遥信、遥控、遥调等功能，并对异常情况及时预警。
监控变压器、水泵、风机的电流、电压、有功/无功功率、功率因数、负载率、温度、三相平衡、异常报警等数据。
4.4.2 电能质量监测与控制
供水系统中大量的大功率电机和水泵造成配电系统中产生大量谐波。 通过监测配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容限指标来分析电能质量，并配置相应的电能质量控制措施，提高供电的电能质量。
4.4.3 电机管理
电机监控实现水务电机的保护、遥测、遥信、遥控功能。 电机保护器可以对过载、短路、缺相、漏电等异常情况进行保护、监测和报警。 高效、准确地反映故障状态、故障时间、故障位置及相关信息，对电机进行健康诊断和预防性维护。 同时支持与PLC、软启动、变频器等配合，实现对电机的自动或远程控制，监视和控制各种工艺设备，保证正常生产。
4.4.4 能源管理
建设水务计量系统，展示水务能源流向和能源消耗情况，通过能源流向图帮助水务分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域。
将所有与能源相关的参数集中在一个看板中，从多个维度进行对比分析，实现各工艺环节的能耗对比，帮助领导掌控全厂的能耗、能源成本、标煤排放等。
污水厂、水厂、水泵站等水务、电、水、气、冷、热等能耗数据统计，同比对比分析，计算能耗总量和能源强度，计算标准煤和CO2排放量的统计趋势。
能效分析按照三级测量框架进行，满足能源管理体系要求，可以分析各车间/职能部门的能效水平，如同比、环比等环比、对标等。通过系统采集的污水处理产量和能耗数据，生成污水单耗的趋势图，以及同比和环比——进行环分析。 同时，污水单耗对标行业/国家/国际先进指标，方便企业根据产品单耗调整生产工艺，从而降低能耗。
4.4.5 智能照明控制
系统为污水厂、水厂、水泵站等提供照明控制管理解决方案，支持单点控制、区域控制、自动控制、传感器控制、定时控制、场景控制、调光控制等多种控制方式。 自动识别日出日落时间实现自动控制功能，尽可能利用自然光，实现室内及工厂照明的智能控制，达到安全、节能的目的。
4.4.6 电气安全
①电气火灾监测：监测配电系统电路的漏电流、电缆温度，实现污水厂、水厂、水泵站的电气安全预警。
②消防应急照明及疏散指示：根据预先设定的应急预案，快速启动疏散预案，引导人员疏散。 系统接入消防应急照明指示系统的数据，通过平面图显示疏散指示灯的工作状态和异常情况。
③消防设备电源监控：监控消防设备工作电源是否正常，确保发生火灾时消防设备能够正常投入使用。
④防火门监控系统：防火门监控系统集中控制其终端设备，即防火门监控模块、电动闭门器、电磁脱扣器的工作状态，监控疏散时防火门的开启、关闭及故障状态。通道实时显示，并显示终端设备开路、短路等故障信号。 系统采用第二条消防总线将具有通讯功能的监控模块相互连接起来。 When the has a short , open and other , the fire door can send out an alarm , the alarm and save the alarm , . 可靠性。
4.4.7
, water , water pump and other and , smog, water , video, UPS room gas and early , to the safe of , water , water pump , etc. When the of gas or gas the , the fan or fresh air can be to and a good water .
4.4.8
Real-time of , , power and other of each of the low- grid- and the of the , , input DC , DC , and DC power of each on the DC side of the , AC , AC , , power , power , and power are , and the data of the above- are drawn in a line.
with the of the area, the the of on roofs and 3D or 2.5D plans, the of boxes, grid , and the of each roof.
4.4.9
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Green water and green are and . With China's on the , there will be more and more urban smart water based on twin . How to use data to water and will be China's . The huge and faced by . This paper the of smart water twin . It has , model and data , data- - and other . It is to for China's smart city .
中国移动吉林公司（以下简称吉林移动）作为国有大型骨干企业和省内主要通信运营商，始终坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，与中国移动集团公司共创世界一流“强国大厦” 为引领和加快数字智能化转型、实现高质量发展，积极探索行业绿色低碳发展，不忘履行社会环境保护责任，充分发挥网络强省、数字吉林、智慧社会主力军作用，为吉林省国家全面振兴作出积极贡献。
自2007年启动“绿色行动计划”以来，吉林移动一直坚持以节能环保为核心，通过持续精细化管理、节能技术推广实施吉林商场能耗管理系统，为企业健康可持续发展保驾护航。并积极探索和创新。 截至2022年底，吉林移动累计实施节能措施60余项，单位通信业务综合能耗下降20多个百分点，减少碳排放50万吨。 多次获得通信企业协会、中国绿色通信大会、中国移动集团公司的先进表彰。
党的十八大以来，党中央、国务院高度重视生态文明建设，先后作出一系列重大决策部署，取得重大进展和积极影响。推动生态文明建设取得成效。 2020年9月22日，国家主席习近平在第75届联合国大会上宣布，中国将力争2030年二氧化碳排放达到峰值，力争2060年实现碳中和目标。这是中国移动义不容辞的责任和使命，也是高质量发展的内在要求。 面对新形势新要求，吉林移动将认真贯彻落实中央决策部署，将“绿色行动计划”升级为“C²三能计划”，助力实现碳中和高峰期目标按照“三能六绿”的发展模式减少碳排放。 同时，积极参与碳核查、碳披露、碳交易，助力生态链整体绿色转型。 加强产学研用合作，形成上下游、大中型企业合力，赋能千行百业实现碳中和，助力大幅减排。
