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一、循环水节能技术 二、智慧水务 1. 数字孪生水厂 2. 智慧运维管理平台 3.自来水节能技术解决方案 4. 污水处理厂节能技术解决方案（精准曝气、精准加药等） 5. 管网GIS系统 三、厂网河湖智慧调控平台 四、城市雨洪数字孪生技术解决方案 五、长距离输调水工程安全调度与智慧运行技术解决方案 六、水库枢纽安全监测数字孪生技术解决方案 |
循环水AI智控节能技术解决方案
由于水泵全年采用工频和变频状态下全速运行，固定工况下造成能量的较大浪费，系统存在较大的节能空间。
1、节约能耗30%~55%；
2、安全限幅保护水泵安全运行。
1、江苏泰兴某化工厂（实测总流量：420m³/h），改造后，节省电费约44%。
本方案采用的“AI自适应恒温差智控系统”，并非传统的PID控制，是一套融合了机理模型与数据驱动的先进控制系统。
它不再依赖人工设定固定的频率或压力，而是像一位经验丰富的“老法师”，实时感知工厂的热负荷变化，自动寻找当前工况下的全局最优解。系统以“供回水温差”为核心被控变量，以“管网阻力特性”为约束条件，以末端压力为目标，每秒动态调整水泵转速，确保在满足工艺需求的前提下，电机功率始终处于最低点。
系统的核心控制逻辑基于以下闭环流程：
核心控制逻辑公式表达：
实时采集供水温度 T_供、回水温度 T_回，计算实际温差 ΔT_实。
利用温差偏差动态推算所需流量，无需物理流量计。
系统实时监测当前静压 ，动态计算最低安全频率。若计算出的运行频率低于此值，强制锁定在此频率，彻底杜绝因频率过低导致的出水止回阀打不开或水体倒流事故。
决策层（AI大脑）：
1、温差控制
设定值 (SP)：目标温差10℃
反馈值 (PV)：实时温差（ T回-T供）
流量需求推导：温差小于设定值，流量偏小，温差大于设定值，流量偏大，流量实时动态PID调整
2、前馈补偿：压力模型计算
扬程解算：根据目标流量，代入阻力模型 H_需 = H_静 + S × (Q_目)²，计算所需扬程。
频率映射：查询泵性能曲线，反推满足 (Q_目, H_需) 所需的电机频率 f_令。
安全校验：判断 f_令 是否低于临界频率 f_ min（保证关死点扬程 > 系统静扬程 + 安全值），若低于则强制提升至 f_ min。
3、执行层：
PLC输出指令至变频器，平滑调整电机转速。
系统进入下一个采样周期（每秒数次），形成高频闭环，直到当前温差符合要求，自动调整到最佳频率。
4、自动加减机逻辑：
自动轮换逻辑：系统记录每台泵的累计运行时间。
故障互备：任何一台泵发生故障（过载、缺相），系统毫秒级切除故障泵，并自动投入备用泵，保证生产不停车。
1. 动力侧改造：改造旨在通过“变频智控”替代“人工节流”，消除无效扬程，实现按需供水。重点对主运行泵加装高压/低压变频器（视电机电压等级而定），实现单泵宽范围调速。
2. 控制侧升级：新建AI智控柜，部署PLC控制器、高精度传感器（温度、压力），并植入自主研发的“恒温差-恒压-最小功耗”三维耦合控制算法。
3. 管网优化：配合改造进行水力平衡诊断，建议清洗关键过滤器，消除异常阻力，为低频运行创造物理条件。
4. 联动扩展：集成水泵参数以及温度压力等数据，以及相关生成数据建立节能高效生产智慧管理平台。
5. AI学习机制：系统具备“越用越聪明”的特性，具备数据记忆功能，自动记录不同季节（冬/夏）、不同负荷下的最佳运行参数组合。策略迭代，随着运行时间推移，AI模型不断修正映射系数，控制策略将无限贴合工厂的实际管网特性，无需人工反复整定PID参数。
1. 温差主导，流量跟随：传统控制看压力，我们看温差。直接锁定工艺核心指标（ΔT=10℃），避免“压力够了但水没流到位”或“水流太大浪费电”的情况。
2. 水力模型内嵌：系统内置泵的 Q-H-P 曲线库和管网阻力方程 H = S × Q²。在调节频率前，先通过模型计算出理论最佳频率，实现“前馈控制”，大幅减少调节滞后和震荡。
3. 安全限幅保护：独创的“关死点扬程监测”算法。在降频过程中，实时计算当前频率下的关死点扬程，确保其永远高于系统静扬程，防止出现“抽不上水”或“倒流”的安全事故。
4. 自学习进化：系统能自动记录不同季节、不同负荷下的最佳运行参数，随着时间推移，控制策略越来越贴合该工厂的实际特性。
自来水厂节能运行优化调度技术解决方案
业务痛点
核心技术
价值效益
实施案例
①自来水厂传感器故障无法及时识别
②水泵设备性能下降无法及时识别
③水厂运行千吨水电耗、药耗过高
④管网运行时压力不合理，难以调控
⑤切泵过程中的不当操作影响供水安全
①节约能耗5%~15%；
②提升供水保证率；
③传感器异常判断、爆管等极端工况报警及免费提供运行调度咨询服务。
①上海某水厂（两期工程， 每期工程水处理能力为20万吨/天）：在不考虑避行设备改造更换的前提下，对取水泵站进行运行优化分析，进行耗电量分析，节省电费约20%。
②江西某20万吨级水厂：系统的运行减轻了巡检任务的压力，同时取、送水泵组的千吨水电耗降低了约5%-10%，为水厂带来了可观的收益。
③广西某20万吨级水厂：系统投运后，送水千吨水电耗降低超4%。
④南通某60万吨级水厂
采用自研深度创新技术成果，对自来水厂节能潜力进行评估，准确把握节能潜力。根据厂站网差异化提供定制化综合技术节能方案。通过自控系统改造融合，以更佳的优化调度策略实现水厂节能运行。
①数据清洗与性态参数反演分析技术
②取、送水泵站联合优化技术
③水平衡精准调控技术
④传感器异常自动识别技术
⑤管网控制点最低压力控制技术
⑥参数AI智能预测技术
污水处理厂智慧运行（精准曝气、精准加药、回流控制等）
①污水处理系统效率低，运行成本高。
②大量电能和药剂被浪费、间接导致了碳排放量大。
③为了保证安全运行，一般人工调节会将溶解氧（DO）维持在较高的数值上，导致风机经常高频运行，造成了极大的电能浪费。
④政府近年来不断出台政策：到2025年，地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%以上，建成100座能源资源高效循环利用的污水处理绿色低碳标杆厂。
精准曝气：
精准曝气系统是基于大数据分析建立描述好氧污水处理系统运行参数、污水水质、微生物活性及系统需氧量之间关系的模型，利用AI算法对系统的需氧量进行精准预测，并深入研究风机、阀门和管路结构对曝气过程的影响。根据不同的进水水质，利用在线测量模型预测的出水参数值作为反馈信号，动态寻找与进水水质相对应的优化DO设定值，基于神经网络模型跟踪DO设定值。实现对曝气量的优化控制开发智慧化精准曝气系统，实现节能降耗。
精准加药：
精确加药控制技术，通过脱氮除磷工艺运行数据的分析，针对碳源投加，确定以缺氧区出水前馈加药控制为主，好氧区出水反馈加药控制为辅，实现进水负荷前馈和出水反馈相结合的控制策略。针对除磷剂投加，以进水总磷结合出水总磷信号，综合其他运行参数，建立数学模型，预测除磷剂投加量对总磷去除影响，对除磷剂投加进行提前调控，从而稳定提高了出水的达标排放，减少了人工运营时间，降低了生产运营成本。
精准曝气：
①水厂稳定运行：DO（含氧量）在90%时间内波动幅度控制在±0.5mg/L
②节能降耗：电耗能降低15%~25%（10万吨级污水厂，每年节省电费约40万以上）
③降低碳源投加量
④降低工作人员操作强度
精准加药：
①出水稳定化：出水总氮（TN）、总磷（TP）值稳定达标
②成本节约化：碳源药剂成本节省10~20%
③控制自动化：人工干预少，自动化控制程度高
①南京某污水处理厂（4万吨/天）：精准曝气吨水能耗降低14.29%~18.41%。
②天长市某污水处理厂
③江阴市某污水处理厂
④南京市浦口某污水处理厂
⑤滁州市某污水处理厂
⑥襄阳某污水处理厂
厂网河湖智慧调控平台
"厂网河湖一体化"是一种综合性水环境管理策略，将污水处理厂（厂）、排水管网（网）、河湖水体（河/湖）等关键环节进行有机整合，跨区域、跨部门的协同联动，形成"一张图、一个平台、一套机制"的智慧水环境管理体系，有效解决了城市水环境治理中存在的"头痛医头、脚痛医脚"、"数据孤岛"等问题。
①消除黑臭水体，实现水环境质量持续改善
②提高污水处理效能，确保污水收集处理设施的系统性和完整性
③优化排水系统运行，实现"晴天无排水、雨天无污水"
④建立长效管理机制，保障治理效果不反复、不反弹
⑤提升城市防洪抗涝能力，降低渍涝风险
⑥推动滨水空间价值提升，促进区域绿色发展
"厂网河湖一体化"模式的实施依赖于先进的技术支撑体系，主要包括以下三大技术模块：
1. GIS+BIM可视化技术：是构建"厂网河湖一体化"数字底座的核心
· 建立排水管网二维与三维GIS模型，实现管网空间布局可视化
· 构建污水处理厂、泵站及调蓄池等BIM模型，实现设施精细化管理
· 建立"源网厂河"可视化模型，实现排水系统资产一图可视、可查、可更新
· 运用数字孪生技术，构建与现实场景智能互馈的智慧模型
2. 物联网感知网络：是实现排水系统实时监测的关键
· 污水智能感知装备：安装在城市管网窨井井盖下面，实时监测有无污水直排河道并计量污水排入量
· 污水溯源机器人：对管网进行精准排查，发现跑冒滴漏及其他污染源头
· 5G智能无人船巡河系统：定期对河道进行巡检，检查水体水质、河道两侧排出口、河底淤泥等情况
· 智能井盖监控系统：对检查井盖的破损、丢失等问题进行数字化管理
· 探测雷达：用于道路空洞检测，保障地下管网安全
3. 大数据分析与智能调度：是实现精准调度与科学决策的基础
· 水力模型构建与模拟：基于管网健康度评估，构建排水管网水力模型，模拟评估不同工况下的管网运行情况
· 机器学习预测模型：分析水质指标变化关系，预测常规污染物和新兴污染物的排放情况
· 水量水质调配分析系统：针对污水厂进水水量变化大、水质不平衡的情况，实现不同污水厂间的智能调配
· 智能预警与应急响应系统：结合气象预报、设施运行、断面水质情况，实现对水环境风险的精准预警
· 数据中心与指挥决策平台：整合多源数据，实现"感知一张网、数据一中心、管控一平台"的智慧化管理
4. 智慧化升级
· 数字孪生技术深度应用：构建高精度、动态更新的数字孪生模型，实现对排水系统的实时模拟与预测
· AI预测模型优化：基于大数据分析，开发更精准的水质预测模型，实现对污染源的提前预警
· 区块链技术应用：引入区块链技术确保数据安全，实现跨部门数据的可信共享
· 混合现实技术应用：开发混合现实界面，提升对复杂水环境问题的直观理解和决策效率
城市雨洪数字孪生技术解决方案
①历年来，洪涝灾害频发
②政府政策：加强智慧平台建设，建立完善城市综合管理信息平台
③政府政策：构建城市感知数字化体系，全面提升城市管理韧性
④政府政策：引入并发展“海绵城市”“韧性城市”等先进治水理念，提出并推动国家水网规划建设，在相关领域取得了重要进展，流域、区域水资源配置格局持续优化，水库、河道、堤防、蓄滞洪区等关键水利设施功能不断完善，以长江流域全覆盖水监控系统为核心的数字孪生水利重点建设项目取得积极进展，流域现代化防洪体系步入全新发展阶段。
①短临降雨预报模型
②河网水位预测模型
③洪涝过程精确、快速模拟
④洪涝诊断模型（洪涝全成因分析与应急对策）
⑤城市复杂排水系统联排联调模型
①基于雷达回波外推的短临降雨预报模型，30分钟预见期的预报误差低于25%。
②基于城市产汇流特性筛选输入站点系列，通过模型自动识别当前水情，并依据数据本身规律对未来水位进行预测，3h预见期平均误差小于5cm。
③基于数据与机理双驱动方法，进行洪涝成因诊断、实时模拟与预测，对易涝点的实时内涝水深/范围/水量、未来内涝风险等过程进行全过程、精准、实时感知，并自动生成应急处置对策和工程治理措施。
④通过优化数值求解格式，在5m分辨率下较传统扩散波格式计算效率可提升1120倍；用网格排水能力代替排水管网模型，在计算精度不变的条件下，将运行效率提升7.6~12.5倍；采用GPU并行技术，和数据结构优化等手段，较串行加速比400倍。
⑤针对洪水调度问题，在基于规则调度的基础上，通过骨干工程群优化调度，实现工程洪水调蓄效益提升30%；针对涝水调度问题，通过调蓄池与强排泵站的联合调度，最大可减少积涝范围和时间50%以上。
①城市雨洪数字孪生平台
②城市雨洪数字孪生平台的工程应用-防洪调度工程
长距离输调水工程安全调度与智慧运行技术解决方案
①长距离输水管道工程事故突发时造成人员、财产损失较大
②长距离输水管线工程具有线路长、地形复杂等特点，常常伴着其他重要基础设施，线路巡视比较困难，一旦发生事故不仅造成水量损失还会危及其他设施的正常运行和安全。
①精准仿真、预报预警技术
②数字孪生、智能决策技术
③构建实时水力系统“水力安全锁”，保障工况切换运行安全
④智能调度技术
①长距离复杂供水系统调度：实现了实时数据检测、设备智能控制、系统性能智慧监测、智慧运行调度、智能安全运行、实时视频监控、智慧巡检、智慧抢调、智慧培训、智慧档案管理等功能。
②长距离有压梯级输水系统调度：对水源水位、目标流量、目标供水压力进行预测；对水泵、阀门、管道等设备性能动态分析；对泵组多目标优化调度模型进行求解，充分考虑场景约束（如分时电价、调蓄能力、级间扬程分配、沿线支管供水目标等），优选满足目标函数的泵组组合和水泵频率，得到精准、经济、安全的调度控制方案。
③长距离高水头重力流调度：实现真实流域、真实场景、真实数据下的实时同步“预警、预报、预演、预案”功能，为工作人员提供水量精准调度、水锤防护、爆管风险预警、取水建筑安全监测功能，并提供相应解决方案。
④长距离高水头管道系统建模及优化调度：对水库的调水蓄水进行优化分析；对输水系统充放水过程及工况切换过程进行水力安全校核分析；保证减压阀联调时系统安全、稳定；根据系统分析理论，将系统实际运行参数（阀门阻力特性监测结果）与管道水力学特性参数结合起来，根据调水目标给出阀门联调控制方案。最终实现过渡安全、水量精准的调控目标。
①某梯级泵站
②龙泉市某引水工程
③山东某调水工程
④某江流域防洪工程
⑤泵站数字孪生系统平台
⑥某排水泵站一体化智慧管控平台
⑦水闸数字孪生系统平台的工程应用
水库枢纽安全监测数字孪生技术解决方案
①截止目前，中国建设了近十万座水库大坝工程，存在的安全风险不容忽视
②我国水库大坝安全监测项目不完善，较多水库未设计必要的安全监测项目
③水库大坝的复杂性和巨大规模导致监测系统的建设和运维成本高昂
④自动化监测设备配备不全或使用不当等
水库安全监测：
①三维建模与网格划分技术
②建立监测数据的高效利用方法和模型
③多种方法分析坝体抗滑稳定系数和演变规律
④建立坝体变形与抗滑稳定安全系数的关系模型
⑤根据三维模型预测未来的坝体空间变形场、温度场和应力场
①大坝安全监测数据智慧利用：对大坝进行监测，通过对监测数据的分析和利用，以掌握大坝的安全状态，进而形成相关的决策，是大坝安全监测的主要目的。
②水库安全监测数据智慧利用：基于工程力学、数值仿真、BIM建模等基础实现大坝安全状态的智慧监测和预警。
①水库安全监测三维全景可视化平台的工程应用-某水库
②水库安全监测三维全景可视化平台的工程应用-GTX大坝