数字孪生污水厂智慧运维系统基于污水处理厂全生命周期运维管理需求，利用数字孪生技术对污水处理厂的全要素进行数字化建模，再对接实时生产运行数据，打通了物理世界与虚拟世界的隔阂，实现虚实映射、监控常态化、信息反馈及时化，提高了对生产工艺的研究和预判，进而提升了污水处理厂运营水平及对运行风险的管控能力，有效弥补传统污水厂粗放运行方式中的不足，保证污水厂运维生产的安全、有序、高效运转，持续提质增效。
1. 数字孪生污水厂智慧运维系统功能
数字孪生污水厂智慧运维系统功能主要涵盖智能化集成管理、数字孪生巡检、设备状态监测控、单体实时监测、三维空间管理、厂区视频监控等。
1.1 智能化集成管理
运用现代化通信技术将污水处理厂内各类机械设备的静态和动态信息整合至同一系统，实现跨系统的数据整合。同时，通过服务器实现跨部门的全厂资源共享、统一协调，从而降低管理成本，提质增效。
1.2 数字孪生巡检
在数字孪生场景下，为运维人员提供机械设备运营、维护、检修培训和全厂漫游指引，提高日常管理水平。运维人员可按照厂内预设巡检路线开启自动跟随模式，也可以根据实际需要开启自由漫游模式，在虚拟污水处理厂提前熟悉厂区环境和空间关系，提高实际巡检效率。
1.3 设备状态监控
为了使设施设备的检修管理科学化、高效化，数字孪生污水厂智慧运维系统基于 BIM 模型实时监控污水处理厂生产设备的运行状态，对停止运行和出现异常状态的设备进行可视化报警。通过“设备检索”按钮，可以进行设备查找和快速定位，加强对在线监测设备的管理力度，全面掌握全厂设备运行情况，确保在线设备运行正常。
1.4 单体实时监测
通过点击或菜单选择可切换至单体浏览模式，实时监测单体生产数据情况，便于运维人员了解各单体液位、水质等生产情况，在出水水质接近预警值时及时调整工艺，降低出水超标风险，辅助运维决策。
1.5 三维空间管理
根据污水处理厂各单体设计功能，建立空间与其所属单体、单体内设备等的关联信息，形成互联拓扑关系，清晰直观地展示各单体的设备使用情况和污水处理效率。通过浏览全厂工艺信息，可在数字孪生污水厂智慧运维系统三维空间熟悉全厂生产管线的进出流向关系，方便运维人员了解全厂工艺情况 。
1.6 厂区视频监控
数字孪生污水厂智慧运维系统能够接入厂区所有视频监控，并支持系统间视频监控信息资源联网共享，范围覆盖重要管控区域。视频监控支持远程预览，实现对人员和车辆进出、单体现场情况等进行监控。
2. 数字孪生污水厂智慧运维系统关键技术
实现关键技术的突破是建立数字孪生污水厂智慧运维系统的重要基础，研究 BIM 模型转换和轻量化处理技术、数字孪生技术、基于 BIM 技术的智慧污水处理厂生产运维管理、多源异构数据的存储与交换等重难点，自主研发智慧运维数字孪生系统。
2.1 模型轻量化处理技术
污水处理厂模型体量大、专业多、管线错综复杂，设计变更多，BIM 模型和修改工作量大，难以做到实时更新。而运维过程对模型精细度要求高，各专业约束条件多。通过基于 Unity 软件开发的模型轻量化处理工具，实现模型批量导入开发工具，处理后的模型轻便，减轻开发负担，同时保留 BIM 模型的几何属性与非几何属性，保证系统中模型属性信息丰富、模型组织正确、构件编码完整。
2.2 实时运行监控
为满足生产需求，污水处理厂空间复杂，平面图纸不够直观、难以理解。利用数字孪生技术打造污水处理厂虚拟世界，进行生产状态的虚实映射，实时监控运行状况，三维时空化和数据可视化提升了数据表达的形象性，真正做到所见即所得。通过对污水处理厂时空数据的全面感知，随时掌控污水处理厂的各种状态，精细管理各个设备的运行 [6]。
2.3 管道流向自动生成
污水处理厂管道种类多、管线分布错综复杂，流向不明确，人工读图工作量大、门槛高。为提高效率、减少人工工作量，系统按照管道类型和坐标自动匹配流向，采用 Net 和 Dynamo 两种开发方式独立开发，逻辑严密，同时互相校准，实现管道信息完整、管道分类输出、管道 3D 可视化呈现。
2.4 多源异构数据接口
污水处理厂设备复杂，生产数据量大，监控视频分布广泛，供货厂家不同，展示系统众多，不便于统一管理。系统将多源异构数据规范化管理、统一集成，打通数据壁垒，实现各类数据实时呈现，指定工序、设备的参数展示均可动态调整。
数字孪生污水厂智慧运维系统通过全厂模拟运行、实时监控及精细控制等功能，实现了各工艺段全流程可视化，进而实现了污水处理厂全生命周期的智慧运维管理，提高了污水处理厂运营水平和对运行风险的管控能力。
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