▲南市水廠數(shù)字孿生平臺。（采訪對象供圖）

在清晨第一縷陽光映襯下，南市水廠屋頂上一排排整齊劃一的太陽能電池板，正如黑珍珠般熠熠生輝。

南市水廠坐落于黃浦江畔，在百年歷程中，每一步發(fā)展都踏在時(shí)代的浪尖上：第一座中國人自主建設(shè)的水廠，上海第一家完成深度處理改造的水廠……如今，南市水廠又開創(chuàng)行業(yè)先河——上海第一家采用光伏發(fā)電的綠色水廠，也是上海第一家正在進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)型的智慧水廠。

在看不見的一端，占地2600平方米的光伏發(fā)電系統(tǒng)輸送著清潔能源，直接匯入車間的配電室中“即發(fā)即用、余電上網(wǎng)”，實(shí)現(xiàn)了綠色低碳的生產(chǎn)模式。

從現(xiàn)實(shí)到虛擬

轉(zhuǎn)型中的兩個(gè)賽道同頻共振

抓住“雙碳”機(jī)遇，激發(fā)綠色發(fā)展活力。上海城投水務(wù)集團(tuán)積極探索，重點(diǎn)突破水務(wù)行業(yè)的碳減排困境，尋求符合特大型城市供水特點(diǎn)的綠色模式。

選擇光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)第二能源，百年水廠欲闖出新路。

在南市水廠廠長李柱看來，這雖然是一項(xiàng)成熟的綠色能源技術(shù)，但在凈水廠的應(yīng)用案例極為有限，里面的門道可不少。其關(guān)鍵之處在于，在確保安全生產(chǎn)、水質(zhì)保障的前提下，南市水廠專攻供電系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。提質(zhì)、增效，無數(shù)個(gè)日日夜夜的努力，讓光伏項(xiàng)目安度磨合期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，這一光伏項(xiàng)目每年發(fā)電量大約26萬度，有效降低了水廠外網(wǎng)用電負(fù)荷。

這樣的實(shí)踐正在上海依次鋪開。市水務(wù)部門多次召開水廠光伏發(fā)電項(xiàng)目技術(shù)研討會，建議吸取已建水廠經(jīng)驗(yàn)，強(qiáng)化建設(shè)和運(yùn)營管理，推動供水行業(yè)綠色低碳技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用。

記者了解到，2022年底，竹園污水處理分公司提標(biāo)改造二沉池區(qū)域3兆瓦光伏發(fā)電示范項(xiàng)目順利并網(wǎng)，標(biāo)志著竹園污水二廠分布式光伏發(fā)電示范項(xiàng)目一期工程的7.1兆瓦光伏項(xiàng)目全面實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。

事實(shí)上，光伏發(fā)電項(xiàng)目是南市水廠綠色轉(zhuǎn)身的一大標(biāo)志性節(jié)點(diǎn)。以數(shù)字治理賦能水廠管理，提高市民用水感受，讓過去“靠經(jīng)驗(yàn)吃飯”的傳統(tǒng)行業(yè)也用上數(shù)字化的“智慧大腦”。

這個(gè)故事還要從2019年說起。上海城投水務(wù)集團(tuán)提出在黃浦區(qū)設(shè)立“供水示范區(qū)”，以期通過新一代的數(shù)字化技術(shù)和業(yè)務(wù)流程再造，實(shí)現(xiàn)供水全鏈條的協(xié)同智能制造目標(biāo)。基于此，南市水廠開始了智慧水廠的升級改造。2021年10月，上海首家數(shù)字孿生水廠系統(tǒng)在南市水廠正式上線。到2022年底，第一階段建設(shè)任務(wù)宣告完成。

在南市水廠控制中心，最吸引人的就是一塊超大屏幕，展示了與現(xiàn)實(shí)水廠一模一樣的“虛擬水廠”，與生產(chǎn)息息相關(guān)的構(gòu)筑物、道路、各類生產(chǎn)設(shè)備清晰可辨。這一切的背后，是依托Unity3D技術(shù)和現(xiàn)場掃描方式的超精細(xì)三維建模，數(shù)字化復(fù)原了水廠內(nèi)看得見的設(shè)施設(shè)備和看不見的管道系統(tǒng)。

對此，李柱進(jìn)一步解讀：“我們構(gòu)建的不僅是物理水廠的數(shù)字模型，還對接了大量實(shí)時(shí)的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和設(shè)備信息。可以說，數(shù)字水廠是和現(xiàn)實(shí)水廠同步運(yùn)行的，是有生命的。”

從精細(xì)到精益

走好生態(tài)優(yōu)先綠色發(fā)展之路

在數(shù)字水廠，南市水廠升級再造業(yè)務(wù)流程，以孿生和仿真2個(gè)主題打造了8項(xiàng)功能，實(shí)現(xiàn)了管理智能化、精細(xì)化。

比如供水壓力穩(wěn)定，通過發(fā)揮數(shù)字孿生平臺的作用，結(jié)合供水管網(wǎng)模型、水廠調(diào)度模型等數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了全自動水平衡調(diào)度模式。如此一來，水廠就能快速、精準(zhǔn)地獲得管網(wǎng)用戶合理的需水壓力，時(shí)時(shí)計(jì)算水廠的出廠壓力、流量和機(jī)泵的變頻運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)“響應(yīng)快、調(diào)節(jié)穩(wěn)、效果好”的特點(diǎn)，保障出廠壓力的穩(wěn)定性。

同時(shí)，該模型還可以對廠內(nèi)從原水到過程水到出廠水的智能計(jì)算和推送，以“節(jié)能、高效、穩(wěn)定”為目標(biāo)快速推送最優(yōu)化調(diào)度方式并實(shí)現(xiàn)了自動調(diào)節(jié)，讓運(yùn)行調(diào)度工程師工作更省力、更精準(zhǔn)。

“機(jī)器換人”是當(dāng)前智能制造的主流方向之一，南市水廠也開動腦筋。在35千伏高配間安裝了兩套軌道式巡檢機(jī)器人，在硫酸銨投加間安裝了輪式機(jī)器人，通過將先進(jìn)的圖像識別技術(shù)、智能的感知設(shè)備加載到智能巡檢系統(tǒng)中，并結(jié)合生產(chǎn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人巡檢功能的充分利用，大大減輕了工人的巡檢工作量，解放了生產(chǎn)力，同時(shí)也提高了生產(chǎn)安全水平。

同時(shí)，數(shù)字水廠還對水廠內(nèi)各工藝段設(shè)備和儀表的用電情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，對耗電量較大的設(shè)備，在滿足水量、水壓的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化運(yùn)行模式，最大限度降低設(shè)備能耗，實(shí)現(xiàn)效率提升。

從數(shù)字水廠上線當(dāng)年的數(shù)據(jù)看，南市水廠在生產(chǎn)水量增加8.66%的基礎(chǔ)上，制水用電單耗下降了4.1%，出水用電單耗下降了8.69%，各類藥劑投加平均減少了2.6%，砂濾池平均反沖洗周期延長了10%，充分體現(xiàn)了數(shù)字化在提升運(yùn)維管理能力的同時(shí)帶來節(jié)能減排顯著福利。

接下來，南市水廠將進(jìn)一步挖掘數(shù)據(jù)的價(jià)值、發(fā)揮人工智能的作用，邁向更高層次的智慧水廠。今年著重圍繞水質(zhì)模型（混凝、過濾、臭氧活性炭、泥平衡）、PAM作業(yè)無人化車間、智能配電、自動化實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目，來推動數(shù)字水廠繼續(xù)在新賽道上領(lǐng)跑。力爭通過兩三年時(shí)間，將南市水廠打造成國內(nèi)第一批星級智慧水廠，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，更好地為居民提供高品質(zhì)飲用水。