水务公司利用数字孪生模型减少供水漏失，加强水质监测
在经历政府债务危机和后续新冠疫情造成的经济负担之后，希腊制定了一项国家复苏与抗灾适应力计划，重点推动关键基础设施的数字化转型，以营造积极的环境和经济效益。给排水管理就是该计划中列出的一项关键改革。
根据经济合作与发展组织 2017 年发布的一份报告，希腊公共供水系统每年因泄漏而损失约 26% 的供水，导致该国的家庭饮用水消耗量比欧盟其他任何国家都要高。每户家庭每年消耗水量约 170 立方米。
科扎尼是希腊供水系统改革的先驱，该市位于西马其顿区，人口只有 6 万左右。1985 年，科扎尼市给排水公司（又称 DEYAK）成立，开始统一对该市的供水系统进行改善。数十年来，DEYAK 不断扩大供水管网，最终成功为科扎尼市及周边共 63 个定居点提供了服务。在过去 12 年里，供水系统经历了计量分区 (DMA)、压力管理等重大技术升级，并于近期构建了一个全面的数字孪生模型，以简化供水监测流程，提高系统效率。
希腊 Tech-Go-Round 公司为数字孪生的实施提供了咨询。该公司的老板 Dimitris Papailiopoulos称，公司团队刚开始与科扎尼给水系统合作时，他们面临着希腊其他给水系统所面临的许多相同的的困难和问题。
“一切都是手动完成的，”他说，“供水漏失很大。水质由人工定期检测；但他们知道他们其实可以做得更好。”
科扎尼还提供了一个为其他希腊公用事业公司打造示范系统的理想机会。
“帮助规模较小的水务局采用这种创新技术相对比较容易，”Papailiopoulos表示，“但像雅典水务局这样的大型水务局，需要做很多准备工作，甚至可能要花上几年时间才能安装。”
开展数字化升级
在进行任何数字化升级之前，DEYAK 首先必须进行彻底的制图评估。据Papailiopoulos说，该水务公司并没有完整的供水管网图。他们不清楚某些部位使用了哪种材料，也不知道管网从道路的哪一侧穿过。
地图绘制完成后，水务局下一步需要借助 Bentley 的给水分析软件OpenFlows，建立一套监控和数据采集 (SCADA) 系统。SCADA 系统配备数字传感器，可对水压、水流和水质进行测量。后来，Papailiopoulos团队将 Bentley 的水务基础设施数字孪生软件解决方案纳入其中，进一步完善了这一模型。通过该解决方案，水务公司可在统一的平台上查看通过 SCADA 系统收集的数据，更快地评估潜在的系统问题及维修必要性，做出更准确的决策。
“过去，他们必须进入 SCADA 系统来监控水罐的装满情况，并通过另一个屏幕监测水压。”Papailiopoulos说，“而现在，他们可以在同一个屏幕上看到所有信息，这加快了他们的日常流程。”
Papailiopoulos团队希望，在不久的将来，水务公司能够利用数字孪生实现维修和系统调整方面的自动化决策，并生成相应的工作单。
不过，在充分挖掘数字孪生的潜力之前，他们还需要克服一些挑战。在整个系统绘制、SCADA 实施及其他技术升级过程中，DEYAK 与多个供应商签订了合同，这些供应商使用不同（通常会加密）的软件平台，因而很难建立一个供应商和水务公司员工均可访问的单一开放平台。
该数字孪生项目的液压技术经理 Konstantinos Gkonelas博士表示，这种问题在给水管网中很常见。
他说：“很遗憾，我认为这种事情全世界都在发生。”
他还补充说，科扎尼水务公司仍在努力维护系统，确保其能够有效、持续运行。
“维持系统运行需要付出很大的努力。”Gkonelas说，“它需要人们保持联系，将设备信号与数字孪生连接起来，从而在适当的时间，从所有数据中获得正确的见解。”
取得积极成果
数字孪生的采用为科扎尼市带来了多重好处。水务公司人员花费在压力管理任务上的时间减少了 40%。他们能够更快地识别泄漏，并迅速开展高质量的抢修。泄漏管理上的改善减少了水资源浪费，流经管网的水量因此减少了 20%。供水漏失减少意味着水电费更低，让科扎尼市居民也从中受益。
此外，从环境和经济角度来看，防止供水漏失也非常重要。2022 年底，欧盟领导人发布了一项指令，专注于保障居民的清洁用水权。指令敦促欧盟成员国制定系统来确保提供“清洁卫生的用水”，即不含微塑料、有毒化学物质和危险微生物。
各成员国还被要求评估其供水基础设施的泄漏率。预计到 2028 年，欧盟将通过立法，正式执行有关这些水标准的规定，包括要求向消费者报告水质和系统性能数据。
“不采用数字孪生技术，就无法向客户提供所有这些信息，因此我们已经准备好做出这一积极转变了。”Gkonelas表示。
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焦点人物：Konstantinos Gkonelas
液压专家期望看到所在领域拥抱技术进步
Konstantinos Gkonelas 博士是一名专门从事水网管理的土木工程师。过去十年中，他作为水利工程公司ReonHydor的联合创办人，并以自由顾问的身份与 Tech-Go-Round 等公司合作，先后参与了希腊、巴尔干半岛和波斯湾地区的多项水网构建和升级工作。
在色萨利大学攻读给水系统管理博士学位期间，Gkonelas开始对液压领域产生兴趣，并专注于如何利用新数字技术来优化压力管理，减少供水漏失。最近，他的这一兴趣体现在了运用数字孪生的力量上，Gkonelas认为数字孪生是供水管理的未来。他近期参与的项目包括希腊北部科扎尼市给水系统数字孪生项目，该项目已于今年 6 月投入使用。
“数字孪生的实施帮助我们获得了有用的见解，可用于改善整个给水管网的性能和运营。”Gkonelas说，“无收益水方面的一系列策略也因此得到改进，包括压力管理、主动泄漏控制、维修速度和质量，以及资产管理。”
Gkonelas认为，相比许多其他类型的基础设施，给水管网在采用 21 世纪技术和数字化进步方面进展缓慢，这是因为人们一贯秉承“眼不见心不烦”的态度。
“我觉得现行技术与其在给水管网上的应用之间还存在差距，因为给水管网属于地下设施，在很多情况下，并不为人们所了解。”
Gkonelas同时还认为，水务管理领域非常适合实施数字化转型。凡是有水的地方，就不会有所谓的固定或静态环境。因此，给水模型应该是动态的，能够反映系统每分钟的变化，从而最有效地优化给水管网的功能。而这些——以及许多其他相关效益，正是数字孪生所能够提供的，这一点科扎尼数字孪生项目已经证明。
“由于实现了隔离阀的自动定位，并使用遗传算法识别泄漏，科扎尼市压力管理的[资源小时]数减少了 40%，新报告及未报告泄漏的修复速度和质量都提高了 50%。”Gkonelas表示。
Gkonelas相信，在未来的几十年里，随着清洁水变得越来越稀缺，成为“未来的石油”，这些好处将会变得更加重要。而在希腊乃至全球，水务公司都将把科扎尼前沿技术改进视为典范。
