水務公司利用數字孿生模型減少供水漏失，加強水質監測
在經歷政府債務危機和后續新冠疫情造成的經濟負擔之后，希臘制定了一項國家復蘇與抗災適應力計劃，重點推動關鍵基礎設施的數字化轉型，以營造積極的環境和經濟效益。給排水管理就是該計劃中列出的一項關鍵改革。
根據經濟合作與發展組織 2017 年發布的一份報告，希臘公共供水系統每年因泄漏而損失約 26% 的供水，導致該國的家庭飲用水消耗量比歐盟其他任何國家都要高。每戶家庭每年消耗水量約 170 立方米。
科扎尼是希臘供水系統改革的先驅，該市位于西馬其頓區，人口只有 6 萬左右。1985 年，科扎尼市給排水公司（又稱 DEYAK）成立，開始統一對該市的供水系統進行改善。數十年來，DEYAK 不斷擴大供水管網，最終成功為科扎尼市及周邊共 63 個定居點提供了服務。在過去 12 年里，供水系統經歷了計量分區 (DMA)、壓力管理等重大技術升級，并于近期構建了一個全面的數字孿生模型，以簡化供水監測流程，提高系統效率。
希臘 Tech-Go-Round 公司為數字孿生的實施提供了咨詢。該公司的老板 Dimitris Papailiopoulos稱，公司團隊剛開始與科扎尼給水系統合作時，他們面臨著希臘其他給水系統所面臨的許多相同的的困難和問題。
“一切都是手動完成的，”他說，“供水漏失很大。水質由人工定期檢測；但他們知道他們其實可以做得更好。”
科扎尼還提供了一個為其他希臘公用事業公司打造示范系統的理想機會。
“幫助規模較小的水務局采用這種創新技術相對比較容易，”Papailiopoulos表示，“但像雅典水務局這樣的大型水務局，需要做很多準備工作，甚至可能要花上幾年時間才能安裝。”
開展數字化升級
在進行任何數字化升級之前，DEYAK 首先必須進行徹底的制圖評估。據Papailiopoulos說，該水務公司并沒有完整的供水管網圖。他們不清楚某些部位使用了哪種材料，也不知道管網從道路的哪一側穿過。
地圖繪制完成后，水務局下一步需要借助 Bentley 的給水分析軟件OpenFlows，建立一套監控和數據采集 (SCADA) 系統。SCADA 系統配備數字傳感器，可對水壓、水流和水質進行測量。后來，Papailiopoulos團隊將 Bentley 的水務基礎設施數字孿生軟件解決方案納入其中，進一步完善了這一模型。通過該解決方案，水務公司可在統一的平臺上查看通過 SCADA 系統收集的數據，更快地評估潛在的系統問題及維修必要性，做出更準確的決策。
“過去，他們必須進入 SCADA 系統來監控水罐的裝滿情況，并通過另一個屏幕監測水壓。”Papailiopoulos說，“而現在，他們可以在同一個屏幕上看到所有信息，這加快了他們的日常流程。”
Papailiopoulos團隊希望，在不久的將來，水務公司能夠利用數字孿生實現維修和系統調整方面的自動化決策，并生成相應的工作單。
不過，在充分挖掘數字孿生的潛力之前，他們還需要克服一些挑戰。在整個系統繪制、SCADA 實施及其他技術升級過程中，DEYAK 與多個供應商簽訂了合同，這些供應商使用不同（通常會加密）的軟件平臺，因而很難建立一個供應商和水務公司員工均可訪問的單一開放平臺。
該數字孿生項目的液壓技術經理 Konstantinos Gkonelas博士表示，這種問題在給水管網中很常見。
他說：“很遺憾，我認為這種事情全世界都在發生。”
他還補充說，科扎尼水務公司仍在努力維護系統，確保其能夠有效、持續運行。
“維持系統運行需要付出很大的努力。”Gkonelas說，“它需要人們保持聯系，將設備信號與數字孿生連接起來，從而在適當的時間，從所有數據中獲得正確的見解。”
取得積極成果
數字孿生的采用為科扎尼市帶來了多重好處。水務公司人員花費在壓力管理任務上的時間減少了 40%。他們能夠更快地識別泄漏，并迅速開展高質量的搶修。泄漏管理上的改善減少了水資源浪費，流經管網的水量因此減少了 20%。供水漏失減少意味著水電費更低，讓科扎尼市居民也從中受益。
此外，從環境和經濟角度來看，防止供水漏失也非常重要。2022 年底，歐盟領導人發布了一項指令，專注于保障居民的清潔用水權。指令敦促歐盟成員國制定系統來確保提供“清潔衛生的用水”，即不含微塑料、有毒化學物質和危險微生物。
各成員國還被要求評估其供水基礎設施的泄漏率。預計到 2028 年，歐盟將通過立法，正式執行有關這些水標準的規定，包括要求向消費者報告水質和系統性能數據。
“不采用數字孿生技術，就無法向客戶提供所有這些信息，因此我們已經準備好做出這一積極轉變了。”Gkonelas表示。
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焦點人物：Konstantinos Gkonelas
液壓專家期望看到所在領域擁抱技術進步
Konstantinos Gkonelas 博士是一名專門從事水網管理的土木工程師。過去十年中，他作為水利工程公司ReonHydor的聯合創辦人，并以自由顧問的身份與 Tech-Go-Round 等公司合作，先后參與了希臘、巴爾干半島和波斯灣地區的多項水網構建和升級工作。
在色薩利大學攻讀給水系統管理博士學位期間，Gkonelas開始對液壓領域產生興趣，并專注于如何利用新數字技術來優化壓力管理，減少供水漏失。最近，他的這一興趣體現在了運用數字孿生的力量上，Gkonelas認為數字孿生是供水管理的未來。他近期參與的項目包括希臘北部科扎尼市給水系統數字孿生項目，該項目已于今年 6 月投入使用。
“數字孿生的實施幫助我們獲得了有用的見解，可用于改善整個給水管網的性能和運營。”Gkonelas說，“無收益水方面的一系列策略也因此得到改進，包括壓力管理、主動泄漏控制、維修速度和質量，以及資產管理。”
Gkonelas認為，相比許多其他類型的基礎設施，給水管網在采用 21 世紀技術和數字化進步方面進展緩慢，這是因為人們一貫秉承“眼不見心不煩”的態度。
“我覺得現行技術與其在給水管網上的應用之間還存在差距，因為給水管網屬于地下設施，在很多情況下，并不為人們所了解。”
Gkonelas同時還認為，水務管理領域非常適合實施數字化轉型。凡是有水的地方，就不會有所謂的固定或靜態環境。因此，給水模型應該是動態的，能夠反映系統每分鐘的變化，從而最有效地優化給水管網的功能。而這些——以及許多其他相關效益，正是數字孿生所能夠提供的，這一點科扎尼數字孿生項目已經證明。
“由于實現了隔離閥的自動定位，并使用遺傳算法識別泄漏，科扎尼市壓力管理的[資源小時]數減少了 40%，新報告及未報告泄漏的修復速度和質量都提高了 50%。”Gkonelas表示。
Gkonelas相信，在未來的幾十年里，隨著清潔水變得越來越稀缺，成為“未來的石油”，這些好處將會變得更加重要。而在希臘乃至全球，水務公司都將把科扎尼前沿技術改進視為典范。
