数字孪生解决方案为巴西南部的 60 万居民提供清洁用水
利用 OpenFlow WaterGEMS 制定应急供水计划，节省450 万巴西雷亚尔
2023年09月04日 来源： Bentley 作者：Bentley简介： Companhia águas de Joinville（CAJ）是一家自来水公司，为巴西南部圣卡塔琳娜州最大城市若因维利市约 60 万居民提供用水和卫生服务。
维持清洁水源供应
Companhia águas de Joinville（CAJ）是一家自来水公司，为巴西南部圣卡塔琳娜州最大城市若因维利市约 60 万居民提供用水和卫生服务。供水分成两个生产系统。北部地区的 Cubat?o 系统占供水量的 75％，为 45 万居民提供服务，南部地区的Piraí 系统占供水量的 25％，为 15 万居民提供服务。为了不断优化公司资源、维持优质服务和向居民供应清洁水源，CAJ 于 2020 年启动了战略性水力建模项目。了解供水系统的运营方式，以及如何
前瞻性解决供水管网问题，能够帮助该项目优化投资和运营。
2020 年，若因维利市经历了 30 年来最严重的水资源危机。若因维利多年来每年会经历为期三个月的干旱期，2020 年情况更加恶化，Piraí 河的水源连续六个月减少，这直接影响了 Piraí 水处理厂的生产，影响了该地居民的供水。CAJ 工程师 Lucas Emanuel Martins 表示：“我们在生产过程中遇到的任何问题都会对人们的生活质量产生巨大影响。”CAJ 始终致力于为消费者供应清洁水源，保证消费者的福祉，并利用最初的数字化管网分析计划，在干旱时期制定应急供水计划，以减少稀少水源的生产量，同时不会对该地区的居民造成影响。
应对旱情
为了应对旱情，CAJ 进行了一项初步研究，评估了应急计划的三个潜在备选方案。他们首先确定，将水从 Cubat?o 系统改道到 Piraí 是最具成本效益的解决方案。他们使用水力模型，分析并测试了总价值 450 万巴西雷亚尔的解决方案，即在干旱时期，在两个系统之间铺设一条长达 1.7 公里的互相连通的管道。然而，CAJ 很快意识到，他们最初的解决方案传输流量不足，需要安装一台 140 马力的增压器，造成每月 25,000 巴西雷亚尔的额外运营支出。该计划还将导致 Cubat?o 供应系统中最薄弱的环节出现一系列用水短缺问题，会降低运水效率，受影响人数将达 45,000 人。Martins 表示：“出乎意料的是，在这些研究中，我们发现这些解决方案并不像想象的那样有效。显而易见，我们需要新的解决方案。”
为了解决 Cubat?o 北部供水系统的薄弱环节，并最终在干旱期间为南部地区提供更多的水资源，CAJ需要对整个市政供水管网进行更全面的分析。他们需要先进的建模和仿真应用程序，以确保数字分析能够准确反映实际管网运行情况。通过制定成功的应急计划，他们将减轻干旱的影响，并最大限度地降低对若因维利居民和企业的影响风险。
水力建模确保水流畅通
鉴于 Bentley 软件用户友好的界面以及可以支持多种数据源互用，CAJ 选择 OpenFlows WaterGEMS为市政给水管网和供水系统（直径大于 100 毫米的主管道）创建数字孪生模型，对 285 公里的管网进行建模。
数字孪生技术和水力建模仿真支持现场观测到的流量和压力数据，验证了模型的准确性和可靠性。该团队使用精确的数字化模型，对其最初提出的解决方案进行了可靠的评估。Martins 表示：“我们使用 OpenFlows WaterGEMS 开发了市政给水系统的数字孪生模型，用于评估该系统在变更后的运行情况。”根据评估结果，他们确定原来的应急计划是无效的。Martins 表示：“利用 Bentley 软件，我们就能够提前发现这些问题，并就应急计划制定新的备用方案。”
建立了可靠的数字孪生模型后，CAJ 进行了额外分析，在不影响居民的情况下模拟旱情，用于制定新的应急方案。他们对该市的主要供水和宏观给水系统进行了全面研究，评估了 Cubat?o 和 Piraí 管网之间新的连接点。CAJ 使用 OpenFlows WaterGEMS 来校准模型，评估多种运营管网压力，从而更好地了解系统的性能和相互作用，并确定北部和南部地区运营
改进的机会。他们通过数字化工程创新和概念创新，设计了新的应急计划，即利用现有网络在 Cubat?o 和 Piraí 之间重新分配水源，保证严重干旱期间的供水，并改善整个城市的整体给水管网。Martins 表示：“该研究优化了各区之间的水流动态，利用了现有结构，免去使用最初计划的新水管和增压器，因此，新的拟议解决方案除了满足运营需求外，需要的投资更少。”
数字孪生助力供水行业实现变革
利用 Bentley 的水力建模技术，CAJ 在实施原来的拟议计划之前就发现了问题，从而避免了不必要且成本高昂的施工工作。他们为起初无法达到预期效果的项目提供了解决方案，不仅确保了在干旱季节有充足的供水，还优化了若因维利的供水管网，实施成本几乎为零，节省了 450 万巴西雷亚尔。既定的应急方案使稀少的 Piraí 水源供水量减少 30％，相当于每秒 170 升，从而缓解了旱情影响，15 万当地居民从中受益。该解决方案还同时解决了 Cubat?o 系统的薄弱环节，关键地区的每月水流失减少 40,000 立方米，关键部门的缺水投诉量降低 90％。得益于数字孪生技术，CAJ 每年节省 36 万巴西雷亚尔的水泵运行成本和 574 兆瓦的电力，每年减少 169 吨的碳排放量。
Martins 表示：“该项目很好地表明了技术能够帮助我们优化资源。”使用 Bentley 开放式建模应用程序，可以在运营和工程团队之间提供反馈环路。运营团队可以提出关于实景和现场的问题，以便工程团队能够通过数字模型动态地评估这些问题。两个团队可以协作决定适用的解决方案，从而在对客户影响最小的情况下做出快速响应。数字孪生技术为 CAJ 运营水
务提供了广阔的视角，他们能够做出更明智的决策，并在必要时采取干预措施，从而以具有成本效益的方式改进系统。
数字孪生已经成为现实，为供水行业带来了巨大的变革。通过利用 Bentley先进的水力建模技术，对若因维利的供水基础设施进行精确建模，CAJ 现在可以确保为若因维利提供可持续的水资源，从而改善当地环境以及城市居民的生活质量。Martins 表示：“作为工程师，我们有道德上的义务来使用技术优化资源，有效改善财政资源和环境资源，提高人们的生活质量。”
