數(shù)字孿生模型助力各大城市優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)性能

　　如今，全球各地的地方政府正尋求加強(qiáng)數(shù)字化創(chuàng)新領(lǐng)域的協(xié)作。通過模擬真實(shí)情況、優(yōu)化系統(tǒng)和流程以及監(jiān)測(cè)資產(chǎn)性能和狀況，他們得以形成新洞察，以進(jìn)一步加強(qiáng)公共安全，使城市基礎(chǔ)設(shè)施變得更加智能和更具適應(yīng)力。成都和葡萄牙波爾圖就是城市邁向數(shù)字化的范例，前者入圍了2019基礎(chǔ)設(shè)施年度光輝大獎(jiǎng)賽決賽，后者獲得了特別榮譽(yù)獎(jiǎng)。這兩個(gè)項(xiàng)目創(chuàng)新地將數(shù)字化環(huán)境運(yùn)用于數(shù)字孿生模型中，且應(yīng)用了數(shù)字化工作流程。

 

　　成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院和成都市勘察測(cè)繪研究院在四川省成都市的杉板橋區(qū)域開展了一項(xiàng)道路改造、交通優(yōu)化和區(qū)域地下管網(wǎng)改造項(xiàng)目。道路總長(zhǎng)度約4.3千米，建設(shè)內(nèi)容包括道路、橋梁、隧道工程、慢行地下人行通道、跨鐵路橋梁、綜合管線工程和附屬工程等。主道設(shè)計(jì)時(shí)速60km/h，輔道40km/h。

 

　　項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)面臨著諸多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，其中包括克服高架橋、地下建構(gòu)筑物和相交道路之間的空間限制，確定跨線橋樁基與盾構(gòu)區(qū)間及車站的水平距離、高架延伸以及邊界條件，還要考慮地鐵8號(hào)線的兩個(gè)地鐵站和三段區(qū)間。此外，交通方案設(shè)計(jì)階段既要考慮車行交通的快速化需求，又要考慮沿線的轉(zhuǎn)換交通，同時(shí)還需要結(jié)合規(guī)劃綠地及公園等慢行空間構(gòu)建慢行過街系統(tǒng)。項(xiàng)目涉及專業(yè)較多，需要有較高的協(xié)同性，避免錯(cuò)漏碰缺。

 

　　為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，團(tuán)隊(duì)使用了Bentley的開放式建模和模擬應(yīng)用程序，基于ProjectWise進(jìn)行統(tǒng)一管理，并創(chuàng)建了所有資產(chǎn)的數(shù)字孿生模型。選用OpenBridgeModeler的參數(shù)化布置橋梁樁基，以盡可能降低對(duì)周邊商鋪及居民的影響；采用OpenRoads快速?gòu)?fù)原64條道路；選用ProjectWise來存儲(chǔ)交通模擬所需的路網(wǎng)信息，助力團(tuán)隊(duì)將內(nèi)部工作效率提高20%；在使用傳統(tǒng)管線軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)并解決16處碰撞；利用OpenRoadsDesigner快速解決方案，施工圖階段減少120個(gè)設(shè)計(jì)工時(shí)；利用LumenRT實(shí)現(xiàn)可視化，規(guī)劃報(bào)建審批流程所需時(shí)間縮短了15%。

 

　　成都市市政工程設(shè)計(jì)研究院BIM應(yīng)用工程師楊志勇表示："對(duì)于市政工程來說，如果沒有一個(gè)不斷更新的數(shù)字城市平臺(tái)，在有限的設(shè)計(jì)時(shí)間里，我們的分析往往只關(guān)注了一條道路、一個(gè)街區(qū)本身，這樣的分析結(jié)果是非常局限的。而數(shù)字城市模型為我們提供了一個(gè)持續(xù)更新的城市全要素基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，能在短時(shí)間內(nèi)滿足我們所有的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)需求，使設(shè)計(jì)成果符合城市的整體建設(shè)和發(fā)展需求。"

 

　　?guasdoPorto（波爾圖水利公共事業(yè)公司，簡(jiǎn)稱AdP）負(fù)責(zé)葡萄牙沿海城市波爾圖的可持續(xù)供水和給排水綜合管理。AdP日均輸送飲用水量45,490立方米，并且每天處理幾乎同等量的廢水。該市的水力基礎(chǔ)設(shè)施密集且復(fù)雜，水資源有限，這驅(qū)動(dòng)了對(duì)綜合管理城市水循環(huán)系統(tǒng)的需求，也使集成現(xiàn)有的多樣系統(tǒng)更加復(fù)雜。

 

　　為了整合多個(gè)軟件系統(tǒng)中的信息，AdP在其"城市水循環(huán)的集成化水資源管理"(H2Porto)系統(tǒng)中利用了數(shù)字孿生模型。整個(gè)解決方案集成了多個(gè)系統(tǒng)，其中包括OpenFlowsFLOOD、OpenFlowsWaterGEMS、OpenFlowsSewerGEMS和ACTIONServer。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)生成了全面集成城市給排水、雨水、海灘和洗浴水系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型。數(shù)字孿生模型將用于預(yù)測(cè)洪水和水質(zhì)問題，提升城市服務(wù)和響應(yīng)能力，并確保水行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的適應(yīng)能力。

 

　　在此項(xiàng)目的第一階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為20多個(gè)數(shù)據(jù)源創(chuàng)建了聯(lián)合環(huán)境，以全面集成客戶服務(wù)管理、計(jì)費(fèi)、維護(hù)、項(xiàng)目管理、資產(chǎn)核算、操作系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室管理、GIS、SCADA等方面的數(shù)據(jù)。在第二階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)集成了傳感器、遙測(cè)和遠(yuǎn)程管理的儀器數(shù)據(jù)，其中包括30,000個(gè)遙測(cè)儀表和200多個(gè)設(shè)備。

 

　　數(shù)字孿生模型提供了整個(gè)城市水循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)字化表示，它包括三個(gè)氣象模型：海濱區(qū)雨污水模型；河口、海岸區(qū)域和海浪模型；以及預(yù)測(cè)模型。數(shù)字孿生模型支持實(shí)時(shí)訪問此類信息，生成預(yù)測(cè)并通過水消耗和網(wǎng)絡(luò)傳感器自動(dòng)更新邊界條件，對(duì)管道爆裂、閥門和泵的關(guān)閉進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景分析，以發(fā)布流量、速度、水位、氣象和洋流信息。利用數(shù)字孿生環(huán)境已產(chǎn)生了25%的運(yùn)營(yíng)收益，減少了約30%的供水故障，將水管爆裂維修時(shí)間縮短了8%。傳感器讀數(shù)的即時(shí)性有助于改進(jìn)決策，將數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性提升至將近99%。

 

　　目前，項(xiàng)目在第三階段，重點(diǎn)包括安裝傳感器以及自動(dòng)運(yùn)行決策工具和界面、自主系統(tǒng)和新責(zé)任模式。H2Porto的一些重要事項(xiàng)包括傳感器分析、供水模型、破裂模擬、儀表運(yùn)行管理和KPI，以及水動(dòng)力模型、糞便大腸菌群預(yù)測(cè)和沿海水文氣象研究。

 

　　AguasdoPorto的IT和創(chuàng)新總監(jiān)PedroVieira表示："H2Porto是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要催化劑，它支持人員、流程和技術(shù)方面的變更。最重要的是，它幫助我們?cè)谌我庠O(shè)備上實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)移動(dòng)化并實(shí)時(shí)提供信息。"

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