數字孿生水廠：AI算法如何讓老舊水網漏損率從35%降至12%

數字孿生水廠：AI算法如何讓老舊水網漏損率從35%降至12%

在城市化進程加速的今天，老舊供水管網的漏損問題已成為全球水務行業的共同挑戰。某國際水務集團在亞洲某特大型城市的實踐案例，揭示了數字孿生技術與AI算法的深度融合如何重構傳統水務管理模式——通過構建物理水廠與虛擬鏡像的實時交互系統，配合多維度AI診斷模型，成功將老舊管網漏損率從行業平均水平大幅削減。這一轉型不僅驗證了技術賦能的可行性，更為全球水務行業提供了可復制的降損范式。

一、傳統漏損控制的困境：從“經驗驅動”到“數據孤島”

老舊管網的漏損控制長期面臨三大核心矛盾：

物理衰減的不可逆性：鑄鐵管、鍍鋅管等傳統材質在土壤腐蝕、地基沉降、壓力波動等作用下，平均每十年漏損率上升，且爆管風險隨管齡增長呈指數級增加。

檢測手段的滯后性：傳統聽音桿、相關儀等設備依賴人工巡檢，單次檢測周期長，且對微小滲漏(如暗漏)的識別率低，導致漏點從產生到修復的平均時間跨度長。

管理決策的碎片化：水務企業通常將管網劃分為多個獨立區域(DMA)，但各區域的水量、壓力、水質數據缺乏動態關聯分析，導致漏損定位依賴“試錯法”，修復效率低下。

某國際水務集團在亞洲某城市的初期調研顯示，其管轄的管網中，超過一定比例的管道服役年限超標準，且由于歷史規劃問題，管網拓撲結構復雜，導致漏損控制陷入“檢測-修復-再漏損”的惡性循環。

二、數字孿生水廠：構建物理與虛擬的“雙生系統”

數字孿生技術的核心在于通過物聯網、三維建模、云計算等技術，在虛擬空間中構建與物理水廠完全映射的“數字鏡像”，并實現兩者間的實時數據交互。該集團的技術架構包含三大層級：

數據感知層：在管網關鍵節點部署高精度傳感器，包括壓力傳感器、流量計、噪聲記錄儀及水質監測模塊，形成覆蓋全流程的監測網絡。例如，在某老舊小區的試點中，通過在入戶管網安裝微型壓力傳感器，成功捕捉到夜間壓力異常波動，為后續漏損定位提供關鍵線索。

模型構建層：基于物理水廠的CAD圖紙與歷史運行數據，構建三維動態模型，并集成水力模擬、結構力學分析等模塊。該模型可實時模擬管網在不同工況下的壓力分布、水流速度及應力變化，為漏損預測提供理論支撐。

決策支持層：通過API接口將數字孿生平臺與AI算法中臺對接，實現數據流與業務流的閉環。例如，當某DMA區域夜間最小流量(MNF)持續異常時，系統自動觸發漏損診斷流程，結合壓力衰減模型與聲學特征庫，定位漏點位置并生成維修工單。

根據中研普華產業研究院發布的《2025-2030年中國水務行業深度發展研究與“十五五”企業投資戰略規劃報告》顯示分析

三、AI算法的深度應用：從“被動響應”到“主動防控”

在數字孿生框架下，AI算法通過多維度數據融合與模式識別，實現了漏損控制的三大突破：

漏損模式智能識別：

傳統漏損檢測依賴人工分析噪聲頻譜，而AI模型通過訓練海量漏損聲紋數據，可自動區分環境噪聲(如交通、施工)與真實漏損信號。例如，某項目部署的深度學習模型，在試點階段將漏損識別準確率大幅提升，誤報率顯著降低。

壓力-漏損動態調控：

基于強化學習算法構建的壓力管理模型，可實時分析管網壓力與漏損量的非線性關系，并自動調整加壓泵站運行參數。在某老舊管網改造中，該模型通過優化夜間壓力波動范圍，使管網漏損速率下降，同時延長了管道使用壽命。

維修決策優先級排序：

結合管網材質、埋深、歷史漏損記錄等數據，AI模型可評估各漏點的“風險權重”，優先處理高風險區域。例如，某系統通過分析某段鑄鐵管的腐蝕速率與周邊施工活動，提前預警其爆管風險，指導水務企業實施預防性更換。

四、轉型成效：從“技術驗證”到“行業標桿”

經過實踐，該國際水務集團管轄區域的漏損率大幅下降，且維修成本降低。這一轉型帶來三重價值：

經濟效益：漏損率下降直接減少水資源浪費，同時降低因爆管引發的道路塌陷、交通中斷等次生災害損失。

社會效益：通過優化供水壓力，居民端水質穩定性提升，投訴率下降。

管理效益：數字孿生平臺與AI算法的集成，使水務企業從“經驗型管理”轉向“數據驅動決策”，運維人員效率提升。

五、未來展望：數字孿生與AI的深度融合

當前，數字孿生水廠正從“單點應用”向“全生命周期管理”演進。例如，結合區塊鏈技術構建的管網資產數字護照，可追溯每段管道的材質、安裝時間、維修記錄及漏損歷史，為AI模型提供更精準的訓練數據;而多模態大模型的應用，則可實現從“漏損檢測”到“水質預測”“能耗優化”的一體化管理。

老舊水網的轉型不僅是技術升級，更是管理思維的革命。數字孿生與AI的融合，正在重新定義水務行業的價值鏈——從“被動修復漏損”到“主動預防風險”，從“單一供水服務”到“水資源綜合優化”。這一趨勢，將為全球城市應對水資源短缺、氣候變化等挑戰提供關鍵技術支撐。

如需獲取完整版報告(含詳細數據、案例及解決方案)，請點擊中研普華產業研究院的《2025-2030年中國水務行業深度發展研究與“十五五”企業投資戰略規劃報告》。