數(shù)字賦能，從“治水”到“智水”

刀要在石上磨，人要在事上練。他心里始終有股信念：一定要干成，一定能干成。

走進南水北調(diào)江蘇調(diào)度中心，多個數(shù)據(jù)可視化電子大屏交相輝映，數(shù)字躍動間，工程沿線各泵站的運行情況清晰可見。據(jù)南水北調(diào)（江蘇）數(shù)智科技有限公司科技研發(fā)部經(jīng)理夏臣智介紹，這里聚集了調(diào)度運行管理系統(tǒng)、遠程集控系統(tǒng)，以及數(shù)字孿生泵站系統(tǒng)，點擊鼠標，1分鐘即可讓遠在400公里外的泵站機組轉(zhuǎn)動起來。

讓水利更“聰明”

“從考研到讀博，其實是在不斷學(xué)習(xí)的過程中逐漸堅定選擇水利專業(yè)的決心，也希望自己的所學(xué)能夠發(fā)揮作用?！?018年7月，從揚州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院博士畢業(yè)的夏臣智入職南水北調(diào)江蘇水源公司，后加入南水北調(diào)（江蘇）數(shù)智科技有限公司。

2022年年初，夏臣智所在的團隊接到編制數(shù)字孿生建設(shè)方案的任務(wù)。數(shù)字孿生，英文名為Digital"Twin（數(shù)字雙胞胎），最早應(yīng)用于航空航天與工業(yè)制造，是對現(xiàn)實世界物理實體的數(shù)字化表達。簡單來說，就是在虛擬的數(shù)字世界中創(chuàng)建一個與真實世界中的物理實體幾乎完全相同的模型，這個模型能夠?qū)崟r地反映物理實體的狀態(tài)、性能和行為，使得我們可以在數(shù)字世界中對其進行監(jiān)測、仿真、預(yù)測和優(yōu)化。對南水北調(diào)工程來說，數(shù)字孿生建設(shè)可以實現(xiàn)對物理水網(wǎng)全要素以及調(diào)水運行全過程進行數(shù)字映射、智能模擬、前瞻預(yù)演。

2022年是水利數(shù)字孿生元年，數(shù)字孿生洪澤站建設(shè)入選了水利部數(shù)字孿生先行先試任務(wù)，就大型泵站數(shù)字孿生來說，當時幾乎沒有成熟的技術(shù)方案和應(yīng)用案例。“我們團隊帶頭人莫兆祥帶領(lǐng)我們撰寫數(shù)字孿生洪澤站建設(shè)方案。約三個月時間里，團隊查閱了大量的技術(shù)前沿文獻資料，與一線同事反復(fù)討論業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，也多次向水利工程、水文水資源、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、信息軟件等多個領(lǐng)域?qū)＜易稍兦蠼?，?shù)易其稿，最終確定以提高大型泵站安全、高效、經(jīng)濟運行水平為目標，完成建設(shè)方案編制，并順利通過專家審查。”

數(shù)字孿生建設(shè)方案的編制難在準確把握江蘇南水北調(diào)大型泵站數(shù)字孿生核心業(yè)務(wù)需求，弄清楚數(shù)字孿生洪澤站建什么、達到什么標準，確保建成的系統(tǒng)管用、好用。那段時間，夏臣智和伙伴們一起加班加點，“整個建設(shè)期的工作非常忙碌，加班是常有的事，再加上研發(fā)壓力很大，但一想到領(lǐng)導(dǎo)常說的‘刀要在石上磨，人要在事上練’，參與這項工作是多么難得的磨煉自己的機遇，心里總有一股信念，一定要干成，一定能干成?！?/p>

夏臣智的團隊平均年齡在32歲左右，這支年輕的團隊成員都是博士、碩士人才，專業(yè)優(yōu)勢互補、相互學(xué)習(xí)提升，為數(shù)字孿生水利工程融合創(chuàng)新提供了良好的專業(yè)素質(zhì)基礎(chǔ)?！拔覀兊膸ь^人莫兆祥是江蘇省產(chǎn)業(yè)教授，長期從事大型泵站標準化、數(shù)字化、智能化研究，具有豐富的行業(yè)經(jīng)驗。他帶頭攻堅，親力親為，經(jīng)常手把手帶著我們做事，給了我們很大的幫助?！?/p>

守住安全線

在泵站優(yōu)化運行，如調(diào)節(jié)水泵運行工況，提高泵站運行效率、節(jié)能降耗之外，數(shù)字孿生技術(shù)還能實現(xiàn)實時監(jiān)測、趨勢預(yù)警、故障診斷等功能，即通過傳感器實時采集泵站設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，如流量、揚程、振動、溫度等，利用智能模型對數(shù)據(jù)進行處理，及時發(fā)出異常預(yù)警，故障智能診斷，或通過實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，預(yù)測設(shè)備關(guān)鍵部件的磨損，提前進行維護，避免突發(fā)性故障。

“要從守護生命線的政治高度，切實維護南水北調(diào)工程安全、供水安全和水質(zhì)安全?！苯徽勚?，夏臣智反復(fù)提到南水北調(diào)工程的“三個安全”要求。“我們?yōu)槭裁醋隹蒲?？為誰做科研？”這是夏臣智時常思考的兩個問題。他講起一個促使團隊研究泵站聲紋AI監(jiān)測技術(shù)的小故事。在南水北調(diào)工程調(diào)水期間巡檢人員都是24小時連軸轉(zhuǎn)，每兩個小時就要巡檢全站，特別辛苦。如何能夠用科技減輕泵站現(xiàn)場巡檢人員的工作強度呢？一次，夏臣智跟著一位有三十多年經(jīng)驗的老師傅一起巡檢。走到泵站主廠房水泵層時，老師傅突然走到一臺機組前，彎下身子，側(cè)著頭，把耳朵貼著水泵葉輪室外殼，聽了一會兒，說：“這臺水泵不正常?！?/p>

“要知道在水泵層，五臺水泵運行的聲音十分嘈雜，兩個人相隔兩三米，說話都需要大聲喊，這樣的環(huán)境下，老師傅僅憑多年經(jīng)驗就能夠聽出水泵運行的異常，非常厲害?！备袊@和佩服之余，夏臣智由此想到了新的研發(fā)方向。泵站有大量的電氣設(shè)備和旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，大部分設(shè)備運行時都會發(fā)聲，如變壓器嗡嗡聲，水泵、電機、齒輪箱運轉(zhuǎn)聲等，傳統(tǒng)依靠人工巡視，一般有經(jīng)驗的人才能聽出異常。“我們運用人工智能算法、大數(shù)據(jù)和聲學(xué)技術(shù)，開發(fā)了泵組聲紋"AI"監(jiān)測模型，通過訓(xùn)練，可以在復(fù)雜噪聲環(huán)境下提取水泵正常和故障特征聲紋，通過分析泵站設(shè)備運行時產(chǎn)生的聲音特征，可以實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測和故障診斷。這種模型的應(yīng)用可以降低對人工巡檢的依賴，提升設(shè)備運行的安全保障能力。”

一杯水的來之不易

“南方水多，北方水少，如有可能，借點水來也是可以的?！?952年10月，毛澤東主席視察黃河，提出了這個宏偉構(gòu)想。

2002年12月，南水北調(diào)工程正式開工建設(shè)。時至今日，東線、中線一期工程正式通水。十年間，南水北調(diào)東、中線一期工程已累計調(diào)水超760億立方米，為沿線數(shù)億居民提供了生產(chǎn)生活用水。經(jīng)半個世紀論證，數(shù)十萬建設(shè)者十多年奮戰(zhàn)，數(shù)十萬移民舍小家為大家的奉獻，世紀夢想終成眼前的一灣碧水。

“五十年規(guī)劃，十年建設(shè)，十年通水，南水北調(diào)的每條線路發(fā)生的故事不一樣?！痹谀纤闭{(diào)江蘇水情教育基地，夏臣智對著地圖娓娓道來，“東線工程從長江三江營引水，采用運河線、運西線雙線輸水，串聯(lián)洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖等四個調(diào)蓄湖泊，連續(xù)爬升十三個梯級臺階，將一泓江水穿過黃河，流向天津和山東膠東半島，在中國黃淮海東部形成了‘T’字形的供水大動脈。全線最高處水位與長江水位差約40米，造就了‘水往高處流’的人間奇跡?！?/p>

“其實，江蘇也是缺水的。江蘇雖然是水鄉(xiāng)，但江蘇的降雨時空分布不均。在時間上，有的年份多，有的年份少，如2019年淮北的大旱。在空間上，蘇南降水多，蘇北降水少。早在20世紀60年代，江蘇就開展了江水北調(diào)工程建設(shè)，是我國迄今最早的水資源調(diào)度工程。江蘇南水北調(diào)工程是在現(xiàn)有江水北調(diào)工程基礎(chǔ)上擴大規(guī)模、向北延伸?！备袊@南水北調(diào)工程的偉大之余，夏臣智也為來訪者帶來一節(jié)生動的節(jié)水教育課。

借南方之水，解北方之渴，南水北調(diào)實現(xiàn)了“南北共飲一江水”的夢想，映射出南水北調(diào)人的深厚情懷和初心使命，以及新時代治水昂首前進的腳步。碧水北送，揚波千重；長河泱泱，利澤萬方。在高質(zhì)量發(fā)展理念的引領(lǐng)下，這條暢通南北的調(diào)水線、“生命線”正在惠及更多地方。