【摘 要】本文深入探讨了数字孪生技术在城乡供水项目中的创新应用及其带来的显著效益。数字孪生技术不仅提高了供水系统的运营效率，而且显著增强了水质安全保障性能和应急响应速度。本文详细分析了数字孪生技术在供水管理中的具体应用场景，包括供水调度优化、水质监测与预警、设施预测性维护以及安全管理等，并探讨了实施过程中的挑战与解决方案。研究结果表明，数字孪生技术为城乡供水项目的智慧化转型提供了强有力的技术支持，具有广阔的应用前景和推广价值。

【关键词】数字孪生技术；城乡供水；供水调度优化；水质监测预警；设施预测性维护

引言

随着城市化进程的加快和人口增长，城乡供水系统面临着前所未有的挑战，包括供水需求激增、水质安全压力增大、设施老化与维护成本上升等问题。传统的供水管理模式已经难以满足日益复杂多变的供水需求，迫切需要引入新技术手段实现供水系统的智能化、精细化管理。数字孪生技术作为新一代信息技术的代表，以其强大的数据整合、模拟预测和决策支持能力，为城乡供水项目的智慧化转型提供了新的解决方案[1]。

数字孪生技术通过构建与物理世界相对应的虚拟模型，来实现对供水系统的全面感知、动态模拟和优化决策。在城乡供水项目中，数字孪生技术能够实时反映供水系统的运行状态，提前预测潜在问题，优化资源配置，提高供水效率，保障水质安全，并在紧急情况下迅速响应，以减少损失。因此，探索数字孪生技术在城乡供水项目中的应用，对于提升供水系统的整体效能、推动智慧水务建设具有重要意义。

一、数字孪生技术概述

（一）定义与原理

数字孪生技术是一种集成了物联网（Internet of Things，IoT）、大数据、云计算、人工智能（Artificial Intelligence，AI）和仿真技术等多领域先进技术的综合性解决方案。它通过构建与物理实体相对应的虚拟模型，即“数字孪生体”，来实现对物理系统全面、实时、精准的映射与模拟。数字孪生体不仅包含物理系统的几何结构、物理属性，而且集成了系统的运行状态、历史数据、环境参数等多维度信息，使管理者能够在虚拟环境中对物理系统进行监测、分析、预测和优化。

数字孪生技术的核心原理在于数据的双向流动与融合。一方面，利用传感器网络等物联网技术采集物理系统的实时数据，传输至云端或边缘计算平台进行处理和分析，以便于更新数字孪生体的状态；另一方面，基于数字孪生体的模拟结果和优化算法，生成控制指令，反馈至物理系统，实现系统的优化调整[2]。这种闭环的数据流动机制，使数字孪生技术能够持续迭代优化，不断提升对物理系统的认知能力和管理效率。

（二）技术特点

数字孪生技术能够实时同步物理系统的状态变化，以确保虚拟模型与物理实体的高度一致。通过高精度建模和大数据分析，数字孪生体能够准确反映物理系统的运行规律和潜在问题。数字孪生技术基于历史数据和仿真模型，能够预测物理系统的未来状态和发展趋势，为决策提供有力支持。此外，数字孪生体提供了直观、易用的交互界面，使管理者能够方便地查看系统状态、进行模拟实验、制订优化策略。

（三）发展现状

近年来，数字孪生技术在全球范围内得到了快速发展和广泛应用。2021 年，我国公布的“十四五”规划中，明确提出了探索建设数字孪生城市的要求，为数字孪生城市建设提供了国家战略指引。在水务领域，数字孪生技术逐渐展现出其巨大的潜力和价值，成为推动体系升级和智能化转型的重要力量。通过构建供水系统的数字孪生模型，水务企业能够实现对供水网络、水质监测、设施维护等关键环节的全面监控和优化管理，以提高供水效率和服务质量，降低运营成本和维护成本。同时，数字孪生技术为水务行业提供了更加智能化的应急响应和决策支持手段，增强了应对突发事件的能力和水平[3]。

二、数字孪生技术在供水调度与管理中的应用

（一）供水调度优化

1. 虚拟模型构建

在供水调度优化中，数字孪生技术的首要任务是构建供水系统的虚拟模型。