为提高排水管网规划建设的科学性，对排水养护管理提供数据支撑、排水事故应急处置提供辅助决策，应高度重视排水管网监测的建设工作，建立监测预警预报的排水一张图系统，开展基于排水监测运行数据的大数据分析和应用实践，提升排水管理工作的智慧能力[1]。在当前数字化智慧化的快速发展背景下，数字孪生排水管理作为一种不断发展和完善的先进技术手段，可实现地下复杂排水管网的三维可视化，同时还可实时监测和管理排水设施提高工作效率以及排水运营管理水平[2]。建立基于CIM的数字孪生排水系统管控模式，采用先进的数字孪生、地理信息、物联网等技术，进行排水系统全时全流程的精细化管理，实现对排水管网设施数据的科学管理和有效应用，从而辅助排水设施管理和决策，提升城市水务的运行管理水平[3]。数字孪生排水系统是排水综合业务的信息管理平台，系统集数字孪生以及地下管网三维模型可视化、在线运行监测视频监控、污水厂工业自动化控制等先进技术，通过排水管网基础数据建库，融合排水管网管理的各种业务处理和专业分析模块，实现排水管网设施设备的在线监测与控制、管网养护和应急指挥综合统筹，形成涵盖排水管理部门各业务单元信息、数据汇聚管理和决策分析等服务一体化的智慧排水平台[4]。1数字孪生排水系统架构设计1.1总体架构总体架构包含感知层、传输层、平台层、应用层和统一门户5个部分设计，系统平台为后续其他系统的接入保留兼容和扩展接口。数字孪生排水系统总体架构如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.034.F001图1数字孪生排水系统总体架构平台层CIM模型管理平台基于正元城市信息模型基础平台，以数字孪生、物联网等技术为基础，汇聚和融合城市各类空间和非空间、结构和非结构化、静态和动态的多元异构数据，构建时空一体、动静结合的城市智能运行数据底座，支持海量二三维地理时空数据的一体化分析预测与评价，为城市排水管网设施设备提供直观形象，可叠加排水运行动态数据以及实现排水管网设施设备的在线控制。1.2业务架构平台利用数字孪生、地理信息、物联网等技术将企业业务动态数据和设施设备静态数据无缝融合，连接从管网泵站到污水厂等节点，集成水情、雨情和天气预报等数据，收集设备的运行实时数据，再到排水企业的用户与业务数据，通过数据汇聚分析，为排水运营提供全覆盖的业务决策支撑。业务架构如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.034.F002图2业务架构1.3网络架构SCADA网络主要依靠两个服务器完成数据提取和转存。在网络前段设立前置服务器，SCADA网络所有的监测数据先同步到前置服务器记录存储，通过网络交换，实现数据同步到排水系统指定的服务器中，保障监控数据的交互。在数据回传网络中，要配置高端防火墙，控制排水系统的数据访问权限，保障排水系统的数据和系统安全，同时要配置备份的服务器以及备份软件，实现对排水数据的容灾备份。网络架构如图3所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.034.F003图3网络架构2数字孪生排水系统功能设计2.1排水管网在线监测系统排水管网在线监测系统提供对排水管网全时全过程的运行监测，依托CIM平台集成排水管网的监测数据，实时可视化方式展现排水水位、水质、流量等信息，达到排水异常状况的预警预报目的[5]。系统采用C/S模式，功能模块主要包括监测首页、监测地图、设备列表、统计分析。2.2排水设施远程监控系统排水设施远程监控系统基于C/S架构开发，实现对排水设施设备的动态监测，重点实现对污水厂及泵站的监测控制[6]。用户可以通过系统查看排水各监测点的动态模拟画面、实时监测数据及异常实时报警信息；可以通过系统查看历史数据，系统提供数据的统计分析功能。系统设计充分考虑操作的灵活性和快捷性，支持页面之间的灵活链接和跳转。系统可以帮助管理人员把握生产现场运行动态，进行工艺分析，辅助制订控制策略。系统主要功能包括远程监控、运行曲线、预警报警、统计分析等。2.3排水防汛应急调度系统值守系统：围绕日常值守的实际过程，实现对突发事件的接报、事件信息管理、事件多方式和多维度统计以及日常值班的管理，从而保障突发应急事件的及时响应。资源系统：提供应急处理所需资源要素的动态管理保障，具体对应急车辆、物资、装备、通信保障设备和指挥场所进行统筹管理，实现多方式、多角度查询及统计分析，方便掌握应急资源要素的数量和空间分布情况。预案系统：提供应急事件预案库的管理，包括洪涝专项应急预案、突发公共事件应急预案及应急保障预案，为防汛应急的救援工作提供科学指导。通过预案系统，可减少人为决策的误判，能够高效、精准、有序开展防汛救援。知识系统：包括应急指挥相关的法律法规、行业标准规范、历史事故案例及危险品特征库等，是应急单位各种应急事件的应对依据、知识、数据的集合。知识系统提供应急知识大数据库，解决应急人员在救援过程中的技能和知识缺乏的问题，可提高应急救援效能，保障应急人员自身生命安全。指挥调度系统：提供防汛应急事件的综合信息，具体包括洪涝事件发展状况、处置进展及调度指令任务等。通过指挥调度系统信息资源的共享交换，实现洪涝事件的协同指挥，有效提高应急处置能力和救援效率。预警发布系统：针对防汛应急责任人和社会公众，提供预警信息的发布，具体包括对预警信息、审核流程、发布渠道等方面的维护管理，满足各层级预警信息的及时有效发布。总结评估系统：提供对应急事件的全过程评估、归纳、回溯。在防汛应急处置后，按照事件处置的情况展开评估，对事件全部过程复盘，实现对防汛应急处置的时效性、有效性等综合评价，形成事件评估报告并进行综合分析归纳，以便防汛管理人员进行案件回溯。为类似防汛事件的处置积累经验，同时可优化经费保障、物资储备等方面，提供数据信息支撑。3数字孪生排水系统数据库设计3.1数据来源基础数据库：排水设施信息、行政区数据、管理人员数据、巡检维护数据等；排水组织机构及人员分工等组织体系信息；排水管理等制度体系信息；污水厂设备运行及排水信息动态台账、中水泵站设备运行及排水信息动态台账、排水泵站设备运行及排水信息动态台账等。动态数据库：排水动态数据库主要包括抽查督导信息、运维人员报送的故障信息。属性数据库：排水属性数据库主要包括排水对象表、排水对象基础表、排水主要业务表、排水对象关系表、排水元数据库表。空间数据库：排水空间数据主要包括地形、遥感影像、三维模型数据、地下排水管线数据等；排水管线数据包括管线、管点、井盖、泵站等设施设备的位置信息和相关属性信息，是数字孪生系统关键核心数据，其中地形、遥感影像、三维模型数据是整个系统背景基础数据，辅导定位管线位置以及信息可视化相关报警信息。3.2数据流转设计各远端设备将污水厂、中水站、排水泵站、监测点监测数据（工况信息、水位、压力、水质等）经过传输网络传输至服务器，再经过服务器端处理程序存储、分析、挖掘，提供运行监控系统、模型系统进行分析、展示[7]。数据流转如图4所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.02.034.F004图4数据流转4结语数字孪生排水系统将改变排水运营管理的被动局面，实现了排水全时全过程全业务的数字化和智慧化管理、对地下排水管网三维一张图的管理、对排水管网的跑冒滴漏等病害问题的实时监测、对污水偷排和积水内涝的全时监控。通过排水全业务大数据的汇聚，实现了排水事故的预警预报和智能分析，帮助排水管理部门从被动人为低效管理向主动智能高效管理转变。排水管理部门从分散多个业务应用系统向统一集中管理平台转变，实现一张图查看所有排水管网设施设备及运行情况，实现一个平台管控所有业务，通过数字孪生排水系统，使城市更安全、更美丽、更环保。