數字賦能，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。

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

讓水利更“聰明”

“從考研到讀博，其實是在不斷學習的過程中逐漸堅定選擇水利專業的決心，也希望自己的所學能夠發揮作用。”2018年7月，從揚州大學水利科學與工程學院博士畢業的夏臣智入職南水北調江蘇水源公司，后加入南水北調（江蘇）數智科技有限公司。

2022年年初，夏臣智所在的團隊接到編制數字孿生建設方案的任務。數字孿生，英文名為Digital"Twin（數字雙胞胎），最早應用于航空航天與工業制造，是對現實世界物理實體的數字化表達。簡單來說，就是在虛擬的數字世界中創建一個與真實世界中的物理實體幾乎完全相同的模型，這個模型能夠實時地反映物理實體的狀態、性能和行為，使得我們可以在數字世界中對其進行監測、仿真、預測和優化。對南水北調工程來說，數字孿生建設可以實現對物理水網全要素以及調水運行全過程進行數字映射、智能模擬、前瞻預演。

2022年是水利數字孿生元年，數字孿生洪澤站建設入選了水利部數字孿生先行先試任務，就大型泵站數字孿生來說，當時幾乎沒有成熟的技術方案和應用案例。“我們團隊帶頭人莫兆祥帶領我們撰寫數字孿生洪澤站建設方案。約三個月時間里，團隊查閱了大量的技術前沿文獻資料，與一線同事反復討論業務應用場景，也多次向水利工程、水文水資源、物聯網、大數據、信息軟件等多個領域專家咨詢求教，數易其稿，最終確定以提高大型泵站安全、高效、經濟運行水平為目標，完成建設方案編制，并順利通過專家審查。”

數字孿生建設方案的編制難在準確把握江蘇南水北調大型泵站數字孿生核心業務需求，弄清楚數字孿生洪澤站建什么、達到什么標準，確保建成的系統管用、好用。那段時間，夏臣智和伙伴們一起加班加點，“整個建設期的工作非常忙碌，加班是常有的事，再加上研發壓力很大，但一想到領導常說的‘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。”

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，專業優勢互補、相互學習提升，為數字孿生水利工程融合創新提供了良好的專業素質基礎。“我們的帶頭人莫兆祥是江蘇省產業教授，長期從事大型泵站標準化、數字化、智能化研究，具有豐富的行業經驗。他帶頭攻堅，親力親為，經常手把手帶著我們做事，給了我們很大的幫助。”

守住安全線

在泵站優化運行，如調節水泵運行工況，提高泵站運行效率、節能降耗之外，數字孿生技術還能實現實時監測、趨勢預警、故障診斷等功能，即通過傳感器實時采集泵站設備的運行數據，如流量、揚程、振動、溫度等，利用智能模型對數據進行處理，及時發出異常預警，故障智能診斷，或通過實時監測和數據分析，預測設備關鍵部件的磨損，提前進行維護，避免突發性故障。

“要從守護生命線的政治高度，切實維護南水北調工程安全、供水安全和水質安全。”交談中，夏臣智反復提到南水北調工程的“三個安全”要求。“我們為什么做科研？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監測技術的小故事。在南水北調工程調水期間巡檢人員都是24小時連軸轉，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。”

“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，這樣的環境下，老師傅僅憑多年經驗就能夠聽出水泵運行的異常，非常厲害。”感嘆和佩服之余，夏臣智由此想到了新的研發方向。泵站有大量的電氣設備和旋轉機械設備，大部分設備運行時都會發聲，如變壓器嗡嗡聲，水泵、電機、齒輪箱運轉聲等，傳統依靠人工巡視，一般有經驗的人才能聽出異常。“我們運用人工智能算法、大數據和聲學技術，開發了泵組聲紋"AI"監測模型，通過訓練，可以在復雜噪聲環境下提取水泵正常和故障特征聲紋，通過分析泵站設備運行時產生的聲音特征，可以實現對設備運行狀態的實時監測和故障診斷。這種模型的應用可以降低對人工巡檢的依賴，提升設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。”1952年10月，毛澤東主席視察黃河，提出了這個宏偉構想。

2002年12月，南水北調工程正式開工建設。時至今日，東線、中線一期工程正式通水。十年間，南水北調東、中線一期工程已累計調水超760億立方米，為沿線數億居民提供了生產生活用水。經半個世紀論證，數十萬建設者十多年奮戰，數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。

“五十年規劃，十年建設，十年通水，南水北調的每條線路發生的故事不一樣。”在南水北調江蘇水情教育基地，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，串聯洪澤湖、駱馬湖、南四湖、東平湖等四個調蓄湖泊，連續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。”

“其實，江蘇也是缺水的。江蘇雖然是水鄉，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工程建設，是我國迄今最早的水資源調度工程。江蘇南水北調工程是在現有江水北調工程基礎上擴大規模、向北延伸。”感嘆南水北調工程的偉大之余，夏臣智也為來訪者帶來一節生動的節水教育課。

借南方之水，解北方之渴，南水北調實現了“南北共飲一江水”的夢想，映射出南水北調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。在高質量發展理念的引領下，這條暢通南北的調水線、“生命線”正在惠及更多地方。