数字赋能，从“治水”到“智水”

刀要在石上磨，人要在事上练。他心里始终有股信念：一定要干成，一定能干成。

走进南水北调江苏调度中心，多个数据可视化电子大屏交相辉映，数字跃动间，工程沿线各泵站的运行情况清晰可见。据南水北调（江苏）数智科技有限公司科技研发部经理夏臣智介绍，这里聚集了调度运行管理系统、远程集控系统，以及数字孪生泵站系统，点击鼠标，1分钟即可让远在400公里外的泵站机组转动起来。

让水利更“聪明”

“从考研到读博，其实是在不断学习的过程中逐渐坚定选择水利专业的决心，也希望自己的所学能够发挥作用。”2018年7月，从扬州大学水利科学与工程学院博士毕业的夏臣智入职南水北调江苏水源公司，后加入南水北调（江苏）数智科技有限公司。

2022年年初，夏臣智所在的团队接到编制数字孪生建设方案的任务。数字孪生，英文名为Digital Twin（数字双胞胎），最早应用于航空航天与工业制造，是对现实世界物理实体的数字化表达。简单来说，就是在虚拟的数字世界中创建一个与真实世界中的物理实体几乎完全相同的模型，这个模型能够实时地反映物理实体的状态、性能和行为，使得我们可以在数字世界中对其进行监测、仿真、预测和优化。对南水北调工程来说，数字孪生建设可以实现对物理水网全要素以及调水运行全过程进行数字映射、智能模拟、前瞻预演。

2022年是水利数字孪生元年，数字孪生洪泽站建设入选了水利部数字孪生先行先试任务，就大型泵站数字孪生来说，当时几乎没有成熟的技术方案和应用案例。“我们团队带头人莫兆祥带领我们撰写数字孪生洪泽站建设方案。约三个月时间里，团队查阅了大量的技术前沿文献资料，与一线同事反复讨论业务应用场景，也多次向水利工程、水文水资源、物联网、大数据、信息软件等多个领域专家咨询求教，数易其稿，最终确定以提高大型泵站安全、高效、经济运行水平为目标，完成建设方案编制，并顺利通过专家审查。”

数字孪生建设方案的编制难在准确把握江苏南水北调大型泵站数字孪生核心业务需求，弄清楚数字孪生洪泽站建什么、达到什么标准，确保建成的系统管用、好用。那段时间，夏臣智和伙伴们一起加班加点，“整个建设期的工作非常忙碌，加班是常有的事，再加上研发压力很大，但一想到领导常说的‘刀要在石上磨，人要在事上练’，参与这项工作是多么难得的磨炼自己的机遇，心里总有一股信念，一定要干成，一定能干成。”

夏臣智的团队平均年龄在32岁左右，这支年轻的团队成员都是博士、硕士人才，专业优势互补、相互学习提升，为数字孪生水利工程融合创新提供了良好的专业素质基础。“我们的带头人莫兆祥是江苏省产业教授，长期从事大型泵站标准化、数字化、智能化研究，具有丰富的行业经验。他带头攻坚，亲力亲为，经常手把手带着我们做事，给了我们很大的帮助。”

守住安全线

在泵站优化运行，如调节水泵运行工况，提高泵站运行效率、节能降耗之外，数字孪生技术还能实现实时监测、趋势预警、故障诊断等功能，即通过传感器实时采集泵站设备的运行数据，如流量、扬程、振动、温度等，利用智能模型对数据进行处理，及时发出异常预警，故障智能诊断，或通过实时监测和数据分析，预测设备关键部件的磨损，提前进行维护，避免突发性故障。

“要从守护生命线的政治高度，切实维护南水北调工程安全、供水安全和水质安全。”交谈中，夏臣智反复提到南水北调工程的“三个安全”要求。“我们为什么做科研？为谁做科研？”这是夏臣智时常思考的两个问题。他讲起一个促使团队研究泵站声纹AI监测技术的小故事。在南水北调工程调水期间巡检人员都是24小时连轴转，每两个小时就要巡检全站，特别辛苦。如何能够用科技减轻泵站现场巡检人员的工作强度呢？一次，夏臣智跟着一位有三十多年经验的老师傅一起巡检。走到泵站主厂房水泵层时，老师傅突然走到一台机组前，弯下身子，侧着头，把耳朵贴着水泵叶轮室外壳，听了一会儿，说：“这台水泵不正常。”

“要知道在水泵层，五台水泵运行的声音十分嘈杂，两个人相隔两三米，说话都需要大声喊，这样的环境下，老师傅仅凭多年经验就能够听出水泵运行的异常，非常厉害。”感叹和佩服之余，夏臣智由此想到了新的研发方向。泵站有大量的电气设备和旋转机械设备，大部分设备运行时都会发声，如变压器嗡嗡声，水泵、电机、齿轮箱运转声等，传统依靠人工巡视，一般有经验的人才能听出异常。“我们运用人工智能算法、大数据和声学技术，开发了泵组声纹 AI 监测模型，通过训练，可以在复杂噪声环境下提取水泵正常和故障特征声纹，通过分析泵站设备运行时产生的声音特征，可以实现对设备运行状态的实时监测和故障诊断。这种模型的应用可以降低对人工巡检的依赖，提升设备运行的安全保障能力。”

一杯水的来之不易

“南方水多，北方水少，如有可能，借点水来也是可以的。”1952年10月，毛泽东主席视察黄河，提出了这个宏伟构想。

2002年12月，南水北调工程正式开工建设。时至今日，东线、中线一期工程正式通水。十年间，南水北调东、中线一期工程已累计调水超760亿立方米，为沿线数亿居民提供了生产生活用水。经半个世纪论证，数十万建设者十多年奋战，数十万移民舍小家为大家的奉献，世纪梦想终成眼前的一湾碧水。

“五十年规划，十年建设，十年通水，南水北调的每条线路发生的故事不一样。”在南水北调江苏水情教育基地，夏臣智对着地图娓娓道来，“东线工程从长江三江营引水，采用运河线、运西线双线输水，串联洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等四个调蓄湖泊，连续爬升十三个梯级台阶，将一泓江水穿过黄河，流向天津和山东胶东半岛，在中国黄淮海东部形成了‘T’字形的供水大动脉。全线最高处水位与长江水位差约40米，造就了‘水往高处流’的人间奇迹。”

“其实，江苏也是缺水的。江苏虽然是水乡，但江苏的降雨时空分布不均。在时间上，有的年份多，有的年份少，如2019年淮北的大旱。在空间上，苏南降水多，苏北降水少。早在20世纪60年代，江苏就开展了江水北调工程建设，是我国迄今最早的水资源调度工程。江苏南水北调工程是在现有江水北调工程基础上扩大规模、向北延伸。”感叹南水北调工程的伟大之余，夏臣智也为来访者带来一节生动的节水教育课。

借南方之水，解北方之渴，南水北调实现了“南北共饮一江水”的梦想，映射出南水北调人的深厚情怀和初心使命，以及新时代治水昂首前进的脚步。碧水北送，扬波千重；长河泱泱，利泽万方。在高质量发展理念的引领下，这条畅通南北的调水线、“生命线”正在惠及更多地方。