张辰：城镇水务数字化智能化技术研究与实践

张辰介绍， 在智能技术发展方面，国家近年来出台了一系列政策推动智慧城市和数字孪生等领域的建设。例如， 2021 年 ， 全国人大发布了《国民经济和社会发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》 ， 明确提出推进智慧城市建设； 2021 至 202 3 年间，中央网信委、国务院及网信办联合多个部门相继印发文件，倡导 打造数字孪生 体系 。 2024 年，中央网信办会同发改委等十部门发布《数字化绿色化协同转型发展实施指南》，强调实施绿色建造和智能建造，打造数字孪生工程建设模拟系统，推动构建智能建造平台等内容。  

2024 年，住建部印发《推进建筑和市政基础设施设备更新工作实施方案的通知》建城规〔 2024 〕 2 号， 也提出分类推进建筑与市政基础设施设备更新，强调智慧化运营，并明确至 2027 年，对技术落后、不满足有关标准规范、节能环保不达标的设备，按计划完成更新改造。  

2025 年 7 月 召开的中央城市工作会议进一步强调建设韧性城市与智慧城市，推动技术突破与研究深化，提升城市基础设施特别是生命线工程的智慧化水平。  

今年 7 月底， 中国工程院发布的人工智能新兴技术清单中，涵盖 6G 、多模态大模型、超级通用智能体等 163 项 热点技术，并重点关注产业 改造 升级与学科 交叉 融合。  

张辰分析，由以上政策可见， 市政基础设施作为城市生命线的重要组成部分，正日益受到国家层面的重视。 包括前文提到的住建部出台的相关 政策，也突出强调了城市生命线安全及城市更新示范建设。 但推动基础设施城市生命线真正的落实，还是需要行业共同努力。  

在地方层面，上海市依托高校和科研机构推动技术创新，在人工智能与水系统智慧化方面开展了多项实践，如出台《上海市进一步扩大人工智能应用的若干措施》，提出专项支持政策、发放算力券等措施。  

2024 年 5 月上海市委书记陈吉宁调研 上海 城投集团时提出，要持续提升排水管网运行能力，提高厂网系统化运行效率 。 2024 年 6 月上海市委污水系统治理工作会议中提出，要健全排水感知和模拟评估系统，常态化开展排水系统模拟评估诊断，并不断迭代完善 。  

2024 年 12 月 13 日， 上海 市委书记陈吉宁在上海岛为 张辰创建的 量子城市时空创新重点实验室揭幕 ， 彰显了上海对相关工作的重视。此外，今年初，同济设计集团等企业与上海市规划和自然资源局共同签署了 “上海量子城市时空创新战略合作框架协议”。 根据建设方案，上海相关方面将创新集成运用各类新型数字化技术，建设虚实相生、线上线下联动、万物互联感应的时空数字孪生系统，到 2027年，全面提升城市时空智能治理能力，支撑千行百业垂类应用需求，形成人工智能时空领域若干产业集群。  

今年， 7 月 26 日 -28 日， 2025 世界人工智能大会（ WAIC ）在上海召开，大会发布多项重要成果，展示前沿科技 3000 余项，进一步 促进人工智能在全国的推广应用。  

纵观国家层面与地方政府层面，都针对发展智能技术释放了重要信号，推动相关产业发展的政策环境已日渐成熟。

在智能技术应用方面， 张辰提出了未来发展的几个重点方向：第一，要结合数字化应用场景。 国际水协及全球水研究联盟等机构指出，数字化技术需注重应用场景落地。 张辰表示， 目前行业内研究 进度比较超前，但 与 实际应用场景 之间存在一定脱节，需着力突破应用瓶颈， 实现有效的衔接融合；第二，要针对应用端的阻碍 提出系统解决方案 ； 第三， 要在 水务 行业 打造实际应用案例， 通过案例的传导来促进 水务 行业人工智能的发展。  

国际水协今年也发布了水务行业的战略性数字化转型的蓝皮书， 未来将针对 水行业的智能技术发展开展一系列工作。      

国际水协 IWA2025年出版  

落地到具体领域，张辰表示， 水务行业在排水管网智能化、污水处理厂智慧运行等方面仍面临 一系列 挑战，需依托数据分析实现精细化管理与智能决策。  

以 排水管网系统 为例，随着城市化进程加速，城市排水系统面临诸多挑战，如管道老化、堵塞、渗漏等问题频发。暴雨内涝与污水溢流现象愈发严重。智能化技术通过对数据的分析和模型的应用，能实现风险预测，并优化处置方案，可有效提高城市应对风险的能力和效率。  

污水处理厂也有 不少值得研究的 智慧建设和运行 案例 ， 例如 无人值守 、安全保障、节能降耗、精细管理 与智能评估等。  

张辰再次强调， 无论是供水、污水还是厂网系统， 实现以上突破需要通过一系列 应用实践应用场景的落地 推动智能化发展 。  

他语重心长的表示，由于目前高校缺少 人工智能专业， 也缺少 懂得水务行业 的 人工智能 领域 的专家，只有靠 水务行业 自身的提升 与 发展，去拥抱人工智能，才能进一步提高行业水准。

实例 1 ：新加坡数字水务

张辰介绍，从国际水务行业来看，目前有一些先进的经验值得借鉴。例如 国际水协 2020 年 出版了相关著作，分享了 新加坡数字水务的一些经验 。  

实例   2   ：供水管网模型  

当前， 供水管网 存在 爆管问题 、 管网 漏损 、 管网 病害 与 智能缺失 等问题 。 在管网 漏损方面，面临漏损率居高，控漏形势严峻，更新改造难度大，漏损导致水质事故、地面塌陷等次生灾害时有发生等困难；在管网病害方面， 生物膜的铁锈菌 、 沉积物 与结痂等造成的危害比较大；智能缺失方面，存在感知手段落后、智能化程度低、风险管控难、体系构建 / 业务应用难等问题。  

针对这些问题可以采取管道更换 、 管道修复 、 管道清洗 与 智慧管网 等措施 解决问题。 张辰强调，智慧管网不仅只是单纯投入项，还应该节能降耗，产生收益。  

以西安市供水管网分区、规划项目为例。西安市供水规模为 176 万 m 3 /d ，上海市政院为西安市 重新调整 了 全市的供水管网分区和规划，分成 13 个计量分区，实现 30 个动态分区，进一步 实现 精细化管理。  

在西安项目中，也实现了产出。张辰解释， 通过阀门控制实现 供水系统的 压力分区 ， 依靠 压力控制，水厂出 水 压力由 60m 下降到 50m ，节能约 16.6% 。 同时压力下降也降低了爆管率，让 漏损率 也 下降 了 1.3% 。  

实例 3 ：上海金泽原水智能调度系统

张辰表示， 上海金泽 原水 智能调度系统 也 是一个典型的案例 。  

据悉，黄浦江上游供水规模为 351 万 m 3 /d ，黄浦江上游原水系统共包含受水单位 12 家，原水增压泵站 3 座，水池 13 个，调节阀 10 个，主要管、管道单线长度共计 71.4 公里。上海市政总院设计的上海金泽原水智能调度系统覆盖资料收集、数据处理、模型建立与模型校对等范围。  

该系统取得了不错的成效，首先， 全年智能调度时间占比 95% ，智能方案采纳率已超过 99% ，人工调度指令数量下降 99% 。其次，该系统使黄浦江上游原水调度全年降低能耗 10% 以上。第三， 节约水资源 1000 万吨 ， 并有效降低漏损率至 0.5% 。  

实例 4 ：排水管道缺陷检测智能技术

当前在 排水管道方面 ， 有一 项 缺陷检测的智能技术， 由一家广州的公司设计研发。该技术 通过一系列的智能检测 ， 分析 、 预判 问题所在，并将相关情况展示在移动端 。  

实例 5 ：排水工程数智模型

吴淞示范区面积 为 9.5km 2， 示范区内污水管网总长 45.0km ，有 1 座吴淞污水处理厂，宝林、永清和松浦 3 座污水泵站。  

上海市政院 根据 上海市相关 要求 ， 在 吴淞示范区 建立 了 感知模型 、 感知系统和模拟系统。  

上海市政院为建设污水系统感知体系，首先采用量子芯片技术，在吴淞示范区内共安装 29 台流量液位仪表、 17 台水质仪表和 7 台液位仪表。  

示范区 “一厂三站十片”污水系统格局

其次，建设污水系统感知体系还要给污水模型构建感知布点，张辰表示，布点并非易事，需要专业且有效，而非像撒胡椒面一般面面俱到。  

感知体系建设好后，还要选择数据质量较好的点位，用于支撑模型参数的率定和点位验证。率定点位的流量、水位峰值和流量总量误差需满足上海模型地标 B 级及以上精度标准。  

这套体系建成后，在多个应用场景有广泛的用途。例如可分析管网运行现状，可对污水厂扩容方案与雨水泵站截流能力提升方案进行评估。  

实例 6 ： 台州市椒江区排水模型

椒江区面积 280 平方公里，建成区面积为 111.03 平方公里，现有常住人口 82.6 万人 。椒江区现状排水体制以分流制为主，老旧城区少数地块为合流制，合流区域面积约 5.6km 2， 排水系统排查雨污混接点 1500 余个，存在旱天冒溢情况。  

台州市椒江区污水系统由椒江一分为二，包括椒南、椒北两个区块， 各有一座污水处理厂， 服务面积约 280 k m 2 污水管网约 347km ，污水泵站 31 座。 椒江区雨水系统以自排为主，强排为辅，雨水管道总长度约 504km ，沿河 240 多处雨水排出口，河道沿线设有 99 处闸门井。  

上海市政院发现，排水系统底数不清晰，运行管理手段不智能，应急处置流程不协同等问题。  

上海市政院提出了以下解决方案： 依托数字孪生、 5G 、 AR 、 MR 等先进技术，聚焦 850 余公里排水管网、 35 座雨污水泵站、 2 座污水处理厂、 1 座再生水厂、 5000 余家排水户等业务需求，打造具有“数字孪生、三维建模”、“实时感知、闭环管理”、“模型分析、智能预警”、“科学调度、精准施策”、“混合现实、智慧运维 ”五大应用场景的智慧排水数字孪生应用体系，构筑全域全时全空的未来之城，实现数据有效贯通、排水有序管理 。  

具体如下：  

数字孪生、三维建模 ： 1 、打造数字孪生底座建设，实现管网基础数据管理、管网三维可视化等； 2 、物联感知网络建设，一方面集成现有的环保、气象、水利、供水、公安等数据，另一方面经济合理地安装流量计、液位计等感知设备，最终实现物联感知网络的建设目标； 3 、建设模型体系，包括污水模型、雨水模型等。  

混合现实、智慧运维 ： MR 智慧巡检及开挖模拟，实现排水管网智慧便捷巡检和运维，极大提升现场巡检运维效率 。  

实时感知、闭环管理： 平台打通移动端应用 APP ，结合风险处置辅助决策系统，发出处置指令，在线跟踪反馈，形成标准化闭环管理流程。  

模型分析、智能预警 ： 通过模型建设提升系统问题识别的准确性， 如精准识别外水入侵、管网淤堵等系统问题。还可以识别 运行风险预警 与内涝风险预警 的及时性，实现城市排水运行智能化管理。  

科学调度、精准施策 ： 通 过预设的调度方案，提升污水系统与雨水系统的协同运行效能，减少或消除污水冒溢和排江等问题。  

发言最后，张辰总结了三点感悟：  

第一， 数字化与智能化是水务行业发展的必然趋势 。 作为传统行业， 水务行业 应积极借助数字化与智能化技术实现赋能升级。 此次分享中，张辰并 未展开 “智慧化”（ Smart ）的相关论述。从工程设计实践的角度出发， 张辰 更倾向于立足实际，务实推进相关工作。  

第二， 推动行业高质量发展必须依托新技术与新手段 。 除了已提到的量子芯片之外，水务领域还存在一系列具备潜力的新技术，包括跨行业创新成果，这些都将为行业的高质量发展提供重要支撑。  

第三， 必须系统推动全生命周期的数字化与智慧化建设 。 智慧化是明确的发展方向，人工智能同样代表未来重点趋势，应在工程全过程中充分融入相关技术，实现整体效能提升。