本系列文章将重点介绍智慧水网络论坛（SWAN）发布的《数字孪生准备指南》。SWAN是聚焦智慧水务领域的国际性非盈利组织，该组织于2019年召集并汇聚了全球水务行业的40多家相关单位和80多名国际专家建立了数字孪生统一架构工作组。该工作组经过70次会议和14场研讨以及大量的文案工作，于2022年发布了《数字孪生准备指南》，旨在使水务行业对数字孪生形成完整且统一的理解并提供一个数字孪生的基本框架和实现路径。
每个公用事业单位都有其独特的需求和他们所服务的社区，但大多数公司在考虑数字孪生技术实施时都有一系列类似的问题。本准备指南的作用是揭开这样一些问题的神秘面纱，并提供前进的方向。有关数字孪生技术实施的普遍的问题有：
什么是数字孪生，它能提供啥好处？了解什么是数字孪生技术和它能提供什么至关重要。
本准备指南提供：对数字孪生的明确定义，并通过实例研究说明数字孪生的好处。
发展数字孪生技术的过程可能是缓慢的，但尽早开始这样的一个过程将提供直接的好处，同时需要将每项技术的投资与长期目标保持一致。
本准备指南提供：记录数字孪生技术案例研究的成功经验，并了解哪些公用事业公司已开展这方面工作以及他们获得的好处。
每个公共事业单位都有其不同的出发点，其自身系统的特点将决定其最佳执行路径。
本准备指南提供：帮助评估当前的软件、需求和基础设施的指导方针，以便您能够对从哪里开始做出明智的决定。
当然可以，了解数字孪生技术是如何提供灵活性和定制化的方案，将使其能够完全满足您的具体需求。
本准备指南提供：阐述数字孪生的可伸缩性，并通过具体案例研究展示各公用事业单位如何定制数字孪生系统以最好地满足他们各自的需求。
数字孪生是对现实世界实体及其行为的动态数字表示，使用具有静态和动态数据的模型，实现洞察和互动，从而推动可操作和改进的结果。
数字孪生是物理世界的数字表示，它由技术提供商、工程公司和公用事业单位中许多独立的应用程序和数据集组成，可以让所有利益相关者都能对数字孪生有类似的理解和参考。
在公用事业单位内部，跨部门的合作需要对数字孪生有一致的看法。数字孪生确实有许多一直在变化的部分，水务部门必须就数字孪生的基本概念达成一致。如果没有一致的理解，数字孪生有几率会使更多的混乱，并使其难以实现预期的结果。
共同的理解也有助于技术供应商定制其产品，以帮助公用事业单位和工程公司组装架构图中的各种组件。例如，技术供应商能够给大家提供和定制特定的数字孪生技术应用可编程接口（API），用于跨应用交换数据和见解。
数字孪生有能力使水务部门的设计、建造、更新和运营系统的方式变得现代化。尽管数字孪生的概念已经存在了几十年，但近年来，水务部门慢慢的开始拥抱数字技术，并将其应用于提高水循环效率。
传感和物联网（IoT）、数据安全、云计算、物理模型、数据驱动模型、协作模型等领域的最新进展正在持续为数字孪生赋能，使其发挥慢慢的变大的价值。
技术生态系统正在变得可交互，并提供了一个共同的环境，在这个环境中，公用事业单位的员工能够直接进行交流、培训和理解单位如何运行被感知和未被直接感知的内容。其结果是对水的整个生命周期和公用事业有了清晰的理解。
随着数字孪生战略从一个设备或一个过程发展到全公用事业单位的资产，它能够给大家提供更有用和可操作的结果。组件和流程数字孪生将为公用事业单位的工作人员带来更准确和更详细的见解，同时也为更多的嵌套数字孪生铺平道路，使更大的系统能利用更精确的信息来提高模拟精度。
数字孪生将以更低的成本实现合规。未来的数字孪生将逐步的提升模拟精度，这将提供更详细和更准确的见解，提高合规性及降低经营成本。用来自远程传感器和仪表等的实时数据将取代人工估算的模型输入变量，有助于更好地校准模型，准确地提供异常预警、更具信息化的见解和更好的操作预测。
为数字孪生奠定基础具有成本效益，且越早开始越能节省开支。随着公共事业单位逐步建立技术层和业务层数字孪生基础，成本节约的机会将增多。随着数据孤岛被整合，并利用API和数据存储技术进行访问，可以建立更先进的数字孪生，消除以前部门之间信息和数据孤岛。这将使公用事业单位内部的复杂性得到一个共同理解和整体认知。如本准备指南中的案例研究总结所示，一些公共事业单位已经利用这种方法达到了新的运营效率水平，而他们所取得的高效成果也将加速数字孪生技术的进一步应用。
水务行业可通过数字孪生将专业相关知识和技术结合到一个共同的环境中而获益。在每个设计、施工和运营阶段，数字孪生都提供了一个全面的信息视图，从而在公用事业单位中创造了更大的透明度、更多的协作性和创新能力。
数字孪生架构的目标是使整个技术ECO利用安全和互联的平台实现数字孪生的逐步开发，以此来实现当下和长期的成果。一种标准化的，涵盖了各个技术组件的通用数字孪生框架，是该技术在行业内成功应用所必需的。该架构为规划和实施数字孪生设定了水务行业标准。
该架构最有用的是，它规定了公用事业单位在接受和利用数字孪生时需要仔细考虑的基本组件和相互依赖关系。传感控制、数据收集和来源是公用事业部门一直在实施的基本要素。这些会跟着时间的推移得到一定的改善，并成为实施数字孪生的支柱。“数字孪生”架构框架很好地概括了“数字孪生”的不同组成部分，但没有一个万能的“数字孪生”。每家公用事业单位都有自己的挑战、基础设施和技术组合。
使用以上这种数字孪生架构，可以使各个公用事业单位按照其技术类别评估他们的数字基础设施，帮助确定机会和需求。数字孪生的完整性各不相同，从地图或模型中带有一些操作数据的物理孪生表示到高级实时的物理模型。这些先进的系统能代表给水系统、排水系统或水处理系统模型，包括天气、水力学和生物处理模型。
分析功能利用数据和物理模型来运行情景方案。可视化提供了对物理情景做多元化的分析和监测当前系统的能力。现代化的用户界面/使用者真实的体验界面使数字孪生对公用事业单位来说是直观可靠和让人信服的。一个安全且相互连通的架构是成功实现数字孪生的基础，而且数字孪生的结果是做出明智的决策、优化性能并帮助创造可操作的结果。
数字孪生的四大支柱能够在一定程度上帮助公用事业单位评估其数字孪生路径。这些支柱形成了一个基础，随着各个公用事业单位数字孪生的发展而增长。每个支柱都有自己的成熟度，在实现预期结果方面，可以对其他支柱产生积极或消极的影响。成熟度最低的支柱能成为未来推进公用事业单位数字孪生应用的焦点。
数字孪生的实现是以结果为导向的，这些结果（例如，改善监管合规性、降低经营成本以及一个更可靠和更具弹性的系统）应该尽可能量化。这些结果可用于规划数字孪生的发展趋势，以达到预期目标。它们还可以指导公用事业单位了解现有数字孪生中缺少哪些组件，以及哪些组件应该进一步开发或升级。这些结果能更加进一步用于跟踪数字孪生的性能，并计划下一步的发展。
这是一项用来衡量和跟踪基础设施资产被安全地整合、数字化地感知和控制程度的措施。技术水平和资产的连接性决定了数字孪生能发挥的影响。具有高连接性和先进的技术的公用事业单位能够为数字孪生提供更多实时数据，使数字孪生能更加准确地反映实际运作状况并提供更智能的决策支持和先进的自动化。
通过数据驱动模型、物理模型或协作模型可以洞察系统过程。这些洞察可以使用户了解其系统中正在发生的事情、已发生的事情以及将要发生的事情，例如不正常的情况检测、情景分析和预测运行参数等。通常，物理模型（如水力学模型）擅长模拟设施的预期设计运行条件，而数据驱动模型则可以模拟实际运行条件下的规律。通过结合物理和数据模型中的实时数据，可以产生协同效应，有助于产生更准确和可推断的可视化过程，从而更快、更好地做出决策。
在最基本的场景中，数字孪生将为包括操作员和工程师在内的用户更好的提供决策支持。这种支持可以是建议工艺参数值或建议工单。在更先进的场景中，数字孪生系统能对PLC产生补充作用并提供智能控制自动化。这种功能类似于飞机的自动驾驶系统，可以对公用事业单位的某些业务领域提供帮助，例如，能够在一定程度上帮助操作人员更动态和更快速地控制泵和阀门等设备。
迅模Sumo是由法国DYNAMITA公司设计研发的一款污水处理工艺模拟软件。迅模软件是全球唯一的模型开源模拟软件，它同时具备强大的模型库、丰富的处理单元、先进的模拟功能和多元化的模型工具，在新建污水厂设计、提标改造、运行优化和新工艺与设备研发等方面具有广泛应用。
迅模数字孪生工具包（DTT）是面向智慧水务应用场景开发的迅模软件附加套件，可用于构建数字孪生水厂系统和工艺实时模拟仿真。该工具包包括与OPC UA连接的接口，基于python的实时模拟仿真脚本案例和多线程多任务代码脚本案例等模块。
迅模DTT是水务系统数字孪生的一个重要组成部分，它提供了基于物理模型的开放API接口，可当作一个技术组件灵活地嵌套到一个完整的数字孪生系统中。迅模DTT利用实时数据来进行在线模拟，正如指南中提到的，它能轻松实现更高的模型拟合度，对现实世界更具时效性的数字表示以及提供更快速且自动的决策支持。利用迅模DTT能轻松实现污水处理厂的情景模拟分析、异常检测和工艺参数预测等功能。目前，迅模DTT已成功应用于欧洲、美国、新加坡和中国等多个污水厂以及再生水厂的数字化项目中。