市政管網(wǎng)綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（虛實(shí)結(jié)合、數(shù)字孿生）面向給排水科學(xué)與工程、市政工程,、城市水務(wù),、環(huán)境工程、實(shí)際供水管網(wǎng)工程的相關(guān)專業(yè)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn),，結(jié)合實(shí)際管網(wǎng)工程的設(shè)計(jì),、運(yùn)行等知識(shí)技術(shù)要點(diǎn)，綜合運(yùn)用自動(dòng)化控制,、三維虛擬仿真,、數(shù)字孿生、人工智能,、水力系統(tǒng)數(shù)值仿真,、優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度等專業(yè)技術(shù)手段，開(kāi)發(fā)完成一套能夠開(kāi)展市政供水人工智能管網(wǎng)相關(guān)的課程實(shí)驗(yàn),、課程設(shè)計(jì),、工程運(yùn)行調(diào)度實(shí)訓(xùn)等工作的軟硬件一體綜合性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

二.產(chǎn)品特點(diǎn)

1.緊密圍繞市政供水管網(wǎng)的系列核心工程技術(shù)問(wèn)題,，覆蓋實(shí)驗(yàn)類型完整,、體系化強(qiáng),。

2.采用“數(shù)字孿生”工程的建設(shè)理念與傳統(tǒng)模型實(shí)驗(yàn)相結(jié)合,，契合行業(yè)技術(shù)用用趨勢(shì),。

3.內(nèi)置完整數(shù)值模擬分析程序，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值分析結(jié)果可相互驗(yàn)證,。

4.以實(shí)際市政管網(wǎng)工程為原型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn),，工程一致性強(qiáng)。

5.內(nèi)置實(shí)驗(yàn)臺(tái)智能語(yǔ)音交互,，輕松掌握實(shí)驗(yàn)步驟與操作流程,，提升實(shí)驗(yàn)裝置易用性。

6.內(nèi)置實(shí)驗(yàn)相關(guān)概念,、原理,、技術(shù)AI知識(shí)庫(kù)，隨時(shí)擴(kuò)展解答實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí),。

7.內(nèi)置“聲光電”同步表達(dá)模塊,，增進(jìn)掌握相關(guān)知識(shí)與技術(shù)的效率與效果，直觀性強(qiáng),。

8.專業(yè)理論研究團(tuán)隊(duì)支撐，保證實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的科學(xué)性與準(zhǔn)確性,。

三.實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1.水泵水力特性實(shí)驗(yàn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),，開(kāi)展泵裝置性能的在線測(cè)試分析實(shí)驗(yàn)。通過(guò)泵組,、閥門的調(diào)節(jié),，改變系統(tǒng)過(guò)流量及泵組運(yùn)行工況,。通過(guò)泵組進(jìn)出口壓力傳感器、流量傳感器,、泵組功率傳感器等,，測(cè)定不同工況下的泵組工作參數(shù)，并繪制水泵工作特性曲線,，分析水泵性能動(dòng)態(tài)變化等,。

① 通過(guò)水泵進(jìn)出口壓力傳感器、流量傳感器,、功率傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù),，計(jì)算水泵流量-揚(yáng)程工作點(diǎn)與流量-效率工作點(diǎn)；

② 通過(guò)水泵進(jìn)出口壓力傳感器,、流量傳感器,、功率傳感器的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行多數(shù)據(jù)清洗,，確定水泵流量-揚(yáng)程和流量-效率曲線,；

③ 繪制水泵工作特性曲線，建立合理的水泵性能評(píng)價(jià)指標(biāo),，分析水泵性能動(dòng)態(tài)變化,；

④ 針對(duì)提供的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包，具備數(shù)據(jù)清洗功能,；

⑤ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件 (多個(gè)),；

⑥ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說(shuō)明文件、封裝引擎調(diào)用方法說(shuō)明文件,；

⑦ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性,、穩(wěn)定性、高效性,。

2.管道沿程阻力特性實(shí)驗(yàn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),，開(kāi)展管道沿程阻力特性分析實(shí)驗(yàn)。通過(guò)控制系統(tǒng)不同的流量(泵組,、閥門的調(diào)節(jié),，改變系統(tǒng)過(guò)流量及泵組運(yùn)行工況)，測(cè)量不同管長(zhǎng),、管徑,、管材的管道兩端的水頭變化，獲得不同工況情況下各類管道的沿程阻力特性曲線,。

① 通過(guò)管道兩端壓力傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù),，記錄管道兩端水頭變化；

② 通過(guò)不同水泵組合、閥門調(diào)節(jié)規(guī)律,，改變系統(tǒng)過(guò)流量以及泵組運(yùn)行工況,；

③ 通過(guò)管道兩端的壓力傳感器，測(cè)量不同管長(zhǎng),、管徑,、管材在不同運(yùn)行工況下的水頭變化情況，進(jìn)行多數(shù)據(jù),、擬合等算法,，確定不同工況情況下各類管道的沿程阻力特性曲線；

④ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件 (多個(gè)),；

⑤ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說(shuō)明文件,、封裝引擎調(diào)用方法說(shuō)明文件；

⑥ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性,、穩(wěn)定性,、高效性。

3.閥門阻力特性實(shí)驗(yàn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),，通過(guò)閥門啟閉,，獲取閥門前后壓力差，開(kāi)展不同閥門開(kāi)度下水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn),。通過(guò)調(diào)節(jié)閥門的開(kāi)度,，結(jié)合穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的流量和閥門前后的壓力傳感器采集的壓力數(shù)據(jù)，通過(guò)相關(guān)的數(shù)據(jù)處理，得到不通過(guò)開(kāi)度情況下的閥門阻力特性曲線,。

① 通過(guò)閥門兩端壓力傳感器,、流量傳感器的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)參數(shù)，監(jiān)測(cè)閥門前后兩端水頭,、流量變化,；

② 通過(guò)調(diào)節(jié)不同的閥門開(kāi)度，監(jiān)測(cè)閥門兩端壓力傳感器,、流量傳感器的數(shù)據(jù),；

③ 結(jié)合穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)閥門前后壓力傳感器和流量傳感器采集的數(shù)據(jù)，進(jìn)行多數(shù)據(jù),、擬合等算法,，確定不同開(kāi)度情況下的閥門阻力特性曲線；

④ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件 (多個(gè)),；

⑤ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說(shuō)明文件,、封裝引擎調(diào)用方法說(shuō)明文件,；

⑥ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性,、穩(wěn)定性,、高效性。

4.管網(wǎng)水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)：在綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上,，通過(guò)閥門啟閉構(gòu)建樹(shù)狀和環(huán)狀管網(wǎng)結(jié)構(gòu),，開(kāi)展不同管網(wǎng)結(jié)構(gòu)下的水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)。結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的數(shù)字孿生系統(tǒng),，對(duì)管網(wǎng)恒定流方程組構(gòu)建和不同平差方法(如牛頓 -拉夫森算法,、哈代-克羅斯算法、全局梯度算法等)的計(jì)算原理,、過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)展示和運(yùn)用,，并將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，掌握供水管網(wǎng)水力計(jì)算的基本原理和求解方法,。

① 管網(wǎng)結(jié)構(gòu)演示功能：通過(guò)閥門操作實(shí)現(xiàn)樹(shù)狀管網(wǎng)和環(huán)狀管網(wǎng)輸水模式,，并進(jìn)行演示；

② 水力計(jì)算方程編寫功能：根據(jù)樹(shù)狀和環(huán)狀管網(wǎng)特征,，編寫管網(wǎng)水力計(jì)算的連續(xù)性方程組和能量方程組,；

③ 管網(wǎng)平差計(jì)算功能：不同平差計(jì)算方法的功能實(shí)現(xiàn)，展示相應(yīng)計(jì)算方程,、迭代過(guò)程和計(jì)算結(jié)果,，包括哈代-克羅斯算法、牛頓-拉夫森算法和全局梯度算法,；

④ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的MATLAB計(jì)算分析子程序封裝文件（多個(gè)）,；

⑤ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說(shuō)明文件、封裝引擎調(diào)用方法說(shuō)明文件,；

⑥ 程序計(jì)算分析時(shí)間：<5s,；

⑦ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性、穩(wěn)定性,、高效性,。

5.管網(wǎng)水力模型構(gòu)建實(shí)驗(yàn)：基于綜合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的管網(wǎng)物理模型構(gòu)建管網(wǎng)水力模型。首先通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)管網(wǎng)的管道,、水泵,、閥門等構(gòu)件進(jìn)行概化形成初始管網(wǎng)模型，進(jìn)一步通過(guò)水力計(jì)算實(shí)現(xiàn)水力模擬分析,，最后結(jié)合實(shí)驗(yàn)平臺(tái)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行校核,，構(gòu)建管網(wǎng)水力模型。結(jié)合數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)水力模型的可視化和動(dòng)態(tài)模擬分析,，學(xué)習(xí)與掌握供水管網(wǎng)水力模型構(gòu)建的方法和流程,。

① 模型初始化功能：根據(jù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的管網(wǎng)物理模型，構(gòu)建管網(wǎng)模型的拓補(bǔ)結(jié)構(gòu)和元件屬性輸入,；

② 水力計(jì)算功能：結(jié)合管網(wǎng)水力計(jì)算分析實(shí)驗(yàn)功能,，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)模型的水力模擬計(jì)算；

③ 模擬精度分析功能：通過(guò)流量傳感器和壓力傳感器等的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),，進(jìn)行模型模擬值與監(jiān)測(cè)值的對(duì)比分析和精度評(píng)價(jià),；

④ 模型校核功能：管網(wǎng)模型校核功能實(shí)現(xiàn)，包括手動(dòng)校核和自動(dòng)校核兩種方式,；

⑤ 動(dòng)態(tài)模擬功能：通過(guò)輸入動(dòng)態(tài)水力邊界條件（水池水位,、節(jié)點(diǎn)水量等），實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)水力模擬,；

⑥ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的MATLAB計(jì)算分析子程序封裝文件（多個(gè)）,；

⑦ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說(shuō)明文件、封裝引擎調(diào)用方法說(shuō)明文件,；

⑧ 保證提供封裝引擎運(yùn)行的正確性,、穩(wěn)定性、高效性,。

6.管道水錘分析和防護(hù)實(shí)驗(yàn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)/子系統(tǒng),，開(kāi)展有壓供水管線水錘實(shí)驗(yàn)。通過(guò)泵/閥控制激發(fā)水錘壓力波,，并采用高精度流量傳感器,、高頻壓力傳感器等記錄相關(guān)參數(shù)的變化情況，分析不同運(yùn)行工況下的壓力,、流量變化特征值和規(guī)律,，分析管線最大內(nèi)水壓力、最小內(nèi)水壓力等參數(shù)可能造成的結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險(xiǎn),，并測(cè)試不同的防護(hù)措施對(duì)水錘壓力波動(dòng)的消減情況,。由此掌握市政供水管線的水錘理論知識(shí)。

① 通過(guò)泵控制激發(fā)水錘壓力波,，包括水泵失電,、正常啟停機(jī)等控制工況，分析過(guò)渡過(guò)程中管線壓力,、泵組流量,、泵組轉(zhuǎn)速等參數(shù)變化；

② 通過(guò)快速關(guān)閉閥門激發(fā)水錘壓力波,，分析關(guān)閉過(guò)程中閥門壓力變化規(guī)律,、流量變化、沿程壓力包絡(luò)線等參數(shù)變化,；

③ 分析瞬態(tài)過(guò)程中,，管線最大內(nèi)水壓力,、最小內(nèi)水壓力等參數(shù)可能造成的結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險(xiǎn)；

④ 當(dāng)系統(tǒng)中的瞬態(tài)過(guò)程參數(shù)超過(guò)閾值,，對(duì)閥門進(jìn)行優(yōu)化操作運(yùn)行以滿足要求,，若僅閥門操作不能滿足要求，則加入各種不同的水錘防護(hù)措施后（空氣閥,、空氣罐/調(diào)壓室等）,，測(cè)試水錘壓力波動(dòng)的消減情況,；

⑤ 提供實(shí)現(xiàn)上述功能的FORTRAN計(jì)算分析子程序封裝文件（多個(gè)）,；

⑥ 提供與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)功能相匹配的技術(shù)說(shuō)明文件、封裝引擎調(diào)用方法說(shuō)明文件,；