《给排水数字孪生技术规范》

ICS35.240.99

CCSP42

T

团体标准

T/TMAC×××—202X

给排水数字孪生技术规范

Technicalcodefordigitaltwinsofwateranddrainagesystem

（征求意见稿）

××××-××-××发布××××-××-××实施

中国技术市场协会发布

T/TMACXXX—202X

目次

前言..........................................................................II

引言.........................................................................III

1范围..........................................................................1

2规范性引用文件................................................................1

3术语和定义....................................................................1

4总体框架.....................................................................1

5数据感知.....................................................................2

6建模计算与控制...............................................................3

7支撑能力开发.................................................................6

8业务应用.....................................................................7

9虚实体验.....................................................................8

参考文献......................................................................10

I

T/TMACXXX—202X

给排水数字孪生技术规范

1范围

本文件确立了给排水数字孪生术语和定义，规定了基本要求、建设内容。

本文件适用于数字孪生技术应用的规划设计和建设。

2规范性引用文件

下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期

的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括

所有的修改单）适用于本文件。

GB/T18018信息安全技术路由器安全技术要求

GB/T22239信息安全技术网络安全等级保护基本要求

GB/T22240信息安全技术信息系统安全等级保护定级指南

GB/T25068.3信息技术安全技术IT网络安全第3部分：使用安全网关的网间通信安

全保护

GB/T31916.1云数据存储和管理

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

数字孪生digitaltwin

具有保证物理状态和虚拟状态之间以适当速率和精度同步的数据连接的特定目标实体

的数字化表达。

[来源：GB/T43441.1—2023，3.4]

4总体框架

本章描述了给排水数字孪生基本定义及层次划分，有助于数字孪生模型的构建和应用。

均基于数字孪生技术在给排水市政领域的应用需求，总体框架自下到顶应包括数据感知、建

模计算与控制、支撑能力开发、业务应用、虚实体验，见图1。

图1总体框架图

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5数据感知

5.1概述

本部分通过物联感知设备、第三方业务系统获取城市给排水领域所产生的结构化数据与

非结构化数据，主要包括水质监测、水量监测、压力监测、水位监测、视频监测等设备进行

业务动态数据采集，以及运维数据、营业数据、生产数据、工程数据、客服数据等结构化静

态数据，实现关键数据的获取，经由有线网络、无线网络进行数据传输，最终为数据层处理

并存储使用，为数字孪生模型的建立提供完整的原始数据支撑。并从数字孪生模型、业务数

据中获取用于实时模拟、预测、验证及其他待加工数据，支撑孪生模型的综合分析及数据增

值。

5.2水质监测

水质监测内容包括如下：

实时监测水源地的水质状况，包括pH值、溶解氧、浊度、氨氮、重金属等关键指标。

对供水过程中的水质进行连续监测，确保供水安全。监测排水水质，评估污水处理效果，防

止污水对环境造成污染。

5.3水量监测

水量监测内容如下：

监测供水总量、用水量和排水量，为水资源管理和调度提供依据。对各用水单位的用水

量进行实时监测和统计，实现用水量的精细化管理。

5.4水压监测

水压监测内容如下：

监测供水管道的水压变化，确保供水压力稳定，满足用户需求。通过对水压数据的分析，

可以及时发现管道老化、漏水等问题。

5.5流量监测

流量监测内容如下：

监测供水管道和排水管道的流量变化，为水量调度和污水处理提供依据。通过流量数据

的实时监测和分析，可以评估管道的输送能力和负荷情况。

5.6水位监测

水位监测内容如下：

对城市管网、积水点的水位进行实时监测，为防洪抗灾和水资源管理提供精准数据。通

过水位数据的收集和分析，我们可以及时掌握水位变化趋势，评估水域的蓄水和排水能力。

5.7雨量监测

雨量监测内容如下：

实时收集降雨数据，为气象预报、城市排水等工作提供重要参考。雨量监测数据可以帮

助我们了解降雨的分布和强度，预测雨水的变化趋势，为城市排涝和合理利用雨水资源提供

决策支持。

5.8视频图像

视频图像内容如下：

实现对关键区域和设施的实时监控。直观地了解现场情况，及时发现异常情况并采取相

应的应对措施，为安全管理和应急处理提供有效支持。

5.9设备状态监测

设备状态监测内容如下：

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监测水泵、阀门、传感器等水务设备的运行状态，及时发现设备故障并进行维修。

通过对设备运行数据的分析，可以优化设备运行参数，提高设备效率。

5.10异常事件

异常事件监测内容如下：

通过对各项监测数据的综合分析，及时发现异常事件，如水质污染、管道爆裂、设备故

障等。在发现异常事件后，系统应能够自动报警或触发相应的应急措施。

5.11运维数据

运维数据内容包括如下：

设备运行状态数据，包括运行时长、故障次数、维修记录等关键信息。对给排水系统的

运维过程进行连续监控，确保系统稳定运行。分析运维数据，评估设备性能，优化维护计划，

提高运维效率。

5.12营业数据

营业数据内容包括如下：

供水量、售水量、用户用水行为等营业数据。分析市场需求和用户偏好，为供水业务提

供决策支持。

5.13生产数据

生产数据内容包括如下：

水质监测数据、水量统计数据以及能源消耗数据等生产信息。分析生产过程中的关键环

节和瓶颈问题，优化生产流程和工艺。通过生产数据评估产品质量和成本控制情况。

5.14工程数据

工程数据内容包括如下：

给排水系统的设计参数、施工图纸、施工记录等工程数据。分析工程质量和性能，为工

程改进和优化提供依据。通过工程数据总结工程经验，提升企业的设计和施工水平。

5.15客服数据

客服数据内容包括如下：

用户反馈、投诉和建议等客服数据。分析用户需求和服务问题，改进服务流程和内容。

通过客服数据评估服务质量，提升用户满意度。

6建模计算与控制

6.1通则

应采用数据驱动、数据清洗以及基于数学模型的方法进数据进行多维度、多尺度建模，

以预测未来态势及需求。建模计算层应包括机理模型、数据驱动模型，基于数据预处理的基

础上，应面向设计、生产、业务等各阶段应用场景，分析挖掘出可指导业务管控优化、运维

服务优化等有效价值信息，本部分是整个孪生体系的核心部分，为业务应用层提供多视角、

多尺度的系统模型和评估结果。

6.2建表规范

建表规范应符合以下要求：

a）表名、字段名应使用小写字母或数字，禁止出现数字开头，禁止两个下划线中间只

出现数字。

b）不应使用保留字，如desc、range、match、delayed等，可参考MySQL官方保留

字。

c）对修改字段含义或对字段表示的状态追加时，宜及时更新字段注释。

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d）字段允许适当冗余，以提高查询性能，但必须考虑数据一致。冗余字段应遵循如

下原则：

1)不是频繁修改的字段；

2)不是varchar超长字段，更不能是text字段；

3)不是唯一索引的字段。

e）单表行数超过500万行或者单表容量超过2GB，宜进行分库分表。

6.3索引规范

索引规范符合以下要求：

a）业务上具有唯一特性的字段，应建成唯一索引。

b）在varchar字段上建立索引时，宜指定索引长度，可不对全字段建立索引，根据实

际文本区分度决定索引长度。

c）宜利用覆盖索引进行查询操作，避免回表

d）宜利用延迟关联或者子查询优化超多分页场景。

e）建组合索引宜将区分度最高的在最左边。

f）应采取措施防止因字段类型不同造成的隐式转换，导致索引失效。

6.4配置要求

配置应符合以下要求：

a）生产、开发环境应分离。

b）生产、开发职责应分离。

c）一个生产应用应对应一个开发环境。

d）测试环境应根据实际需要进行部署。

6.5数据汇聚

6.5.1汇聚过程

数据汇聚过程完成对数据的汇聚处理、数据安全加密压缩，见图2，并提供质量控制、

安全控制等辅助工具。

图2数据汇聚过程

数据汇聚过程包括：

a）数据汇聚：对采集的原始数据进行清洗、转换、分析等处理，确保数据的完整性、

准确性和时效性。

b）数据存储：可按照GB/T31916.1的规定进行，处理后的数据存储应满足海量、安

全、高性能、高可靠、易管理。

c）数据质量：数据汇聚周期内，应保证数据的完整性、准确性、一致性、时效性、可

访问性、可追溯性。

d）数据安全：数据汇聚周期内，应按数据安全及安全控制要求，实现授权访问、可定

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位溯源、数据加密、安全审计及监测等。

6.5.2汇聚内容

给排水数字孪生信息系统数据汇聚内容包括但不限于基础数据、监测预警数据、业务专

属数据三大类：

a）基础数据，如管网管点管线数据、设施数据、组织体系数据等。

b）监测预警数据，如水质监测数据、压力监测数据、水情监测数据、工情监测数据、

沉降数据等。

c）业务专属数据，如排水管理专题数据、供水管理专题数据、业务分析专题数据等。

6.5.3汇聚技术

数据汇聚技术应具备复杂网络环境下、不同异构数据源之间高速、稳定、弹性伸缩

的数据移动及同步能力。汇聚技术包括但不限于：

a）针对结构单一、数据量相对较小的结构化数据，可通过数据库表、文件、网络服务、

REST、HTTP/HTTPS、消息订阅/发布等技术进行数据汇聚。

b）针对传感器、智能手机、PDA设备、网络等渠道产生的类型丰富、数据量较大的

数据，可通过分布式系统接口、分布式流数据收集等技术进行数据汇聚。

c）针对由麦克风、摄像头等设备产生的海量音视频数据，可通过语音图像识别、编解

码等技术转化后进行数据汇聚。

系统汇聚的数据，应符合下列要求：

a）支持全量、历史数据采集：应提供数据传输服务、高并发的离线数据上传下载服务，

支持TB/PB级别的数据导入（全量数据或历史数据的批量导入）及导出。

b）支持实时或定时增量数据采集：宜提供实时同步、定时采集、数据订阅、日志采集

等服务。

c）支持条件过滤：按照指定条件进行过滤采集，如字段内容。

d）支持采集作业管理和调度：采集作业支持条件触发、并发调度、周期循环调度等模

式。支持对作业启动、停止、暂停、恢复等操作。

e）支持数据标签：依据数据清洗要求为数据标记数据标签。

f）支持数据建模：提供基于不同业务需求进行数据建模功能。

6.6质量控制

6.6.1原则

数据质量控制贯穿整个采集过程，遵循但不限于以下原则：

a）完整性：包含数据规则要求的数据的必要元素。

b）准确性：真实反映数据描述的实体。

c）一致性：保证数据与其他特定上下文中使用的数据无矛盾。

d）时效性：保证数据发生变化后及时被更新。

e）可访问性：保证数据在需要时能被安全访问。

f）可追溯性：保证数据能够被跟踪和管理。

6.6.2数据质量控制方式

数据清洗

数据清洗过程管理应包括但不限于：

a）数据分析：应对数据源进行分析，及时发现数据源存在的质量问题。

b）定义清洗规则：包括空值的检查和处理、非法值的检测和处理、不一致数据的检测

和处理、相似重复记录的检测和处理等。

c）执行数据清洗规则：依据定义的清洗规则，补足残缺/空值、纠正不一致、完成数

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据拆分、数据合并或去重、数据脱敏、数据除噪等。

d）清洗结果验证：数据清洗方式应对定义的清洗方法的正确性和效率进行验证与评估，

对不满足清洗要求的清洗方法进行调整和改进。数据清洗过程宜多次迭代并进行分

析、设计和验证。

数据转换

应对数据的标准代码、格式、类型等进行转换。必要时，可建立“数据转换规则表”。

数据分析

可通过数据聚合、数据归类、数据关联等方法，分析采集的数据，形成上下文完整有效

的数据。

数据质量评价方法

宜进行数据质量评价，评价方法可分为定性评价法和定量评价法：

a）定性评价法可根据实现确定的评价指标，对数据的安全性、目的、用途、日志以及

用户自定义项目进行评价。

b）定量评价法可采用数据质量检测软件检查数据质量，也可通过辅助工具结合人工识

别分析方法进行人工检查，一般可分为全数检查和抽样检查：针对国家强制要求、

特殊要求、其他可能导致严重影响的数据质量项目进行全数检查；针对质量比较稳

定、数据量较大、检查费用与时间有限的情况进行抽样检查。

7支撑能力开发

7.1通则

应提供受控功能模块，可通过功能模块的搭配组合解决特定应用场景中某类具体问题，

应针对给排水数字孪生的专业知识体系提供复杂全面的应用模式管理并支持改造，需包括实

体映射能力、运行预测能力、漏点分析能力、健康分析能力、模拟评估能力、精准服务能力、

运维指导能力、运维指导能力、科学调度能力。

7.2实体映射能力

应具备将物理世界的实体与数字世界中的虚拟对象进行准确对应和映射的能力。这种能

力是实现数字孪生的基础，它确保了在虚拟空间中能够精确地反映实体对象的属性、状态和

行为。通过实体映射能力，可以建立实体与虚拟对象之间的关联，实现信息的实时同步和交

互，为后续的模拟、分析和优化提供基础数据支持。

7.3运行预测能力

应具备在运行过程中对系统进行监测和测试的能力。对系统运行状态的实时检测、故障

诊断、性能评估等。

7.4漏点分析能力

应具备在系统中寻找和识别潜在的漏点或问题的能力。可能包括数据分析、系统建模、

风险评估等方面的技能，以便及时发现并处理潜在问题。

7.5健康分析能力

应关注系统的整体健康状况和可持续性。包括预测系统寿命、评估系统性能、制定维护

计划等，以确保系统的长期稳定运行。

7.6模拟评估能力

应具备模拟技术和方法可对系统进行全面、准确的评估。通过建立虚拟模型，模拟实际

运行场景，从而预测系统的性能、可靠性以及可能出现的问题。模拟评估能力有助于在设计

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和开发阶段提前发现并解决问题，提高系统的整体性能和稳定性。

7.7精准服务能力

应具备服务的精确性和高效性。要求能够准确识别用户需求，提供个性化的解决方案，

并确保服务的质量和效率。

7.8远程指导能力

应具备远程监控、指导和管理的能力。通过远程技术手段，可以实现对系统或设备的实

时监控、故障诊断和远程操作。远推指导能力有助于降低维护成本，提高响应速度，确保系

统的高效运行。

7.9科学调度能力

应具备基于数据分析和科学决策的能力，用于优化资源配置和调度策略。通过收集和分

析系统运行数据，可以制定更加科学合理的调度方案，提高资源利用效率，降低运营成本。

科学调度能力有助于实现系统的智能化和自动化管理。

8业务应用

8.1概述

业务应用是给排水数字孪生建设的核心，应以业务场景需求为导向，涵盖运输管理、生

产调度、工程管理、智能控制、智慧客服、智能制造、科技决策等多个方面，指导各业务层

级用户打造与自身工作流程相适应的日常工作操作应用平台。

8.2运输管理

宜包括实时监测与预警、路径优化、应急响应等功能。如下：

a)实时监测与预警：通过传感器网络实时收集水流、水压、流速等数据，当数据异常

时及时发出预警，确保运输安全。

b)路径优化：基于实时数据和历史数据，分析最佳运输路径，减少能耗和运输时间。

c)应急响应：针对突发事件（如管道破裂、泄漏等），快速制定应急方案，确保运输

不受影响。

8.3生产调度

宜包括需求预测、生产监控、资源优化等功能。如下：

a)需求预测：根据历史数据和实时需求，预测未来的供水需求，合理调配生产资源。

b)生产监控：实时监控生产过程中的关键参数，确保生产质量和效率。

c)资源优化：根据生产需求和水资源状况，优化水资源配置，降低生产成本。

8.4工程管理

宜包括工程设计数字化、施工监控、维护管理等功能。如下：

a)工程设计数字化：利用数字孪生技术，实现工程设计的可视化和模拟，提高设计效

率和质量。

b)施工监控：通过传感器和摄像头等设备，实时监控施工过程，确保施工质量和安全。

c)维护管理：基于数字孪生模型，预测设备寿命和维护周期，制定合理的维护计划。

8.5智能控制

宜包括自动调节、故障诊断与预防、能效优化等功能。如下：

a)自动调节：根据实时数据，自动调节水泵、阀门等设备的工作状态，确保供水稳定。

b)故障诊断与预防：通过数据分析，预测设备可能出现的故障，提前进行维护，避免

故障发生。

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c)能效优化：优化设备运行参数，降低能耗，提高能效。

8.6智慧客服

宜包括在线咨询与反馈、故障报修与处理、服务评价与改进等功能。如下：

a)在线咨询与反馈：提供在线咨询平台，方便用户查询和反馈问题。

b)故障报修与处理：快速响应用户的故障报修请求，及时处理并反馈处理结果。

c)服务评价与改进：根据用户评价，不断改进服务质量，提升用户满意度。

8.7智能制造

宜包括设备自动化、工艺优化、质量监控等功能。如下：

a)设备自动化：利用自动化设备和机器人，实现给排水设备的智能制造和装配。

b)工艺优化：基于数字孪生模型，优化制造工艺，提高制造效率和质量。

c)监控：实时监控制造过程，确保产品质量符合标准。

8.8科技决策

宜包括数据分析与挖掘、模拟与预测、策略制定与优化等功能。如下：

a)数据分析与挖掘：利用大数据分析技术，挖掘给排水系统的运行数据，为决策提供

数据支持。

b)模拟与预测：基于数字孪生模型，模拟不同场景下的系统运行状况，预测未来趋势。

c)策略制定与优化：根据模拟和预测结果，制定合适的运行策略和管理措施，优化

系统运行效果。

9虚实体验

9.1通则

基于数字孪生模型，采用显示屏幕、虚拟现实（ＶＲ）／增强现实（ＡＲ）／混合现实

（ＭＲ）／ＸＲ等可视化设备及人机交互设备，可提供给使用者人机交互的仿真模拟场景，

迅速了解和掌握复杂系统的特性和功能，宜支持语音操作、肢体动作访问数字孪生模型，以

获得分析和决策方面的信息支持。并对用户可用性、交互友好性等指标作为主要考核内容。

9.2多终端支持

虚实体验应能够在微型计算机、VR/AR/MR设备等多种终端上进行数据可视化的动态

展示和交互操作。以确保了用户可以根据自己的需求和设备条件，灵活选择适合自己的终端

进行体验。

9.3可视化设计与展示

可视化设计与展示符合以下要求：

a)应具备强大的可视化场景搭建和交互设计能力，允许用户通过人机操作界面进行便

捷的操作；

b)应能够将测量与感知数据、仿真和数据分析结果以直观的方式进行可视化展示，包

括点、线、面、表等多种形式的实时动态监控画面。

9.4个性化交互与优化

利用可视化技术，应建立起用户与数据采集分析系统之间的良好沟通方式。用户能够根

据个人需求，规整及优化数据采集分析过程，从而提高工作效率和准确性。

9.5实时同步与属性展示

实时同步与属性展示符合以下要求：

a）可视化交互展示的信息应与目标实体的状态实时同步，确保用户能够实时了解目标

实体的最新状态；

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b）应能够反映目标实体的属性特征，为用户提供更全面的信息。

9.6三维模型展示与集成应用

三维模型展示与集成应用符合以下要求：

a）应支持对三维模型的可视化展示，以便用户能够更直观地了解给排水系统的空间结

构和布局；

b）应为多模态孪生数据的可视化访问提供支持，并为不同数字孪生系统之间的集成应

用提供可视化访问界面。

9.7多视角切换与交互

多视角切换与交互符合以下要求：

a）为满足用户从不同角度观察和分析的需求，应支持多种视角的切换和可视化交互，

如全局视角、局部视角、追踪视角和环视视角等；

b）应支持鼠标、虚拟按钮、快捷键等方式轻松进行视角切换和交互操作。

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参考文献

[1]GB/T43441.1—2023信息技术数字孪生第1部分：通用要求

[2]《城市数字孪生标准化白皮书（2022版）》全国信标委智慧城市标准工作组

[3]陶飞，张辰源，戚庆林，等.数字孪生成熟度模型[J].计算机集成制造系统2022,28(5)

10

《给排水数字孪生技术规范》（征求意见稿）

编制说明

一、工作简况

（一）任务来源

本文件由中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司提出，

经中国技术市场协会标准化工作委员会批准，正式列入2022年

团体标准制修订计划，标准名称为《给排水数字孪生技术规范》。

（二）项目背景

本文件是以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全

面贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中、六中全会

精神，深入践行习近平总书记“十六字”治水思路和习近平总书

记关于网络强国的重要思想，按照“需求牵引、应用至上、数字

赋能、提升能力”的要求，结合各地水司企业数字化转型需要而

特别提出。

（三）目的意义

制定本文件的目的是以数字化、网络化、智能化为主线，以

数字化场景、智慧化模拟、精准化决策为路径，在以往智慧水务

建设的基础上，以给排水行业数字孪生技术规范建设为抓手，推

进给排水行业数字孪生相关模型、技术、数据的标准化建设，助

力推进给排水行业智慧化、数字化建设。

（四）起草单位及起草人名单

本文件主要起草单位：中国电建集团华东勘测设计研究院有

限公司、XXXX、XXXX、XXXX、XXXX、XXXX。

本文件起草人：王国光、XXX、XXX、XXX、XXX、XXX等。

1

（五）主要起草过程

1.文本调研

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司于2022年4月

启动了文本的调研工作，并与2022年8月完成了相关资料的收

集和分析工作。

2.标准立项

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司向中国技术市

场协会标准化委员会提出申请，于2022年9月获得中国技术市

场协会标准化工作委员会批准立项。

3.组建标准起草工作组

2022年11月16日，召开项目启动会。

2022年11月17日，成立了王国光等组成的标准起草工作

组，并讨论标准调研工作事项。

4.形成标准草案

2023年3月28日，起草组对资料收集情况进行汇报，并对

进行了线上讨论。

2023年5月18日，开展组内讨论，确定了标准框架和主要

内容。

2023年8月3日，对中国电建集团华东勘测设计研究院有

限公司起草的标准初稿进行现场讨论，并提出修改意见。

2023年11月13日，起草组根据修改意见进行修改，形成

标准草案。

5.形成征求意见稿

2023年11月24日，对标准草案进行讨论，起草组对草案

2

内容进行了修改，形成标准征求意见稿。

二、确定标准主要内容的论据

（一）编制原则

本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：

标准化文件的结构和起草规则》以及《中国技术市场协会团体标

准工作程序》的规定起草。

（二）标准主要内容及适用范围

本文件确立了给排水数字孪生技术体系，规定了其总体框架、

数据资源、安全保障和运维能力的要求。

本文件适用于组织开展自评价、遴