Nagpur – một thành phố đang phát triển nhanh ở miền trung Ấn Độ – cấp nước sinh hoạt cho hơn ba triệu dân thông qua một mạng lưới mà hầu hết mọi người gần như không bao giờ nhìn thấy. Bên dưới đường phố và khu dân cư, hệ thống bơm, ống và van phối hợp với nhau để đưa nước đi khắp nơi mỗi ngày. Với các kỹ sư và cán bộ vận hành chịu trách nhiệm quản lý hệ thống này, hiểu rõ hành vi của mạng lưới là điều sống còn để duy trì cấp nước liên tục, ổn định.

Để nâng cao khả năng “nhìn thấy” và kiểm soát hạ tầng phức tạp này, Orange City Water Pvt., Ltd. (OCW) – đơn vị thuộc Veolia Water India – đã xây dựng một mô hình digital twin nước thông minh dựa trên OpenFlows WaterSight. Nhờ đó, đơn vị vận hành sở hữu một cái nhìn dựa trên dữ liệu, theo thời gian gần thực, về toàn bộ hệ thống phân phối nước, giúp giám sát hiệu năng, dự báo rủi ro và ra quyết định vận hành tốt hơn.

Thách thức quản lý hệ thống cấp nước đô thị quy mô lớn

Mạng lưới phân phối nước của Nagpur bao phủ toàn thành phố, nằm trong nhóm hệ thống cấp nước đô thị lớn nhất khu vực miền trung Ấn Độ. Vận hành một hệ thống có quy mô và độ phức tạp như vậy đòi hỏi đơn vị cấp nước phải cân bằng giữa yêu cầu vận hành hàng ngày với các bài toán dài hạn: biến động nhu cầu sử dụng, tài sản xuống cấp, mạng lưới ngày càng chằng chịt, áp lực dịch chuyển dân cư, kết nối với các khu vực phát triển mới…

Trong một mạng lưới động như vậy, mọi thay đổi tại một vị trí – ví dụ thay đổi chế độ bơm, đóng mở van, tăng giảm lưu lượng tại một DMA – đều có thể nhanh chóng gây ảnh hưởng đến vùng khác. Điều này khiến việc hiểu hành vi toàn hệ thống trở nên tối quan trọng: không chỉ biết chuyện gì đang xảy ra tại điểm đo, mà còn phải dự đoán được hệ quả lan truyền trong mạng.

Trong nhiều năm, OCW đã thu thập một lượng lớn dữ liệu vận hành từ hệ SCADA, dữ liệu GIS, mô hình thủy lực và hệ thống thông tin khách hàng. Mỗi hệ thống đều mang lại những góc nhìn hữu ích về hiệu năng mạng lưới. Tuy nhiên, dữ liệu bị phân tán, nằm trong các “silo” riêng, khiến đội ngũ kỹ thuật rất khó có được bức tranh toàn cảnh, tức thời về tình trạng vận hành của toàn bộ mạng lưới.

Xây dựng digital twin cấp nước với OpenFlows WaterSight

Năm 2024, OCW bắt đầu nghiên cứu cách kết nối các nguồn dữ liệu rời rạc nói trên thành một môi trường thống nhất, hỗ trợ cả vận hành hàng ngày lẫn công tác quy hoạch, đầu tư dài hạn. Hướng đi được lựa chọn là triển khai một digital twin nước chạy trên nền tảng đám mây sử dụng Bentley OpenFlows WaterSight.

Digital twin này kết hợp dữ liệu vận hành (SCADA), thông tin tài sản (GIS, hồ sơ quản lý tài sản), mô hình thủy lực và dữ liệu khách hàng vào một môi trường duy nhất, phản ánh trạng thái mạng lưới theo thời gian gần thực. Bằng cách liên kết dữ liệu giám sát, bản đồ hạ tầng, mô hình, thông tin tiêu thụ và lịch sử vận hành tài sản, kỹ sư có thể nhìn được cách từng phần tử trong mạng lưới tương tác lẫn nhau trong điều kiện thực tế.

Môi trường dữ liệu được kết nối này cung cấp một giao diện vận hành chung cho toàn đội ngũ, giúp theo dõi hiệu năng hệ thống và đánh giá tác động của từng quyết định vận hành lên diện rộng trong thành phố.

Dự án bắt đầu triển khai từ tháng 6/2024, trước hết tập trung vào tuyến truyền dẫn và mạng phân phối chính. Đến tháng 2/2025, giai đoạn 1 của nền tảng đã đi vào vận hành.

Các bước đầu tiên tập trung vào việc kết nối nguồn dữ liệu, xây dựng và kiểm chứng độ tin cậy của dữ liệu đưa vào nền tảng. Sau khi đảm bảo được chất lượng dữ liệu, đội dự án tiến hành tích hợp dữ liệu SCADA với mô hình thủy lực.

Với digital twin hoàn thiện, cán bộ vận hành có thể nhanh chóng phát hiện các bất thường trong hiệu năng hệ thống. Chế độ vận hành bơm được trực quan hóa rõ ràng, cho phép so sánh, đánh giá tác động của các tổ hợp vận hành khác nhau lên áp lực và lưu lượng. Kỹ sư có thể chạy mô phỏng trên nền dữ liệu gần thời gian thực để đánh giá phản ứng của mạng lưới đối với các thay đổi vận hành dự kiến.

Khi xảy ra các sự cố đột xuất – như bơm dừng đột ngột, ống vỡ, áp lực tụt – nền tảng digital twin cho phép nhanh chóng phân tích các kịch bản ứng phó khả thi trước khi điều đội sửa chữa ra hiện trường. Nhờ giao diện chạy trên trình duyệt, mọi bộ phận được phân quyền trong tổ chức đều có thể truy cập thông tin vận hành mà không cần phần mềm mô hình chuyên sâu cài trên máy.

Kết nối SCADA, GIS và mô hình thủy lực trong một môi trường dữ liệu chung

Xây dựng digital twin không chỉ là “nối” các phần mềm lại với nhau. Bước đầu tiên, OCW rà soát toàn bộ hạ tầng giám sát hiện có trên mạng lưới để đảm bảo hệ thống cảm biến cung cấp dữ liệu ổn định, nhất quán và có độ tin cậy cao. Bởi digital twin dựa trực tiếp trên dữ liệu vận hành thực tế, nên việc kiểm chứng và hiệu chuẩn đầu vào là nền tảng bắt buộc.

Một thách thức khác là tích hợp các tập dữ liệu khác biệt. Hệ SCADA, bản đồ GIS, mô hình thủy lực… được phát triển qua nhiều năm với cấu trúc, định dạng và tiêu chuẩn khác nhau. Việc đưa chúng vào một nền tảng chung đòi hỏi công tác chuẩn hóa dữ liệu, thống nhất mã hóa, và sự phối hợp chặt chẽ giữa đội vận hành hiện trường và đội kỹ thuật công nghệ thông tin.

Dự án đồng thời mang theo sự thay đổi về cách làm việc. Những kỹ sư, cán bộ vận hành vốn quen với việc phân tích dữ liệu thủ công, dùng bảng tính, báo cáo rời rạc… giờ có thêm một nền tảng liên tục đánh giá trạng thái mạng lưới. Khi digital twin bắt đầu hé lộ các quy luật, xu hướng phản ứng của hệ thống trước các thay đổi vận hành, nó nhanh chóng trở thành công cụ hỗ trợ ra quyết định hàng ngày.

Đối với đội ngũ kỹ thuật, một lợi ích quan trọng là khả năng nhìn thấy tác động hệ thống của từng quyết định vận hành. Mạng lưới cấp nước mang tính động: thay đổi chế độ bơm, mô thức tiêu thụ, mức nước trong bể chứa ở một khu vực… đều có thể làm thay đổi áp lực, lưu lượng ở nhiều vị trí khác. Nhờ kết hợp dữ liệu thời gian thực với mô hình thủy lực, digital twin giúp kỹ sư theo dõi mối liên hệ này, từ đó phát hiện vấn đề sớm hơn và chọn được phương án phản ứng hiệu quả hơn khi điều kiện vận hành thay đổi.

Tăng độ tin cậy cấp nước và giảm thất thoát nhờ digital twin

Mặc dù công nghệ số hoạt động phía sau màn hình, mục tiêu cuối cùng của toàn bộ hệ thống vẫn là đảm bảo dịch vụ cấp nước ổn định cho người dân Nagpur.

Hiện nay, OCW duy trì chất lượng nước ở mức khoảng 98% trên toàn thành phố, và chính khả năng quan sát tốt hơn mạng lưới đã góp phần quan trọng vào kết quả này. Với cái nhìn rõ ràng hơn về trạng thái mạng, cán bộ vận hành có thể phát hiện vấn đề sớm hơn – từ suy giảm áp lực, bất thường lưu lượng cho tới cảnh báo chất lượng nước – và xử lý trước khi khách hàng bị ảnh hưởng.

Digital twin cũng rút ngắn thời gian phản ứng trước các sự cố gián đoạn dịch vụ. Khi có thông tin sự cố, kỹ sư lập tức kiểm tra điều kiện vận hành trên nền tảng, so sánh các kịch bản điều tiết bơm, chuyển tải, cô lập vùng sự cố… để chọn phương án khôi phục cấp nước tối ưu.

Nhờ khả năng đối chiếu sản lượng cấp nước với dữ liệu tiêu thụ, OCW có thêm một lớp thông tin để phân tích thất thoát và nước không doanh thu trong mạng lưới. Nâng cao hiệu suất vận hành bơm, giảm tổn thất áp lực không cần thiết và kiểm soát nước không doanh thu sẽ giúp đơn vị khai thác vận hành hệ thống hiệu quả hơn trong bối cảnh nhu cầu đô thị tiếp tục tăng.

Những khả năng tiếp theo từ digital twin nước thông minh Nagpur

Với OCW, digital twin nước thông minh tại Nagpur mang lại một bức tranh vận hành toàn diện hơn về cách mạng lưới cấp nước phản ứng trong điều kiện thực tế.

Bằng việc đưa dữ liệu vận hành, mô hình thủy lực và thông tin tài sản vào một môi trường thống nhất, đơn vị cấp nước sở hữu một công cụ thực tiễn để giám sát hiệu năng và lập kế hoạch cải tạo, đầu tư. Từ chỗ dữ liệu rời rạc, phân tán, giờ đây OCW có một góc nhìn vận hành dùng chung cho toàn hệ thống – nền tảng quan trọng để ra quyết định nhanh, đồng bộ.

Đối với các đơn vị cấp nước đang đối mặt với bài toán tương tự – mạng lưới mở rộng, tài sản xuống cấp, thất thoát cao, yêu cầu khách hàng ngày càng khắt khe – những dự án như Nagpur cho thấy cách dữ liệu kết nối có thể hỗ trợ vận hành dựa trên bằng chứng, cải thiện lập kế hoạch dài hạn và tối ưu hóa đầu tư.

Về phía người dân và doanh nghiệp tại Nagpur, kết quả cuối cùng là dịch vụ cấp nước được cung cấp hiệu quả và bền vững hơn: ít gián đoạn hơn, chất lượng tốt hơn, và hệ thống được chuẩn bị tốt hơn trước các biến động trong tương lai.

Nếu triển khai đúng cách, những nền tảng như OpenFlows WaterSight không chỉ là giải pháp phần mềm, mà còn là hạt nhân cho hành trình chuyển đổi từ phân tích thủ công sang vận hành dựa trên dữ liệu và mô hình hóa trong ngành cấp nước đô thị.

Nếu đơn vị cấp nước của bạn cũng đang phải vật lộn với mạng lưới phức tạp, dữ liệu phân tán và áp lực giảm thất thoát, đã đến lúc cân nhắc một nền tảng digital twin cho hệ thống cấp nước. MICAD đồng hành cùng các đơn vị hạ tầng trong việc kết nối SCADA, GIS, mô hình thủy lực và dữ liệu khách hàng thành một môi trường thống nhất, giúp đội ngũ vận hành ra quyết định nhanh hơn và chính xác hơn. Hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn giải pháp phù hợp cho mạng lưới của bạn tại đường dẫn https://micad.vn/bao-gia/ và nhận báo giá chi tiết.