数字孪生在钢铁企业环保管控中的应用探索

数字孪生在钢铁企业环保管控中的应用探索

胡进黄瑞航

（1上海宝信软件股份有限公司  2上海宝信软件股份有限公司 ）

摘要：数字孪生作为一种具有深度学习和预测能力的技术，在钢铁企业环保方面逐渐得到了广泛的应用。本研究着重探讨了数字孪生在钢铁企业环保管控中的应用路径。首先，通过构建环保数字孪生模型，分析了在实际操作过程中可能遇到的难题和可行的解决方案。此外，通过与传统环保管控企业对比，发现数字孪生技术能更有效地进行环保监控和管理，有助于提升企业的环保表现。实际应用中，数字孪生技术也能帮助企业精细化环保管控，维持企业运营效能的同时，将环保风险降至最低。总的来说，数字孪生技术在企业环保管控中有着较大的应用前景，对于实现企业的环保和战略目标，具有积极的推动作用。此研究将有助于大力推动数字孪生在更多企业的环保管控实践中的应用，以实现更好的环保成效。

关键词：数字孪生；环保管控；企业应用；深度学习；预测能力；

引言

随着科技的发展，数字孪生作为一项前沿技术，已在各行各业显示出其强大的潜力，特别是在环保领域。数字孪生结合了深度学习和预测技术，以现实世界的数字复制，为企业环保管控带来了新的可能。在现行的环保管控中，存在的问题和挑战如何通过数字孪生技术来解决，以及数字孪生在企业实际操作中的具体应用和效果，成为了研究的主要课题。此外，如何通过数字孪生技术优化环保控制，降低环保风险，同时保持企业的运营效能，也是我们深入探讨的重点。通过本研究，我们期望能进一步推动数字孪生技术在企业环保管控领域的普及和应用，为企业提供更有效的环保管理方案，实现企业的环保和战略目标。

1、数字孪生技术在钢铁企业环保管控中的理论基础

1.1 数字孪生的基本概念和特性

数字孪生是一种基于物理实体的虚拟仿真模型，通过数字化技术实时复制、监测和优化物理实体在运行过程中的状态和行为[1]。数字孪生模型是一个真实世界对象或过程的数字化映像，它利用传感器、物联网、大数据分析等技术实时采集、整合、分析数据，反映真实物体的运行状态和行为。

数字孪生技术具有以下特性：数字孪生模型基于真实数据，能够高度精准地模拟物理实体的运行状态，为环保管控提供可靠的依据；数字孪生具有深度学习和预测能力，能够通过数据分析和模拟实现对环境影响和风险的预测和评估；再者，数字孪生模型可以实时更新和优化，从而保持模型与实际运行状态的高度一致性；数字孪生技术支持多维数据展示和交互式操作，有利于用户深入了解环保管控过程中的关键因素和变化规律[2]。

数字孪生作为一种先进的环保管控技术，具有基于真实数据、深度学习和预测能力、实时更新优化和多维数据展示等特性，为钢铁企业环保管控提供了全新的思路和方法。

1.2 数字孪生在钢铁企业环保管控中的应用理论与方法

数字孪生技术在企业环保管控中的应用理论与方法，主要通过构建数字孪生模型实现[3]。将企业环保管控的具体情况进行数字化呈现，建立起数字孪生模型。在这个模型中，可以将环保管控中涉及的各个环节进行模拟和预测，从而为企业提供更加直观和准确的决策依据。数字孪生技术可以基于大数据进行分析，利用深度学习算法识别环境风险源和潜在问题，为企业提供实时的监控和预警。数字孪生技术可以结合物联网等技术，实现环保数据的实时监测和管理，使环保管控更加精准和高效。数字孪生技术还可以通过对环保管控数据的持续积累和分析，帮助企业不断优化环保管理策略，提升整体的环保绩效。总体来看，数字孪生技术在企业环保管控中的应用，可以有效提高环保数据的可视化和智能化水平，更好地指导企业实现环保目标，为企业的环保工作提供科学依据和支持。

2、数字孪生技术在企业环保管控中的应用探索

2.2 数字孪生技术应用于环保管控的企业实例与效果分析

钢铁联合企业由于生产过程中产生大量的废水、废气，一直面临环保监管的挑战。为提升环保管理效率，引入数字孪生技术，建立数字化的环保管理系统。通过该系统，能够实时监测生产过程中的废水废气排放情况，并通过数据分析和预测功能，提前发现潜在的环保风险。数字孪生技术帮助企业实现了废水、废气排放数据的精准监测和实时分析，有助于企业快速发现和定位问题源头，及时采取调整措施。数字孪生技术还可为企业提供智能化的环保管控建议，通过算法模型对环保数据进行深度学习分析，为企业决策提供科学依据。

通过数字孪生技术，企业的环保管控和管理效率也得到了大幅提升。实现了环保管控的精细化和智能化，大大减少了人为干预的错误可能性，提高了环保监管的准确性和实时性[4]。数字孪生技术还帮助企业优化环保资源配置，降低环保成本，提升了企业的环保形象。

与传统环保管控相比，数字孪生技术的使用，在环保表现和管理效率上明显领先，企业也通过数字孪生技术在环保领域的创新应用，赢得了社会公众以及监管机构的认可，有效地提升了企业的品牌形象。

3、数字孪生技术在企业环保管控中的前景与挑战

3.1数字孪生技术应用于环保管控的效益预测

数字孪生技术在环保管控中的应用将为企业带来显著的效益。通过数字孪生模型的建立，企业可以实现环保管控的实时监测和数据分析，提高环保管理的精准度和实效性，进而降低环保风险。数字孪生技术能够为企业提供个性化的环保解决方案，根据企业的实际情况和需求进行定制化管理，最大限度地提升环保效益。数字孪生技术还能够与其他现有的信息系统进行集成，实现信息共享和资源优化利用，从而加强企业内部各部门间的协作与合作，全面提升环保管控的整体效能。总体来看，数字孪生技术的应用不仅可以提升企业的环保管理水平，还有望在降低环保成本、优化企业生产流程、提高品牌形象等方面带来更为可观的经济效益。有理由相信，在未来的发展中，数字孪生技术在企业环保管控中将发挥越来越重要的作用，为企业实现可持续发展目标提供强有力的支持。

3.2 数字孪生技术在环保管控中的挑战

数字孪生技术在钢铁企业环保管控中面临的挑战主要包括覆盖范围有限、数据质量不佳、模型精度不高、技术成本过高、以及员工对新技术接受度不足等问题。对于覆盖范围有限的问题，可以通过先单个工序实施，从工序到厂部再到全厂的方式解决。对于数据质量不佳的挑战，可以通过加强数据采集的标准化、完整性验证和实时性监测来提升数据的准确性和可靠性。针对模型精度不高的问题，可以通过不断优化模型算法、增加环保数据源的种类和数量，以及加强人工智能技术在模型中的应用来提高环保管控的精准度。针对技术成本过高的挑战，可以通过引入更多的软件和硬件设备供应商，推动技术成本的降低和性能的提升。应对员工对新技术接受度不足的问题，可以通过加强培训和教育，提高员工的数字化意识和技能水平，激发其参与环保数字孪生技术的热情，从而更好地推动技术在企业环保管控中的应用和发展。

3.3数字孪生技术在环保管控中的可能解决方案

数字孪生技术不能仅仅局限于三维建模的展示，而需要由表及里，深度模拟钢铁业务生产业务，方能发挥其最大作用。针对数字孪生技术在环保管控中的挑战问题，可从单体工艺设备出发探索，不断积累，从而扩展到工序、厂部、公司级的整体应用；从环保监测数据监控等简单业务试点，从而扩展至环保过程管控、环境统计，以至于环保管理过程中的众多业务。

自2019年底开始的钢铁企业超低排放改造，需要在全厂布设环境监测传感器设备、视频监控设备，采集全厂生产设施、环保治理设施运行信号数据。同时，要求企业建立全厂无组织排放治理设施集中控制系统，从而可以建立以环境监测、监控数据为基础，整合全厂生产设施、环保治理设施运行数据为补充的超低排放管控一体化系统，系统建立全厂三维模型，拟态化的展示全厂环保数据，可以非常直观的一图管全厂，目前已经成为数字孪生技术的一个典型使用场景。同时，基于该场景，依旧可以深入挖掘，在监测监控基础之上，进一步运用大数据分析、预测技术，分析污染产生原因、预测污染扩散方向。

针对单体工艺设备，利用数字孪生技术，可以考虑在保证环保管控的要求下，综合各类传感器数据，最大化的实现设备的经济运行，为企业创造经济效益，例如：炼铁、炼钢的除尘器运行管控；从工序角度，利用数字孪生技术，结合生产所需各种输入（原燃料）、生产运行各类参数、生产运行各种输出（污染物排放、产品产量）等，建立模型，进一步挖掘工序经济运行，将为企业工序运行带来巨大挖掘潜力。

结束语

本研究通过深度探讨数字孪生技术在企业环保管控中的应用路径及其实施效果，揭示了数字孪生在环保管控中的重要把握和优势。同时，实施环保数字孪生的企业对比结果显示，数字孪生技术能够有效改进环保监控和管理，提升企业的环保表现。然而，当前企业在应用数字孪生进行环保管控时仍存在一些难题，需要进一步探讨和优化。未来，我们将继续对数字孪生技术在环保管控领域中的应用进行深入研究，并寻找解决实践中遇到的问题的更优方案，以推动数字孪生在环保管控中的广泛应用，并力争在企业实现环保和战略目标方面发挥积极的推动作用。

参考文献

[1]陈挺,王一汀,吕志能.环保管控企业负荷智能辨识技术研究及应用[J].电力设备管理,2021,(15).

[2]方金,陈亮,刘海鹏,王铎,杨舒凡.数字一体化环保管控平台的探索和应用[J].河北冶金,2023,(S1).

[3]杨国伟,王菲,毕湘利,蔡蔚,周俊龙.数字孪生在地铁环控系统中的应用[J].科技与创新,2019,0(14).

[4]侯宇辉.环保管控趋严  施工企业有话要说[J].今日工程机械,2019,0(01).

[5]李胜广,高彬,李刚.数字孪生在轨交安保立体防控中的应用[J].警察技术,2023,(04).