Gruppo CAP: Il Digital Twin

Webinar Servizi a Rete 15/12/2022
Il DigitalTwin diGruppoCAP
L’innovazione tecnico-scientifica a supporto della modellazione idraulica avanzata,
del controllo di pressione e della riabilitazione degli acquedotti

INDICE
GRUPPO CAP
Presentazione
azienda e asset
OTTIMIZZAZION
E ACQUEDOTTI
Strategie
adottate
SUPPORTO
DECISIONALE
Strumenti in
IDRAULICA
AVANZATA
Teoria
DIGITAL TWIN
AND SERVICE
Modelli per
scelte gestionali
APPLICAZIONI
IN GRUPPO CAP
Servizi digitali

Gruppo CAP – chi siamo
Gruppo CAP è il gruppo industriale totalmente pubblico che gestisce l’intero Servizio Idrico
Integrato (acquedotto, fognatura e depurazione) nei territori della Città metropolitana di Milano
e in alcuni altri comuni lombardi. A livello di clienti serviti, volumi di acqua distribuita e
lunghezza della rete, si colloca ai primissimi posti in Italia tra le organizzazioni che erogano il
Servizio Idrico Integrato.
.
891
Dipendenti
Sono quasi mille le persone
che ogni giorno con passione
e dedizione si impegnano per
portare acqua buona e sicura
nelle case dei cittadini.
1928
Data fondazione
194
Comuni soci
6
Società ed enti partecipati
€ 571 mln
Capitale sociale
Modello Gestionale
Società interamente pubblica
891 dipendenti
Sono quasi novecento le persone
che ogni giorno con passione e
dedizione si impegnano per portare
acqua buona e sicura nelle case dei
cittadini.
GRUPPO CAP OTTIMIZZAZIONE ACQUEDOTTI SUPPORTO DECISIONALE IDRAULICA AVANZATA DIGITAL TWIN APPLICAZIONI IN GRUPPO CAP

DEPURAZIONE
154 comuni serviti
2.413.572 abitanti
349.937.579 milioni di mc
di acqua reflua trattata
128.562.988 milioni di mc
di acqua reflua riutilizzata
(34% totale)
+ 70.780 ton fanghi prodotti
di cui il 40% riutilizzati in
agricoltura
40 impianti di depurazione
Gruppo CAP – cosa facciamo
ACQUEDOTTO
133 comuni serviti
1.847.308 abitanti
697 pozzi
254 milioni di mc
d’acqua prelevata
6.442 km rete acquedottistica
28.672 prelievi acque potabili
782.656 determinazioni
analitiche
193.379.540 mc di volume
totale d’acqua erogata
FOGNATURA
133 comuni serviti
1.881.559 abitanti
489,1 km collettori
6.611 Km rete fognaria e
collettori

Gruppo CAP ha costruito il suo piano industriale con un orizzonte di
cinque anni, investimenti per 570 milioni di euro, un impegno
importante sul territorio che garantisce al contempo l’equilibrio
economico e finanziario e la sostenibilità delle tariffe, tra le più basse
nel Paese.
Gruppo CAP ha scelto di integrare la sostenibilità nell’attività industriale
facendo leva sulla teoria del valore condiviso: il valore economico
generato deve portare benefici non solo all’azienda ma anche ai
territori in cui opera e agli stakeholder. La sostenibilità è uno strumento
chiave per garantire la competitività e la reputazione di un’impresa e
quindi la sua redditività.
La strategia di sostenibilità è costruita intorno a tre pillars: SENSIBILI,
RESILIENTI, INNOVATORI
Il Piano Industriale 2022 - 2026
98,16mln €
Ebitda 2021
127,24 mln
€
Investimenti:
media annua
66,5 €
Investimenti
annui per
abitante
103 mln €
Investimenti 2021
con impatto
ambientale
41%
Percentuale
investimenti sui
ricavi

GESTIONE DELLE PRESSIONI DI ESERCIZIO
• INTRODUZIONE GESTIONE BIORARIA
• GESTIONE SERBATOI
• CREAZIONE PMZ
AMMODERNAMENTO IMPIANTISTICO
• PROTEZIONE DAI COLPI D’ARIETE
• MISURA VOLUMI TECNOLOGICI
• INFITTIMENTO LETTURE E VERIFICA AFFIDABILITA’
PROTEZIONE CATODICA
• REALIZZAZIONE NUOVI DISPERSORI
• SISTEMAZIONE ANOMALIE RILEVATE
RICERCA PERDITE
• INTEGRATA (DISTRETTI, MODELLAZIONE…)
• TRADIZIONALE
• SPERIMENTALE (SATELLITE, DRONE, NOISE
LOGGER…)
Piano d’azione per riduzione perdite idriche
RINNOVAMENTO PARCO CONTATORI
• SOSTITUZIONE CONTATORI D’UTENZA
• VERIFICA AFFIDABILITA’ LETTURE
• TRASFORMAZIONE PASC IN ACC
SOSTITUZIONE CONDOTTE
• PIANIFICAZIONE PLURIENNALE CON DSS
• SCELTA ALTERNATIVE DI RIABILITAZIONE
ATTIVITA’ INNOVATIVA
• CONTROL ROOM
• MONITORAGGIO DISTRETTI
• MODELLAZIONE «REAL-TIME»

Mappatura
dell’indice
di criticità
scelto
Grafici e informazioni generali
attinenti bilancio e azioni
eseguite
Strumenti di lavoro per
pianificare gli interventi di
riduzione
Decision support system

2019
Sviluppo per
pianificazione
delle azioni di
manutenzione
2020
Revisione per
inserimento
nuovi dati e
parametri
2021
Pianificazione
azioni
implementative
2022
Ricerca per
integrazione
nuovi processi
decisionali
Decision support system – Pianificazione sostituzione reti
CONTRATTO CON IDEA-RT
Servizio di innovazione tecnico-
scientifica a supporto della
riduzione delle perdite, del
controllo delle pressioni e dei piani
di sostituzioni condotte

Sistema
WDNetXL
•Strumento di analisi e supporto alla gestione
dei sistemi di acquedotto, al fine di aumentare
la consapevolezza delle decisioni in termini di
razionalità, replicabilità e scalabilità,
integrazione, flessibilità, efficienza ed efficacia,
sviluppato in un ambiente di programmazione
di alto livello e implementabili come semplici
funzioni in ambienti software familiari ai
tecnici.
Personalizza-
zione
•Possibilità di sviluppare,
aggiornare e testare
rapidamente gli strumenti per
applicazioni specifiche in
stretta collaborazione con il
Gestore.
Trasferimento
tecnologico
•Formazione continua dei
tecnici del Gestore per
trasferimento della ricerca
accademica sul mondo
dell’ingegneria civile e
ambientale.
Servizio di innovazione tecnico-scientifica
Contratto a supporto della
riduzione delle perdite, del
controllo delle pressioni e dei
piani di sostituzioni condotte

Cenni Storici di Modellizzazione Idraulica
• Sin dai primi del 900 c’era l’esigenza di sviluppare criteri di verifica
idraulica dei progetti degli acquedotti in relazione alle capacità di
soddisfacimento delle richieste idriche (statistiche)
• Nel 1988, Todini inventò il Global Gradient Algorithm (GGA),
“motore idraulico” di EPANET, sviluppato da Rossman dell’agenzia
U.S. E.P.A.
• Tutti i simulatori idraulici classici nascono per la verifica idraulica, e
non a fini gestionali - sono denominati demand-driven
• I simulatori idraulici classici demand-driven (es. EPANET), non sono
strumenti idonei alla simulazione idraulica ai fini gestionali

Modellizzazione Idraulica Avanzata per la Gestione
• L’intento dei ricercatori recentemente è stato quello di rendere la
simulazione idraulica consistente con le necessità di supporto
alle decisioni gestionali, considerando gli effetti volumetrici delle
perdite
• Todini (2003) introduce la necessità di una simulazione idraulica
capace di valutare la “effettiva” domanda che si riesce a fornire alle
utenze in condizione di deficit - pressure-driven.
• Giustolisi (2008) sviluppa la rappresentazione della componente
delle perdite idriche reali, in funzione delle pressioni, a livello di
ogni singola tubazione.

Analisi Idraulica Pressure-Driven per le Utenze
Funzionamento
anormale
Analisi Demand-driven (EPANET)

Analisi Idraulica Pressure-Driven per le Utenze
Funzionamento
anormale
Analisi Pressure-driven

Analisi Idraulica Pressure-Driven per le Perdite Idriche

Analisi Idraulica degli Edifici Multi Piano
H0
H

Analisi Idraulica dei Serbatoio Locali ed Autoclavi

Analisi Idraulica delle Utenze

Le Perdite Idriche (genesi ed idraulica)
Le perdite idriche reali sono efflussi da componenti di sistema generati
da un fisiologico deterioramento dei materiali che ha come forzante
esterna i fenomeni di moto vario, le variazioni di pressione di esercizio, il
traffico veicolare, le variazioni di temperature, ecc.
Le perdite idriche reali sono, dal punto di vista idraulico, efflussi
torricelliani caratterizzati dalla portata che è funzione dell’area della
sezione di efflusso (coefficiente di efflusso) e della pressione locale.
Legge di Torricelli
portata di efflusso
Area della sezione della perdita
Pressione residua alla sezione della perdita
costante di efflusso
L c P
L
P
c
 


Le Perdite Idriche (studi fenomenologici)

Le Perdite Idriche (indicatore di stato di salute)
• Le perdite idriche sono efflussi da tubazioni, giunti e connessioni alla proprietà generati
da un fisiologico deterioramento dei materiali che ha come forzante esterna i fenomeni di
moto vario, le variazioni di pressione di esercizio, il traffico, le variazioni di temperature,
ecc.
• Le perdite idriche sono, dal punto di vista idraulico, efflussi torricelliani caratterizzati da
una certa portata che è funzione dell’area della sezione di efflusso e della pressione locale.
• La distribuzione sia spaziale che come portate e area della sezione di efflusso delle
perdite idriche non è nota.
• Si può immaginare che essa sia una popolazione di portate o area della sezione di efflusso
caratteristica del particolare sistema idrico e funzione della natura tecnica dell’asset, ma
anche della sua storia gestionale e di esercizio quotidiano.
• Possiamo immaginare la distribuzione delle perdite idriche (in portata o area) equivalente
ad una età media della popolazione ovvero la portata come la condizione di salute e l’area
come l’età.
• La gestione delle perdite idriche, quindi, attiene alla necessità di mantenere tale
popolazione in salute (portate medie di perdita idrica basse) e controllarne l’età media.

Le Perdite Idriche (indicatori)
M1a versus M1b
È corretto parlare
di perdite idriche
in percentuale ?
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80
M1
b
(%)
M1a (m3/giorno/km)
Relazione tra M1a ed M1b al variare di D1a (m3/giorno/km)
D1a=10
D1a=20
D1a=50
D1a=100
D1a=200 Classe E (6 %)
Classe D (5 %)
C (4 %)
A (0 %)
B (2 %)
a
a
b a
a
a
M1 comparabi
M1
M le
1
M1 D
1
1
a D



Le Perdite Idriche (classificazione e indicatori ARERA)
Negli anni ‘90 le perdite idriche reali furono classificate in funzione della portata per
coglierne la natura tecnica e gestionale
1. Perdite idriche di sottofondo (Background Leakages M1) gocciolamenti e
piccolissime portate
2. Perdite idriche non riportate (Unreported Bursts M1-->M2) sono quelle che
una portata media sotto la soglia di quella determinata da programmi di ricerca
attiva delle perdite idriche (es. 0.1 l/s)
3. Le perdite idriche riportate (Reported Bursts M2) (veri e propri scoppi e rotture,)
sono quelle che hanno portata rilevante (es. 2-3 l/s) e producono effetti visivi, danni
o abbassamenti di pressione (effetti sul servizio all’utenza) e quindi si palesano.
4. N.B. soglia determinata da programmi di ricerca attiva è funzione delle tecnologie e
della strategia gestionale di ricerca perdite … comunque la letteratura tecnica ed
esperienze di campo diffuse ci dicono che non più del 15%-20% di volume d’acqua
è recuperabile con la ricerca perdite. Peraltro, le azioni di ricerca delle perdite come
di sostituzione delle tubazione «disturbano» il sistema, quindi possono non essere
durature nelle recupero delle perdite.

Le Perdite Idriche (indicatore M1a e modello idraulico)
 
 
   
1
8
1
8
M1a
1.157 10 M1a
1.157 10
M1a
1 M1a per deterioramento 1 M1a per pressione
WDN WDN
media media WDN
WDN
media
WDN
media WDN
WDN WDN WDN
WDN
media
P C
P
C
C C C
P








    
 
  
   
 
 
 
1
0 1
1
1.5
0 1
1. Germanopoulos -
Fixed Area Variable Area Discharge
2.
(FAVAD ) -
1.
2.
res res
res res
leak res
leak res res
P A P
P A A P
d P
d P P



 
 
  

 
Empirica
Fisicamente Basata

Acquedotto di Paullo
M1a di Paullo

GRUPPO CAP OTTIMIZZAZIONE ACQUEDOTTI SUPPORTO DECISIONALE IDRAULICA AVANZATA DIGITAL TWIN AND SERVICE APPLICAZIONI IN GRUPPO CAP
La transizione digitale nell’asset management degli acquedotti
 Rappresentazione digitale avanzata dei sistemi
infrastrutturali
• GIS, WEB-GIS
• BIM
• Realtà aumentata

 Nuove opportunità dall’ICT:
• Reti 5G, Narrowband IoT, Sigfox, LoRaWAN
• Smart meters e dispositivi di remote sensing/control
• Grande capacità di data storage
• Elevata capacità di calcolo

 Intelligenza Artificiale & Machine Learning
 Strategie di ottimizzazione
multi-obiettivo

 Intelligenza Artificiale & Machine Learning
 Strategie di ottimizzazione
multi-obiettivo
 Nuove opportunità
dall’ICT
 Rappresentazione digitale avanzata
dei sistemi infrastrutturali

Il Gemello Digitale “Digital Twin” di Sistema (Componenti)
Rete reale
• Topologia
• Connettività delle condotte
• Allacci alle proprietà private
• Asset
• Materiale delle condotte
• Dispositivi (valvole, pompe,
serbatoi,…)
• Stato idraulico
• Stato dei dispositive & Controlli
• Requisiti di Servizio alle utenze
• Perdite idriche

Il Gemello Digitale “Digital Twin” di Sistema (Comportamento Idraulico)
• È necessario essere il più possibile gemelli del sistema fisico
come comportamento topologico e idraulico e descrizione dei
componenti del sistema
• Modellazione di sistema serve a per creare il gemello digitale
più appropriato all’interno del concetto di servizio per gli utenti
• Modellazione idraulica avanzata
• Analisi topologica
• Utenze sempre più al centro del modello di sistema
• Interoperabilità con GIS, WEBGIS, BIM e realtà aumentata

Il Gemello Digitale “Digital Twin” di Sistema (Comportamento Idraulico)
Abnormal
Functioning
Demand-driven analysis (EPANET)
Pressure-driven analysis
H0
H

Il Digital Twin ed il concetto di Digital Service
Requisiti:
• I servizi Digital Water devono restituire
rapidamente risultati di diretto interesse per
le attività di gestione degli acquedotti (es.
gestione DMA, piani di riabilitazione, analisi
impatto di lavori, etc.), ma anche di
progettazione (es. calibrazione,
DMA, etc.)
• I servizi Digital Water devono funzionare su piattaforme di larga
diffusione per la gestione dei dati e la visualizzazione (es., GIS)
come le app di gestione dei sistemi acquedottistici

App Digital Service
Digital Twin della rete
Complex network theory per le reti
idriche
Artificial intelligence/Machine learning
Strategie di ottimizzazione multi-obiettivo
Monitoraggio

App Digital Service per piani di sostituzione tubazioni
• Digital Twin
• Analisi Topologica
• GIS
• Modello idraulico avanzato
• Complex Network Theory
• Analisi delle componenti
• Machine Learning (Evolutionary
Polynomial Regression)
• Propensione alla perdita da
data-modelling di
registrazioni di guasti
DigitalWaterRehabilitation

App Digital Service per la valutazione dell’impatto dei lavori
DigitalWaterWorks
• Digital Twin
• GIS
• Modello idraulico
avanzato
• Complex Network
Theory

App Digital Service per la progettazione dei DMA
DigitalWaterDMADesign
• Digital Twin
• GIS
• Modello idraulico avanzato
• Ottimizzazione
• Algoritmi Genetici
• Multi-Obiettivo
• Supporto alla Decisione

App Digital Service per la calibrazione del modello
• Digital Twin
• GIS
• Analysi delle componenti
• Ottimizzazione
• Algoritmi Genetici
• Ottimizzaizone Multi-Obiettivo
• Supporto alla decisione
• Machine Learning (EPR)
• Propensione alla perdita da data-modelling di
registrazioni di guasti
DigitalWaterMassCalibration
Reverse Engineering

Costruzione del Digital Twin
Rappresentazione degli acquedotti
• Geometria
• Logiche operative
Il sistema facilita in maniera rapida la «pulizia» dei
dati provenienti dai vari sistemi aziendali (SIT, EAM,
Telecontrollo…)
Dal SIT al modello
COMPONENTI del Digital Twin
COMPORTAMENTO del Digital Twin

Il sistema elabora i file derivanti dai database di
fatturazione consentendo di passare da una
distribuzione di contatori ad una attribuzione di
consumi mensili (in futuro giornalieri) ai nodi
Corretta attribuzione consumi
Processo: Importazione utenze

Processo: Importazione valvole di isolamento
Il sistema propone diverse scelte per l’inserimento
delle valvole di isolamento utili alla gestione
ordinaria, differenziandole dalle valvole di
sezionamento utili alla distrettualizzazione
Supporto alla gestione

Calibrazione
Il sistema consente di distribuire le perdite
permettendo di fornire una valutazione dello stato
della rete
Dai dati alle perdite

Visualizzazione dei Digital Twin
Il sistema permette di avere in
un’unica piattaforma tutti i sistemi
gestiti e di selezionarli
singolarmente con facilità
Sistema unico

Il sistema permette di avere in
un’unica piattaforma tutti i sistemi
gestiti e di selezionarli
singolarmente con facilità
Sistema unico
Visualizzazione dei Digital Twin

Uso delle app del Digital Water Service
Programmazione piani di riabilitazione
Il sistema favorisce il passaggio da un M1a
calcolato per tutto l’acquedotto ad un M1a stimato
per ogni singola tubazione assegnando la priorità
per gli interventi di sostituzione in funzione dello
stato di salute della rete
Supporto alle decisioni
Paullo

Tribiano

Liscate-Melzo-Vignate

Programmazione interventi di riabilitazione e individuazione valvole isolamento
Il sistema, contenendo l’informazione della
posizione delle valvole di isolamento, permette di
supportare in campo l’identificazione delle valvole
da chiudere per separare il minimo segmento di
sistema per la manutenzione

• Replicare il processo su tutti gli acquedotti gestiti
• Applicazione degli altri prodotti del Digital Water
Service per il controllo ottimale di pressione e
l’ottimizzazione dei pompaggi
Rispondere alle varie
problematiche della gestione
dei sistemi idrici in ottica di
automazione e
industrializzazione dei processi
in linea con un Water
Management System
Valorizzare i dati a disposizione
nei diversi sistemi aziendali che
permettono di generare analisi
sempre più ricche e rilevanti
per il business in una visione
integrata, scalabile, e flessibile .
Accelerare l’ingegnerizzazione
dei sistemi acquedottistici per
lo sviluppo di piani di gestione
che garantiscano efficienza ed
efficacia in ottica di Asset
Management
Costruzione
Visualizzazione
Supporto
Conclusioni
Sviluppi futuri

Grazie per l’attenzione
Presentazione a cura di:
Ing. Francesca Mastromarino
francesca.mastromarino@gruppocap.it
Responsabile Uff. Settorizzazione e Ricerca perdite
Direzione Operations Acquedotto Gruppo CAP
Prof. Orazio Giustolisi
orazio.giustolisi@poliba.it
Professore Ordinario di Gestione dei Sistemi Idraulici
Politecnico di Bari

Gruppo CAP: Il Digital Twin

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (10)

Ähnlich wie Gruppo CAP: Il Digital Twin

Ähnlich wie Gruppo CAP: Il Digital Twin (20)

Mehr von Servizi a rete

Mehr von Servizi a rete (20)

Gruppo CAP: Il Digital Twin