行业领域

新一代信息技术产业,节能环保产业,数字创意产业,新兴软件和新型信息技术服务

需求背景

城市排水系统是城市基础设施的重要组成部分，水力模型是排水系统规划设计、运行调度和内涝风险评估的核心技术工具。目前，我国城市排水规划设计中使用的水力模型软件几乎被国外产品垄断，主要依赖以下软件：

nfoWorks ICM Innovyze（现属IEM） 英国 城市排水1D/2D耦合模拟旗舰 50~100万元/年

MIKE URBAN DHI丹麦 城市排水与管网模拟  30~60万元/年

PCSWMM CHI 加拿大 基于SWMM引擎的商用平台 10~20万元/年

SOBEK Deltares 荷兰 河流与城市洪水模拟 30~50万元/年

EPA SWMM 美国环保署 美国 开源排水模拟（功能有限）免费

存在以下核心痛点：

（1）技术受制于人，存在"卡脖子"风险。 InfoWorks ICM 占据国内高端市场约70%以上份额，其核心求解器完全封闭，国内用户无法获取源代码，无法进行深度定制和二次开发。在中美科技竞争加剧背景下，一旦遭遇技术封锁或断供，将直接影响我国城市排水规划设计工作。

（2）数据安全风险突出。 城市排水管网数据属于关键基础设施信息，涉及城市空间坐标、管网拓扑、泵站运行参数等敏感数据。使用国外软件建模意味着这些数据可能存储在境外服务器或通过境外云端处理，存在数据泄露和国家安全风险。

（3）软件费用高昂，推广受限。 InfoWorks ICM 单节点年授权费高达50~100万元，MIKE URBAN 也在30~60万元/年，且按年续费。国内中小型设计院、地方水务局难以承受，导致水力模型技术在基层单位推广困难，设计质量参差不齐。

（4）本土化适配不足。 国外软件的开发基于欧美城市的排水体制和设计理念，对中国特有的排水体制（如截流式合流制、雨污分流改造过渡期）、设计规范（GB 50014《室外排水设计标准》）、暴雨强度公式体系等缺乏原生支持，建模过程繁琐且需大量人工干预。

（5）信创政策驱动国产替代。 国家信创战略要求关键领域软件自主可控，各级政府和央企陆续出台国产化替代时间表。水务行业作为关键基础设施领域，排水模型软件的国产化是必然趋势。

需解决的主要技术难题

基于以上分析，研发一款面向城市排水规划设计、具有完全自主知识产权的水力模型软件系统，具有以下战略意义：

1. 破解"卡脖子"难题：实现排水模型核心求解器从零到一的自主突破，摆脱对国外封闭求解器的依赖

2. 保障数据安全：软件完全本地化部署，城市基础设施数据不流出境外

3. 降低使用门槛：国产软件定价策略可大幅低于进口产品，使水力模型技术惠及更多基层设计单位

4. 深度适配中国规范：原生支持GB 50014、GB 55020等国标，内置各地暴雨强度公式，贴合中国设计流程

5. 响应信创要求：适配国产操作系统、国产CPU、国产数据库，满足信创替代需求

期望实现的主要技术目标

总体目标

研发一款面向城市排水规划设计的、具有完全自主知识产权的水力模型软件系统（暂定名：DrainSim 排水水力模型系统），实现城市排水管网一维水动力模拟、地表二维洪涝模拟、1D/2D耦合模拟、水质模拟等核心功能，达到 InfoWorks ICM 同等功能水平，在关键性能指标上实现对等替代。

指标类别考核内容目标值
功能完整性1D管网水动力模拟支持运动波/扩散波/动力波三种求解方式
明满流交替模拟采用Preissmann虚拟狭缝法，支持满管承压流
2D地表洪涝模拟基于完整浅水方程的Godunov格式有限体积法
1D/2D耦合模拟垂向耦合（检查井/雨水口溢流/回流）+水平耦合（河道交互）
水质模拟支持COD、BOD、SS、NH₃-N等常规污染物输移降解
LID海绵设施模拟支持透水铺装、绿色屋顶、生物滞留、雨水花园等
降雨模型内置全国暴雨强度公式库，支持芝加哥/交替块/Huff雨型
计算性能1D管网动力波求解速度10万节点管网，1年连续模拟 ≤ 30分钟（单CPU核心）
2D地表模拟并行效率100万网格，GPU加速 ≥ 16倍（vs 单CPU核心）
1D/2D耦合模拟稳定性自动时间步长调整，CFL数自适应，不出现非物理振荡
模拟精度与InfoWorks ICM对比标准测试案例纳什效率系数NSE ≥ 0.85
与实测数据对比实际案例验证NSE ≥ 0.70
本土化中国规范适配原生支持GB 50014-2021、GB 55020-2021
暴雨强度公式库覆盖全国34个省级行政区 ≥ 300个城市
数据接口支持CAD（dwg/dxf）、GIS（shp/geodatabase）、SCADA数据导入
信创适配操作系统Windows 10/11 + 统信UOS + 银河麒麟
CPU架构x86_64 + 鲲鹏ARM + 海光
数据库PostgreSQL + 达梦DM8
知识产权发明专利申请 ≥ 5项
软件著作权取得 ≥ 3项
核心代码自主率≥ 95%（仅允许使用开源数学库如BLAS/LAPACK）