基于BIM的智慧礦山工程安全技術研究

黃應平

（江西省贛華安全科技有限公司，江西 南昌 330001）

隨著國家對礦山行業(yè)發(fā)展的日漸重視，再加上每年在礦山行業(yè)中的財政和政策支持的增大，使得在當下的礦山行業(yè)發(fā)展中，現(xiàn)代化發(fā)展的趨勢越來越明顯，越來越多的礦山企業(yè)開始了智慧礦山建設探索，且取得了一定的發(fā)展成效。但智慧礦山建設的過程中因為存在資金、技術和環(huán)境等的限制，使得在建設過程中尚存在很多的難題，未來的礦山行業(yè)發(fā)展中，各個礦山企業(yè)都要加大BIM技術在智慧礦山建設中的應用，以充分發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢，全面推進礦山工程安全的目標。

1 BIM技術在智慧化礦山的應用及架構

1.1 BIM技術在智慧化礦山建設中的愿景

在信息時代到來以后，BIM技術的發(fā)展迅速，已然被應用在各類工程領域，從本質上來看，計算機技術是BIM技術發(fā)展的基礎，在礦山工程領域，BIM技術的應用就是通過專業(yè)建筑信息模型的創(chuàng)建，來實現(xiàn)全部礦山信息的共享和集成，在專有模型的基礎上輔助礦山各種開發(fā)作業(yè)的實施。具體的應用中，BIM技術經由模型的構建，也就可以通過數字信息的方式來對礦山工程現(xiàn)場的真實情況加以模擬，與常規(guī)的技術相比，BIM技術具有突出的可視化、協(xié)調性和模擬性、優(yōu)化性特征[1]。現(xiàn)階段，隨著智能化技術的日漸發(fā)展，BIM技術與智能技術的高度結合使得智慧礦山概念提出，且有越來越多的礦山企業(yè)開始了智慧礦山建設，未來勢必在礦山企業(yè)中建成生產管理中心、礦山安全中心、生產控制中心、運維保障中心和運營管理中心等多個模塊，促進礦山企業(yè)生產的高效實施。

1.2 綜合信息集成中心的關鍵支撐

經由BIM技術所建設的智慧礦山中，主要包含了固定資產網、工業(yè)設備管網、生產運維管理網三大信息網模型，固定資產網的建設中，主要是利用BIM技術相關軟件，經由信息建模方式來對礦區(qū)現(xiàn)場的場區(qū)大場景、建筑設施小場景、室內局部場景、地下設施管網、巷道布置等不可見場景開展全面模擬；工業(yè)設備管網可以實現(xiàn)設備模型的動態(tài)運行展示、動態(tài)監(jiān)測數據展示、安全預警結果顯示、維護和保養(yǎng)狀態(tài)等信息的實時顯示和傳輸；生產運維管理網下，礦山安全生產監(jiān)控、全場視訊管理和安全巡檢管理[2]?？傊?，這三個信息網是支撐智慧礦山各方面生產目標實現(xiàn)的切實基礎和保障，只有在這些信息網基礎上，才能夠實現(xiàn)空間BIM數據、生產運行數據、業(yè)務數據的全面集成，實現(xiàn)這些數據與真實礦山環(huán)境內的數據孿生，進而達到多維空間信息的共享聯(lián)動、直觀映現(xiàn)和動態(tài)空間的目標。

1.3 BIM技術建設規(guī)劃業(yè)務架構

智慧礦山建設從下到上包含了多個層級，這些不同層級之間保持著相互之間的配合，底層信息控制域主要負責的是信息的向上采集與向下控制，主要為各類傳感器與設備廠商；信息融合域在智慧礦山中主要是對所采集的信息進行過濾、存儲、索引與匯總，主要為云計算及各類軟件提供商；信息應用域內包含有多個的子系統(tǒng)，比如，資產管理系統(tǒng)、安全生產管理系統(tǒng)等均是其中的重要構成，這些不同層級之間的構成，使得礦山現(xiàn)場的信息采集和數據處理、決策支持等更為便捷且高效，智慧礦山下的業(yè)務門戶管理流程如圖1所示。

圖1 BIM =技術實現(xiàn)業(yè)務門戶管理流程圖

2 礦山工程安全管理BIM技術的優(yōu)點

2.1 模擬化

任何的礦山工程現(xiàn)場作業(yè)實施中，所面臨的環(huán)境條件都是十分復雜且惡劣的，如果利用傳統(tǒng)的人工作業(yè)方式，工程現(xiàn)場很多的安全隱患并不能完全消除，后續(xù)施工作業(yè)進行的過程中常常會出現(xiàn)各種的安全事故，而BIM技術下，因為這一技術的模擬性特點突出，完全可以在建模的過程中來對礦山工程現(xiàn)場的真實情況加以還原，密切監(jiān)測礦區(qū)周邊的環(huán)境變化。因此，智慧礦山建設中的BIM技術可以消除在礦山現(xiàn)場所存在的各種安全隱患，及時根據不安全因素的信息分析，來制定可行的安全防護對策，使得各項的施工作業(yè)都可以安全、高效實施[3]。因此，智慧礦山中的各方面安全問題，幾乎都可以利用BIM技術來加以解決。在正式的施工作業(yè)之前，首先對礦山工程中危險系數較高的準備工作加以全面模擬，比如，腳手架搭設方面，完全可以通過BIM模型來提前開展搭設模擬，判斷所制定的搭設方案中是否存在安全風險，當然，一些危險系數相對較高的設備操作同樣可以利用BIM技術來模擬，比如，針對礦區(qū)工程現(xiàn)場的懸挑梁搭設和吊籃施工，經由提前模擬，也就可以使得后續(xù)的施工作業(yè)能夠順利開展。礦區(qū)工程現(xiàn)場的BIM技術安全管理中，經由對礦區(qū)現(xiàn)場和周邊環(huán)境的4D或者5D模擬，也就可以對工程項目實施的全過程開展相應的管控，通過三維圖形和一維數據的有效融合，不僅可以對每個環(huán)節(jié)的工程量加以精準計算，更可以解決各個環(huán)節(jié)工程施工作業(yè)中的質量、安全等問題。

2.2 可視化

BIM技術同樣具有可視化的特征，這一特征具體表現(xiàn)在利用BIM技術所創(chuàng)建的三維模型中，因為在該模型中不僅包含了智慧礦山的物理信息，更是涉及了礦上工程現(xiàn)場的其他功能信息，在該模型中，相關施工人員、管理人員都可以在該模型中調取其中的關鍵信息來進行相應的工程設計和施工優(yōu)化，經由不同部門和崗位人員的信息共享，也就可以提前安排好工程現(xiàn)場關于安全方面的工作，且進行安全防護設施的布置[4]?？梢暬δ芟拢梢栽谀Ｐ椭姓系V山現(xiàn)場的全部信息來進行全過程施工的模擬，也就可以提前識別出潛在的風險并與其他相關部門配合，最大程度上針對礦山工程建設施工中的潛在風險種類和分布情況，制定一套對應的安全管理方案?，F(xiàn)階段的智慧礦山領域，可視化軟件中應用較多的是3DS Max、Rrtlan-tis、AccuRender和Lightscape，經由這些專業(yè)軟件的輔助，也就可以自動對礦山工程中的礦體、設備三維圖形關系加以精準顯示，減少各類安全事故的發(fā)生。

2.3 優(yōu)化性

礦山工程領域的安全管理工作難度系數較大，在實際的管理工作進行中，因為現(xiàn)場所包含的安全隱患異常多，為促進各項作業(yè)的安全、高效實施，工程企業(yè)必須要將安全管理工作放在首要位置，全面推進安全管理工作的全面落實。智慧礦山下的安全管理工作，同樣可以有效發(fā)揮BIM技術的優(yōu)化性優(yōu)勢，不斷在工程項目實施的過程中加以細節(jié)處理和優(yōu)化，保持工程不同部門之間的協(xié)調性。

3 BIM技術在智慧礦山建設安全管理中的應用

3.1 動態(tài)布置場地

基于BIM技術的智慧礦山中，經由BIM技術的應用，也就可以實現(xiàn)對場地的動態(tài)布設，在工程項目的諸多中間環(huán)節(jié)都發(fā)揮BIM技術的優(yōu)勢，比如，針對礦區(qū)的混凝土建筑施工、管道布設等方面，都可以開展安全性評估，在評估基礎上開展有針對性的安全管理。當然，智慧礦山工程中的BIM技術動態(tài)平面規(guī)劃不僅僅體現(xiàn)在這一方面，還體現(xiàn)在其他的場地規(guī)劃方面，在動態(tài)布設的過程中也就可以及時發(fā)現(xiàn)工程現(xiàn)場所存在的不足，快速針對安全管理方面的漏洞及時督促有關部門來開展相應的整改。有關工程人員將所收集到的礦山工程信息集中起來以后，經由BIM技術來實現(xiàn)進一步整理，也就可以建立礦區(qū)內全部建筑物的三維模型，在模型中開展場地布置。

3.2 4D施工模擬

現(xiàn)階段的礦山工程領域，對于施工工藝和技術的要求非常高，主要是因為礦山工程現(xiàn)場的規(guī)模龐大，涉及了很多的工程要素，安全管理的難度系數較高。為促進礦山工程現(xiàn)場的安全目標實現(xiàn)，工程企業(yè)應保障施工建設過程中的4D技術與三維立體模型的有效結合，密切關注工程進度，利用BIM技術來同步更新現(xiàn)場的各種數據，在數據基礎上開展進度、安全和成本管理。在礦山工程現(xiàn)場建立了4D模型以后，也就可以通過對礦山工程現(xiàn)場信息的全面采集來進行模型中相關內容的動態(tài)調整，根據4D模擬結果來及時處理施工方案中的問題，促進各項施工作業(yè)的高效開展[5]。BIM技術下，因為可以對施工現(xiàn)場的潛在危險加以預演，經由Revit平臺、編程語言的結合，也就可以在BIM模型中創(chuàng)建一個危險源安全管理模塊，組建安全管理系統(tǒng)，該模塊功能應該包含項目信息、危險源管理、安全信息摘要等，經由這一模塊在礦山工程現(xiàn)場中的應用，可以對現(xiàn)場所涉及導頻的全部危險源加以實時監(jiān)控，利用BIM技術等視覺資源來對現(xiàn)場內或者邊緣的危險源加以識別和判定，在識別出潛在的安全隱患以后進行應急救援。

3.3 三維碰撞檢查

智慧礦山工程現(xiàn)場內涉及了各種類型的管線，管線交叉明顯，經由BIM技術的應用，就可以對工程現(xiàn)場的管線實施三維碰撞和檢查。一般情況下，電氣工程整治包含了強電、亮化和弱電，傳統(tǒng)的工程技術下，更多地采用的是2D圖紙的管線設計，在設計工作中基本上沒有考慮不同管線之間的碰撞和交叉，嚴重影響了正常的施工建設[6]。而BIM技術在智慧礦山中的應用，可以給三維碰撞檢查提供便捷，在管線布置的過程中，首先應進行三維模型的建設，在三維模型建成以后進行管線施工模擬，可視化前提下，相關人員也就可以及時發(fā)現(xiàn)部件之間碰撞位置或者設計缺陷，通過設計優(yōu)化和改進，避免了后續(xù)施工中的返工問題。

3.4 施工安全監(jiān)控及檢查

在傳統(tǒng)的工程領域，因為存在著一定的技術限制，使得施工單位在開展工程建設的過程中，往往是利用2D圖紙來進行施工管理的，工程安全管理方面存在著很多的不足，而信息時代下BIM技術在智慧礦山中的應用，完全克服了傳統(tǒng)的技術限制，符合智慧礦山建設中的技術標準。根據礦山工程中傳統(tǒng)安全管理模式與BIM技術下的現(xiàn)代化工作模式對比，在傳統(tǒng)安全管理模式下，工程建設的整體安全系數不高，且缺乏對礦山工程中的各種信息利用，安全管理方面存在很多的不足，不同部門之間無法實現(xiàn)信息共享。而在BIM技術下，因為完全可以實現(xiàn)信息共享，也就可以給現(xiàn)場的安全監(jiān)控和檢查提供便捷，促進智慧礦山建設中一切施工作業(yè)的高效開展。

4 結語

近年來，越來越多的礦山企業(yè)都加大了在智慧礦山建設方面的資金、技術和人才投入，而BIM技術作為智慧礦山中的關鍵技術，在這一技術下，因為礦山現(xiàn)場的全部信息都能夠得以共享，也就可以給安全管理工作提供數據支撐，促進礦山企業(yè)社會效益、經濟效益等的全面實現(xiàn)。