摘要：众所周知，我国能源种类非常丰富，在国际经济大趋势和国家发展战略要求下，大力推进“两化”融合，为贯彻“中国制造2025”战略，使得智慧矿山建设成为安全生产、矿山开采的必然选择。煤炭开采过程实际上是非常复杂的力学过程，其力学各向异性，可以说驾驭该过程的难度不亚于航空航天的空气动力学过程。时至今日，由于存在地质构造的复杂、煤层赋存条件的多变、岩石力学性质的难解以及瓦斯的涌出等问题，煤炭开采仍然不能很好地解决安全生产问题、职工职业压力问题、环保问题和成本控制等全行业普遍面临的问题。为了实现安全高效开采，煤炭行业经过长期努力，从手工作业逐步实现了机械化、自动化和初步数字化开采，近20年的信息化建设推动了矿山的进步和发展，又在数字矿山的基础上实现了感知矿山的突破。
关键词：信息化产业；智慧化矿山；建设
引言
随着煤矿安全生产问题越来越受到国家和社会各界的高度重视，如何确保煤矿的安全生产，是各级领导和全体员工关心的首要问题。煤矿安全生产应坚持“管理、装备、培训”三并重原则，全国各个煤炭生产企业为了改善煤矿安全生产条件都在大规模地更新和提高煤矿的技术装备水平。其中智慧化矿山建设，实现煤矿信息化、自动化是提高煤矿安全生产的最主要的方法之一，智慧化矿山技术的推广也是一种安全管理趋势。
1智慧化矿山内涵
把握智慧化矿山内涵，需要厘清智慧矿山与数字矿山及无人矿山的联系与区别：数字矿山是智慧矿山的基础，离开矿山的数字化，矿山的智慧化就无从谈起；无人矿山则是智慧矿山的高级阶段和终极目标；无人矿山必须建立在矿山高度智慧化的基础上才能实现。
（1）数字矿山是智慧矿山的基础和依托。数字矿山的核心要义是在统一的时间参照和空间框架下，通过三维可视化表达等不同手段获取海量、异质、异构、多维、动态的矿山信息，并对其进行科学有序的组织、管理、维护，进而建立矿山信息的分布式共享、协同和利用机制。由此可见，数字矿山的核心目标是矿山相关各类信息的数字化表征、存储与共享。这些信息是实现智慧化决策的根本依据。
（2）智慧矿山的核心要义在于“智慧”。数字矿山实现了生产、安全和管理数据的集中采集、存储与展示，但未考虑数据价值的深度挖掘，对数据的综合利用能力欠缺，为煤矿精细化管理提供决策支持的能力不足。智慧矿山则强调对数据的深度利用能力，借助大数据、人工智能等技术，由数据上升为“智慧”，使整个矿山具有自我分析和决策的能力，为煤矿安全生产与管理提供强大的决策支持，使矿山的“人、机、环、管”处在高度协调的统一体中运行。
（3）无人矿山是智慧矿山的高级阶段和终极目标。随着矿山智慧化水平的进一步提升，矿山掘进、开采、运输、安全、管理等各类决策对人的依赖程度进一步降低，最终借助机器人等技术实现无人矿山的目标。无人矿山是矿山安全的根本保障。地下完全无需人工作业，代之以机器人作业。少量高素质从业人员则主要工作在矿山调度指挥中心。
2推动信息化产业发展，为实现智慧化矿山建设打基础
智慧化矿山建设涉及的子模块众多，参与的软、硬件厂商多样，因此在建设时应以中枢软件为主体。由于矿山的大量业务与空间信息相关；例如：设备运行监测业务即为设备位置等属性+动态监测数据，人员及车辆定位即为巷道及厂区位置+人员与车辆活动数据，智能巡检即为巡检位置+巡检采集数据等。因此，以BIM+GIS对矿山宏观及微观空间数据（包括：矿区、大楼、设备装置、地下巷道、管网等）进行全面仿真，应作为数据化展示建设部分的核心。此外，由于BIM技术具有与物联网及MIS系统天然的联系，其可以自然地将传感器、监控视频等硬件数据接入其中，同时又可以与资产管理、工程项目管理等信息系统进行集成，因此以BIM建设为中心，将相关软硬件系统与BIM技术相集成，以基于BIM技术的应用为最终实现，必将成为智慧化矿山建设的最佳方案。
2.1BIM三维空间信息共享规划
以BIM三维空间数据为核心的海量多维业务数据一体化管理，实现各系统间的信息共享，其具体规划方案，如图1所示。
图1 BIM信息规划方案展示图
通过BIM对物理世界中所有可见的物体进行快速建模（即空间数据管理），以此将物理世界中的信息全面管理起来。通过BIM将空间数据仿真为可操控的三维模型（即空间数据展示），完成数据从不可见到虚拟化的过程，实现用户对物理世界远程、直观、快速地查看、理解与控制。通过对物体在运行过程中的数据进行综合分析，并集成到三维模型中进行动态显示（即空间数据分析）。通过BIM信息技术实现“人的集成、界面集成、流程集成、业务集成、消息集成、应用集成”，为监管人员提供统一信息资源展示窗口，并根据用户的角色不同，提供个性化的服务。
2.2技术手段
BIM实现相关技术的总体原则是综合利用目前最为先进的BIM+GIS相关技术，主要包括以下几个方面：
数据建模技术：使用Revit、激光点云等工具对物理世界进行快速1∶1建模，真实仿真物理世界，并实现数模分离。
三维可视化技术：使用WEBGL等3D技术，实现零客户端B/S方式大体量模型快速加载及浏览。
三维GIS技术：实现宏观大范围三维地理信息浏览及分析，能够真实展示地上及地下地貌。
物联网相关技术：使用传感器等相关设备，实现生产运行数据的实时采集，关键设备的远程控制。
智慧化矿山建设的目标必将随着技术的改革实现更大的突破，未来更多的研究方向是引入BIM（数据模型）+lot（物联网）+自动控制系统+检测监控，将所有数据结合直观位置关系，形成动态集群，做到智慧管控；采取BIM（数据模型）+业务应用+AI（人工智能），将大大提高智慧矿山中人、机、环境的空间认知和友好交互，提高业务应用和决策支撑能力。
2.3实施步骤
智慧化矿山建设内容多、周期长，BIM信息化建设应配套实际建设周期分步进行。考虑到BIM的特点（即可用于建筑设计阶段，并可指导建设施工），信息化建设应从煤矿建设规划阶段开始介入。因此信息化配套实施步骤应包括以下几个方面：
建设前期：利用BIM技术建模，并展示建设完成后的仿真模型。同时利用模型进行传感器等设施设备的部署设计。
建设中期：利用BIM模型跟踪项目进度，监控建设工程质量，实现施工辅助。
运行维护期：利用BIM模型进行传感器、监控设备及其它设施的安装部署，并完成数据传输、设备控制等测试工作，实现与BIM模型的有效集成。
结语
BIM信息技术最大程度地整合了社会有效资源，提高了效率，智慧化矿山重在打造操作平台，基于BIM技术的智慧化矿山突破了现有的行业技术隔阂，实现了煤炭行业走出技术壁垒，走出行业封闭，实现了与前沿技术的接轨。利用BIM技术得天独厚的开源数据接入优势，将其作为智慧化矿山建设的载体，将单纯的建筑模型系统打造成智慧化矿山信息服务平台，实现了智慧化管理，精细化服务。BIM技术是打通煤矿虚拟世界与物理世界的隧道，建造人、机、矿可智能交互的综合信息集成中心，可为未来实现高科技煤矿提供一种思考架构和一套解决方案。
参考文献：
[1]赵明磊.智慧矿山框架与发展前景研究[J].科学技术创新，2019（23）：180-181.
[2]王慧芳.智慧矿山建设架构体系及其关键技术[J].电子技术与软件工程，2019（12）：175.
[3]唐庆腾．数字矿山三维可视化及虚拟现实技术研究[D］．徐州：中国矿业大学，2018．
论文作者:杜林峰,宋超,施旭东
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/17
标签：矿山论文; 智慧论文; 数据论文; 技术论文; 模型论文; 煤矿论文; 空间论文; 《基层建设》2019年第26期论文;