基于BIM的智慧矿山工程安全技术研究

2021-12-28黄应平

中国金属通报 2021年15期

黄应平

（江西省赣华安全科技有限公司，江西南昌 330001）

随着国家对矿山行业发展的日渐重视，再加上每年在矿山行业中的财政和政策支持的增大，使得在当下的矿山行业发展中，现代化发展的趋势越来越明显，越来越多的矿山企业开始了智慧矿山建设探索，且取得了一定的发展成效。但智慧矿山建设的过程中因为存在资金、技术和环境等的限制，使得在建设过程中尚存在很多的难题，未来的矿山行业发展中，各个矿山企业都要加大BIM技术在智慧矿山建设中的应用，以充分发挥BIM技术的优势，全面推进矿山工程安全的目标。

1 BIM技术在智慧化矿山的应用及架构

1.1 BIM技术在智慧化矿山建设中的愿景

在信息时代到来以后，BIM技术的发展迅速，已然被应用在各类工程领域，从本质上来看，计算机技术是BIM技术发展的基础，在矿山工程领域，BIM技术的应用就是通过专业建筑信息模型的创建，来实现全部矿山信息的共享和集成，在专有模型的基础上辅助矿山各种开发作业的实施。具体的应用中，BIM技术经由模型的构建，也就可以通过数字信息的方式来对矿山工程现场的真实情况加以模拟，与常规的技术相比，BIM技术具有突出的可视化、协调性和模拟性、优化性特征[1]。现阶段，随着智能化技术的日渐发展，BIM技术与智能技术的高度结合使得智慧矿山概念提出，且有越来越多的矿山企业开始了智慧矿山建设，未来势必在矿山企业中建成生产管理中心、矿山安全中心、生产控制中心、运维保障中心和运营管理中心等多个模块，促进矿山企业生产的高效实施。

1.2 综合信息集成中心的关键支撑

经由BIM技术所建设的智慧矿山中，主要包含了固定资产网、工业设备管网、生产运维管理网三大信息网模型，固定资产网的建设中，主要是利用BIM技术相关软件，经由信息建模方式来对矿区现场的场区大场景、建筑设施小场景、室内局部场景、地下设施管网、巷道布置等不可见场景开展全面模拟；工业设备管网可以实现设备模型的动态运行展示、动态监测数据展示、安全预警结果显示、维护和保养状态等信息的实时显示和传输；生产运维管理网下，矿山安全生产监控、全场视讯管理和安全巡检管理[2]。总之，这三个信息网是支撑智慧矿山各方面生产目标实现的切实基础和保障，只有在这些信息网基础上，才能够实现空间BIM数据、生产运行数据、业务数据的全面集成，实现这些数据与真实矿山环境内的数据孪生，进而达到多维空间信息的共享联动、直观映现和动态空间的目标。

1.3 BIM技术建设规划业务架构

智慧矿山建设从下到上包含了多个层级，这些不同层级之间保持着相互之间的配合，底层信息控制域主要负责的是信息的向上采集与向下控制，主要为各类传感器与设备厂商；信息融合域在智慧矿山中主要是对所采集的信息进行过滤、存储、索引与汇总，主要为云计算及各类软件提供商；信息应用域内包含有多个的子系统，比如，资产管理系统、安全生产管理系统等均是其中的重要构成，这些不同层级之间的构成，使得矿山现场的信息采集和数据处理、决策支持等更为便捷且高效，智慧矿山下的业务门户管理流程如图1所示。

图1 BIM =技术实现业务门户管理流程图

2 矿山工程安全管理BIM技术的优点

2.1 模拟化

任何的矿山工程现场作业实施中，所面临的环境条件都是十分复杂且恶劣的，如果利用传统的人工作业方式，工程现场很多的安全隐患并不能完全消除，后续施工作业进行的过程中常常会出现各种的安全事故，而BIM技术下，因为这一技术的模拟性特点突出，完全可以在建模的过程中来对矿山工程现场的真实情况加以还原，密切监测矿区周边的环境变化。因此，智慧矿山建设中的BIM技术可以消除在矿山现场所存在的各种安全隐患，及时根据不安全因素的信息分析，来制定可行的安全防护对策，使得各项的施工作业都可以安全、高效实施[3]。因此，智慧矿山中的各方面安全问题，几乎都可以利用BIM技术来加以解决。在正式的施工作业之前，首先对矿山工程中危险系数较高的准备工作加以全面模拟，比如，脚手架搭设方面，完全可以通过BIM模型来提前开展搭设模拟，判断所制定的搭设方案中是否存在安全风险，当然，一些危险系数相对较高的设备操作同样可以利用BIM技术来模拟，比如，针对矿区工程现场的悬挑梁搭设和吊篮施工，经由提前模拟，也就可以使得后续的施工作业能够顺利开展。矿区工程现场的BIM技术安全管理中，经由对矿区现场和周边环境的4D或者5D模拟，也就可以对工程项目实施的全过程开展相应的管控，通过三维图形和一维数据的有效融合，不仅可以对每个环节的工程量加以精准计算，更可以解决各个环节工程施工作业中的质量、安全等问题。

2.2 可视化

BIM技术同样具有可视化的特征，这一特征具体表现在利用BIM技术所创建的三维模型中，因为在该模型中不仅包含了智慧矿山的物理信息，更是涉及了矿上工程现场的其他功能信息，在该模型中，相关施工人员、管理人员都可以在该模型中调取其中的关键信息来进行相应的工程设计和施工优化，经由不同部门和岗位人员的信息共享，也就可以提前安排好工程现场关于安全方面的工作，且进行安全防护设施的布置[4]。可视化功能下，可以在模型中整合矿山现场的全部信息来进行全过程施工的模拟，也就可以提前识别出潜在的风险并与其他相关部门配合，最大程度上针对矿山工程建设施工中的潜在风险种类和分布情况，制定一套对应的安全管理方案。现阶段的智慧矿山领域，可视化软件中应用较多的是3DS Max、Rrtlan-tis、AccuRender和Lightscape，经由这些专业软件的辅助，也就可以自动对矿山工程中的矿体、设备三维图形关系加以精准显示，减少各类安全事故的发生。

2.3 优化性

矿山工程领域的安全管理工作难度系数较大，在实际的管理工作进行中，因为现场所包含的安全隐患异常多，为促进各项作业的安全、高效实施，工程企业必须要将安全管理工作放在首要位置，全面推进安全管理工作的全面落实。智慧矿山下的安全管理工作，同样可以有效发挥BIM技术的优化性优势，不断在工程项目实施的过程中加以细节处理和优化，保持工程不同部门之间的协调性。

3 BIM技术在智慧矿山建设安全管理中的应用

3.1 动态布置场地

基于BIM技术的智慧矿山中，经由BIM技术的应用，也就可以实现对场地的动态布设，在工程项目的诸多中间环节都发挥BIM技术的优势，比如，针对矿区的混凝土建筑施工、管道布设等方面，都可以开展安全性评估，在评估基础上开展有针对性的安全管理。当然，智慧矿山工程中的BIM技术动态平面规划不仅仅体现在这一方面，还体现在其他的场地规划方面，在动态布设的过程中也就可以及时发现工程现场所存在的不足，快速针对安全管理方面的漏洞及时督促有关部门来开展相应的整改。有关工程人员将所收集到的矿山工程信息集中起来以后，经由BIM技术来实现进一步整理，也就可以建立矿区内全部建筑物的三维模型，在模型中开展场地布置。

3.2 4D施工模拟

现阶段的矿山工程领域，对于施工工艺和技术的要求非常高，主要是因为矿山工程现场的规模庞大，涉及了很多的工程要素，安全管理的难度系数较高。为促进矿山工程现场的安全目标实现，工程企业应保障施工建设过程中的4D技术与三维立体模型的有效结合，密切关注工程进度，利用BIM技术来同步更新现场的各种数据，在数据基础上开展进度、安全和成本管理。在矿山工程现场建立了4D模型以后，也就可以通过对矿山工程现场信息的全面采集来进行模型中相关内容的动态调整，根据4D模拟结果来及时处理施工方案中的问题，促进各项施工作业的高效开展[5]。BIM技术下，因为可以对施工现场的潜在危险加以预演，经由Revit平台、编程语言的结合，也就可以在BIM模型中创建一个危险源安全管理模块，组建安全管理系统，该模块功能应该包含项目信息、危险源管理、安全信息摘要等，经由这一模块在矿山工程现场中的应用，可以对现场所涉及导频的全部危险源加以实时监控，利用BIM技术等视觉资源来对现场内或者边缘的危险源加以识别和判定，在识别出潜在的安全隐患以后进行应急救援。

3.3 三维碰撞检查

智慧矿山工程现场内涉及了各种类型的管线，管线交叉明显，经由BIM技术的应用，就可以对工程现场的管线实施三维碰撞和检查。一般情况下，电气工程整治包含了强电、亮化和弱电，传统的工程技术下，更多地采用的是2D图纸的管线设计，在设计工作中基本上没有考虑不同管线之间的碰撞和交叉，严重影响了正常的施工建设[6]。而BIM技术在智慧矿山中的应用，可以给三维碰撞检查提供便捷，在管线布置的过程中，首先应进行三维模型的建设，在三维模型建成以后进行管线施工模拟，可视化前提下，相关人员也就可以及时发现部件之间碰撞位置或者设计缺陷，通过设计优化和改进，避免了后续施工中的返工问题。

3.4 施工安全监控及检查

在传统的工程领域，因为存在着一定的技术限制，使得施工单位在开展工程建设的过程中，往往是利用2D图纸来进行施工管理的，工程安全管理方面存在着很多的不足，而信息时代下BIM技术在智慧矿山中的应用，完全克服了传统的技术限制，符合智慧矿山建设中的技术标准。根据矿山工程中传统安全管理模式与BIM技术下的现代化工作模式对比，在传统安全管理模式下，工程建设的整体安全系数不高，且缺乏对矿山工程中的各种信息利用，安全管理方面存在很多的不足，不同部门之间无法实现信息共享。而在BIM技术下，因为完全可以实现信息共享，也就可以给现场的安全监控和检查提供便捷，促进智慧矿山建设中一切施工作业的高效开展。