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BIM+UE在智慧矿山运维管理中的应用研究

2025-02-21 68 上传者：管理员

摘要：智慧矿山作为利用信息技术提升矿山生产效率和安全性的创新模式，正逐渐成为矿山建设和运营的重要发展方向。其中，将建筑信息模型（BIM）与虚幻引擎（Unreal Engine，简称UE）技术相结合，能够为智慧矿山的运维管理提供全新解决方案。文章旨在探讨BIM+UE在智慧矿山运维管理中的应用，实现矿山运维管理的可视化、数智化和交互功能，以提高运维效率、加强安全管理和促进决策制定。

关键词：
BIM
UE
数智化
智慧矿山
运维管理
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1、引言

矿山是重要资源开发和经济增长的基础,矿山的安全和高效运营对于社会可持续发展至关重要｡传统的矿山运维管理存在信息孤岛､数据冗余和效率低下等问题,因此,需要引入新技术手段来提升管理水平和效率｡智慧矿山项目是利用先进的信息技术和自动化设备来提高矿山生产效率､降低成本､提升安全性和环境可持续性的创新模式[1]｡

2、智慧矿山项目概述

智慧矿山是在数字化技术､自动化设备的支持下,通过对矿山资源､矿区工业机械､矿工行为等数据的实时采集和处理,生成可供决策的信息,达到提高矿山生产效率､保障矿山安全的目的,与传统矿山相比,在管理方法､技术应用和效果方面均有优势｡

2.1管理方法对比

传统矿山通常依赖人工经验和常规操作进行管理,管理过程相对较为简单｡而智慧矿山采用物联网､人工智能､大数据等技术手段,实现对矿山各方面数据的采集､分析和决策支持,使管理过程更加精细化和智能化｡

2.2技术应用对比

传统矿山主要采用传统的机械设备和手动操作方式,数据采集和处理相对有限｡而智慧矿山通过应用物联网技术将设备､传感器等连接为一个网络,实现对设备状态､生产数据和环境数据的实时监测和分析,从而更好地掌握矿山运营情况｡

2.3效果对比

智慧矿山通过实时数据监测与分析､智能决策支持等手段,能够更好地优化矿山的生产过程,提高生产效率和产量｡同时,也能够通过实时安全监测和预警机制,提高矿山的安全性和减少事故发生的概率｡此外,智慧矿山还强调环境保护,注重绿色环保､节能减排,采用多种技术手段,包括环境监测､节能监控､生态修复等,实现虚拟环境与现实环境的协同管理,通过节能减排和环境监控等措施,减少矿山对环境的负面影响｡

由此可见,智慧矿山相比传统矿山更加注重数据的采集､分析和智能化决策,能够提高矿山的生产效率､安全性和环保水平,同时,还能通过物联网､人工智能等技术手段实现矿山运营过程的可视化､智能化和可持续发展｡智慧矿山的发展将推动整个矿业行业向着数智化和可持续发展方向发展,为矿山企业带来更多的机遇和挑战[2]｡

3、BIM技术在智慧矿山项目中的应用

3.1设计和建模阶段的应用

3.1.1数据集成和可视化

BIM技术可以整合各个专业的数据,包括地形､地质､设备信息等,形成一个统一的三维模型｡这种综合视图有助于团队成员更好地理解项目,并在设计过程中进行更准确的决策｡

3.1.2协同设计和协作

智慧矿山项目涉及多个专业领域,例如土木工程､机电工程和管道设计等｡BIM技术通过支持协同设计和协作,为不同专业领域的团队之间提供了更高效的信息共享和沟通平台[3]｡

3.2运营和维护阶段的应用

3.2.1设备管理和维护通过将设备和设施信息集成到BIM模型中,运营团队可以实时监测设备状态和参数｡BIM模型可用于设备管理,提供设备维护记录､运行历史和维修计划等信息｡运营人员可以基于BIM模型中的数据制定维护工作计划和优化管理流程,提高设备的可靠性和运行效率｡

3.2.2数据分析和决策支持BIM模型整合了大量数据,包括设备性能数据､工作记录和资源利用率等｡通过结合数据分析工具,可以从BIM模型中提取有价值的信息,进行数据分析和趋势预测｡这些分析结果可以为管理团队提供决策支持,帮助优化运营过程､改善能源效率和资源利用等方面,实现更智能的矿山运营[4]｡

4、UE在智慧矿山运维管理中的应用

UE是指虚幻引擎(UnrealEngine),是由EpicGames开发的一款强大､跨平台的游戏引擎｡它是目前游戏开发和虚拟现实(VR)､增强现实(AR)应用开发中最为流行和广泛使用的引擎之一,具有出色的图形渲染和交互功能｡利用虚幻引擎对BIM模型进行可视化渲染,实现真实感的矿山场景展示,并通过交互功能实现对矿山设备的监控和操作｡

4.1智能监控与实时仿真

借助UE的实时仿真技术,可以实现对矿山环境和设备的精确建模和仿真｡运维人员可以通过虚拟场景进行实时监控和操作模拟,预测潜在问题并做出相应决策,有效优化运维管理流程｡

4.2可视化管理和决策支持

UE的可视化展示功能可以将矿山数据以直观､易懂的方式呈现出来,帮助运维人员了解矿山运营状况和设备状态｡通过对数据的可视化分析,运维人员可做出更加准确的决策,优化矿山运维管理[5]｡

4.3虚拟现实培训和操作

UE结合虚拟现实技术,可以开发出逼真的虚拟矿山培训和操作环境｡利用头戴式显示器､手柄等设备,运维人员可以在沉浸式的虚拟环境中进行实时操作和培训,提高操作技能和应急处置能力[6]｡

4.4隐患预测和风险管理

结合数据分析和仿真模拟,UE可以帮助运维人员进行矿山风险预测和隐患管理｡通过对矿山数据的实时监测和分析,结合模拟仿真,可以提前发现潜在问题并采取措施,降低事故风险,提升安全性｡

4.5数据集成与协同作业

UE可以作为智慧矿山的数据平台,将各类数据进行集成和管理,实现数据共享和协同作业｡运维人员可以通过UE平台进行数据交流和协作,快速响应和解决问题,提高工作效率和协同能力｡

5、BIM+UE在智慧矿山运维管理中的案例研究

5.1工程概况

某矿区工程产品定位为建筑石料,矿区范围由14个拐点圈定,面积1.3778km2,开采标高为+235.5m~+35m｡项目工程范围广,涉及专业多,建设周期短,设计要求高,而且矿区､堆场和码头之间难以高效调度,运维周期长,精细化管控难度大｡针对该项目重难点,提出BIM+UE的智慧矿山应用解决方案｡

5.2BIM+UE的总体应用情况

项目结合Bentley软件和虚幻引擎为智慧矿山的运维管理提供强大的工具和功能｡通过地理信息系统整合､设备和工程建模､可视化数据展示,以及虚拟现实培训和操作等应用,可以实现智慧矿山的高效运维管理,提升安全性､效率和决策能力｡

5.2.1数据整合

矿山BIM模型通常是一个复杂的系统,包含了地理信息､设备模型､管道模型､建筑模型等多方面的数据和元素｡整合这些数据首先需要建立完整的､一致的BIM模型,制定完备数据的组织､关系和规范,然后将标准化后的数据导入对应的BIM模型中,并与模型元素进行关联,最后将模型及相关数据导入虚幻引擎中进行功能赋予,实现对矿山运营数据的全面管理和分析｡

5.2.2地质勘探成果管理

利用BIM模型和地质勘探数据进行可视化展示和分析,显示典型地质剖面,标识钻孔位置,支持地质业务决策,抽取一个或多个勘探孔､井位进行图表化分析,可分析某一层位的分布､岩土性质分布等｡

5.2.3GIS成果管理

结合BIM的建筑模型和GIS的地理信息数据,在虚拟环境中进行空间漫游和数据浏览,能够提供更直观､生动的数据展示和探索体验,对设计方案和规划方案的效果模拟也为用户提供更多元､深入的数据处理和分析功能｡

5.2.4设备设施管理

建立以BIM模型为基础的砂石矿山设备台账和设备分层次结构,通过物理设备与设备运行位置二者之间的关系,与控制系统数据挂钩,便于跟踪不同设备和不同运行位置上的维护维修内容与成本｡

5.2.5生产数据中心管控

以BIM模型为底座,搭建砂石加工厂的生产数据中心管控平台,模型与加工厂设备实时数据相挂钩,使现场操作人员更加直观地了解加工厂设备的运行状态,当问题出现时及时调整｡

5.2.6三维料堆管理

通过在成品料堆上方加装三维激光扫描设备,对料堆的堆场状态进行实时监控,同时,基于点云BIM模型对料堆的库容进行精确计算,并结合码头陆域堆场骨料的堆存状态以及当天的销售数据,指导砂石骨料的加工生产｡

5.2.7骨料仓储-转运计划

通过获取加工厂成品堆场以及码头陆域堆场的骨料堆存数据,结合自主研发的布料算法,智能推算出骨料的最佳转运顺序以及转运时间｡

6、结语

综上,本文结合了实际矿区案例,表明基于BIM+虚幻引擎在智慧矿山运维管理中的具有诸多应用潜力｡利用虚幻引擎的强大渲染和互动能力,结合BIM模型,可以实现智慧矿山设施的高逼真可视化｡通过虚拟现实技术,运维人员可以身临其境地了解和探索矿山运维环境,提高工作效率和精度[7]｡未来,研究可以探索如何将基于BIM+虚幻引擎的智慧矿山运维管理应用扩展到移动设备､智能眼镜等新兴平台和领域[8]｡

参考文献:

[1]李梅,杨帅伟,孙振明,等.智慧矿山框架与发展前景研究[J].煤炭科学技术,2017,45(1):121-128+134.

[2]吕鹏飞,何敏,陈晓晶,等.智慧矿山发展与展望[J].工矿自动化,2018,44(9):84-88.

[3]黄应平.基于BIM的智慧矿山工程安全技术研究[J].中国金属通报,2021(8):69-70.

[4]张佼,赵康.基于BIM技术的智慧化矿山建设内容[J].陕西煤炭,2019,38(5):57-60.

[5]谭章禄,吴琦,肖懿轩,等.智慧矿山信息可视化研究[J].工矿自动化,2020,46(1):26-31.

[6]李梅,杨帅伟,孙振明,等.智慧矿山框架与发展前景研究[J].煤炭科学技术,2017,45(1):121-128+134.

[7]王雅宁,景泽涛,孙博超.基于UE与数字孪生的智慧建造管控平台设计与实现[J].现代信息科技,2023,7(19):1-6.

[8]王子超,陈亚欢,吴人达.基于原生UE4的MR+数据可视化应用——谈英雄联盟手游联赛的项目制作[J].上海广播电视研究,2023(4):121-132.

文章来源:刘晓松,李传习,李鹏,等.BIM+UE在智慧矿山运维管理中的应用研究[J].智能建筑与智慧城市,2025,(02):70-72.