BIM在煤矿采掘工程项目管理中应用研究.pdf

论文题目BIM 在煤矿采掘工程项目管理中应用研究 专业工商管理硕士 硕 士 生邓大智（签名） 指导教师李永清（签名） 摘要 煤炭是我国的主要能源， 在未来相当长的时期内， 我国仍将是以煤为主的能源结构。 但是由于现行采掘工程管理方法和工具的局限性，造成工程管理的工作效率不高，从而 影响了整个煤炭行业的生产效率。 BIM 作为革命性的先进技术必将为煤炭行业采掘工程 管理带来历史性的变革。它通过 BIM 管理信息系统，用富含井下各类采掘数据的三维 模型对采掘工程过程进行管理，使工程的参与方和各专业可以更好地协同作业，改变了 各方业务流程和协作方式，在工程的整个生命周期管理过程中起到很好的促进作用。 本文为了解决传统煤矿采掘工程管理中存在的问题，提高采掘工程项目管理的效 率，以“BIM 在煤矿采掘工程项目管理中应用研究”作为研究的方向，通过文献资料、 定 性分析、实例研究等方式，通过深入分析 BIM 的不同定义，得出 BIM 既是 3D 结果也 是过程的概念；并总结归纳出 BIM 的内涵要素包括 BIM 的信息载体BIM3D 模型、 BIM 的实现手段BIM 软件、BIM 的分析应用、BIM 的价值优势等深层次的剖析 了 BIM 的内涵。分析 BIM 在煤矿采掘工程管理应用中的优越性，引用案例诠释 BIM 在 煤矿采掘工程管理中的应用，阐述 BIM 在采掘工程项目管理中应用面临的问题和障碍 及对策。 希望通过 BIM 技术的应用，帮助煤矿采掘从业人员进行有效的工程项目管理，逐 步提高煤炭生产效率， 优化煤炭生产业务流程， 使煤炭工业更好的服务于国民经济建设。 关 键 词BIM（建筑信息模型） ；煤矿企业；采掘工程；信息技术 研究类型专题研究 Subject Research on Application of BIM in Coal Mine Extraction Project Management Specialty Master of Business Administration Name Deng Dazhi（（Signature）） Instructor Li Yongqing（（Signature）） Abstract Coal is the main energy source in China, and it will still be the dominated energy structure in the future for a relatively long time. However, inefficiency of project management was caused by the limitation of current mining project management s and tools, thus affected the coal industry production efficiency. As an advanced revolutionary technology， BIM will certainly bringhistorical changes to the engineering management of the coal mining industry. It is able to manage the mining engineering process through the use of BIM management ination system and 3D model with various underground mining data, it changes the business process and the cooperation way and enables each participant of the project to collaborate more effectively, and plays a positive role in the project management in the whole life cycle. In order to improve the problems existing in the current coal mine extraction project management, and improve the efficiency of coal mine extraction objective management, this paper chooses the application of BIM in coal mining project management as the research direction by way ofliterature review, qualitative analysis,case study, through in-depth analysis of different definitions of BIM, arrives at a conclusion that BIM is not only 3D-model results but also processes. Meanwhile, this paper summarizes several connotation elements of BIM in depth analysis, which includes BIM’s ination carrier-BIM 3D model, BIM’s means of realization-BIM software, and BIM vitality the entire life cycle of the project. Furthermore, this paper applies the BIM technology to coal mine extraction management using case studies, so as to demonstrate the superiority of BIM in the coal mine extraction management application. Finally, problems and obstacles and countermeasures of BIM application in coal mine extraction project management are discussed in this paper. It is hoped that the application of BIM technology can help coal mine managers with effective coal mine extraction project management, gradually improve the efficiency of coal mine production, optimize coal mine production process, so that the coal mine industry can provide better services to the national economic development. KeywordsBuilding ination modeling BIM；Coal mine enterprises；Coal mine extraction projects；Ination Technology ThesisProject Research 目录 I 目录 1 绪论.........................................................................................................................................1 1.1 选题背景及研究意义...................................................................................................1 1.1.1 选题背景.............................................................................................................1 1.1.2 研究意义.............................................................................................................2 1.2 国内外研究现状...........................................................................................................3 1.2.1 国外研究现状.....................................................................................................3 1.2.2 国内研究现状.....................................................................................................5 1.3 研究方法、研究内容及研究路径...............................................................................7 1.3.1 研究方法.............................................................................................................7 1.3.2 研究内容.............................................................................................................8 1.3.3 研究路径.............................................................................................................9 2 BIM理论概述.........................................................................................................................11 2.1 BIM 的概念.................................................................................................................11 2.1.1 BIM 的起源....................................................................................................... 11 2.1.2 BIM 的定义....................................................................................................... 11 2.1.3 BIM 概述...........................................................................................................12 2.2 BIM 内涵要素.............................................................................................................13 2.2.1 BIM 的信息载体...............................................................................................14 2.2.2 BIM 的实现手段...............................................................................................15 2.2.3 BIM 的分析应用...............................................................................................16 2.2.4 BIM 的价值优势...............................................................................................17 3 BIM在采掘工程管理应用的优越性分析................................................................................18 3.1 BIM 在采掘工程设计造价管理中应用的优越性.....................................................18 3.1.1 有利于管控设计变更.......................................................................................18 3.1.2 提高造价算量工作的效率和准确性...............................................................19 3.1.3 优化资源配置，做好实施过程成本管控.......................................................19 3.1.4 有利于数据资料积累和共享...........................................................................19 3.1.5 有利于全过程造价管控...................................................................................20 3.1.6 有利于工程造价不同维度的多算对比...........................................................21 3.2 BIM 在采掘工程施工管理中应用的优越性.............................................................21 3.2.1 工程进度可视化安排.......................................................................................21 3.2.2 工程施工过程模拟...........................................................................................21 目录 II 3.2.3 工程物料和设备供应过程优化.......................................................................22 3.3 BIM 在采掘工程质量管理中应用的优越性.............................................................22 3.3.1 工程设计阶段的质量管理应用.......................................................................22 3.3.2 工程施工阶段的质量管理应用.......................................................................23 3.3.3 工程运维阶段的质量管理应用.......................................................................23 4 BIM在采掘工程各阶段的应用.............................................................................................. 24 4.1 BIM 在采掘工程规划及论证阶段的应用.................................................................24 4.1.1 采掘工程规划阶段的应用...............................................................................24 4.1.2 采掘工程论证阶段的应用...............................................................................25 4.2 BIM 在采掘工程设计阶段的应用.............................................................................25 4.2.1 快速三维建模...................................................................................................26 4.2.2 工程量统计.......................................................................................................27 4.2.3 各类图纸输出...................................................................................................27 4.2.4 全过程造价管控...............................................................................................29 4.2.5 多专业协同设计...............................................................................................29 4.3 BIM 在采掘工程施工管理阶段的应用.........................................................................29 4.3.1 数字化仿真施工...............................................................................................30 4.3.2 施工进度模拟...................................................................................................31 4.3.3 施工过程碰撞分析...........................................................................................32 4.3.4 施工质量管理...................................................................................................32 4.3.5 施工现场配合...................................................................................................33 4.3.6 资产管理...........................................................................................................33 4.3.7 物料及矿车运输管理.......................................................................................34 4.4 BIM 在采掘工程运维阶段的应用.............................................................................35 4.4.1 全生命周期信息共享.......................................................................................35 4.4.2 安全隐患排查分析...........................................................................................35 4.4.3 员工现场仿真培训...........................................................................................35 4.4.4 灾害模拟演练...................................................................................................36 5 BIM在采掘工程项目管理中应用面临的问题和障碍及对策..................................................37 5.1 BIM 在采掘工程项目管理中面临的问题.................................................................37 5.1.1 BIM 在采掘工程领域的应用软件问题...........................................................37 5.1.2 BIM 在采掘工程领域的数据模型标准问题...................................................37 5.1.3 BIM 在采掘工程领域的应用模式问题...........................................................38 5.1.4 BIM 在采掘工程领域应用的人才问题...........................................................38 目录 III 5.2 BIM 在采掘工程项目管理中应用的障碍.................................................................38 5.2.1 行业主管部门的协调障碍...............................................................................38 5.2.2 煤矿设计院的障碍...........................................................................................39 5.2.3 煤矿管理者的障碍...........................................................................................39 5.2.4 煤矿基层区队的障碍.......................................................................................39 5.2.5 专业软件公司的障碍.......................................................................................40 5.2.6 BIM 技术支持的障碍.......................................................................................40 5.3 BIM 在采掘工程项目管理中应用的对策.................................................................40 5.3.1 从传统的二维模式转向 BIM 三维模式.........................................................40 5.3.2 反向推动施工方与设计方协同.......................................................................41 5.3.3 加强对外交流合作，勇于智慧实践...............................................................42 5.3.4 强化团队协同，打造一流人才队伍...............................................................42 5.3.5 产学研有机结合，创新产业模式...................................................................43 5.3.6 结合现有工程实践，完善数据库体系...........................................................43 6 结论与展望............................................................................................................................44 致谢.................................................................................................................................45 参考文献................................................................................................................................46 攻读学位期间发表的论文......................................................................................................49 1 绪论 1 1 绪论 1.1 选题背景及研究意义 1.1.1 选题背景 煤矿生产管理的核心工作就是采掘工程管理，主要工作内容包括工作面采掘接替 规划、采掘辅助设计、采掘工程安全生产质量标准化等管理工作。现阶段，我国煤炭行 业生产经营管理水平，反应了煤炭生产采、掘工程缺乏先进的信息化、自动化系统以及 先进的工程管理系统。 目前，我国少数先进煤矿企业积极推进信息化管理手段，将信息技术与业务流程重 组再造、资源优化配置及决策数据支持紧密结合，开发了以ERP系统为核心的综合信息 化管理平台，通过平台可以实现企业实现跨地区、多板块发展。但是，煤矿井下地质条 件复杂、环境恶劣，许多在地面已获推广应用的成熟信息技术在井下无法使用，适用于 煤矿井下的信息技术、信息产品和信息系统的研发及产业化水平非常滞后。采掘工程管 理涉及采掘接替规划、采掘井巷设计、施工、巷道维护，且多个专业参与，持续时间较 长，所涉及的数据种类繁多，数据信息量大、关联复杂，如何高效的处理并利用这些数 据是煤炭安全生产管理人员面临的共同问题。 CAD软件提供的传统二维图纸可视化程度 低， 在专业间相互协同时不能直接表达或表达不清， 给采掘工程管理工作带来很多不便， 甚至出现理解错误等现象。这些缺陷都不利于当前我国煤矿生产和建设的需要，在信息 技术迅猛发展的今天，已经不能适应采矿工业的发展和需求[1]。 建筑信息模型（BIM），是基于先进的计算机技术实现的三维数字化设计和工程软 件构建的三维“可视化”数字建筑模型，为设计师、建筑师、水电暖铺设工程师、开发商 乃至最终用户等各环节人员提供“模拟和分析”的科学协作平台，帮助他们利用三维数字 模型对项目进行设计、建造及运营管理。最终实现对整个工程项目在设计、施工和使用 等各个阶段都能够有效地建立资源计划、控制资金风险、节省能源、节约成本、降低污 染和提高效率，从真正意义上实现工程项目的全寿命周期管理，BIM技术的引入提供了 工程项目所需的各种基础数据，保证了领导层决策的反应速度和精度。目前，该技术已 经在建筑施工和后期项目运行维护的各个领域和环节得到了广泛应用。 因此，研究和推广BIM在煤矿采掘工程项目管理中的应用，是今后数字化矿山技术 研究人员和煤矿管理人员必将面临的新课题和挑战。 西安科技大学工商管理硕士学位论文 2 1.1.2 研究意义 随着计算机科学技术的不断发展及国家信息化工程建设的不断进行， 信息技术在传 统工业、农业、服务业的有效应用，使传统行业的生产效率得到很大提高。煤炭行业作 为国民经济的主要能源，信息化进展缓慢、成功不高、供学习的经验少，在信息化建设 的道路上还有巨大的压力和挑战，十分需要具有针对性和可操作性的解决办法，以促进 煤炭企业信息化、自动化建设的快速提升。煤炭企业信息化建设无论是在帮助企业扩大 经营规模、提高生产效率、降低成本、还是实现管理现代化、提升行业竞争力、建立现 代化管理制度，特别是在增强安全管理权重方面等都有着积极的作用和深远的意义。 国 外先进经验表明 煤炭工业信息化建设是提高传统煤矿安全管理水平和生产经营效率的 有效途径。 从传统的煤矿企业生产和管理工艺来看， 煤矿采掘工程从设计到施工的各个环节几 乎都是人工完成。CAD技术的出现虽然给采掘工程管理带来了第一次革命，在很大程度 上提高了采掘工程的出图效率， 但本质上CAD只是通过应用一种简单的绘图工具表达三 维实体， 它所绘制的二维图形数据信息已经不能适应现代化安全高效煤矿企业的管理要 求。随着地理信息系统、虚拟仿真技术、计算机图形和网络技术的发展[2]，在三维可视 化技术、数字虚拟建模技术的基础上，采掘工程逐渐向着综合自动化、数字化、可视化 的方向发展，BIM可以提供更高层次的三维可视化模型。采掘工程师可以利用BIM可视 化技术将原本枯燥无味、 信息量不高的二维平面图转换为数据信息丰富的三维可视化动 态管理模型，高度集成数字化矿山各子系统包含的数据信息，实现矿井安全生产及生产 管理数据集成化管理，更高效的指导矿井安全生产。 煤矿采掘工程管理和建筑工程、隧道工程管理具有很多相同的地方，煤矿采掘工程 管理涉及到地质测量、瓦斯抽放、采掘施工、机电安装和安全管理等多个方面，是一个 非常复杂的系统工程。随着数字化矿山的发展，煤矿安全管理及采掘生产过程中产生的 数据量越来越大，只有对煤炭安全生产及经营管理的全过程数据实行数字化信息管理， 才能快速提高煤矿企业安全生产及经营管理的效率和效益。随着BIM技术在建筑业的发 展日趋成熟，BIM技术在其他行业的应用也得到逐步发展，借助于BIM理念与BIM技术 在建筑领域的最新成果，BIM通过三维模型承载的数字化信息把物联网、人工智能、虚 拟仿真等其他信息技术和信息化方法进行有效集成， 实现了数字化矿山建设的核心技术 体系。 采用何种先进的技术和方法对采掘工程项目的规划、论证、设计、施工、运维等过 程进行科学计划编制和过程分析，采用何种协同方式实现不同专业的配合，利用何种先 进技术手段和管理方式对采掘工程生命周期全过程进行有效管控， 具有重大意义[3]。 BIM 作为采掘工程信息数据三维可视化再现技术，含盖了项目整个生命周期完整的信息数 1 绪论 3 据， 对整个项目过程数据实现可追溯性， 施工过程实现可视化， 提高了施工质量和效率、 降低了施工风险 [4]。BIM通过三维可视化模型将工程各参与方工程师紧密的联系在一 起，形成高效的组织结构模型，优化了作业流程，实现了模型数据共享[5]。现今，BIM 技术已经成为全球建筑业技术研究的前沿领域，引发了工程建设行业新的技术变革[6]。 鉴于以上分析，研究“BIM在煤矿采掘工程项目管理中的应用”，对提高煤矿企业采 掘工程效率，优化采掘生产经营管理及业务流程，实现煤矿企业信息化、数字化管理有 着非常重要的意义。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 80年代初，国外就出现了以三维矿床建模为代表的计算机软件，主要涉及矿井地质 资料存储、矿床三维建模、管理信息系统、采掘辅助设计等方面[7]。有些软件已经实现 了仿真三维集成图形模型，如DATAMINE、VULCAN等，从此采掘工程三维仿真设计 进入实用和推广阶段；但是大部分软件还是只能满足某一专业，如计算煤炭储量或巷道 空间，编制采掘规划，绘制矿井二维图纸，设计爆破钻孔、地质统计等。进入九十年代， CAD、GIS等领域的三维可视化和集成化技术得到较为普遍的应用，如Earthworks、 DATAMINE、VULCAN在矿床地质建模方面已经起步。德国将采矿集成化系统安装在 图形工作站上，把地质统计、矿床模拟、空间或储量计算、采掘设计