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當下，隨著“中國制造2025”的提出，新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合，正在引發(fā)影響深遠的產(chǎn)業(yè)變革，一批新的生產(chǎn)方式、產(chǎn)業(yè)形態(tài)、商業(yè)模式和經(jīng)濟增長點正在逐步形成。作為工業(yè)制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)“龍頭”，礦業(yè)行業(yè)自然也繞不過信息化、數(shù)字化的過程。

工業(yè)現(xiàn)代化的具象指標

按照北京科技大學土木與環(huán)境工程學院副院長胡乃聯(lián)的解釋，數(shù)字礦山是基于信息數(shù)字化、生產(chǎn)過程虛擬化、管理控制一體化、決策處理集成化為一體，將當今的采礦科學、信息科學、人工智能、計算機技術(shù)、3S技術(shù)發(fā)展高度結(jié)合產(chǎn)物。它將深刻改變傳統(tǒng)采礦生產(chǎn)活動和人們的生活方式。

去年，國務(wù)院印發(fā)的《中國制造2025》也明確提到未來十年需要逐步實現(xiàn)的目標——到2020年，制造業(yè)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化取得明顯進展。數(shù)字化研發(fā)設(shè)計工具普及率到2020年要達到72%，2025年達到84%；關(guān)鍵工序數(shù)控化率到2020年達到50%，2025年達到64%。

實現(xiàn)“中國制造2025”的目標，必然繞不開礦業(yè)行業(yè)。礦業(yè)行業(yè)必定要先行實現(xiàn)自主創(chuàng)新能力，解決資源利用效率、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平、信息化程度、質(zhì)量效益等方面面臨的問題。然而，目前，礦業(yè)行業(yè)生產(chǎn)信息化、智能化僅覆蓋極小部分，主體的發(fā)展方式依然嚴重落后。

在日前有北京科技大學和北京三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司聯(lián)合主辦的一次專門針對礦山數(shù)字化建設(shè)這一主題舉行的座談會上，胡乃聯(lián)表示，工業(yè)化是國家生產(chǎn)力發(fā)展水平的標志，工業(yè)經(jīng)濟是國民經(jīng)濟的重要組成部分。但目前，我國的工業(yè)化進程尚未完成，總的來說，我國處于工業(yè)化中期發(fā)展階段；具體到我國礦山的工業(yè)化水平，發(fā)展則非常不平衡，時間跨度在50年以上：一些礦山的裝備水平、自動化水平已經(jīng)接近或達到礦業(yè)發(fā)達國家的水平，有些礦山則還處在上世紀中期水平；與之相適應(yīng)的管理模式、管理流程差異也非常大。而世界的發(fā)達國家和地區(qū)基本上是在完成工業(yè)化以后才開始進入信息化快速發(fā)展階段。

因此，根據(jù)我國礦山的技術(shù)條件、裝備水平和管理模式，采用總體規(guī)劃、分步驟實施的方式建設(shè)數(shù)字礦山，提高裝備水平和管理現(xiàn)代化水平，是礦山企業(yè)的最佳選擇。

礦山數(shù)字化的現(xiàn)實意義

在礦產(chǎn)資源的勘查和開發(fā)利用過程中，勘查技術(shù)和手段，礦山開采機械化程度以及采選技術(shù)等硬性指標，直接影響著開發(fā)效率和利用程度。同時，技術(shù)人員的工作方式和信息綜合利用、信息處理手段等“軟條件”對礦產(chǎn)資源勘查開發(fā)工作的引導(dǎo)性也越來越明顯。尤其是在當下礦業(yè)正處“嚴冬季”，其生產(chǎn)過程中采用何種手段收集、處理和利用生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各類數(shù)據(jù)、圖表和信息，將決定其工作效果和生產(chǎn)效率，甚至決定了其在當下的嚴酷環(huán)境里的生死存亡。

北京三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司總經(jīng)理胡建明認為，從國際范圍來看，三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用是從上世紀80年代開始的。如今，應(yīng)用三維礦業(yè)軟件已經(jīng)成為國際通用的行業(yè)標準、主流產(chǎn)品、必備工具，并且圍繞三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用，已經(jīng)形成了完善的應(yīng)用機制、進行深度延伸應(yīng)用-進度計劃、境界優(yōu)化、虛擬現(xiàn)實等。他也曾在文章中系統(tǒng)梳理了我國礦業(yè)領(lǐng)域信息化、數(shù)字化的過程與現(xiàn)狀：從過去幾十年發(fā)展來看，礦業(yè)行業(yè)主要是通過手工處理，包括原始記錄、繪圖、儲量計算、編制計劃、采礦設(shè)計和測量驗收等工作，繪制一張綜合剖面圖需要十多天的時間。近十多年來，二維軟件的發(fā)展極大地改善了制圖方式，也讓礦業(yè)探采環(huán)節(jié)的技術(shù)人員擺脫了爬圖紙的辛苦工作。但這還遠遠不夠，因為從當今國際礦業(yè)領(lǐng)域來看，三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用和礦山信息化的發(fā)展決定了礦業(yè)技術(shù)的水平和工作效率，也印證了信息產(chǎn)業(yè)是當今世界經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要驅(qū)動力這一論點。

胡建明說，目前，在實際工作中，無論是地質(zhì)勘查、礦山開發(fā)還是地質(zhì)研究，加快礦業(yè)信息化和三維可視化軟件應(yīng)用是國際礦業(yè)界已經(jīng)達成的普遍共識。再回望國內(nèi)，應(yīng)用礦業(yè)軟件仍然以AutoCAD，Mapgis等二維軟件為主的情況也正在逐漸變化，國內(nèi)對三維軟件的認知正在逐步提升，并已經(jīng)開始在許多單位普及應(yīng)用。未來，三維軟件的普及與應(yīng)用將會提速。

三維礦業(yè)軟件貢獻巨大

胡乃聯(lián)表示，數(shù)字礦山在我國從概念的提出，到研究、開發(fā)、建設(shè)、應(yīng)用已經(jīng)經(jīng)過了十幾個年頭。伴隨著礦業(yè)市場的起伏變化，數(shù)字礦山的建設(shè)與應(yīng)用取得了長足的發(fā)展。信息技術(shù)的不斷進步，大數(shù)據(jù)、云計算技術(shù)的發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)+”概念的提出，也為數(shù)字礦山的建設(shè)注入了新的活力，一些新的概念、提法也在不斷出現(xiàn)。自動化、信息化、數(shù)字化技術(shù)在礦山的深層次應(yīng)用。然而，在這一問題上，由于國內(nèi)外礦山存在著工業(yè)化水平的不同，也就是裝備水平、管理模式等方面的差異，其側(cè)重點有所不同。目前，礦業(yè)發(fā)達國家側(cè)重于智能礦山、自動化采礦技術(shù)的研究與應(yīng)用，并已取得了豐碩成果。而國內(nèi)礦山則通過建設(shè)“數(shù)字礦山”來實現(xiàn)礦山的信息化、數(shù)字化，以此為基礎(chǔ)開展研究與開發(fā)建設(shè)工作。

胡建明表示，礦床的勘查需要經(jīng)歷“預(yù)查－普查－詳查－勘探”的漫長過程，時間跨度可從幾年到幾十年。在過去傳統(tǒng)的工作方法中，因很多紙質(zhì)資料在漫長的勘查過程中丟失或破損而無法利用。而三維軟件利用數(shù)據(jù)庫的方式，將這些資料完整記錄下來并可重復(fù)利用，這是手工記錄和二維軟件所不能做到的。

在二維剖面或平面上，只能采用投影或?qū)?yīng)點的方式處理平面的情況，而不能像三維軟件那樣是按照空間的真實坐標進行疊加和分布，三維軟件無疑可以對礦體的空間關(guān)系有更加全面的認識。傳統(tǒng)的幾何圖形法對于形態(tài)簡單、礦化均一的礦體是很有效的，但對于礦帶復(fù)雜、礦化不均勻的礦床來講，這種方法既費工費力，也不適合于計算機的處理，同時，更不能滿足礦山生產(chǎn)過程的品位控制和資源利用。在國際礦業(yè)界應(yīng)用了30多年的地質(zhì)統(tǒng)計學方法已經(jīng)證明三維礦業(yè)軟件的的實用性和合理性，同時這也是其核心功能。三維軟件平臺上可以清楚地顯示礦山實際面貌、礦區(qū)地形地貌、探礦工程、礦體形態(tài)、構(gòu)造布局、采礦工程設(shè)計等。同時，將礦山開采環(huán)境可視化評價與礦山開采方案優(yōu)化選擇設(shè)計、開采計劃編制、礦山井上、井下通訊系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度與過程控制、開采環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害緊急撤退系統(tǒng)、礦山生產(chǎn)過程模擬、礦山ERP管理等系統(tǒng)相結(jié)合也需要以三維可視化軟件平臺為前提。

胡乃聯(lián)表示，隨著信息技術(shù)不斷進步，數(shù)字礦山內(nèi)涵還是在不斷發(fā)展，并且取得了一定成就，其中最重要的表現(xiàn)即在采礦業(yè)的整個過程中，數(shù)字化已經(jīng)有著更完整的呈現(xiàn)。如采礦準備期的地質(zhì)資源的數(shù)字化、可視化，用以描述礦山活動范圍內(nèi)礦巖地質(zhì)構(gòu)造、應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律；礦巖人工開挖后應(yīng)力應(yīng)變的變化，而這過程中，最難的應(yīng)該是尋找矢量。采礦中期的開采設(shè)計的數(shù)字化、最優(yōu)化，用以優(yōu)化露天礦山的開采境界以及地下礦開拓系統(tǒng)設(shè)計、采準設(shè)計、回采設(shè)計。在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)計劃的數(shù)字化、最優(yōu)化，以露天礦山應(yīng)用相對成熟，地下礦山應(yīng)用還相對很少。

此外，礦山生產(chǎn)自動化技術(shù)也有諸多進展，比如，利用GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，指揮調(diào)度穿孔爆破、裝載、運輸、排土設(shè)備的運轉(zhuǎn)，露天礦山的應(yīng)用已經(jīng)非常成功，主要應(yīng)用有：鉆機精確定位與作業(yè)控制；電鏟作業(yè)優(yōu)化控制；卡車跟蹤與優(yōu)化調(diào)度；推土機作業(yè)優(yōu)化控制；露天礦邊坡位移檢測。但是，基于地下礦作業(yè)地點分散、作業(yè)過程不連續(xù)、作業(yè)條件惡劣的特點，當前礦山生產(chǎn)過程自動化、數(shù)字化仍有較大難度。這其中包括：生產(chǎn)信息的自動化采集、處理，地下礦智能調(diào)度，用以減少井下人員工作量確保安全生產(chǎn)的礦山固定設(shè)備如提升、運輸、通風、排水、充填、供電、供風等的自動化，用以實現(xiàn)自動化采礦的礦山移動設(shè)備如鑿巖臺車、鏟運機、井下運輸車輛的自動化。

“數(shù)字礦山的建設(shè)使礦山在財務(wù)、銷售、人力資源、設(shè)備資產(chǎn)、成本核算等方面的管理模式和水平得到轉(zhuǎn)變提高，同時培養(yǎng)了一定的礦山復(fù)合型人才，這也有助于企業(yè)整體效益的提升。”胡乃聯(lián)指出，尤為不能忽略的是，礦山信息化、數(shù)字化技術(shù)使安全管理取得較大進展，礦山安全狀況得以改善。如尾礦庫在線監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，礦山安全狀況有了明顯改善。但在地下金屬礦山方面，由于生產(chǎn)覆蓋面廣、作業(yè)中段多，現(xiàn)場工作條件復(fù)雜，安全問題還很多。

礦山數(shù)字化的待解難題

胡建明表示，三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用，對于礦業(yè)領(lǐng)域是一項重要的變革，不僅改變了傳統(tǒng)的工作模式，更重要的是改變了不同階段的數(shù)據(jù)信息孤立、不同專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享、礦山開發(fā)階段的數(shù)據(jù)更新等一系列問題。然而，目前，國內(nèi)三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用也面臨諸多困惑。

我國礦業(yè)工程信息化的總體水平不高，與國外礦業(yè)發(fā)達國家相比有較大差距。在我國礦業(yè)信息化建設(shè)過程中，企業(yè)對數(shù)字化采礦專業(yè)軟件的需求急為迫切。然而，由于我國礦業(yè)信息化和數(shù)字化建設(shè)起步較晚，到目前為止尚未形成規(guī)范性的執(zhí)行標準，沒有專業(yè)的人才隊伍，關(guān)鍵技術(shù)對外的依存度高，應(yīng)用經(jīng)驗不足。同時，國內(nèi)企業(yè)的體制機制制約了三維礦業(yè)軟件工具的推廣和功效的發(fā)揮。

三維礦業(yè)軟件本質(zhì)上是服務(wù)于礦業(yè)技術(shù)人員日常工作的工具，雖然國內(nèi)的技術(shù)人員數(shù)量比較多，但軟件的普及程度卻并不高。在我國當前的企業(yè)體制機制內(nèi)，企業(yè)的側(cè)重點在于產(chǎn)量和直接效益而不是資源利用率。穿越?jīng)Q策層的認可投注資金建設(shè)推廣，并安排基層技術(shù)人員必要的時間和精力來學習和應(yīng)用，無疑是對企業(yè)效益的延期和削減，在短期內(nèi)并不能給企業(yè)帶來直觀效益。使三維礦業(yè)軟件迅速得到認可和推廣面臨重重障礙。而國外的礦業(yè)企業(yè)，三維礦業(yè)軟件已經(jīng)成為基層技術(shù)人員工作的必備工具。只要技術(shù)人員提出申請，在預(yù)算范圍內(nèi)即可得到相應(yīng)的軟件平臺，這并不取決于決策層的意志，而是根據(jù)實際的工作需要決定。

胡乃聯(lián)也表示，就目前的礦山數(shù)字化建設(shè)而言，還存在諸多問題。數(shù)字化建設(shè)投入與直接經(jīng)濟效益體現(xiàn)之間的矛盾；礦山企業(yè)決策層隨對數(shù)字礦山的片面認識，礦山企業(yè)數(shù)字化建設(shè)過程中重硬件購置、輕軟件開發(fā)；與數(shù)字礦山相適應(yīng)的企業(yè)管理模式、管理水平；數(shù)字礦山的系統(tǒng)運維問題；數(shù)字礦山所需的專門人才問題等等，均亟待解決。

礦山數(shù)字化不可能一蹴而就

胡乃聯(lián)認為，工業(yè)化和信息化的深度融合，“互聯(lián)網(wǎng)+礦業(yè)”行動計劃的開展，移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)技術(shù)在礦業(yè)中的應(yīng)用，必然驅(qū)使礦業(yè)走向自動化采礦、智能采礦，這將引發(fā)礦業(yè)領(lǐng)域的一場革命。在這場科技變革的大趨勢下，我國礦山應(yīng)根據(jù)自身的技術(shù)條件，確定相應(yīng)的建設(shè)項目，提高裝備水平、自動化水平和管理水平。

胡建明指出，我國的礦業(yè)行業(yè)幾十年的發(fā)展中，逐步形成了固有的、傳統(tǒng)的甚至有些隨意的工作方式。對于地勘單位來講，資料的收集整理多數(shù)是以圖紙、報表和報告的方式進行處理和保管。在礦山可行性研究和設(shè)計階段，設(shè)計院一般是基于地勘報告、地質(zhì)條件和采礦方法的選擇，最終形成以二維圖紙和文字報告為主的資料。一般來說，不會對勘查的數(shù)據(jù)或者礦體做任何修改。進入生產(chǎn)階段，由于生產(chǎn)任務(wù)比較重，技術(shù)人員也比較少，延續(xù)了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的圖紙化或者記錄紙等類型，自成一套獨立的數(shù)據(jù)收集和整理方式基本上與地勘工作是脫節(jié)的，與生產(chǎn)設(shè)計差距更大。這樣積累下來的數(shù)據(jù)格式，基本上就是“信息孤島”。如此循環(huán)往復(fù)，大量的礦山生產(chǎn)信息不能利用，數(shù)字化儲量成為一項巨大的工程。而對于每個具體的企業(yè)來講，既要收集不同類型的數(shù)據(jù)，又要進行數(shù)字化，同時還要在新的三維環(huán)境下應(yīng)用，這無疑給現(xiàn)在的工程師們帶來巨大的壓力，使得礦山信息化的計劃難以實現(xiàn)。

胡建明認為，當前的地勘和礦山技術(shù)工作模式千差萬別，三維礦業(yè)軟件的應(yīng)用也與工作機制有關(guān)。而機制包括兩個層面：一是工作流程，也就是我們常說的標準化和規(guī)范化，建立常規(guī)的技術(shù)流程是實現(xiàn)普及應(yīng)用軟件的前提；二是不同階段的工作結(jié)合，也就是地質(zhì)勘查、采礦設(shè)計、礦山勘探和生產(chǎn)管理以及閉坑的整個過程都建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)信息體制下，才可能實現(xiàn)軟件的應(yīng)用價值和效果。因此，真正要實現(xiàn)礦業(yè)數(shù)字化、信息化，就需要落實做好三件事：完成好歷史資料的數(shù)字化；轉(zhuǎn)變當前的工作模式，與軟件應(yīng)用相結(jié)合；從地勘工作開始就建立好信息化的基本架構(gòu)。但也必須清醒的認識到，礦山企業(yè)信息化建設(shè)是一項復(fù)雜、系統(tǒng)而艱巨的工作，要確保兼顧資金和人才，有計劃、有步驟地穩(wěn)步推進，不可盲目建設(shè)。

實現(xiàn)礦山數(shù)字化關(guān)鍵在教育

昆明理工大學教授戴小江表示，數(shù)字礦山的基礎(chǔ)是礦山三維模型在教育中的應(yīng)用，實現(xiàn)礦山數(shù)字化要從教育環(huán)節(jié)抓起。礦山三維模型等夠?qū)逃虒W提供更具象的表達。比如，工程對象三維化能使學生對地質(zhì)有更生動的認識，工程設(shè)計三維化能讓學生對采礦有更直觀的認識，礦床價值三維化能使學生對礦物加工有更完整的認識。同時，三維礦業(yè)軟件提供了數(shù)據(jù)的模型化管理方式，具體即以空基、天基、地基、巷基、巖基，為GPS定位、地質(zhì)地形、開拓系統(tǒng)、采礦方法提供模型化數(shù)據(jù)。

2005年，北京科技大學土木與環(huán)境工程學院成立了數(shù)字礦山實驗室，專門從事相關(guān)的教學與科研工作，經(jīng)過多年的積累，本實驗室已經(jīng)擁有國內(nèi)一流的教學、科研軟硬件條件?？蒲蟹矫妫緦嶒炇以趪鴥?nèi)多家礦業(yè)企業(yè)實施數(shù)字化建設(shè)，推動了我國數(shù)字礦山進程。其中，最受歡迎的是與礦業(yè)軟件相關(guān)的實踐型課程。

該校數(shù)字礦山教育部重點實驗室研究員張延凱表示，數(shù)字礦山技術(shù)課堂教學內(nèi)容能使學生了解現(xiàn)代信息技術(shù)及手段在礦業(yè)工程及管理中的應(yīng)用，熟悉數(shù)字礦山的概念、內(nèi)涵、體系框架、關(guān)鍵技術(shù)和工程方法，掌握1種礦業(yè)工程軟件的基本功能與使用方法，激發(fā)應(yīng)用信息技術(shù)開展礦業(yè)工程及管理創(chuàng)新的積極性與主動性。而目前高校礦業(yè)軟件教學的普遍現(xiàn)狀是：學時短，要求學習內(nèi)容多；教學環(huán)節(jié)多、學習精力分散；理論基礎(chǔ)好，專業(yè)認知差；實踐環(huán)節(jié)缺乏，遺忘快。

目前，北京科技大學已經(jīng)在課堂教學、實踐教學和畢業(yè)設(shè)計中，全面應(yīng)用境界優(yōu)化、露天（地下）采礦設(shè)計等三維礦業(yè)工程軟件。而據(jù)記者了解，北京三地曼礦業(yè)軟件科技有限公司愿意免費提供相應(yīng)的教學軟件。張延凱認為，目前礦業(yè)軟件深入教學的狀況總體處于低谷狀態(tài)，為扭轉(zhuǎn)這種局面，應(yīng)進一步明確礦業(yè)軟件教學的目標，合理分配教學學時，探討單獨設(shè)置課程的可能性。組織有教學經(jīng)驗的老師，編寫實驗教材和實驗指導(dǎo)書，總結(jié)教學經(jīng)驗，提高教學效果。逐步建立和完善礦業(yè)軟件教學模型庫，使學生可以隨時獲得學習資料。更加廣泛的和礦山、企業(yè)合作，應(yīng)用礦業(yè)軟件解決更多實際問題，并將科研成果體現(xiàn)在教學環(huán)節(jié)之中，使學生具備解決實際問題的能力。