博环（北京）数字孪生“1+N”模式 赋能矿山数字建设新机遇

背景：

矿产资源作为国家重要的能源、资源，矿业在国民经济中占有十分重要的地位，为经济社会发展做出了积极贡献。但同时也要看到，矿产资源开发利用总体上还比较传统粗放，生态环境问题比较突出，生产矿山累计占用、损毁土地面积大，固体废弃物堆积存量大，严重影响着矿山生态环境和矿业的可持续发展。

全面建设绿色矿山，是实现矿业转型发展、持续发展的必然要求，是推进矿业领域生态文明建设的重大举措，对于实现矿业经济转型升级、促进经济社会持续健康稳定发展、打造祖国亮丽风景线具有十分重要的意义。

博环（北京）科技有限公司基于数字孪生“1+N”的框架，提供一套融合矿山物理模型、智能硬件技术、边缘计算技术、运行历史等数据，形成多维度的数据资产，多领域、多学科交互式应用，发挥数据资产的价值，可助力矿山的安全建设及运营管理的升级。

需求分析：

（1）信息化数据利用率不足

煤炭行业的生产指挥管理已不同程度地实现了信息化，并具有大量高价值的信息，但对这些信息的发掘和利用仍有不足，以数据展示、统计、调度的应用为主，并未完全体现信息资产的价值。

数字孪生框架为各个参建方提供了协同的工作环境，解决集群项目各方“信息孤岛”问题，实现传统管理手段向“线上+线下”模式的转变。

（2）设备缺乏全生命周期的管理

目前设备管理数据依然是矿山管理的短板，体现在设备应用管理凭借经验、维护数据没有历史记录，历史记录数据缺失分析比对。

智能硬件没有贯穿矿山生产的整个流程，多数设备缺失在线监测与诊断技术，尤其是关乎安全的疲劳监测与诊断，如刮板机链条断裂风险诊断、提升机钢丝绳风险诊断等；

博环（北京）科技有限公司基于数字孪生技术的基底，将硬件的功能参数、运维、运行等数据于一体，通过人工智能算法实现设备故障预警、一个设备一个模型一个二维码，管理每一个设备从进矿使用、维护记录、维护提醒、损耗预警等部分，直到最后的被更新换代的整个周期，可加强设备运行的管理手段。

（3）使用数字孪生框架可以加快创建绿色矿业示范区步伐

博环（北京）科技有限公司利用数字孪生技术，并结合BIM和GIS技术,将三维地质模型融入矿山信息系统建设中,解决复杂地质条件下智慧矿山信息系统建设工程的集成与虚拟建造问题,推动综合勘查、评价、开发和利用，降低矿山企业能耗、地耗和水耗强度。

方案建设

（1） 建设矿山地理信息模型，实现三维实景可视化

运用无人机航拍或井下机器人采集图像数据、通过专业BIM软件进行加工处理，生成点云和网格、生成三维实景模型。模型可以包括矿山建筑体块、设施轮廓、随着规划的深入、逐步实现精细化、细分化。地理信息模型不仅可以在大屏本地展示，还可以通过模型轻量化技术发布，实现网页端、手机端的实时浏览。

（2） 建设设备数据资产，实现全生命周期的管理

数字孪生框架集合 OPC 服务、DCOM 服务、ODBC、总线接口、自定义接口等，形式从矿井系统设备控制层获取数据，形成统一的生产数据库，通过数据平台的，处理形成生产系统历史数据库。

管理系统可以从数据库统一获取所需要的数据，对支持以上协议接口标准和具备网络条件的新建子系统，能够通过扩展和配置的方式接入监测数据，保证系统的扩展性。

将设备数据反映在三维实景模型上，并对数据进行智慧加工，形成展示、调度、预警、管理全链条的数据资产。

（3） 优化绿色矿山建设与运营,数字孪生建设内容：

1) 建设“1+N”系统，基于数字孪生框架，整合环境、设备、能源、生产、运行等N个业务系统，实时监控矿山运行状态，确保矿山正常运行。

2) 设备运维：通过人工智能算法实现设备在线诊断和预警，实现全生命周期的管理；

3) 能耗优化：监控各个空间、系统的能耗量，三维热力图展示各个空间、系统的能源表现，通过数据挖掘和深度学习精准计算能效评价，并输出能耗优化建议。

4) 环境监测：矿山环境信息监测推送，提供评估建议，对终端区域实现监测、包括井下气体、井下涌水排水监测、及时预警和发现紧急事故;

5) 计划管理：实施计划管理和进度管理的三维可视化，计划管理包括计划编制、计划调整、计划实施等；进度管理包括进度反馈、进度周报、进度预警等；通过三维可视化管理，扫除管理死角，使得管理过程透明化。

6) 安全管理：建立矿山各个环节的巡检单、整改单、安全隐患评分单。监测数据的在线填报和自动采集，最终形成监测统计报表。对异常监测点的预警、报警进行及时处理，优化异常点位处理任务的发起、处理及审批的责任制，提高事故处理时效性。

7) 质量管理：根据设计施工项目，或整改项目、或维修项目实行工程逐级验收，验收信息全部归档。建设质量检查单,及时发现质量缺陷，移动端一键上报，建设整改单，实现质量隐患全过程在线处理，建设质量评分，根据质量缺陷情况进行打分，并排名。

8) 投资管理：治理是绿色矿山建设的重要部分，在数字孪生框架内建设科研评估体系、设计概算、施工预算体系，建设完备的投资管理体系，降低治理成本，对矿山治理方案、计划、工程实施做到细化管理和筛选。

落地实施：

（1） 顶层设计：在充分调研用户需求的基础上，完成各个绿色矿山项目的数字孪生顶层规划，明确项目分步实施内容、关键技术以及组织实施方案;

（2） BIM模型建设：BIM基底模型是数字孪生技术的基础，为绿色矿山打造三维实景模型将赋能绿色矿山建设新的机遇；

（3） 平台搭建：充分结合自治区规划、建设及运营管理的业务需求，选择合适的技术路线，制定数字孪生平台的需求方案，分模块开发，滚动迭代完善。