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摘 要： 摘要站在設計院角度，研究了三維協同設計過程中采礦專業的關鍵技術問題，分析了采礦專業三維設計的重要意義，借助于Bentley軟件實現了礦山采礦三維協同設計。在礦山設計中，三維協同技術不僅十分必要，而且完全可行，極大提高設計工作效率，使地下采礦設計更
摘要站在設計院角度，研究了三維協同設計過程中采礦專業的關鍵技術問題，分析了采礦專業三維設計的重要意義，借助于Bentley軟件實現了礦山采礦三維協同設計。在礦山設計中，三維協同技術不僅十分必要，而且完全可行，極大提高設計工作效率，使地下采礦設計更直觀、形象、容易理解，更接近實際情況。
關鍵詞三維協同設計，各大系統，出圖形式
1.引言
隨著信息、技術的發展，越來越多的工程技術人員開始使用三維技術來幫助他們解決設計過程各種問題，MicroStation這樣的通用三維CAD協同設計環境，其用戶主要在能源交通、水利水電、工民建、港航等基礎設施建設、工程勘測設計行業[1][2];而礦業工程中，尤其地下礦業三維協同設計發展緩慢，目前國內礦業行業大部分設計院正處在剛起步或者還未起步的階段，如何在設計院推廣三維設計工作成為廣大設計院決策層面臨的難題[3][4]。
地下采礦工程的Bentley三維可視化協同設計不僅是設計院設計發展的趨勢，也是大幅度提高工作效率和設計質量的利器，它是項目實施工程全生命周期運行、數字化移交的開始和基礎，推廣三維可視化協同設計勢在必行，但是在推廣三維可視化協同設計過程中會遇到一系列問題[5]。
2.Bentley三維協同設計如何做到地下工程協同?
2.1.各類工程、各類三維軟件的協同
冶金設計院工程一般分為地面工程和地下工程，地面工程多專業可以深入、細致地完成項目建模、碰撞檢查、二維出圖和匯報材料制作工作，檢查出多個專業的內部和相互之間的錯漏碰現象，但是地下礦業工程不好進行三維協同設計[6]。
地下礦業工程在三維設計過程中，各專業各自發奮各種三維軟件，放開設計，到最后統計時，無法實現協同設計，就想二維設計階段，大家通過word、excel、cad可以實現協同設計，但是在地下礦業工程中，想利用統一應用較小，因為專業多，多達30多個，采礦專業應用的三維軟件多，軟件不統一。那么，什么三維軟件可以實現所有專業的協同設計呢?協同的不是小數，也不是大數，而是所有專業實現協同設計。所以，Bentley三維協同設計需要廣大設計人員盡早研究部署，提前布局，分步實施，并且實施時要認真細致;如何實現全專業、全過程的設計協同?
2.2.三維協同設計兩個維度的協同
Bentley三維協同設計有兩個維度，一是各個專業之間的協同，二是全生命周期管理的協同[7]。
一個是30多個專業之間的協同，有建筑、結構、管道、水暖、電氣等多個專業，各個專業的模型建在一個大家能夠共同看見的文件里。Bentley三維協同設計平臺雖然較好實現各專業間的協同，改善設計過程中的錯漏碰缺，但其仍存在一些問題，在此情況下，較好利用三維協同設計的方式是將其他格式兼容的第三方軟件一起打包進來，甚至多個三維設計平臺聯合，以此來擴充三維協同設計平臺并完善其功能，同時也要軟件公司進行研發或用戶進行二次開發。
另一個是全生命周期管理的協同，為實現三維信息模型成果利用率最大化，三維協同設計不能僅停留在設計階段，需涵蓋規劃、設計、施工及后期的運維管理，實現工程項目的“全生命周期管理”，三維協調設計的最終產品“數字化模型”將工程信息和資產信息集中起來統一管理，實現各階段數據信息的移動和共享。因此，全生命周期的資產信息管理將成為一種趨勢。
3.Bentley三維協同設計的地下工程從什么時候開始?
3.1.三維協同設計從什么時候開始?
國外業務的拓展、業主的要求以及總承包的需要都在促進著三維協同技術的發展。隨著市場的發展，國內也有一部分業主提出了三維協同設計的需求，尤其是有一些大公司，業主方熱衷于采用新技術，這不僅能把項目做到最好，而且以三維模型給客戶及負責人展示既直觀、也提氣、還高效，所以三維協同設計應該在設計階段就應該進行[8]。
工程變更發生的越早，損失就越小，對于一個工程項目的設計、施工、采購、建設和運營等生命周期環節，設計無疑是在最早階段。把變更控制在設計階段，整個項目成本是最低的。這樣就要求設計要實現精細化、可視化，而三維協同設計是最好的工具[9]。
3.2.地下采礦三維實體模型的建立
地下采礦工程在設計的各個階段出圖的數量都不一致，但是Bentley可以完全建立所有的圖紙，即可行性研究報告、初步設計和施工圖等各個階段的CAD圖都可以直接建立三維模型，有如下方式：
1)按照設計流程，地質專業必須提供好資料，在三維設計中必須提供地形圖和礦體圖的三維設計。
2)出圖可出采礦專業、井建專業和礦機專業的三維圖，其他專業的圖自己出。
3)采礦專業的基建進度計劃表和巷道斷面圖不屬于三維圖范圍，不出三維圖。
4)出圖方式有2種，一是與各平面圖放一起，增加出圖效率，二是單獨出圖，所有平面圖變成三維圖，根據人的思想意識，一般情況下，選擇第一種。
5)出圖時間，一般都是在畫好平面圖后再開始畫三維圖，平面是三維的基礎。
地下采礦工程三維實體模型的方法包括：中線加斷面方法、延伸斷面生成實體法[10]。
1)中線加單一斷面方法，該方法需要首先確定巷道斷面形狀和大小，然后根據確定的斷面沿巷道底板中線生成巷道實體，這為斷面圖，已經設計好。
2)斷面延伸法，該方法是先設置斷面規格、起點坐標以及斷面的延伸長度，然后從起點開始在斷面的垂直方向上延伸長度生成實體巷道模型。
4.Bentley三維協同設計圖紙特點和結果輸出
地下采礦工程在設計的各個階段出圖的三維模型數量不一樣，以某一項目的初步設計階段為準，三維出圖圖紙包括：
1)地形地質三維圖，見圖1，三維圖更有立體感，更接近實際，且越看人越舒服，不像二維圖一樣，看的時間越長，越累，越看不下去，很多問題不用去想，可以從三維圖中看出來。
2)開拓系統復合三維圖。
3)開拓系統縱投影三維圖，見圖2，開拓系統包括了所有的系統，面積廣，且本身就是三維系統，三維圖更加靠近實際情況。
4)各中段三維圖。
5)通風系統立體示意圖為三維圖，不用再出圖。
6)基建進度計劃表，都是數據，不用出三維圖。7)各類硐室圖，為井建專業圖紙，均分布在各中段中，三維硐室圖放在各中段圖中，電機車檢修硐室見圖3，三維圖本身就已經把所有的信息都表現出來了。
8)按照初步設計出圖規定，有軌運輸系統、溜井破碎系統和排水系統出圖分別為采礦專業、井建專業和礦機專業，結合后，采礦可幫助出溜破系統三維圖和排水系統三維圖，溜井破碎系統見圖4，三維圖紙能將所有巷道、硐室都表現出來，不像二維系統，只能增加圖紙或表現不出來等情況。
9)沿走向分段空場采礦法三維圖，見圖5。
10)垂直走向分段空場采礦法三維圖，見圖6。
11)鏟運機出礦房柱嗣后充填采礦法圖，見圖7。
12)巷道斷面圖，出圖一般為平面圖，可不出三維圖。
13)井下避災路線三維圖。
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5.結論
地下采礦三維實體模型是“數字礦山”的基礎，也是它的核心內容之一。三維開采設計可視化對礦山計劃編制和生產具有非常巨大的意義，同時，真三維采礦設計建模技術可以使礦山的管理、技術人員和工人能夠對采用的采礦方法、采礦過程等獲得更加深入的認識和理解，并便于預先發現問題、制定措施，解決國內業主和國外業主的緊急要求。同時，為礦山實現數字化建設的目標奠定了堅實的基礎[10]。