基于 BIM 技术的矿山井巷工程施工进度模拟与成本控制研究

引言

矿山井巷工程具有地质条件复杂、施工周期长、成本控制难度大等特点。传统管理模式依赖二维图纸与经验决策，易导致进度偏差与成本超支。BIM 技术通过构建三维信息模型，整合施工全要素数据，为工程动态模拟与成本控制提供了新路径。本文从技术实现与应用价值两方面展开，分析BIM 技术在矿山井巷工程中的实施框架与效益，旨在推动工程建设向数字化、智能化转型。

一、BIM 技术在施工进度模拟中的应用

（一）三维建模与工序分解

在矿山井巷工程实施前，通过 BIM 技术将地质勘探获得的岩层参数、水文数据等转化为三维地质模型。模型构建过程中，采用专业矿业软件对巷道断面形态、支护结构进行参数化设计，确保模型精度满足施工要求。根据施工组织设计文件，将整体工程分解为巷道掘进、临时支护、永久支护、管线安装等关键工序模块，每个模块均关联对应的施工机械、人员配置及材料消耗参数。这种基于模型的工作分解结构（WBS）能够直观展现各工序的资源需求窗口期，为后续进度计划编制提供数据支撑。

（二）动态模拟与冲突预警

基于构建的 BIM 模型，利用 Navisworks 等施工模拟软件加载进度计划数据，生成四维施工动画。模拟过程中重点检测三类冲突：空间冲突如掘进工作面与运输车辆的作业半径重叠，时间冲突如混凝土养护期与后续工序的衔接矛盾，资源冲突如多班组共用同一台凿岩台车的情况。系统通过碰撞检测算法自动标记冲突点，并生成优化建议报告。实际工程中，曾通过模拟发现通风管路安装与出渣运输存在交叉干扰，经调整将管路安装改为夜班施工后，设备利用率提升明显。模拟还能验证特殊工况下的施工可行性，如在断层破碎带区段，通过模拟不同支护方案的施工流程，最终选择先注浆后掘进的工序安排。

（三）进度可视化与动态调整

施工过程中，通过移动终端采集现场进度数据，与 BIM 模型中的计划进度进行自动比对。系统采用红黄绿三色预警机制直观显示偏差：红色表示滞后超过阈值需立即干预，黄色表示存在潜在风险需关注，绿色表示正常推进。管理人员可通过模型直接查看滞后工序的影响范围，如某段巷道支护延迟将如何影响后续铺轨作业。系统支持多方案比选，输入不同的赶工措施（如增加班组、调整作业时间）后，可立即模拟出新方案的预期效果。在实际应用中，这种可视化管控方式显著提高了进度协调会议的决策效率，变更指令的响应时间从原来的3-5 天缩短至 24 小时内。

二、BIM 技术在成本控制中的优势

（一）量价联动与预算优化

BIM 技术通过三维模型自动提取矿山井巷工程的精确工程量（如巷道掘进土方量、支护结构的混凝土用量、锚杆数量等），直接生成物料清单与成本清单。该过程避免了传统人工算量可能产生的误差，确保数据从设计阶段到施工阶段的一致性。此外，模型支持多方案对比：若某段巷道地质条件变化，工程师可立即模拟不同支护策略（如增加钢拱架或调整喷射混凝土强度），量化分析材料成本波动，实现预算的动态优化。

（二）变更管理与风险控制

当矿山井巷工程发生设计变更（如巷道走向调整或支护形式修改）时，BIM 模型可快速评估变更对成本与进度的连锁影响。传统模式下，变更需人工重新计算工程量并预估工期延迟，耗时长且易遗漏关联工序；而BIM模型将所有构件信息（如空间位置、施工逻辑、资源需求）关联为整体，输入变更参数后，系统自动分析受影响的范围。管理者可基于可视化模拟结果，评估赶工措施（如增加夜班班组）的成本增量，避免盲目决策导致的资源闲置或返工损失。

（三）资源调度与能耗监控

BIM 平台整合物联网设备传输的实时运行数据（如凿岩台车工作时长、通风机功率、运输车辆油耗），构建施工资源与能耗的动态监控体系。系统通过关联模型中的工序进度与设备参数，分析资源利用率瓶颈及能耗异常点。例如，通风系统在巷道爆破后需持续运行以排除粉尘，但模型模拟显示爆破作业与通风高峰时段存在重叠，导致用电负荷陡增。通过调整通风机启动策略（如错峰运行或分区分段控制），可平衡电网负荷并降低无效能耗。同时，设备闲置率分析可指导优化调度：若多台凿岩台车在相同区域作业导致效率下降，模型将建议重新划分工作面或调整班次。这种基于数据联动的资源管理，既保障了施工连续性，又实现了能源与设备成本的精细化控制。

三、实施挑战与对策建议

尽管 BIM 技术优势显著，其推广仍面临以下问题

据标准不统一：矿山工程受地质条件多变性的影响，不同矿区岩层结构、水文特征差异显著。现有 BIM 建模规范多针对建筑工程制定，缺乏针对井巷工程特殊构造（如斜井交叉点、硐室群）的标准化构件库。各软件平台间的数据格式兼容性问题导致模型传递过程中信息丢失，影响协同效率。

人才技能缺口：矿山施工团队普遍缺乏复合型人才，现场管理人员对BIM 软件的操作能力不足，难以有效利用模型进行进度管控与成本分析。传统矿业院校培养体系偏重地质与采矿专业，BIM 技术与矿业工程的交叉培训体系尚未完善。

多平台协同难：BIM 系统需实时接入地质雷达监测数据、设备物联网传感器信息等多个独立系统。各系统数据协议不统一（如监测数据采用 TCP 协议而 BIM 平台使用 HTTP 协议），导致数据交互延迟，动态模型更新滞后于现场实际工况。

针对上述挑战，我们可采取以下措施：

建立矿业专属 BIM 标准体系：由行业协会牵头，编制《矿山井巷工程BIM 实施指南》，重点规范巷道断面族库、支护构件参数化规则等特有要素。建议参考国际 IFC 标准，开发矿业专用数据交换中间件，确保 Revit、MicroStation 等主流软件间的模型无损转换。

构建阶梯式人才培养机制：联合重点矿业院校开设 BIM+采矿工程双技能课程，开发井巷工程 BIM 实训模块（如巷道掘进模拟、支护方案比选）。对企业现有人员实施 1+X 证书培训计划，将 BIM 技能考核纳入项目经理资格认证体系。

开发开放式数据中台：采用微服务架构搭建 BIM 协同平台，通过标准化 API 接口集成监测系统（如 GeoSLAM）、设备管理系统（如 Cat®MineStar）。部署边缘计算节点实现本地数据预处理，降低网络传输延迟，确保模型与现场数据同步更新周期控制在5 分钟以内。

结论

BIM 技术为矿山井巷工程提供了从模拟到控制的闭环管理方案，有效提升了施工效率与成本透明度。未来可结合人工智能算法，进一步优化进度预测与成本决策模型，推动矿业工程向“智慧建造”方向深度发展。

参考文献

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