浅谈 3DMine 在矿山生态修复治理工程中的应用

引言

矿产资源开发在为社会经济发展提供重要物质基础的同时，也带来了严重的环境问题。露天开采导致的地表植被破坏、地形地貌改变、边坡失稳，以及地下开采引发的地表沉陷、土地损毁等，形成了大面积的“矿山疤痕”，严重威胁区域生态安全和可持续发展。因此，对历史遗留矿山和在产矿山进行科学、高效的生态修复治理，是践行生态文明思想、实现人与自然和谐共生的必然要求。

然而，传统的矿山生态修复工程在实践中存在诸多瓶颈。首先，对破损山体的现状数据获取多依赖于传统测绘手段，精度有限且效率低下，难以全面、精准地反映复杂的地形地貌。其次，修复方案设计多依赖于二维图纸和经验判断，缺乏直观性，难以对地形重塑、水土保持等方案进行多维度优化和模拟验证。再次，工程量（尤其是土石方量）的计算多采用断面法或方格网法，估算粗略，导致预算与决算偏差大，易引发成本超支和经济纠纷。最后，施工过程缺乏有效的动态监控手段，进度和质量难以把控，修复效果往往与设计目标存在差距。

信息技术的飞速发展为破解上述难题提供了可能。国产自主研发的三维矿业软件 3DMine，集地质建模、测量、采矿设计、计划排产等功能于一体，已在矿产资源勘查与开发领域得到广泛应用。近年来，其应用边界不断拓展，在矿山生态修复治理工程中展现出巨大的潜力与价值。本文将结合矿山生态修复治理的实际流程，深入探讨 3DMine在其中扮演的关键角色及其带来的深刻变革。

一、现状精确获取与三维实景建模：奠定数字化基础

任何修复工程的第一步都是精准掌握现状。3DMine能够高效整合多种来源的测绘数据，为修复区建立高精度的三维数字化档案。

（一）多源数据融合，构建高精度地形模型

现代矿山生态修复项目普遍采用无人机倾斜摄影或激光雷达（LiDAR）扫描技术，快速获取治理区的高密度点云数据和高清影像。3DMine具备强大的点云数据处理能力，可直接导入海量点云，进行去噪、抽稀、分类（如分离植被、建筑物、地面点等）等预处理。基于处理后的地面点，软件能够快速生成高精度的数字高程模型（DEM）和数字表面模型（DSM），并结合正射影像（DOM）赋予模型真实的纹理，从而构建起一个与物理世界完全对应的、可量测、可分析的三维实景模型。这个模型不仅直观展示了矿坑、排土场、滑坡体等的实际形态、范围和规模，更重要的是，它为后续所有设计和计算提供了统一、精准的空间数据基底。

（二）地质与环境要素的可视化表达

修复工程不仅要关注地表形态，还需考虑地质构造、岩土体性质、水文地质条件等。3DMine可将钻孔数据、地质剖面图等信息导入三维空间，构建包含断层、岩层、潜水面等要素的三维地质模型。通过将地质模型与地形模型叠加，可以清晰揭示不稳定边坡的潜在滑动面、地表沉陷区的范围与地质成因等，为修复方案的针对性设计提供科学依据。

二、 修复方案精细化设计与多方案比选：实现科学决策

在精确的三维现状模型基础上，3DMine为修复方案的设计提供了强大的交互式平台，使设计过程从“二维平面”跃升至“三维立体”，实现了前所未有的直观性和科学性。

（一）地形重塑与边坡治理设计

针对露天矿坑或高陡排土场，核心修复任务是消除地质灾害隐患，重塑稳定、协调的最终地貌。利用 3DMine的边坡设计模块，工程师可以直接在三维模型上进行交互式操作，设计稳定的台阶参数（高度、坡面角、平台宽度），快速生成多级放坡后的地形。软件能够实时进行边坡稳定性初步分析，并对不同设计方案进行即时演算，直观对比其视觉效果、土方量及对周边环境的影响。例如，可以设计生态化的缓坡、台地，为后续植被恢复创造有利条件，而非简单的“一刀切”式放坡。

（二）场地回填与土方平衡优化

对于需要回填的矿坑或沉陷区，3DMine能够精确计算所需的回填方量。更重要的是，它可以辅助进行“挖填平衡”的优化设计。工程师可以圈定区域内可利用的废石、表土等作为潜在回填料源，软件自动计算其方量。通过调整最终设计标高和形态，可以最大限度地实现区域内的土石方就地平衡，减少外购土方或外运废石的需求，从而显著降低工程成本和运输带来的二次环境影响。

（三）水土保持与生态系统设计

稳定的水系是生态系统恢复的命脉。基于设计完成后的三维地形模型，3DMine可以进行汇水分析，模拟地表径流路径和汇水区域。依据分析结果，工程师可以在三维环境中便捷地设计截水沟、排水渠、沉砂池、生态塘等水土保持工程设施，确保修复后的场地能够有效调控雨洪，防止水土流失。此外，还可以在模型上规划不同植被的种植分区，如坡面采用灌草防护，平台种植乔木，形成乔灌草结合的立体化植被群落，并精确计算各类植被的覆盖面积。

三、 工程量精确计算与成本控制：提升经济效益

工程量的精确计算是项目成本控制的核心。3DMine彻底改变了传统计算方法的粗放模式。

软件采用先进的“两期曲面（或实体）比较法”来计算土石方量。它将修复前的原始地形三维模型与设计完成后的最终地形三维模型在空间上进行叠加对比，通过严密的三角网体积算法，精确地计算出总的挖方量、填方量以及各分区的具体方量。这种计算方式精度极高，误差通常可控制在1%以内，远优于传统方法。精确的工程量为编制科学合理的工程预算、制定施工计划、进行招投标等提供了可靠依据，有效避免了因估算不准导致的工期延误和投资失控。

四、 施工过程动态监控与成果可视化：强化全过程管理

3DMine的应用贯穿于项目的实施阶段，实现了设计与施工的无缝衔接。

（一）施工进度与质量的动态对比

在施工过程中，可以定期（如每周或每月）利用无人机对施工现场进行航测，快速生成当期的三维实景模型。将此模型导入 3DMine，与设计模型进行空间叠加对比分析，软件能够自动生成“挖填方对比分析图”。该图以不同颜色直观地显示出已施工区域的欠挖、超挖、欠填、超填以及已达标的区域，并量化其差值。项目管理人员通过该图可以一目了然地掌握施工进度和质量，及时指导现场作业，纠正偏差，确保施工严格按照设计执行。

（二）成果的可视化展示与汇报

项目竣工后，利用最终测绘数据生成的竣工三维模型，结合 3DMine强大的可视化功能，可以制作高质量的修复成果展示。通过“修复前”与“修复后”模型的动态对比、飞行漫游视频、多角度渲染图等形式，生动、直观地向政府主管部门、业主单位和社会公众展示矿山“由黑变绿”、“由疤变景”的治理成效。这种沉浸式的可视化成果，其说服力和感染力是传统图纸和照片无法比拟的，极大地提升了项目的宣传价值和验收通过率。

结论与展望

综上所述，3DMine软件凭借其在三维建模、精细化设计、精准计算与可视化管理等方面的核心优势，深度赋能了矿山生态修复治理的全过程。它成功地将传统依赖经验的修复模式，转变为以精准数据为基础、三维模型为载体、科学计算为支撑的现代化工程管理范式，实现了修复决策的科学化、工程成本的可控化、施工管理的精细化以及项目成果沟通的高效化，显著提升了矿山生态修复的整体水平与综合效益。

展望未来，随着物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术与 3DMine的深度融合，矿山生态修复正朝着更高阶的“智慧修复”迈进。通过集成在线监测数据实现实时预警，利用AI算法进行修复方案的智能优化与推荐，将成为现实。作为数字矿山建设的核心平台之一，3DMine必将在推动我国矿山生态文明建设、实现绿色矿业可持续发展的宏伟事业中，持续发挥关键性的引领作用。

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