简单聊聊煤炭行业的数字化和可持续发展

小时候在冬天的河北必须要生炉子，父辈们用煤的碎末和粘土和在一起，铲一团放在干净的土地上，拍成一个直径大约30公分的煤饼子，晾晒干了，掰成一块一块的放在炉子里面生火取暖、做饭，每次生炉子的时候，都有很多烟。后来进化成蜂窝煤炉子，生炉子的时候通常会去邻居家接火，就很少再生火了，这是我们喜欢的。我们不喜欢它的还有一个原因是因为有时候它也很危险。尤其是对于用过煤炉的小伙伴们来说，炉子通风处理的不好，还可能会煤气中毒。

煤炭是世界上最主要的能源来源之一，被用于发电、加热和工业生产等领域。在许多国家中，煤炭仍然是最主要的能源来源之一。当前，能源行业产生了约四分之三的全球温室气体排放量，主要原因在于该行业使用煤炭这一当今世界最主要的碳密集型能源来源。推动煤炭行业转型是人类为应对气候变化所采取的最重要举措之一。

煤炭也是我国的主体能源和重要的工业原料。煤炭工业作为重要的基础产业，有力支撑了国民经济和社会平稳较快发展。改革开放以来，煤炭在我国一次能源生产和消费结构中的比重长期占四分之三和三分之二，支撑了国内生产总值年均增长9.5%。

首先我们来看看全球煤炭行业的储量和生产情况。

突发奇想，我们能不能在地球表面进行钻孔，来估算整个地球的煤炭储量？ 这样做的成本是多少？我们来大体估算一下。

在煤矿的勘探过程中，一般间隔多远进行一次钻孔？此时，钻孔间隔通常取决于多个因素，如矿层的厚度、倾角、矿体形状等。通常，煤矿勘探会采用不同的钻孔间距来确定煤层的形状和大小，并进行资源储量估算。一般来说，煤矿勘探钻孔的间距可以在几十米到数百米之间，具体的间距需要根据勘探的具体情况和要求而定。为了计算方便，我们可设置100米为标准间距。

如果每隔100米钻一个孔，在整个地球表面上，要钻多少个孔？

地球的赤道周长约为40075公里，而经线长度约为赤道周长乘以cos(纬度)。因此，如果按照每隔100米钻一个孔的方式，在整个地球表面上需要钻孔的数量约502.6万亿。

钻这么多孔需要花多少钱呢？

煤炭勘探钻孔的成本可能会因位置、深度和所用设备类型等因素而大不相同。以美国为例，煤炭勘探钻孔的成本可能在每英尺50美元至250美元之间，具体取决于地质构造的复杂性、使用的设备类型和其他因素。根据钻井项目的深度和复杂性，钻孔的总成本可能从几千美元到几十万美元不等。我们可以按照五万美元一个孔进行估算。

502,654,824,588,235*50000= 25,132,741,229,411,700,000 USD

根据IMF的预测，2022年全球GDP将突破100万亿美元，达到101.6万亿美元。在全球钻孔的成本是2022年全球GDP的247,369.5倍。

这个数字非常大，因此实践中不可能通过这种方式来测量整个地球表面的煤炭储量。实际上，地球科学家使用其他方法和技术，例如卫星遥感和地面探测技术等来研究煤炭储量。

黑色煤炭是由绿色的植物形成的。植物在地下逐渐转化为煤炭需要经历多个阶段，包括生物残骸的沉积、压实、加热和干燥。整个过程可能需要数百万年，具体时间取决于许多因素，包括植物的种类、地质条件、温度和压力等。

黑色的煤炭和绿色的植物似乎是一个矛盾体。煤炭燃烧产生二氧化碳，植物通过光合作用吸收二氧化碳转化为碳水化合物来实现生长，并释放出氧气。一些植物经过几百万年又变成煤炭。。。

能不能从植物直接变成煤炭？虽然植物是煤炭形成的关键要素，但植物本身并不能直接转化为煤炭。或者说现在的技术条件还无法实现这一目标。

中国有多少煤炭工人？根据中国国家统计局的数据，截至2020年底，中国煤炭开采和洗选业从业人员规模为363.5万人。这个数字包括采煤工人、洗煤工人、矿工、技术人员、管理人员等。需要注意的是，这只是从业人员的数量，不包括煤炭从业人员的家庭成员以及与煤炭产业相关的其他从业人员，例如煤炭运输和销售人员。

在全球可持续发展的背景下，如果不解决煤炭行业绿色发展的问题，这些庞大的煤炭行业相关从业人口怎么办？

如何提升煤炭行业的生产效率？如何降低煤炭行业和下游 行业的碳排放？数字化转型为煤炭行业和煤炭企业提供了契机。日新月异的矿业软件正以极快的速度将煤炭行业带入充满希望的未来。本文将从四个方面讨论矿业软件在煤炭行业的应用。

对于煤炭企业的核心业务，达索系统GEOVIA品牌凭借其Minex软件在煤炭和其他分层矿床开采领域取得了巨大成功。从计划矿山的勘探阶段到已使用寿命的运营恢复，Minex确保在矿山运营期间进行准确的资源评估和高效开采。Minex被设计为一个单一的集成解决方案，可以在团队之间轻松传递数据和技能，节省大量时间和成本。

世界各地的矿业公司求助于Minex，以更准确地设计、规划和实施采矿战略，从而提高效率、提高生产率、控制成本并提高盈利能力。

Minex可靠的地质建模工具可帮助地质学家管理钻孔数据，并对分层矿床进行建模和量化，甚至支持最复杂的断层、环境限制和具有挑战性的经济条件。

Minex的可重复、快速和准确的建模工具可在几分钟内构建整个模型。

Minex的矿山规划功能与地质模型紧密相连。规划从定义经济矿区开始，因此可以在随后的矿坑设计阶段将这些区域作为目标。矿坑设计完成后，储量和质量数据将存储在数据库中，以便用户能够快速访问以供查看、编辑和操作。

“在Minex的帮助下，我们的组织已获得采矿战略的批准。我们的股价也上涨了67%。”印度尼西亚PT Bukit Asam (Persero) Tbk 煤炭公司采矿工程部门负责人Resti Natalia Ginting说。

Minex Pit Optimizer 使用著名的 Lerchs Grossman (LG) 算法，考虑价格和成本来定位和生成一个最终的矿坑，该矿坑在其极限处达到盈亏平衡或最优。对于较简单的平矿床，Minex提供垂直和倾斜剥采比计算。倾斜的最终边坡中的材料使垂直分析变得困难，是矿坑很深时对矿坑优化的一个理想选择。

Minex有能力和能力为废物清除和运输相关的决策提供更快、更准确的答案，也可以确定其他可能降低成本的领域。为了减少废物的非计划再处理，它允许工程师通过与地质模型的集成，将废物堆定位在没有宝贵资源的区域。

Minex最近的创新重点是帮助煤炭运营改善成本控制，同时在传统的高成本驱动领域（垃圾倾倒和运输）更高效地运行。事实上，该计划的转储计划和运输计划模块使工程师能够通过创建更有效的转储和运输计划来优化运输路线，同时减少废物的非计划再处理。

Tbk PT Bayan资源公司矿山规划与开发经理David Delbridge在谈到其与达索系统GEOVIA及其Minex软件的合作时表示：

“Minex的倾倒调度和运输规划工具使我们能够轻松地将不同场景集成到矿山调度过程中，以通过运输道路将废物从矿坑拖运到垃圾场。此外，它使我们能够分析主要的成本驱动因素，并帮助我们做出更好的决策以最大限度地降低 运营成本。我对发布和我们对Minex的投资感到非常高兴。我也很期待Minex的未来发展和发布。”

Minex倾卸场调度和运输规划模块的其他功能包括先进的运输规划，使矿山规划人员能够分析和管理卡车循环时间效率，并优化卡车车队和运输道路选择，以提高成本控制。

用户还可以使用单个界面来创建各种转储场景，并控制填充转储的优先级、顺序和方向，从而为最终用户提供可定制的体验。高级报告还允许矿山规划人员灵活地总结废物移动情况，然后将这些结果有效地传达给关键人员，完成运输方案之间的快速比较，帮助团队确定和选择成本最低的最佳替代方案。

Minex的矿山复原功能与其他规划流程紧密相连，可以成功规划最终地貌的建设和复原。

Minex集成GEOVIA Hub，提供直接安全的远程协作和数据管理功能。Hub软件可组织数据并实现勘探、规划和生产数据的可靠共享，允许用户、工作组和团队在世界任何地方的任何地点协同工作。

Hub提供了即时的好处，包括数据安全、版本控制，以及在低质量网络上快速同步大型文件的能力，同时对所有工作组规模的IT支持和可扩展性要求最低，以及用户之间有效协作的单一真相版本。

这对从中心位置协助运营的矿业公司起着重要作用；Hub能够通过仅发送工作时发生变化的微小比特来快速传输大型数据集，即使对于网络连接较差的矿场，也能提供最新信息。

GEOVIA Minex有五个版本，分别是：

采矿作业包括一系列相互关联的活动：从勘探中的钻孔数据输入，到矿山设计和规划，再到矿山作业和生产管理。Minex致力于通过提供正确的工具和服务来谨慎管理矿山生命周期中的活动，从而帮助客户从运营中获得最大价值。

每个版本都提供专为典型用户及其标准任务和活动设计的独特工具组合。

每个版本都经过精心挑选，以提供最广泛的功能以满足用户的核心需求。

采矿和勘探活动需要大量的时间和金钱投资。所有GEOVIA Minex版本的核心旨 在通过提供安全有效的数据管理、显示、绘图、表面建模、CAD工具和分析来帮助您充分利用投资。

Minex 围绕支持客户端‑服务器和一次性模式的开放行业标准数据库构建。

数据库基础架构支持轻松导入和导出数据，以及与许多公司数据库的无缝连接。例如SQL、Oracle、acQuire、Access 和 Excel。Minex可轻松融入各种计算环境，与客户现有的应用程序交互以实现前所未有的集成和信息共享水平，并支持最能满足客户特定操作的各种常见采矿活动。

所有Minex版本的共同点是地质学家和工程师都能够导入、创建和使用点和线数据；根据网格、三角形和钻孔创建、预览、注释和打印平面图和剖面图；以及创建三角形、网格和计算体积。这种基于数据库托管数据的广泛功能与CAD工具相结合，可充分利用所有勘探、地质和工程数据。

严重断层矿床需要密切关注地层形成时间顺序的建模技术。地质建模师解开沉积序列的历史，进行必要的调整以说明裂缝或缺失的接缝，并重建今天出现的模型。这可以在相对较短的时间内完成几个接缝或几十个接缝、故障和质量变量的创建。

Minex 用户可以使用以前创建的勘探数据  (最新的地表或地下采集数据、基础设施地图和插值部分)，并可以查看和访问矿山设计以进行显示、绘图和报告。

所有版本都能够充分利用Minex 3D图形环境、表面建模、CAD工具，并支持上述所有数据类型的编辑、切片和绘图。

无论是进行勘探、为复杂的断层结构建模，还是为监管机构准备资源报表，地质学家都需要工具来准确⾼效地完成工作。

这些工具可以在GEOVIA Minex Geology Edition 中找到，它可以加载和验证来自各种来源的钻孔数据  (岩性、质量、地球物理学)    地质建模过程中重要的第一步。由于无法在任何地方钻孔，此版本还包括一个模块，可以预测如果在特定位置钻孔，将会遇到接缝的位置。此功能为勘探地质学家节省了时间和金钱，并有助于创建更完整的模型。

地质学家可以轻松地在屏幕上显示多个横截面并关联接缝，无需创建纸图。可以显示每个钻孔旁边的信息以协助煤层相关过程，包括地球物理数据、井下深度和质量值以及岩性的直方图。

工作涉及可洗性和ROM 选矿程序的地质学家将找到解决这些问题的功能。

通过使用Minex Geology Edition 中的工具，地质学家可以生成符合当今行业使用指南 (例如 JORC、SAMREC 等)的准确资源声明。

其他基本功能，如创建字符串、网格化单个表面和生成报告，都作为标准功能包含在该版本中。此外，工作流程自动化以减少在建模过程中引入错误的机会。

借助准确的地质模型，矿山规划人员可以设计露天矿山，其中使用各种类型的设备提取材料，包括电铲/装载机和卡车、斗轮挖掘机或吊斗铲。矿坑设计的工作台可以参考恒定的⾼度或允许遵循指定的表面。操作的所有其他方面都被考虑在内，包括爆破钻孔模式的设置、道路和坡道的建造以及垃圾场的建造。使用勘探仪器收集的数据对采矿前和采矿后的表面进行建模，并轻松进行月末体积核对。

将此设计叠加在先前创建的地质模型上会生成一个矿产储量数据库，该数据库会使用多个质量参数  (例如，化学质量或经济数据)进行更新。以后可以修改该数据库以反映实际的采矿条件，例如薄煤层的浪费、不可分离的分缝的合并、煤层顶部/底部的材料损失，以及包含煤层外稀释。

对于需要额外工具来帮助他们确定矿坑限制的露天采矿工程师，GEOVIA Minex Mine Design Edition 包括一个使用行业标准Lerchs-Grossman  矿坑优化算法的模块。可以反映不同提取成本和/或销售价格的嵌套壳允许进行全方位的敏感性分析。

构建地质模型所有基本功能  (例如创建字符串、网格化表面、创建平面图和横截面以及生成报告)的例程都包含在该版本中。此外，工程师可以导出不同格式的选定数据以供进一步处理。

本版规定了恢复活动，例如在采矿活动停止后将弃土峰重新分级以满足监管标准。

从事地下矿井规划的工程师可以利用直观的工具，了解对矿井尺寸或形状所做的任何更改的即时反馈。长壁和房柱式设计的布局使用地质或质量模型的任何方面作为指导，并且适当的属性  (例如岩石强度)包含在储量的计算中。

GEOVIA Minex Mine Design and Scheduling Edition专为工程师设计，他们的工作重点是数周或数月的战术采矿活动，或更具战略性的长期问题。每个小组挑选并选择完成计划目标所需的详细程度。

一名工程师可能只需要确定矿山可以维持特定生产状况的时间  (例如，最初稳定增加吨位，保持恒定输出一段时间，然后降低电平直到其寿命结束)。另一位工程师可能关心多个挖掘机在多个工作台上的交互，同时安排从不同工作面提取材料。

可视化储量消耗的能力是矿山调度过程的一个重要方面。Minex不仅支持这种可视化，而且还向工程师展示了整体质量或剥离率如何随着每一块材料的挖掘而变化。可以立即采取纠正措施，而不是等到计划期结束。

使用这个版本，所有不同类型的调度都是可能的，而无需对基础数据进行任何更改。构建地质模型所有基本功能  (例如创建字符串、网格化表面、创建计划和横截面以及生成报告)的工具都包括在内。

矿山调度之后是将废料转移到矿坑内或矿坑外的垃圾场。GEOVIA Minex Mine Design and Scheduling Edition 为工程师提供了集成的倾倒调度和运输规划模块，以确保将这些重要的操作要素考虑在内。它们解决了一些复杂的问题，例如洗煤厂废物的移动、垃圾场中材料的选择性放置及一年中不同时间特定运输道路的可用 性。此外，它们还可以帮助工程师根据成本、距离或时间等标准，在考虑所有可能性的情况下，选择从矿坑到垃圾场的最佳路线。

使用标准代码表示重要特征  (例如，接缝的顶部/底部或故障位置)的屏幕可视化允许验证数据。

在地下矿井工作的工程师可以采用与地面同行大致相同的方式进行安排。每台机器的移动要么在计划中受到严格控制，要么软件使用关键路径方法自由选择 最佳替代方案，在机器可用时将其分配给各种任务。

测量数据的三角测量产生非常详细的表面表示，显示测量时矿山的确切状态。从这些可以计算表面之间的准确体积。此外，这些三角化表面可以转换为地质学家使用，作为可靠数据的另一个来源，从而提⾼地质模型的完整性。

作为正在进行的工作的一部分，以及为月末体积核对做准备，测量员需要工具 来帮助他们轻松、自信地正确管理他们进行的数千次测量。

GEOVIA Minex Survey Edition 包含将现场记录的勘探数据简化为 XYZ 数据所需的所有例程。它支持多种仪器类型和预订方法，并将它们和来自其他来源（例如GPS 系统）的数据编目到地图数据库中。

执行所有基本功能的例程，例如创建字符串、网格化表面、创建计划和横截面以及生成报告都包含在该版本中。

对于需求最全面的用户，GEOVIA Minex Premium Edition 结合了所有其他版本的功能，支持针对所有类型的分层矿床和采矿方法的地质建模和矿山规划。

GEOVIA Minex在全球煤炭企业应用十分普遍。以蒙古国为例，自然资源是蒙古的主要出口收入来源，包括煤、铜、铁、金、锌、原油等等。蒙古煤炭矿床很复杂， 在15个盆地分布有160个煤矿，蒙古国的煤炭总资源量约为1620亿吨，而煤炭总储量（已探明）约为27.78亿吨，是煤炭资源排名前十五名的国家之一。

GEOVIA Minex于2000–2001年在蒙古Baganuur和Shivee Ovoo矿山首次引入，借助于其出色的煤炭建模优势和良好的服务，到了2013年，90%以上的煤炭产量都是在GEOVIA Minex支持下实现的。

接下来我们来探讨CAE仿真技术在煤炭矿山的应用，以下是一些常见的应用：

总的来说，CAE仿真技术可以帮助煤矿企业优化生产流程，提高生产效率和安全性，同时减少环境污染和能源消耗。

岩石可能含有节理，力学响应取决于相邻表面的关节方向和粗糙度，采用基于连续体的模型建立节理岩石模型，具有独立本构属性的三个独立方向，节理可以打开和关闭，这可以在宏观尺度上产生诱导各向异性。

利用达索系统SIMULIA，我们可以进行露天矿地质力学仿真，来分析断层稳定性，来提升煤矿安全。

S. Arndt和B. Fillery在《模拟在岩土工程和采矿应用中的重要性》采用SIMULIA对大型露天矿井进行了破坏机理分析，S.Arndt等人在《采矿仿真进展》一文中采用SIMULIA对离散断层进行了分析。

下面来看看SIMULIA对露天矿的分析过程。典型的分析流程如下图所示，首先通过GEOVIA Surpac来建模，考虑地质构造、材料特征及采矿构筑物。其次定义仿真场景，包括稳定性分析、开挖过程分析、地震荷载分析。最后分析的结果为位移、断裂带行为、强度等。

工作流场景从原始地形开始，分析三个场景：

露天矿的矿坑与断层结构相交，断层面是一个低强度带，有可能沿断层滑动。块体模型定义了密度的空间分布，假设密度与岩石强度直接相关。

仿真计算的目标是首先创建矿坑的有限元模型并用所需的特征来填充，其次对3个开挖阶段进行3D仿真，仿真开挖过程中岩石中的应力分布。

露天矿山建模采用GEOVIA Surpac，仿真采用SIMULIA Abaqus，两者需要进行数据打通。首先从GEOVIA Surpac中进行数据准备。

对于每个开挖阶段，需要合并地形、矿坑设计和边界，然后使用GEOVIA Surpac建模工具创建闭合实体，与断层相交以创建上方和下方的断层模型。接着需要简化所有模型以减少三角形的数量并改进其几何图形。

接下来是设置材料属性、指定和映射。在GEOVIA Surpac体素模型中定义的材料属性，体素质心可以导出为.csv格式，然后通过指定匹配属性进行映射并导入到SIMULIA Abaqus。这个步骤用于将GEOVIA Surpac材料信息应用于SIMULIA Abaqus。

下一步是创建仿真就绪网格。由于GEOVIA Surpac划分的网格不是为有限元分析而设计的，需要使用第三方软件中的网格清理。

本算例中SIMULIA Abaqus仿真场景详细信息包括180万个C3D4单元，岩石材料设置为莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）材料模型，摩擦角设置为30度，扩张角度设置为20度，在零压力下的内聚力为1.e6 Pa，使用拉伸截止值，单轴拉伸中的屈服应力为10 kPa。并假设材料密度均匀。边界条件设置为平面边界（底部和侧面），地质断层穿过露天矿，摩擦系数取0.7。

第一阶段是稳定性分析，采用标准的SIMULIA Abaqus解算器，材料建模为线弹性，程序采用重力荷载的地球静止分析，沿垂直方向和底部的滚轴边界条件，UTOL（增量步中允许的孔压变化最大值）用于自动计算初始应力值。

第二阶段是地震荷载分析，采用显式的SIMULIA Abaqus解算器，材料改为莫尔-库仑（Mohr-Coulomb）材料模型，应用规定的加速度来表示地震激励（使用印度Koyna大坝数据）。

"数字化矿山"是建立在矿山系统的基础之上的，以地理坐标为参照系，在一个统一的时间和空间框架下，科学合理地组织各种矿山信息，以实现对海量异构矿山信息资源的全面、高效、有序管理和整合。与精确的三维地质模型相结合，"数字化矿山"是实现"智慧矿山"的关键前提。

使用3DEXPERIENCE平台可以建立煤炭矿山和煤炭工厂的虚拟孪生，这些模型可以模拟矿山和工厂的各个方面，包括设备、工艺流程、安全措施、能源消耗、排放等。通过对虚拟孪生进行分析和优化，可以帮助煤炭矿山和工厂实现更高效的运营、更低的能源消耗和排放、更好的安全性能等。

国内首个应用BIM的煤炭行业项目是大柳塔煤矿3DEXPERIENCE BIM项目[7]。

大柳塔煤矿是神华下属神东煤炭集团早期建成的井工矿之一。随着多年的深化改造，"数字化矿山"技术的广泛应用，该矿在国内率先实现了主要运输系统的胶带化，辅助运输的无轨胶轮化，井巷支护的锚喷化，生产系统的远程自动化控制以及安全监测监控系统的自动化。

基于这些进展，该矿深入应用3DEXPERIENCE平台，建立了真实的三维井下巷道模型，并基于地理信息数据库创建了精确的三维地质模型，为后期矿山扩建、排产、优化等方面的设计和规划提供了实际参考和依据。这使得其设计流程更加科学便捷，工程量价计算更加细致准确，生产管理更加高效到位。

针对煤矿行业存在的专业协同复杂、井下地质条件多变、缺乏精确地质模型等问题，以及施工模拟与工艺流程仿真应用方面的空白，为解决由此导致的工程变更和预算造价数据不可控等问题，该矿通过建立基于岩层数据库的精确地质模型，并利用三维可视化的设备布置和多专业协同，进行施工仿真模拟，从而得以有效解决这些了问题。

大柳塔煤矿3DEXPERIENCE BIM项目中的应用系统主要包含以下三部分内容：BIM协同与数据管理平台，主要是3DEXPERIENCE ENOVIA；BIM建模软件，有CATIA和GEOVIA；BIM模拟仿真与分析，包括DELMIA和SIMULIA。

选煤厂是对煤炭进行分选，除去原煤中的矿物杂质，将其分成不同规格的产品的煤炭加工厂，通常也叫洗煤厂。选煤厂的主要产品是精煤和块煤，此外还有中煤和煤泥等副产品。

根据《中煤西安设计微 信 公 众 号》的报道，王家岭选煤厂三维协同设计项目是中煤西安设计公司BIM技术应用二期导航项目，获得了中煤建设集团BIM技术应用大赛第一名。

王家岭选煤厂三维协同设计项目采用达索系统3DEXPERIENCE平台进行BIM正向设计，并形成选煤厂BIM整体解决方案，选煤厂设计全生命周期在3DEXPERIENCE平台进行管理，各专业采用CATIA进行协同设计，项目及设计数据采用ENOVIA进行管理。

王家岭选煤厂三维协同设计项目的目标旨在梳理选煤厂BIM正向设计的方法，创建标准的设备库和工程模板，探索不同专业的属性扩展工作及模型与动态数据的关联方法。

在王家岭选煤厂三维协同设计项目实施之前，中煤西安设计BIM团队首先试点了中天和创污水处理站BIM项目，接下来就正式开始了王家岭选煤厂BIM设计。（注：下图图片引自《中煤西安设计微 信 公 众 号》）

王家岭选煤厂是一个开采后续的煤炭深加工项目，建厂目的主要是将煤炭中的一些有害成分通过洗选工艺的处理去除。王家岭选煤厂目前是国内最大的炼焦煤洗选能力的选煤厂。原来设计的生产能力是400万吨，这次改造在旁边加了一个一模一样的扩展生产线，能力达到了800万吨。

王家岭选煤厂是目前国内选煤工艺最为复杂、整个流程最为繁琐的选煤厂。它有如下特点：

项目组全程采用3DEXPERIENCE平台ENOVIA进行设计协同和项目管理，整个设计流程从总骨架开始正向研发，取得了大量开创性的成果。包括：

（一）完成了王家岭选煤厂三维设计，实践了单一平台全专业全生命周期正向设计，建立了选煤厂的虚拟孪生。

（二）积累了一部分非标的设备库和模板库。

（三）按照选煤厂设计的工作要求，把属性进行了一个比较完整的扩展。

（四）实现了现场模型与数据管理相结合的实践。

LCA是生命周期评估（Life Cycle Assessment）的缩写，也称为生命周期分析。它是一种系统性方法，用于评估产品、过程或服务在其整个生命周期内所产生的环境影响。

LCA通常由以下四个步骤组成：目标和范围定义、生命周期库存分析、生命周期影响评价和解释。它可以评估许多不同的环境影响，如温室气体排放、资源消耗、土壤酸化、水污染等。

在LCA的实践中，使用数据库是必不可少的，因为它们包含了关于材料、能源、产品等各个生命周期阶段的数据。全球现有LCA数据库数十家，以下是一些知名的LCA数据库：

ecoinvent数据库是一个全球人类活动库，代表了在所有工业部门提供商品和服务的数以千计个活动。这些活动消耗环境中的自然资源以及其他人类活动的产品。同时，它们将排放物释放到水、土壤和空气中。

最新版本的ecoinvent v3.9.1于2022年12月发布，具体而言，最新版ecoinvent数据库包含超过19000个可靠的生命周期库存数据集，涵盖一系列工业部门。其中包括农业和畜牧业、楼宇和建筑、化学品和塑料、能源和矿产、林业和木材、金属、纺织品、运输、旅游住宿、废物处理和再循环以及供水等。

达索系统3DEXPERIENCE平台中深度集成了ecoinvent LCA数据库。可以在3DEXPERIENCE平台中实现产品生命周期评价（LCA）的功能，其具体用途如下：

3DEXPERIENCE平台集成ecoinvent数据库后，可以在产品设计过程中，随时查看产品生命周期评价（LCA）的功能，了解产品的设计方案对环境的影响，有助于企业实现环保和可持续发展，提高产品竞争力，满足消费者需求，同时也可以为政府制定环保政策提供科学依据。

在ecoinvent数据库中，煤炭专项包括硬煤和褐煤（也称为褐煤）的开采和制备。硬煤生产分为澳大利亚、中国、欧洲、印度尼西亚、印度、俄罗斯、南非、北美和南美等地区。对于印度和南非，采矿和准备作为单独的活动进行建模，而对于其他地区，这些步骤则包含在一个数据集中。在南非，采矿作业和准备步骤更加不同。采矿可分为三种类型：露天采矿、拉铲或卡车采矿、电铲和地下采矿、“洗煤”和“破碎和卸料”制备煤炭。

采矿过程本身能源密集，需要重型机械。在某些情况下，矿场的能源需求由现场发电厂满足。这些燃料是用原煤燃烧的，原煤中杂质含量高，因此燃烧过程效率低，排放量高，这体现在ecoinvent的活动“煤矿发电厂的电力生产、硬煤”中。在开采和准备之后，全球硬煤贸易以进口数据集的形式出现在ecoinvent数据库中，这些数据集连接了更大的世界区域、上述生产区域和全球硬煤分布。

褐煤产量以欧洲和印度露天开采和制备相结合的数据集表示。褐煤随后在许多国家用于供热和发电。也可以将其加工成褐煤煤块。这使得其运输更容易。压块通常用于工业炉中。褐煤开采数据集包括土地占用后的复垦、能源和水的使用以及过程中的排放和废弃物。达索系统自CATIA 2022x版本开始，增加了 Eco-Design Engineer（生态设计工程师）角色。对于生态设计驱动的工程，生态设计工程师角色允许使用有关材料和人类活动（例如提取、包装和运输、制造等过程）的环境影响的知识来丰富3DEXPERIENCE 虚拟孪生。这允许执行完整的生命周期评估(LCA)，从材料提取到再利用和回收，并选择最佳替代方案。

一旦组织设定了环境绩效目标，该角色将协助设计师实现这些目标，即从早期设计阶段开始.生态设计工程师可以在设计备选方案和计算之间进行权衡比较，从而揭示和分析每个备选方案的环境费用。该分析依赖并整合了ISO 14000、EF 3.0、ReCiPe、IPCC、TRACI 和 EPS 等环境标准。特别是，它基于ecoinvent 数据库，这是一个广泛认可的生命周期清单数据库，使用CO2 排放、土地使用、用水等10 多个KPI 来量化人类活动和材料对环境的影响印记。达索系统在《企业爵士》评选的2018年全球可持续发展企业百强榜单（Global 100）中位列榜首。《企业爵士》全球百强榜是企业可持续性分析领域的全球黄金标准。这一榜单排名综合参考多项关键业绩指标，包括环境、社会、财务和创新实力。此外，今年的评选还考虑到企业产品的可持续性价值。

达索系统对可持续发展的承诺和表现得到了外部认可，以下评级和排名证明了这一点。达索系统致力于在全球环境、社会和治理（ESG）管理方面年复一年地取得更好的业绩。

附录：本文参考文献如下：

         

本文作者          

         

     

         

           

冯升华 博士            

达索系统大中华区

基础设施与新能源行业技术总监

         

       

清华大学精密仪器系博士，美国佛罗里达国际大学工业工程系博士后，现任达索系统大中华区基础设施与新能源行业技术总监。丰富的企业数字化转型经验，覆盖企业数字化战略咨询、项目管理、实施、开发、研究、培训经验，涉足航空航天及国防、交通运输、造船、高科技电子、工业装备、消费品、能源电力、建筑市政、矿业、生命科学、金融及商业服务等行业。担任的社会职务有：中国智能制造系统解决方案供应商联盟智能制造专家、金融街企业家俱乐部智能制造专委会委员、广东省机械工程学会制造业信息化分会理事、中国水利水电BIM设计联盟咨询委员会专家、中国数字化企业研习社专家、哈尔滨理工大学机械学院创业创新导师、阿里研究院《新商业攻守道》客座专家、E-works数字孪生客座讲师、科技独角兽百人团产业智库导师等。

来源：达索系统