第02章 地矿与能源：地下资源体的几何确权

本章导读

矿业的空间对象大多不可见——钻孔、井巷、采场靠实测，矿体与构造靠推断，沉陷范围靠预测，“以点推体”是这一章的出发点。本章要回答的是：一条从稀疏工程推断出来的矿体边界，怎样才能既在三维软件里被“造”出来，又在坐标、属性与法定分类里被认可。2.1 节先铺开六类实体与 GB/T 17766-2020 的资源量/储量分类体系，2.2–2.3 节拆解“剖面到三维模型”与“块体模型到储量报表”两条主链，2.4–2.6 节分别落到采矿设计与计划、岩移圈定、智能化建设的交接点，2.7 节把同一套判断移到油气，2.8 节收束成坐标系、图层映射与质检的工程细节，2.9 节给出四条共性规律。最容易做错的地方，是把交接成本记在“格式转换”账上——真正丢失的是外推规则、估算参数与统计口径，图形转过去了，体积却复现不出来。读完这一章，你应当能对着任何一份矿山成果包，指出几何定义权与语义定义权分别落在谁手里、断在哪一环。

学习目标

读完本章，你应当能够：

  • 能说出 2.1.1 节六类实体的可观测程度差异（实测、推断、预测），并解释为什么块体模型的“资源量类别”字段一丢，储量就无法在图上复核；
  • 能区分 2.2.3 节三条三维建模路线（显式线框、隐式建模、面向勘查成果交付）各自依赖的数据与规范依据，说明 DZ/T 0383-2021 为什么改变了三维模型在勘查成果管理中的位置；
  • 能复述 2.3.4 节露天矿月度更新与地下矿“三量”考核的两套节奏，并指出 2.3.5 节点要素与栅格化两条路各自丢掉什么，再按 2.8.3 节点表、切片、面体三种交接方式的取舍说明选择依据；
  • 能判断 2.5.5 节沉陷范围交接的三个要点里，哪一个被忽略后会让补偿口径混乱，并说明三维圈定为什么只能做到“可复核、可叠加、可迭代”，不等于提高预测精度；
  • 能拆解 2.8.4 节数据丢失清单的五类情形，据此写出含“三统一”与三条质检动作的交接要求，并说明参数未随模型交付时如何避免“体积不可复现”。

矿业的空间对象大多不可见。地表沉陷范围可以测量，井巷可以测绘，矿体却只能由稀疏工程推断。这种“以点推体”的特征，决定了矿业是 CAD 与 GIS 分工最不整齐的行业之一：几何定义权长期留在剖面图与三维矿业软件里，坐标与属性的话语权则在 GIS 与储量数据库一侧。本章按空间对象、建模、储量、设计、岩移、智能化、油气、数据交接的顺序展开，重点讨论两者在何处交接、交接时丢失什么。

2.1 业务背景与空间对象

2.1.1 需要被“确权”的六类实体

矿山管理的空间实体可按可观测程度排成一条谱：钻孔、井巷、采场是实测的，矿体、构造是推断的，沉陷范围是预测的。具体包括：

  • 矿体与夹石：由工业指标圈定，边界随品位、价格、开采技术条件变化，同一矿床在不同年份可有不同形态。

  • 构造：断层、褶皱、破碎带。断层既是建模约束，也是划分估算单元的依据。行业标准要求，当矿体被断层、岩脉等线性构造切割错断、两侧统计特征明显不同时，应以该构造为界分区、分参数估算（《固体矿产资源量估算规程》DZ/T 0338 系列，自然资源部 2020 年第 26 号公告，http://www1.csres.com/notice/53680.html）。

  • 采场与台阶：露天的坡顶线、坡底线、推进线；地下的矿房、矿柱、中段。

  • 井巷：竖井、斜坡道、中段平巷、溜井、硐室、井底车场，各有中心线、腰线、断面三套几何。

  • 钻孔：孔口坐标、测斜、分层、取样与化验，是三维建模不可替代的约束。

  • 沉陷范围与“三下”压占：由移动角圈定的地表影响边界，决定搬迁、补偿与禁采。

2.1.2 储量分类是这一切的语义底座

矿体几何之所以不能只当作图形，是因为它必须能映射到法定分类。《固体矿产资源储量分类》（GB/T 17766-2020，https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=3F98C03DE9AB232432B3732A491983E7）2020 年 3 月 31 日发布、5 月 1 日实施，把 1999 版的 16 个资源储量类型压缩为 5 个：资源量按地质可靠程度分推断、控制、探明三级，储量按地质可靠程度与可行性研究结果分可信、证实两级；公开发布时资源量与储量不得相加，潜在矿产资源、尚难利用矿产资源不得作为资源量发布（自然资源部《矿产资源储量分类两项国家标准发布》，2020 年 4 月 23 日，https://m.mnr.gov.cn/dt/ywbb/202004/t20200423_2509475.html）。勘查阶段则按普查、详查、勘探三阶段划分，总则见 GB/T 13908-2020（2020 年 4 月 28 日发布，5 月 1 日实施，https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=4F377F0C9E696AF841DE053580B12F51）。

这条分类链对数据模型有直接影响：块体模型里每个块段都带“资源量类别”字段，取值由工程间距、外推距离、可行性研究结论共同决定。GIS 侧若只接收矿体轮廓面而丢掉类别字段，储量便无法在图上复核。

2.1.3 坐标与高程基准

矿山平面坐标常用 CGCS2000，但大量老矿区仍保存北京 54、西安 80 成果。2000 国家大地坐标系自 2008 年 7 月 1 日启用，原国土资源部要求 2018 年 6 月底前完成国土资源空间数据转换、7 月 1 日起全面使用（国土资发〔2017〕30 号，https://www.mnr.gov.cn/gk/tzgg/201712/t20171212_1992109.html）。高程侧，1985 国家高程基准以青岛观象山水准原点 72.2604 米起算（自然资源部转新华社报道，2020 年 5 月 22 日，https://www.mnr.gov.cn/dt/mtsy/202005/t20200522_2516283.html）。矿区还普遍使用抵偿高程面的独立坐标系，这一层在交接时最易被忽略。

空间对象 CAD 侧主要载体 GIS 侧主要载体 关键属性
矿体/夹石 剖面图、三维实体（DWG/自定义） 三维模型库、体元/块体表 资源量类别、工业指标、估算方法
断层 平面地质图、剖面线 断层线要素、断层面 产状、落差、分区约束
采场/台阶 采剥现状图、验收图 面要素、时序快照 月份、矿岩量、品位
井巷 中段平面图、断面图 中心线、三维巷道 断面规格、支护、标高
钻孔 柱状图、勘探线剖面 点位、分层表 孔深、测斜、化验
沉陷范围 剖面法圈定图 面要素、压占分析 移动角、保护等级

2.2 三维地质建模：从剖面到矿体

2.2.1 痛点：剖面是二维的，矿体是三维的

地质工程师的传统工作流是：勘探线剖面图上连矿体边界，投影到平面图上圈定，再用断面法或块段法算体积。这条流程在 CAD 里运转了几十年，问题不在精度，而在一致性——剖面改了，平面图要重画，储量表要重算，三者靠人工同步。矿体越复杂（分支、尖灭、夹石），人工同步的误差越大。

2.2.2 CAD 侧：把剖面整理成可被三维软件识别的控制线

AutoCAD 与 Civil 3D 在这一环节承担的是“几何清理”，而非建模本身。常见做法是把勘探线剖面按统一比例、统一基点整理成图，将矿体顶底板界线、夹石界线、断层线转为多段线，并把孔口、分层点作为控制点。Civil 3D 的地质建模思路可作参照：沿线性工程布置的钻孔不适合直接生成三角网，需要先建立地质剖面视图、在剖面上勾绘解释线，再把解释线转成三维要素线并作为断裂线（breakline）回灌到曲面，才能得到可用的三角网（Autodesk University《The Art of Modeling Geology on a Linear Route in AutoCAD Civil 3D》，https://www.autodesk.com/autodesk-university/zh-hans/article/Art-Modeling-Geology-Linear-Route-AutoCAD-Civil-3D-2019）。矿山勘探线更密、更交叉，但“剖面解释→三维要素线→曲面约束”的逻辑相同。

CAD 侧的价值在于图面比例、图例、注记、图签符合地质报告编制要求，这是三维软件出图难以替代的。局限也明确：DWG 里的矿体是线，不是体；线的闭合性、重复顶点、Z 值缺失，都会在导入三维软件时变成建模故障。

2.2.3 三维矿业软件：三条建模路线

显式线框建模。以剖面连接三角网为主。Surpac 的定位是钻孔数据管理、统计与地质统计分析、资源模型、设计与计划，Block Modeler 角色负责规则化块体建模与台阶品位控制（Dassault Systèmes GEOVIA Surpac 产品页，https://www.3ds.com/products/geovia/surpac）。国内工程实践常是 CAD 与三维软件混用：山东金岭矿业与吉林大学的研究者以新疆乔普卡铁矿为例，用 RTK GPS 测设采区矿体界线，再以 MapGIS、AutoCAD、3DMine 构建矿体三维模型，据体积计算可采矿量（崔方宁、邵明国、赵然磊、张合国《基于三维可视化建模技术的矿量计算方法》，《现代矿业》2014 年第 8 期，http://www.xdky.net/CN/Y2014/V30/I08/61）。DIMINE 采用三角网建模，以控制线和分区线联合处理任意形态实体，支持实体间及实体与表面的布尔运算，并以八叉树与硬盘虚拟内存支撑超大块段模型、用动态次级分块拟合矿体边界（DIMINE 2010 版功能说明，百度百科词条，https://baike.baidu.com/item/DIMINE%20数字采矿软件/2346681；该来源为产品资料转述，非第三方评测）。3DMine 自 2007 年发布首版，2014 年 1 月经原国土资源部矿产资源储量司备案，其后陆续补充隐式建模、点云与航测数据处理能力（北京三地曼矿业软件科技有限公司“关于我们”，https://www.3dmine-cn.com/index.php?a=lists&catid=2）。

隐式建模。以插值函数表达地质界面，新数据进入后模型自动更新。Leapfrog Geo 以隐式建模引擎为核心，模型与数据保持关系型链接、随新数据动态更新（Seequent 产品页，https://www.seequent.com/products-solutions/leapfrog-geo/）。Micromine Origin 同时提供隐式建模与显式线框工具，并内置基于神经网络的品位辅助模块（Micromine 产品页，https://www.micromine.com/origin/）。国内 MapGIS 10.3 三维地学建模工具（2019 年 8 月发布）走的是另一条路：矢栅一体建模、网格剖分、属性建模，支持中国地质调查局 Geo3DML 数据规范（中地软件《“精雕细刻”的三维地学建模工具》，2019 年 8 月 20 日，https://mapgis.com/index.php?a=shows&catid=33&id=368）。

面向勘查成果交付的建模。2023 年 6 月，中地软件发布 MapGIS 矿山管理与三维建模产品，明确以 GB/T 13908-2020 与《固体矿产勘查三维地质建模技术要求》（DZ/T 0383-2021）为依据，采用剖面法建模，按夹石参数自动剔除夹石、按规范的外推与连接规则生成尖灭块段，并按“矿区—矿山—年度”组织入库，与矿产资源储量数据库标准保持一致（中地软件，2023 年 6 月 26 日，https://mapgis.com/index.php?a=shows&catid=33&id=1469）。DZ/T 0383-2021 由自然资源部 2021 年第 77 号公告发布，2022 年 3 月 1 日实施（https://gi.mnr.gov.cn/202112/t20211217_2714605.html），这是目前把“三维模型”纳入勘查成果管理的直接依据。

2.2.4 GIS 侧：模型入库与语义补齐

GIS 在建模环节不生产几何，只做三件事：统一坐标与高程、挂接属性、管理版本。DZ/T 0383-2021 之后三维模型成为可提交成果，模型库需记录建模方法、数据源、精度与更新日期。MapGIS 的做法是把模型与储量数据库结构对齐，使模型中的矿体与储量表逐条对应；这类“模型—台账”对应是 GIS 数据模型的强项，也是纯三维软件较弱的部分。

2.2.5 交接点与损失

剖面转三维的交接点有三个：控制线（边界线是否闭合、是否带 Z）、坐标系（图形单位与矿区坐标的换算、有无图纸平移）、属性（剖面编号、工程号、品位区间）。DIMINE 的厂商公开资料称其图纸可直接输出带图层属性的 DXF/DWG，并提供与 MAPGIS 的数据交换方案（迪迈科技产品资料）；MapGIS 解析 MPJ、WL、WP、WT 文件的能力在国产 CAD 侧也有对应实现，例如矿云 WeCAD 宣称全面支持 MAPGIS 符号库、图案库、线型库并解析上述文件（北京矿云科技 WeCAD 产品页，https://www.wecad.com.cn/wecad）。

真正容易丢的不是坐标，而是外推规则。矿体尖灭怎么推、推多远，往往以操作参数形式存在，转成 GIS 面后参数消失，后来者无法复现体积。这是模型交付中最常见也最难追责的一类损失。

2.3 储量估算与动态管理

2.3.1 痛点：储量既是报批数字，也是月度计划的输入

同一座矿山，年报储量、月度验收后的保有量、计划里的可采量口径不同，传统做法是三套表各自维护、差异靠会议解释；估算方法一旦从几何法改为地质统计学法，历史数据几乎不可比。

2.3.2 CAD 侧：几何法仍然在岗

断面法、块段法属几何法，计算依赖剖面面积与块段体积，CAD 图上的面积量算直接决定结果。DZ/T 0338.2-2020 专列几何法（同 2020 年第 26 号公告），说明其在规范体系内仍有效。国内三维软件也保留了几何法入口：DIMINE 集成块段法、断面法与国际通用的距离幂次反比法、克里格法（同前）；3DMine 增加传统块段法模块，并称计算结果可与基于块体模型的报告对比（同前）。

2.3.3 三维侧：块体模型与地质统计学

块体模型把矿体离散为规则或半规则单元，每单元赋品位、密度、类别。估值方法主要有距离幂次反比与克里金，后者需变异函数拟合与搜索椭球参数。DIMINE 支持在三维视图中交互拟合变异函数、调整搜索椭球；3DMine 提供简单克里格、泛克里格、指示克里格；Surpac 的 Block Modeler 提供地质统计分析与规则化体积模型（各见前引产品资料）。

估算方法的规范依据是 DZ/T 0338 系列四部分：通则、几何法、地质统计学法、SD 法，均于 2020 年 4 月 30 日发布实施（自然资源部公告 2020 年第 26 号，http://www1.csres.com/notice/53680.html）。这一系列把“用什么方法、参数怎么定、结果怎么表达”写成可检查的条目，也使软件参数设置有了外部审计依据。

2.3.4 动态管理：月度更新与“三量”

露天矿的月度更新依赖验收测量：月末测坡顶线、坡底线生成现状 DTM，与上月模型布尔差运算得动用体积，再乘品位与密度得动用矿量。DIMINE 的公开说明称，根据每月月末测量验收可迅速计算月采矿量、平均品位、剥岩量与剥采比（同前）。难点在于与生产台账对账。

地下矿的“三量”是另一套语言。煤矿按《防范煤矿采掘接续紧张暂行办法》（煤安监技装〔2018〕23 号，2018 年 11 月 1 日施行）考核：开拓煤量可采期按矿井类型不得少于 5 年、4 年、3 年；准备煤量不得少于 14 个月或 12 个月；回采煤量不得少于 5 个月或 4 个月；并要求至少每季度形成期末动态报表（https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2018-12/31/content_5448354.htm）。金属矿讲“三级矿量”——开拓、采准、备采，保有期限与保有量的计算在行业文献中有系统讨论（桂晓根《地下矿山生产储量保有指标计算方法初探》，《有色金属（矿山部分）》2000 年第 6 期，16-20 页，http://ysks.bgrimm.cn/ysjsksbf/article/abstract/20000695）。

2.3.5 交接点：块体模型如何进入 GIS

块体模型本质是“索引 + 属性表”：三个方向的块索引定位，属性表存品位、类别、密度。GIS 的体元（voxel）在概念上接近，但语义不同——GIS 体元强调空间拓扑与邻接关系，矿业块体强调估值单元与类别归属。国内学界早已讨论过面向地质建模的三维体元拓扑数据模型，把地质对象抽象为点、线、面、体，体类再分复合体、复杂体、简单体与体元，并设计 12 种拓扑关系（侯恩科、吴立新，《武汉大学学报（信息科学版）》2002 年第 27 卷第 5 期，467-472 页，https://ch.whu.edu.cn/cn/article/id/4993）。工程上更常见的做法不是转体元，而是把块体中心点导出为点要素、属性进字段，或按中段切片栅格化。

两种做法各有代价：点要素保留全部属性但丢失体积；栅格化保留体积但丢失类别边界。若下游要做压占分析、开采沉陷影响评估，通常需要同时提供矿体轮廓面与块体点表。

2.3.6 效果与局限

块体模型把“参数—结果”绑定在一起，改工业指标只需重跑，这是相对手工表格的实质进步。局限有三：块尺寸与组合样长度不匹配时估值出现系统性偏差，该参数在多数成果交付中不附说明；资源量与储量不得相加（GB/T 17766-2020），但不少内部报表仍按“总量”统计；更新频率受测量验收周期制约，月度更新在露天矿可行，地下矿常退化为季度或半年。

2.4 采矿设计与生产计划

2.4.1 痛点：设计图要能放线，计划表要能对账

采矿设计交付物有两类读者：测量人员按图放线，调度人员按表派车。前者要求几何精确到厘米，后者要求矿量、品位、剥采比与配矿约束自洽。CAD 擅长前者，三维软件与计划系统擅长后者，接口长期靠人工转录。

2.4.2 露天：境界优化与采剥计划

境界优化是矿业软件技术含量最高的环节。主流算法是 Lerchs-Grossmann 图论法及其伪流实现。GEOVIA Whittle 的 Pit Optimizer 明确提供伪流算法与 LG 算法两种选择，并可对边际品位、配矿、储量与排程做同步优化（Dassault Systèmes GEOVIA Whittle 产品页，https://www.3ds.com/zh-hans/products/geovia/whittle）。DIMINE 的公开资料称其境界优化采用 LG 图论法，支持任意方位与高程的不同帮坡角、随高程变化的采矿成本、多元素选矿回收率，结果输出境界与 Excel 报表（同前）。

一个可核查的应用案例来自一篇公开期刊论文（矿床名称从略）：因全地下或全露天均不合适，研究者先比较传统境界确定法与基于矿块模型的优化法，选定 L-G 图论法；再用隐式建模建立岩性模型并做边坡稳定性分析以确定分区最优边坡角；在块体模型上对损失率、贫化率做敏感性分析，结合价格因子得到三种境界并择优（沈玉众、刘鹏、杨江坤、施林峰《基于 L-G 图论法的某大型铀矿床露天开采境界》，《科技和产业》2024 年第 24 卷第 15 期，203-210 页，http://www.kjhcy.org/kjycy/article/abstract/20241532）。该案例把“建模—边坡—损贫—价格—境界”的链条写清楚了，也说明境界优化高度依赖经济参数而非几何算法。

采剥计划把境界切成年度、季度、月度推进体。DIMINE 按台阶推进线自动生成采掘带、实时报告矿量品位岩量、按推进线修改现状图（同前）。配矿是计划的自变量：Whittle 的 Blend Optimizer 可处理多产品规范约束，如煤炭的最低热值、最大灰分与硫分（同前）。

2.4.3 地下：井巷、采切与爆破设计

地下设计的几何量更大。井巷设计要处理竖井、斜坡道、中段平巷、溜井、硐室、井底车场，并按埋藏条件切割矿体、投影求最大轮廓以定井巷位置；断面按圆形、矩形、梯形、圆弧拱、三心拱参数化生成，弯道与道岔按参数连接，坡度按两端高程平滑，最后由中心线与断面生成贯通的三维巷道实体（DIMINE 公开资料，同前）。矿云 MineBase 提供中线、腰线、点云三种巷道建模方式，并支持按孔底距、采场边界、钻机参数自动生成扇形或平行炮孔、按装药算法自动装药（北京矿云科技 MineBase 产品页，https://www.wecad.com.cn/minebase）。

炮孔设计是 CAD 与数据库结合最紧的环节。德兴铜矿的公开论文描述其数字化智能矿山系统设接口系统、数据中心、业务平台、应用展示四层架构，通过估算品位体系模型、炮孔数据库管理、配矿指标解算与可视化管控，实现地测资源、炮孔全生命周期、采场配矿与全链路管理；文中给出炮孔数据传输延迟稳定在 0.2~0.5 秒、矿点预报信息上传准确率 99.28%、采场实时监控覆盖率超过 95%（《德兴铜矿数字化智能矿山探索与应用实践》，《有色金属（矿山部分）》，作者单位为江西铜业德兴铜矿与长沙迪迈科技，http://ysks.bgrimm.cn/ysjsksbf/article/abstract/20240901002）。上述数字均为论文自述，未见第三方复核，引用时应保留“据论文”的限定。

2.4.4 德兴铜矿：CAD 地测系统与三维系统的接续

德兴的案例值得单独说明，因为它呈现了“CAD 系统用久了会怎样”。该矿已有 CAD 地测系统，并已用 DIMINE 完成部分矿区资源数字化建模与更新，但论文明确指出两个制约：现有 CAD 地测系统存在数据孤岛、数据融合困难，DIMINE 早期版本无数据库版本；解决办法是在 DIMINE 基础上定制开发，实现现有地测平台功能与数据的全覆盖、保留历史成果（李兵、范欣、俞黎斌《德兴铜矿地测业务功能优化开发与应用研究》，《铀矿冶》2025 年第 44 卷第 2 期，133-141 页，https://castjournals.cast.org.cn/joweb/yky/CN/10.13426/j.cnki.yky.2024.09.06）。

这条路径有代表性：不是把 CAD 换成 GIS，而是把 CAD 时期积累的图形与台账迁到带数据库的三维系统，再用定制功能补齐业务。代价是开发与厂商绑定，收益是历史数据不丢。

2.4.5 交接点与局限

设计与计划的交接点是测量放线数据与验收数据。设计图上的坡顶线要转成放样坐标，验收后的实际坡顶线又要回灌模型；若坐标系统或高程基准不一致，剥采比立刻失真。另一处是炮孔点位：CAD 布孔图是平面图，孔深与倾角写在表格里，二者分离时三维软件无法生成孔口—孔底线段。此外，境界优化的经济参数（价格、成本、回收率）由财务口径给出，技术人员难以复核；配矿约束往往写在调度员的经验里，未进入模型。

2.5 岩层移动与地表沉陷

2.5.1 痛点：圈大了压矿，圈小了出事

岩移范围一旦圈定，就同时成为搬迁依据、补偿依据与禁采边界。圈大，压占资源；圈小，地表建筑受损。传统做法是工程类比法：查同类矿山实测移动角，按剖面作图。这一方法在煤层稳定、地形平缓时可靠，在构造复杂、地形起伏大的金属矿山则误差明显。

2.5.2 规范依据

煤矿侧的依据是《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》（安监总煤装〔2017〕66 号，2017 年 5 月 17 日印发）。修订后共 10 章 135 条、5 个附录，新增“构筑物下压煤留设与开采”一章与“沉陷区建设场地稳定性评价”一节，把高速公路、高压输电线路、水工构筑物、长输管线纳入；保护等级定为 5 级并增设特级，特级围护带宽度 50 米、按边界角留设煤柱（国家矿山安全监察局《规范》解读，2017 年 7 月 20 日，http://www.chinamine-safety.gov.cn/zfxxgk/fdzdgknr/zcjd/201707/t20170720_352635.shtml）。这套条款是剖面法圈定的直接规则来源：给定移动角、边界角与围护带宽度，剖面图上即可交出保护煤柱边界。

2.5.3 三维化：把剖面法搬到模型上

三维化做法是：先建地表 DTM 与矿体模型，再按各剖面方向的移动角生成移动界面（以开采边界为起点、按移动角外扩的锥面或曲面），与地表 DTM 求交得沉陷范围线，投影到平面即为沉陷范围面。

公开文献中较早的尝试是《基于三维建模技术的矿山移动范围圈定》（《矿冶工程》2009 年第 4 期）：该文结合罗山矿区实例，提出把工程类比法或数值模拟与三维建模结合来确定金属矿山移动范围，并明确以 MAPGIS、AutoCAD 及 SURPAC 为主要工具（摘要见 https://wap.cnki.net/touch/web/Journal/Article/KYGC200904001.html）。此后仍有同类工程总结，如《矿业三维建模软件在矿山岩石移动范围圈定中的应用》（《建材与装饰》2019 年第 30 期，222-223 页，https://opaj.napstic.cn/periodicalArticle/0120191101333661），但公开摘要未列具体软件组合。

需指出：“MAPGIS + AutoCAD + 3Dmine 圈定岩移范围”这一组合在可检索到的公开文献中未见明确对应，2009 年文献的三维软件是 SURPAC。工具可替换，方法逻辑不变，但把软件名写死会造成引用失真。

2.5.4 GIS 侧：从范围线到压占账

沉陷范围进入 GIS 才有管理价值：与土地利用现状、权属、建筑物分布叠加，计算压占面积与补偿对象；与年度开采计划叠加，预测逐年边界；与监测点、InSAR 形变场叠加，做模型反演校正。监测侧依据包括《矿山地质环境监测技术规程》（DZ/T 0287-2015，2015 年 9 月 6 日发布、12 月 1 日实施，https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailed?id=8B1827F264F7BB19E05397BE0A0AB44A）与《矿山环境遥感监测技术规范》（DZ/T 0392-2022，2022 年 7 月 7 日发布、11 月 1 日实施，http://wap.mnr.gov.cn/gk/bzgf/202207/t20220711_2742011.html）；露天煤矿边坡另有《露天煤矿边坡变形监测技术规范》（GB/T 37697-2019，2019 年 6 月 4 日发布、2020 年 1 月 1 日实施，https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=3DA3D25EDDFD7176B3699D7B3BDA0499）。

2.5.5 交接点与局限

交接点有三个：移动角参数表（按岩性、按剖面方向取值）、地表 DTM 的精度与时效、沉陷范围的“预测/实测”状态标识。第三点常被忽略：预测范围是设计边界，实测范围是验收依据，两者混在同一图层会导致补偿口径混乱。

局限在于，三维模型只解决几何外扩，不解决岩移的力学机制。概率积分法参数需实测反演，金属矿山往往缺少长期观测站；数值模拟的边界条件与岩体参数不确定性更大。三维圈定的价值主要在“可复核、可叠加、可迭代”，而非提高预测精度。

2.6 数字化与智能化矿山

2.6.1 政策文本中的“地质保障”

煤矿侧，《煤矿智能化建设指南（2021 年版）》（国能发煤炭规〔2021〕29 号，2021 年 6 月 5 日）把建设内容列为信息基础设施、智能地质保障、智能掘进、智能采煤、智能主煤流运输、智能辅助运输、智能通风、智能供电与供排水、智能安全监控、智能综合管控平台等，并对井工、露天煤矿与洗煤厂提出总体设计与数据规范要求（国家矿山安全监察局，2021 年 8 月 6 日，https://www.chinamine-safety.gov.cn/xw/zt/2018zt/mkjqryfyy/zyzc/202108/t20210806_395342.shtml；通知全文见 https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-06/19/content_5619502.htm）。“智能地质保障”单列，意味着地质模型不再是勘探阶段的附属品，而是采掘设备的输入。

非煤侧，《金属非金属矿山智能化建设指南（2025 年版）》（矿安综〔2025〕20 号，2025 年 12 月 11 日）提出“一矿一策”、分类分级等原则，要求建立智能化等级评价体系（国家矿山安全监察局综合司，https://hub.chinamine-safety.gov.cn/a/xinwenzhongxin/zhengcefagui/2026/0329/5778.html）。更早的行业文件是《有色金属行业智能工厂（矿山）建设指南（试行）》，由工业和信息化部、国家发展改革委、自然资源部以 2020 年第 19 号公告发布（2020 年 4 月 28 日成文，https://www.chinania.org.cn/html/zcfg/zhengcefagui/2020/0507/30632.html）。非煤矿山的强制性底线则是《金属非金属矿山安全规程》（GB 16423-2020，2020 年 10 月 11 日发布、2021 年 9 月 1 日实施，https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=4BDAE60EAA106D3B78844741DAF3EBD8），主管部门为国家矿山安监局。

2.6.2 平台与产品

厂商侧看三家。迪迈科技（DIMINE 开发方）称其构建“1233”产品体系，覆盖资源开采、生产作业、生产管理三类生产产品与虚拟实训、安全监测、安全管理三类安全产品，另有三维可视化管控平台与运营云平台（迪迈科技产品中心，https://www.dimine.net/product/553.html；企业自述）。3DMine 推出矿山云平台，定位浏览器端 SaaS 框架、安全生产管控与数字孪生（3DMine 官网，https://www.3dmine-cn.com/）。中地软件以 MapGIS 矿山管理与三维建模系统对接储量数据库标准（同前）。

2.6.3 效果与局限

智能化建设的验收指标偏重装备与系统覆盖率，地质模型的精度与更新机制反而缺少硬约束。一个可观察的现象是：三维地质模型在建设期一次建成，生产期靠测量验收局部修补，与采掘面的偏差逐月累积。指南把“智能地质保障”列入建设内容，方向正确，但验收细则仍需具体精度指标与更新频次。

另一处落差在数据接口。井下设备数据以毫秒级产生，地质模型以月为周期更新，两者不在同一时间尺度上；把设备数据直接写入模型既不必要也不可行，中间需要一层“采掘面动态更新”机制，而这一层多靠人工完成。

2.7 油气领域

2.7.1 地震解释与井位设计

痛点。构造解释成果是深度域或时间域的三维数据体，井位是地面坐标上的一点加一条轨迹，两者分属不同坐标空间与精度体系。井位一旦落地，地面工程、道路、管线、征地随之启动。

CAD 侧。井位图、井场平面布置、地面工程总图仍在 CAD 中完成。这类图纸的优势是符号规范、出图标准，劣势是与地下模型无关。

三维侧。Petrel 定位为从勘探到生产的共享地球模型环境，覆盖地震解释、属性分析、地质建模与油藏工程（SLB Petrel 产品页，https://www.slb.com/zh-cn/products-and-services/delivering-digital-at-scale/software/petrel-subsurface-software）。国产 GeoEast 的解释系统提供构造解释、油气检测、裂缝预测、井震联合解释、三维可视化与虚拟现实，支持二维/三维多工区时间域与深度域联合解释（BGP 地震资料解释与储层地球物理页面，https://www.bgp.com.cn/bgpen/Seismic/first_common2024sp.shtml）。其应用有公开数据：中国石油西南油气田公司自 2016 年引入 GeoEast，至 2026 年 7 月底累计完成处理解释项目 280 余项，支撑井位论证 450 余口、井位跟踪 550 余口，解释许可由 85 个增至 221 个，版本由 V3.2 迭代至 V4.3（人民网四川频道，2026 年 8 月 4 日，http://sc.people.com.cn/n2/2026/0804/c379469-41658781.html）。

交接点。井位从解释成果转为地面坐标，要处理深度域到时间域、时间域到井深、井口到井底轨迹三组换算；井斜、分层、试油数据分存不同表，与图形无天然联系。

2.7.2 长输管道与站场

痛点。管道是典型线性资产：中心线长达数千公里，管理单元是里程与桩号而非平面坐标。站场则是高密度三维设施，二维图纸难以表达地上地下管线的空间拓扑与工艺流程（王成龙《数字化管道设计三维站场建模技术初探》，中石化石油工程设计有限公司，http://cnpci.org.cn/article/511.html）。

CAD 侧。线路平面图、纵断面图、站场平面布置与轴测图是设计交付主体。焊口编号、管材规格、防腐层类型等属性通常写在图纸说明或单独表格中。

GIS 侧。管道 GIS 的核心是线性参考系统：以中心线加里程定位事件（高后果区、地灾点、第三方施工）。行业依据是《油气输送管道完整性管理规范》（GB 32167-2015，2015 年 10 月 13 日发布、2016 年 3 月 1 日实施，https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=ABCEE62F82A7FDBB99F2E5B5228CA040）。

交接点。中俄东线的公开材料提供了一个较完整的样本：据中国石油公开资料，该工程是其首个智能管道建设试点项目，创新成果 48 项、制定技术标准和管理规范 22 项，实施“互联网+项目管理”与“智能工地”（焊口二维码认证、机组施工点定位、作业面视频监视、施工过程数据自动采集），建设期实现全数字化交付，运营期与生产管理数据同步；管道完整性管理系统（PIS）已实现中国石油 7 万余公里管道数据集中管理，完整性管理覆盖率 100%（中国石油官网《中俄东线：构建管道数字孪生体》，2019 年 8 月 12 日，https://www.cnpc.com.cn/cnpc/tujiebk/201908/30acf236706d48b3a340ef495d30312f.shtml）。这些数字属“据企业公开资料”口径。

效果与局限。数字化交付解决“竣工数据可查”，不等于“可用”：设计、施工、运营三套编码若未统一，数字孪生体会退化为三维浏览。站场三维模型与 GIS 对接同样受坐标系与精度制约——站场用局部坐标，管道用大地坐标，接缝偏差需专门处理。

2.8 数据交接的工程细节

2.8.1 坐标系与高程基准

DWG 本身不带坐标系，只带图形单位。同一张图可能是矿区独立坐标，也可能是 CGCS2000 的 3 度带坐标，还可能经过平移旋转。AutoCAD Map 3D 工具组合（随 AutoCAD 2026 提供）通过 FDO 直接访问 SHP、文件地理数据库与企业级地理数据库，并支持垂直坐标系（技术预览），可对 GIS 数据直接编辑（Autodesk《AutoCAD 2026 随附 Map 3D 工具组合》，https://www.autodesk.com.cn/products/autocad/included-toolsets/autocad-map-3d）。关键不是“能连数据库”，而是“能声明坐标系”——声明之后转换才有依据。

高程基准的坑更隐蔽。1985 国家高程基准与矿区假定高程之间常差数十米，若 CAD 图与 GIS 图层分别采用两套基准，叠加后沉陷量、挖填方、管线埋深全部错位。做法是在交接合同中约定“三统一”：统一平面基准、统一高程基准、统一单位。

2.8.2 图层与属性映射

CAD 的图层是绘图组织方式，不是数据分类体系。一个“矿体边界”图层可能混有采空区、氧化带、断层线；一个块参照（BLOCK）可能同时承载点位、符号与属性。转换前须做图层清单与要素类型对照表，明确哪些图层转点、转线、转面或只作注记。

属性迁移最易丢失。CAD 属性可能存放在块属性（ATTRIB）、扩展数据（XData）、文字标注三处，FME 等工具对块实体的处理需专门设置才能保留块内实体与属性（Safe Software《Basic DWG Block Handling Example: Preserving Block Entities (DWG to SHP)》，https://support.safe.com/hc/en-us/articles/25407696931341-Basic-DWG-Block-Handling-Example-Preserving-Block-Entities-DWG-to-SHP）。国内也有对 DWG 与 SHP 图元转换的系统讨论，指出图元类型、闭合性、注记与面要素的对应关系是转换质量的关键（范占永、蔡东健、管发海等《DWG 与 SHP 数据中空间图元转换技术的分析与应用研究》，《水利与建筑工程学报》2016 年第 2 期，193-197 页，http://slyjzgcxb.paperonce.org/oa/DArticle.aspx?type=view&id=201602039）。

2.8.3 块体模型与 GIS 体元

如 2.3.5 所述，块体模型与 GIS 体元语义不同。工程上有三种方式：点表（块中心点加属性）、切片（按中段或台阶栅格化）、面体（按类别合并为多面体）。点表最保真但体积大，切片便于制图但丢类别，面体便于叠加但重构困难，选择取决于下游是“算账”还是“看图”。

2.8.4 常见数据丢失清单

环节 典型丢失 后果 对策
DWG→SHP/GDB 块参照炸开后属性丢失 钻孔编号、品位无法关联 转换前导出块属性表并对齐主键
DWG→SHP 闭合多段线自交、重复顶点 面要素非法、面积偏差 拓扑检查与几何修复
任意转换 坐标系未声明或误声明 图层错位数十至数百米 转换前写入 PRJ 并抽查控制点
三维→二维 Z 值被丢弃 高程、埋深、坡度信息消失 保留 Z 或另存高程字段
模型→GIS 外推规则、估值参数未随模型交付 体积不可复现 交付物附建模说明与参数表

2.8.5 质量控制

质量控制只有三条：转换前后要素计数与面积/长度对比；控制点坐标抽查（不少于 3 个，分布均匀）；拓扑检查（面不重叠、线不悬挂）。做完这三条，多数数据争议可在交付现场解决。

2.9 共性规律与本章小结

第一，几何定义权与语义定义权是分离的。矿体形态在三维软件里被“造”出来，资源量类别、工业指标、估算方法却在标准与台账里被“赋”予。CAD 与 GIS 的交接，实质是把这两套权力重新对齐；对齐失败的典型表现是“图上有矿、表上无量”。

第二，矿业的时间维比多数行业更强。月度验收、季度三量报表、年度储量核实构成周期性同步链。交接不是一次性格式转换，而是反复发生的增量更新；任何一次坐标系或编码变更，都会在下一次同步时集中爆发。

第三，专业软件自成体系，交接多发生在成果层。Surpac、Micromine、3DMine、DIMINE、Leapfrog 各有数据模型与格式，与 GIS 的接口普遍停留在 DXF/DWG、SHP、点表、栅格这一层；钻孔数据库、变异函数、搜索椭球等过程数据很少随成果移交。

第四，标准体系已成形，软件实现仍有差异。GB/T 17766-2020 定分类，GB/T 13908-2020 定勘查总则，DZ/T 0338 定估算方法，DZ/T 0383-2021 定三维建模要求。四套标准叠起来足以支撑一次可审计的储量估算；但各家软件对“类别字段”“外推规则”“块尺寸”的实现并不一致，跨软件复核仍需人工比对。

本章六个场景都指向同一结论：CAD 在矿业的价值不在“画图”，而在把不可见的资源体转化为可计算、可交付的几何；GIS 的价值不在“上图”，而在把这些几何锚定到坐标、属性与法定分类上。交接成本主要不产生于格式转换，而产生于参数、规则与口径的丢失。

参考来源

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  4. 自然资源部公告 2020 年第 26 号（DZ/T 0338.1~0338.4-2020 等 46 项行业标准）. 自然资源部, 2020. http://www1.csres.com/notice/53680.html

  5. 自然资源部关于发布《固体矿产勘查地质填图规范》等 10 项行业标准的公告（2021 年第 77 号，含 DZ/T 0383-2021）. 自然资源部, 2021. https://gi.mnr.gov.cn/202112/t20211217_2714605.html

  6. 自然资源部关于发布《国土空间生态保护修复工程实施方案编制规程》等 3 项行业标准的公告（含 DZ/T 0392-2022）. 自然资源部, 2022. http://wap.mnr.gov.cn/gk/bzgf/202207/t20220711_2742011.html

  7. 矿山地质环境监测技术规程（DZ/T 0287-2015）. 国土资源部, 2015. https://std.samr.gov.cn/hb/search/stdHBDetailed?id=8B1827F264F7BB19E05397BE0A0AB44A

  8. 金属非金属矿山安全规程（GB 16423-2020）. 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会, 2020. https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=4BDAE60EAA106D3B78844741DAF3EBD8

  9. 油气输送管道完整性管理规范（GB 32167-2015）. 国家质量监督检验检疫总局、国家标准化管理委员会, 2015. https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=ABCEE62F82A7FDBB99F2E5B5228CA040

  10. 露天煤矿边坡变形监测技术规范（GB/T 37697-2019）. 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会, 2019. https://openstd.samr.gov.cn/bzgk/std/newGbInfo?hcno=3DA3D25EDDFD7176B3699D7B3BDA0499

  11. 国家能源局 国家矿山安全监察局关于印发《煤矿智能化建设指南（2021 年版）》的通知（国能发煤炭规〔2021〕29 号）. 2021. https://www.gov.cn/zhengce/zhengceku/2021-06/19/content_5619502.htm

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  13. 金属非金属矿山智能化建设指南（2025 年版）（矿安综〔2025〕20 号）. 国家矿山安全监察局综合司, 2025. https://hub.chinamine-safety.gov.cn/a/xinwenzhongxin/zhengcefagui/2026/0329/5778.html

  14. 有色金属行业智能工厂（矿山）建设指南（试行）（公告 2020 年第 19 号）. 工业和信息化部、国家发展改革委、自然资源部, 2020. https://www.chinania.org.cn/html/zcfg/zhengcefagui/2020/0507/30632.html

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本章论断核查表

原稿论断 核查结论 证据/说明
1. DIMINE 系统集成类 AutoCAD 绘图技术与 MapGIS 数据接口，支持矿床三维建模到储量计算与动态管理全流程。 部分成立（需限定条件） DIMINE 2010 版功能说明确有“类 AUTOCAD 绘图技术”“图纸可直接输出 DXF/DWG 并提供与 MAPGIS 的数据交换方案”，且三维地质建模、储量计算与动态管理（块段法、断面法、距离幂次反比、克里金）均列为其功能。但“数据接口”应表述为“数据交换方案”，且来源为产品资料转述，非第三方验证。见来源 35。
2. 新疆乔普卡铁矿结合 MapGIS、AutoCAD 与 3DMine 完成矿量三维可视化计算。 成立 崔方宁等以新疆乔普卡铁矿为例，采用 RTK GPS 测量并结合 MapGIS、AutoCAD、3DMine 等软件构建矿体三维模型、计算可采矿量。见来源 19（《现代矿业》2014 年第 8 期摘要）。
3. 德兴铜矿基于 CAD 开发地测系统，用于炮孔数据管理、绘图、区块矿量计算、月度/周采剥计划编制。 部分成立（需限定条件） 可证实：该矿确有 CAD 地测系统，且存在数据孤岛与数据融合问题；后续在 DIMINE 基础上定制开发实现地测平台功能与数据全覆盖（来源 20）。炮孔数据库管理、配矿指标解算、品位估算模型见来源 21。未能证实：该系统“基于 CAD 开发”、以及“绘图、区块矿量计算、月度/周采剥计划编制”等具体功能在 CAD 侧的归属；两篇公开文献均未逐项披露。
4. 矿云 CAD 系列将 CAD、GIS、BIM 集成于同一平台，支持露天与地下采矿设计、资源储量估算。 部分成立（需限定条件） 厂商公开资料称矿云 CAD 为基于 KyEngine 的系列软件（WeCAD、MineBase、GeoBase、PointMesh、CesiumEdit）；MineBase 提供露天与地下采矿设计、境界优化、块体模型资源储量管理，并支持 CAD 平台接入 GIS 影像与倾斜摄影、BIM 模型数据驱动建模。但“集成于同一平台”是系列产品层面的表述，非单一软件；“资源储量估算”在官网表述为基于块体模型的保有量统计计算，未见克里金等估值算法的公开说明；且全部为厂商口径。见来源 37、38。
5. 以 MAPGIS、AutoCAD、3Dmine 为主要工具圈定岩石移动范围（岩移），结合剖面法与三维模型。 部分成立（工具组合需修正） 可证实的方法与工具组合是 MAPGIS、AutoCAD、SURPAC：《基于三维建模技术的矿山移动范围圈定》（《矿冶工程》2009 年第 4 期）明确以三者为主要工具，结合工程类比法或数值模拟与三维建模确定金属矿山移动范围（来源 22）。2019 年《建材与装饰》同类论文公开摘要未列软件（来源 23）。以“MAPGIS+AutoCAD+3Dmine”为组合的公开文献未见明确披露，故原论断中的 3Dmine 应改为 SURPAC，或降级为“三维矿业软件（具体产品因项目而异）”。

思考与练习

  1. 某矿出现“图上有矿、表上无量”，管理层归因于 GIS 不支持三维。请用 2.9 节第一条规律（几何定义权与语义定义权分离）判断这个归因错在哪里，并指出应当回到 2.1.2 节补哪个字段、由谁确认其取值。
  2. 按 2.3.4 节，露天矿月末的动用矿量由“现状 DTM 与上月模型布尔差 → 动用体积 → 乘品位与密度”得出。请写出这条链上三个会各自造成总量偏差的环节，并说明 2.3.6 节所说的“块尺寸与组合样长度不匹配”属于系统性偏差还是随机误差。
  3. 复盘 2.4.4 节德兴铜矿的路径：不把 CAD 换成 GIS，而把 CAD 时期的图形与台账迁到带数据库的三维系统，再定制补齐业务。请复盘它的收益与代价，并对照 2.9 节第三条规律说明为什么矿业交接多发生在成果层、而非数据模型层。
  4. 2.5.2 节给的是移动角、边界角与围护带宽度，2.5.3 节的三维化只是把剖面法搬到模型上。请拆出 2.5.5 节“预测范围与实测范围混在同一图层”在搬迁补偿与年度计划上会各自产生什么后果，并给出状态字段与图层分离的具体设计。
  5. 今天就挑一个项目里的 DWG 或一块块体模型，按 2.8.1 节的“三统一”和 2.8.5 节的三条质检做一次交接前自查：坐标系声明写在哪、控制点抽查了哪三个、要素计数与面积/长度差多少；若发现外推规则或估值参数未随模型交付（2.2.5 节），把它们补成一页交付说明。
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