摘要：伴随我国科学技术发展水平的提高和建筑行业发展建设进程的加快，“三维”理念，以及由“三维”衍生出来的各类技术也开始被广泛的应用到建筑工程工作中。
关键词：岩土三维勘察；设计系统；地铁工程；
计算机技术在各行业领域中应用范围的扩大，融合了计算机辅助设计和地理信息系统、图像处理、图形学、计算机网络、数据库等相关技术于一身的三维技术也开始受到了各界人士的广泛关注，开始从不同方面人手，对三维技术展开有效应用。
一、系统关键技术
钻孔三维地层自动建模技术。对于根据钻孔数据生成地层面进而生成地质体的方法研究的学者比较多，并且大多数都是对钻孔土层分界面的高程进行处理，得到各个土层面，再通过面与面的剪切、缝合运算得到最终的地质体。为了使地层建模过程更加简单，应用更加方便，提出一种新的建模思路，没有用到面与面的剪切和缝合运算，而是先建立钻孔区地层实体，然后利用钻孔数据建立地层网格面，直接利用三维面剪切体技术，从上至下依次将地层实体切分，从而最终实现钻孔三维地层有序建模。该技术能较好处理尖灭、透镜体等特殊地层，基本满足实际工程需要。钻孔二维智能连线技术。为了实现钻孔之间地层界线的自动连接，从各种地层结构中抽象出地层连续分布、地层透镜体、地层间断缺失和地层尖灭等四种地层空间分布类型，分别用不同的连线规则进行连接处理。钻孔地层连线时，可根据MicroStation软件提供的B样条绘制方法对地层连线进行圆滑处理，效果更美观，其连线效果如图1所示。连线完成后，把相邻钻孔之间，上下相邻地层界线之间具有相同属性的地层区域使用MicroStation软件提供的泛填充方法填充为地层面，并在面的中心位置标注地层编号，其填充效果如图2所示。至此，完成了二维剖面钻孔地层智能连线。
图2钻孔二维智能连线填充效果图
二、设计系统的应用功能
1.就三维设计系统来看，其是按照已经得到的岩土工程数据、建构筑物数据、地理数据、工程分析数据等，在研究区域内完成对多维数据的管理和柱状图显示、三维空间中几何与力学分析等其他系统功能的研究。因此，对三维设计系统的有效应用，可以在地铁工程施工过程中实现三维钻孔柱状显示和查询、二维地质剖面图生成、三维地质建模和剖切、人工交互编辑、实时推进等一些基本分析功能。此外，三维设计系统本身还能够旋转、放大观察角度，对观察角度的光源进行有效控制，这些图形类功能，也是该系统的基础性功能。
2.地下与地上的一体化建模，地铁工程的规划、地质勘察、工程设计、施工建设、运营维护等工作是一项以地下与地上空间作为主要研究对象的系统性工程项目，所以，将项目中的相关工作有机融合到以期，对于地铁工程在规划施工过程中对资源的可持续利用可以起到极大的帮助。而三维设计系统的存在，不仅可以完善工程设计图纸和文件中的各项内容，还可以在整个工程中作为一个承上启下的节点，将工程的规划和设计期间存在的相关信息数据，以一体化的方式表达出来，为后续相关工作的进行提供便利。
3.建筑物建模功能。伴随地铁工程项目逐渐朝着更深层的地下空间不断发展，地质勘察行业在发展期间需要面对的浅层和深层地下环境也变得更加的复杂。因此，在施工建设的过程中如何对地下和地上已经建设完成、或者是正在建设和规划过程中的各种类型的建筑物之间的关系进行有效的调节，已经成为当前勘察行业在发展过程中必须要提高发展日程之上的内容。三维设计系统具有的建筑物建模功能，可以帮助工程设计人员按照已有的工程设计文件和设计图纸，来生成包括地上和地下住宅、管线、基坑、隧道等所有建筑物的建构模型，是工程施工人员对整个工程项目建设设计的认知度得到极大的提升。
4.隧道开挖期间引发的三维沉降，地铁工程中隧道环节的施工可以说是一个动态的施工过程，其不仅会设计到建筑物布置、施工场地布置等一些静态的信息，还会将施工期间实时管理、施工组织等动态的工程施工逻辑关系展现出来。此外，因为地铁工程在进行时会受到周边建筑物沉降、施工现场地形变化等其他实时变量的影响，所以，就需要借助三维设计系统来构建出能够反映工程静态和动态时空信息的一个三维数字模型。
5.设计系统在地铁工程中的应用，可以为施工人员查询钻孔、地层、建筑物等信息提供一定的便利性，及时便捷的为负责地铁工程施工工作的工程师提供有效的数据信息保障，以此来为相关人员管理地铁工程提供便利性，方便相关人员建立相应的施工模式。与此同时，对地铁工程项目来讲，数值分析在工程施工建设期间应用的范围相对较为广泛，且分析期间部分软件在处理复杂建模方面的功能比较弱，特别是在命令流驱动方式时，会让工程师“望而生畏”。而三维设计系统的应用，不仅具备十分强大的软件前期处理功能，完成有设计图到构筑物的建模工作，还可以直接生成可以供工程师来计算的工程结构模型，为数值分析工作的进行奠定良好的基础。
三、基于三维地质模型岩土工程有限元建模方法分析
1.计算区域的切割与选取，考虑到地铁工程地质模型和数值模型有一些差异，因此，必须使用区域切割技术，在数据分析的过程中，需要建立一个计算模型，计算应该使用科学的方法来消除边界效应，与计算精度可以达到为了缩短计算时间，必须选择切削区域的范围根据数值分析。提高计算精度伐区并选择矩形佩通过区域节点和公共导线切割算法，该算法可以提取局部动态，也可以进行开挖过程的模拟。
2.表面模型的重构，地质模型处理数据的拓扑关系变化后，为了符合原始结构，切割和重建表面网格线交叉区域，在重建的过程中，不会改变原始形式的地质模型。重构方法包括地层界面和周围地质曲面重建。地层边界表面重建，需要手的切割范围交叉分类存储，相交线约束边界，控制点和交叉分析，完整的、可以控制的不同高程地图，重复，这个模型可以形成界面；需求领域的交叉切割表面重建，根据订单封闭轮廓线，然后在水平线作为约束条为每个节点构网，再重复一遍，可以形成表面模型。统一的结构，也就是说，原来的表面网格计算模型。
3.模型导入有限元分析系统.完成后，过程可以按照有限元数值分析有限元网格拓十陕件格式将生成系统中的数据和几何数据导入系统，然后使用生成的价值分机两者都可以完成建模的工作。模型并不局限于使用tg分析系统，在分析的过程中，只要按照规定的进口数据格式可以用来完成，如常用的有限元软件ANSYS属于这种类型。
四、地铁工程项目中的应用实例
就某城市来看，其大部分地铁隧道深度都处在第四级沉积层可以影响的范围之内，在施工期间，暗挖法、明挖法等施工方法的选择、对整个施工过程的控制力度等，都需要全面考虑地铁工程所在范围内土性、地下水的埋深、密实度、富水条件、含水层的岩性等自然环境，以及工程建设现场周边环境情况等，以此来确保工程设计方案能够从因地制宜的角度出发，设计图纸可以得到极大的优化，从而提升施工工作的安全性。拟建于某城市地铁的某段线路的施工环境处于某城市的西部，整体呈现出南北的走向，线路主要区域分布较广，整体长度在16.4km。整个地铁线路都属于地下线，线路上共设有十四座车站，且全部都属于地下车站。就该地铁工程来看，因为其本身纵横比例的差距较大，从整个研究区域上来看，该工程属于线状工程的类别，这使得其在表现方法上同小尺度的地铁工程之间存在较大的差异性。该项地铁工程三维设计系统的构建侧重于从宏观上表现相对的空间位置、整体空间和局部空间之间的关系、构建三维工程对象、地下与地上关系匹配、地名、里程号、地铁线路表示、区域位置等等。
将三维勘察这种设计系统应用到现阶段地铁工程项目施工建设中，可以说是推动社会经济发展的必经之路。
参考文献：
[1]张红，三维岩土工程勘察信息系统的工程应用．2016.
[2]魏豪，岩土三维勘察设计系统在地铁工程中的应用．2016.
论文作者:苗海霞
论文发表刊物:《防护工程》2017年第32期
论文发表时间:2018/3/23
标签：地层论文; 地铁论文; 工程论文; 钻孔论文; 系统论文; 建模论文; 模型论文; 《防护工程》2017年第32期论文;