浙江华东建设工程有限公司 浙江杭州 310014
摘要：随着社会的发展，最近10年数字可视化技术得到空前的发展，地质工作也在不断的更新迭代，地质三维数字化技术随其应运而生。本文论述了地质三维建模技术在地质领域的实现，并通过具体应用实例分析了地下空间的地质情况。结果表明，三维数字化建模技术在地质成果表达中具有全方位的表现能力，可以直观的表达出地下复杂的地质构造、岩性界面、风化、不良地质、地下水等分布特征，为后续设计人员科学决策提供重要的基础数据，对工程建设具有指导意义。
关键词：地质三维；三维建模技术；实体模型；应用
引言
目前国内外地质三维建模软件种类较多，国外的主要有GOCAD、CATIA、Genmcom等，国内的主要有VisualGeo、Geoview、GeoEuest等，本文将重点介绍华东院基于MicroStation平台自主研发的一款GeoStation地质三维勘察设计系统。通过对工程区数据库的数据录入管理、地质剖面的解译、空间分析、地质面的拟合、地质体的生成以及地质数据的统计，模型可直观的反应地质体的构造形态和构造关系、岩性之间的接触关系以及风化程度情况。最终形成可视化的立体效果三维地质模型，三维模型可分为地质面模型和地质体模型。地质面模型只形成地质界面表面，以颜色和地质属性进行区分，可直观的表达地质体形状；地质体模型则是对地质模型进行空间属性填充后的块体模型，具有地质属性和块体体积。建立的地质三维实体模型能够实现任意角度平面剖切，从而获得用户需要的地质剖面。并且通过料场的设计开挖面和风化面，通过有用料与无用料界面对实体进行剪切，可迅速得到有用料和无用料的实体，通过有用料、无用料的实体模型可直接读取其有用料和无用料的储量。通过地质三维模型可直观的看出各地层的接触关系和在空间上的分布情况，相比平面图、剖面图更直观，信息更可靠，对后续的三维设计也提供了更直观、丰富的地质信息，对地质行业具有跨时代意义。
1、三维建模技术
GeoStation地质三维勘察设计系统主要分为数据管理系统（GeoDataManage数据库）和三维建模与空间分析系统两部分组成。
1.1、数据管理系统
在GeoStation三维平台上有独立的GeoDataManage地质数据库管理系统，在地质勘察过程中的钻孔、试验、物探、地质测绘等数据均可以分门别类的输入到地质数据库内。例如钻孔的钻孔编号、坐标、高程、方位角、倾角、岩性界线、风化、钻孔试验、节理统计、RQD统计等数据均可以详尽的输入到库内；试验的编号、试验名称、试验内容也可按试验规范要求一一录入，并设置了录入、校核、审查三级校、审流程，确保数据的正确性、完整性。这些数据均通过内部网存入后方数据库服务器内。
1.2、地质三维建模系统
勘探数据录入数据管理系统后，就可以通过地质三维建模系统展开相应的建模工作了。具体如下：
1.2.1、地质面建模
通过建模系统导入功能，导入勘察钻孔、平硐、地质点等地质信息后，就可以展开对断层、覆盖层、地层界面、风化面、地质水、相对隔水层等地质面进行建模工作。对于构造面的构建可用多种方法来实现，如：（1）单点法→对于只有单点信息的，根据单点产状直接生成；（2）迹线生成→对地表有多个揭露点可绘制地表迹线的，可根据地表迹线及综合产生生成构造面；（3）综合生成法→对于多个钻孔、探洞及地表多点均有揭露，可根据多点综合产生生成。对于地质面（岩性界面、风化面、卸荷面、地下水、相对隔水层等）可根据数据库导入的分层信息切剖面形成地质线框模型（定义1），为增加线框模型的精度，可在勘探剖面的基础上增加辅助剖面，增加地质线框模型的精度。然后根据地质线框模型拟合生成相对的地质面。
1.2.2、地质体建模
根据创建的地质面模型及已有的地形面，及相对应的约束关系，可拉伸对应的地质体，对地质体进行定义，完成地质体建模。生成的地质体可在三维空间窗口任意角度查看地质属性数据，在任意位置切割模型的剖面并读取模型内的地质内容形成地质剖面。基本流程见地质三维建模流程图1.2-1。
图1.2-1：地质三维建模流程图
2、应用过程及实例
2.1、可视化指导设计、施工
一个工程都有多个专业组成，地质作为一个工程的先行专业，探明工程的地质情况对后续设计专业至关重要。以往在二维图时代，图纸是根据地质测绘及勘探资料来绘制平面、剖面、剖切图等，在剖切过程中存在各个剖面的交点对交问题，在二维时代这个工作量非常大，而且容易出错，如出错对后续的设计就会产生误导。现在通过工程区的地质三维建模，很好的解决了此问题，只要确保模型的正确性，便可和各个专业的设计模型组装到一起，组装后可直观的知道每个工程部位的构造情况、风化情况、岩性情况等（图2.1-1），通过这些便可综合判断出某设计部位的地质围岩情况，如某段发育较大的断层影响带，便可指导设计绕开该位置或者对该位置进行加强支护处理等，在施工期通过地质三维模型可及时的发出预警，指导施工，可达到事前控制的效果，在工程二维图年代一直困扰各位大师们的问题，在地质三维模型内迎刃而解，可以说具跨时代意义。
图2.2-1：某石料场开挖实体
地质三维建模均是跟勘察同步进行，某阶段（预可勘察或可研勘察等勘察阶段）勘察结束，模型也基本定型，各地质界面均已建全，所以只要地质面模型的精度没有原则性差错，料场的储量将能迅速的求得。例如计算某工程石料场的储量，只需要地形面、设计开挖面、强风化（有用层和无用层的分界面）三个元素即可。首先将设计开挖面向上、地形面向下分别拉伸成体，用求交集工具（
）求得两个地质体的交集体即为料场的总体积，再用强风化面对交集地质体进行剪切分割即可，强风化面以下的地质体体积即为有用料的储量，以上为无用料的储量，再通过查询实体的体积从而确定料场各层的开挖储量。如图2.2-1~2.2-2，所示，上部红色的地质体为无用料层，下部绿色为有用料层。
由此可见，相对二维平行断面法计算储量来说，三维计算更为快捷、方便，即使设计方案有所变动，只要还在建模范围内，重新计算的工作量相对二维来说也就少多了，并且三维求出来的体积精度应该是更高、更为贴近实际的。
图2.2-2：某石料场开挖实体属性储量查询
3、结束语
通过地下空间地质三维实体建模关键技术的综合研究、建模技术过程的实现以及相关建模实例的分析，表明在地下空间领域地质三维实体建模已经具备完整的技术体系和广阔的应用前景。能够充分的利用地质模型、地质统计学、计算机科学等交叉学科，高效、准确的实现地层岩性、构造、风化及地下环境信息等，科学的提供成果转化和后续专业提供决策依据。
三维实体建模是信息技术高度发展的必然产物，开发能实现地下空间三维数据存储、管理、转化、分析和表达集成化，一体化的模型系统，实现地下空间三维地质体动态生成、实时显示、动画仿真，是地下空间三维实体建模技术应用的一个新的发展方向。
定义1：地质线框模型-将平面图、剖面图、平切图中的地质线条放置于三维空间的模型，这些地质线条既可以进行三维地质建模，也可以对三维地质模型进行分析。
参考文献
[1]NB/T 35099-2017 水电工程三维地质建模技术规[S]。
[2]王英豪；GeoStatio三维地质建模分析[J]；水力学与工程技术；2017年03期
论文作者:刘海平
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/8
标签：地质论文; 建模论文; 模型论文; 质体论文; 剖面论文; 实体论文; 储量论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;