GOCAD與 CATIA在三維地質(zhì)建模生產(chǎn)中的應(yīng)用分析

蔣 銳

(陜西省水利電力勘測設(shè)計研究院 勘察分院，陜西 咸陽712000)

在傳統(tǒng)的工程地質(zhì)成果中，地質(zhì)資料主要以平、剖面等二維方式靜態(tài)的表示，難以使人直接、完整的了解和理解地下三維地質(zhì)情況，而相比之下利用地質(zhì)資料建立的三維地質(zhì)模型則更加直觀、靈活、接受性強(qiáng)。目前國內(nèi)很多水利水電勘察單位已經(jīng)逐步開展了三維地質(zhì)建模工作，各單位建立三維地質(zhì)模型主要采用的是GOCAD以及CATIA兩種軟件。本為從一線普通勘察工作人員的角度，對上述兩種軟件在三維地質(zhì)建模實(shí)際生產(chǎn)中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了初步探討，并在此基礎(chǔ)上提出了自己的看法。

1 GOCAD與CATIA軟件

1.1 GOCAD 軟件

GOCAD是英文Geological Object Computer Aided Design的簡寫，顧名思義，它是專門針對地質(zhì)體，旨在幫助進(jìn)行于地質(zhì)體相關(guān)的工程設(shè)計而開發(fā)的一款軟件系統(tǒng)。

在80年代，人們已經(jīng)意識到當(dāng)時所具備的一些傳統(tǒng)幾何模擬技術(shù)無法滿足對復(fù)雜地質(zhì)體建模的需要，這些技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)對逆斷層、倒轉(zhuǎn)褶皺和某些特殊地質(zhì)形態(tài)的模擬，地質(zhì)體三維計算機(jī)模擬需要從底層技術(shù)上得以突破，在此背景下法國Nancy大學(xué)Jean-Laurent Mallet教授提出的一種新技術(shù)、即離散光滑平順技術(shù)(DSⅠ)，為復(fù)雜地質(zhì)體模擬提供了技術(shù)基礎(chǔ)。DSⅠ技術(shù)為GoCAD的開發(fā)提供了引擎，進(jìn)過多年的的開發(fā)，該軟件具有強(qiáng)大的三維建模、可視化、地質(zhì)解譯和分析的功能。軟件既可以進(jìn)行表面建模，以可以進(jìn)行實(shí)體建模;既可以設(shè)計空間幾何對象，也可以表現(xiàn)空間屬性分布。目前在地質(zhì)工程、地球物理勘探、礦業(yè)開發(fā)、水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用。

GOCAD軟件具有如下功能:①具有自由曲面構(gòu)建功能，如直接利用測量得到的地形數(shù)據(jù)點(diǎn)準(zhǔn)確的生成三維地形，利用地質(zhì)平面測繪及鉆孔數(shù)據(jù)生成地質(zhì)分界面(巖性分界面、斷層面等);②三維建模和網(wǎng)格剖分功能，簡單快捷的建立復(fù)雜地質(zhì)體的三維網(wǎng)絡(luò)模型，剖分出形狀理想的六面體網(wǎng)格，為工程數(shù)值分析提供較好的網(wǎng)格前處理;③提供了較為齊全的數(shù)據(jù)接口，可以和多種軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。

1.2 CATIA軟件

CATIA是法國達(dá)索公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。以其強(qiáng)大的曲面設(shè)計功能而在飛機(jī)、汽車、輪船等設(shè)計領(lǐng)域享有很高的聲譽(yù)。它可以幫助制造廠商設(shè)計他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計、分析、模擬、組裝到維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程。

該軟件過去主要應(yīng)用于機(jī)械等設(shè)計領(lǐng)域、目前在地質(zhì)建模方面主要依托二次開發(fā)的插件，依托這些插件可實(shí)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)、鉆孔、二維剖面等地質(zhì)資料的導(dǎo)入，并在此基礎(chǔ)上建立地形面、風(fēng)化面、地層分界面，最終利用地形面及地層分界面建立地質(zhì)體。

2 三維地質(zhì)建模的分類

根據(jù)地質(zhì)建模的任務(wù)及建模采用的資料來源，三維地質(zhì)建?？煞譃楸粍咏：椭鲃咏深?。

2.1 被動建模

利用已經(jīng)完善好的地質(zhì)信息，將二維地質(zhì)數(shù)據(jù)在建模軟件中轉(zhuǎn)換為三維可視化狀態(tài)提供給下游專業(yè)使用，對建模者地質(zhì)專業(yè)能力要求較低，主要過程包括地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入及地形面的建立、地質(zhì)二維研究成果導(dǎo)入(包括地質(zhì)平面圖和剖面圖)、已確定地質(zhì)分界面的建立、地質(zhì)體創(chuàng)建 。

2.2 主動建模

直接將原始的地質(zhì)信息導(dǎo)入建模軟件，在建模軟件中實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息的推測補(bǔ)充，要求建模者具備較為深厚的地質(zhì)專業(yè)能力，主要過程包括地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入及地形面的建立、地質(zhì)二維研究成果導(dǎo)入、鉆孔數(shù)據(jù)導(dǎo)入、覆蓋層和風(fēng)化層的建立、已確定地質(zhì)分界面的建立、地質(zhì)分界面的推斷與調(diào)整、構(gòu)造的建立與調(diào)整、地質(zhì)體創(chuàng)建。

3 GOCAD及CATIA在三維建模生產(chǎn)中的應(yīng)用

3.1 GOCAD

GOCAD軟件是專門針對地質(zhì)建模而開發(fā)的，地質(zhì)內(nèi)容貼近實(shí)際生產(chǎn)需要，具有較良好地地質(zhì)建?；A(chǔ)，能快速、較為精確的完成三維地質(zhì)建模工作。在具體的建模生產(chǎn)過程中，具有如下的優(yōu)點(diǎn):①資料導(dǎo)入便捷，主、被動建模時可快速導(dǎo)入地形圖、地質(zhì)界線、剖面圖等CAD文件，并直接生成對應(yīng)的三維地形面、三維地質(zhì)界線及三維剖面;②具有獨(dú)立的鉆孔位置數(shù)據(jù)及鉆孔地層數(shù)據(jù)，在主動建模生產(chǎn)中鉆孔及平硐導(dǎo)入后直觀易懂，同時可根據(jù)后期勘探資料對鉆孔地層在軟件中進(jìn)行高程、產(chǎn)狀變更等二次編輯;③主動建模生產(chǎn)中可根據(jù)勘探揭示建立約束對地質(zhì)體進(jìn)行操作、調(diào)整，勘探數(shù)據(jù)較少時可根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)任意虛擬勘探點(diǎn)進(jìn)行約束，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)體捏橡皮泥式操作;④主動建模生產(chǎn)中當(dāng)三維模型建立后，可快速形成任意指定位置的二維地質(zhì)剖面，形成多條相交剖面時空間地質(zhì)資料完全統(tǒng)一，較傳統(tǒng)二維地質(zhì)剖面更加精確;⑤單一軟件可獨(dú)立完成建模工作，不需要插件及其他外部服務(wù)，有利于實(shí)現(xiàn)完全自主生產(chǎn);⑥軟件規(guī)模較小，安裝后大小僅為600M左右，軟件運(yùn)行對電腦性能要求相對較低，不需要特別為三維建模生產(chǎn)添置高配置電腦。

GOCAD在目前的建模生產(chǎn)中尚存在一些缺點(diǎn)，如①軟件界面為全英文，存儲目錄、文件名等均不能出現(xiàn)中文字符，并且中文資料較少，大部分資料均為英文，需要一些英語基礎(chǔ)才能夠較好的熟悉掌握軟件;②軟件中對曲面的部分操作無法可逆，若操作錯誤不能返回，若保存不及時只能重做;③軟件只適合地質(zhì)建模，下游水工、機(jī)電等專業(yè)不能使用該軟件，建模成果不能直接提供給下游專業(yè)，需要相應(yīng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工作才能供下游專業(yè)使用。

3.2 CATIA

CATIA目前依托其強(qiáng)大的空間三維設(shè)計能力，依托地質(zhì)插件進(jìn)行三維地質(zhì)建模，能生成符合要求的三維地質(zhì)體模型。在具體的建模生產(chǎn)過程中，具有如下的優(yōu)點(diǎn):①平臺界面大部分為中文，相關(guān)資料均為中文，不需要較多的培訓(xùn)和英語知識即可利于快速上手;②被動建模時地質(zhì)界線、地質(zhì)剖面直接由CAD文件導(dǎo)入，過程較為簡便;③軟件智能化程度高，連接斷線、檢查地形面錯誤、修補(bǔ)地形面空洞等操作可由軟件自動實(shí)現(xiàn)，杜絕了人為遺漏;④參數(shù)化能力較強(qiáng)，可精準(zhǔn)設(shè)定多種參數(shù)，同時各部件設(shè)定參數(shù)后參數(shù)若改變相關(guān)部件自動改變;⑤軟件記憶功能強(qiáng)大，操作大部分均可逆，出現(xiàn)錯誤可以及時返回到正確的步驟;⑥地質(zhì)、水工及機(jī)電等專業(yè)均可應(yīng)用CATIA軟件建模，地質(zhì)建模成果可直接交付下游專業(yè)，不需要額外的轉(zhuǎn)換，同時具有較好的協(xié)同能力，有利于與下游專業(yè)協(xié)同工作。

CATIA在被動建模生產(chǎn)中有較好的適應(yīng)性，但尚存在一些缺點(diǎn):①軟件不是專門為地質(zhì)建模設(shè)計，地質(zhì)建模主要依據(jù)二次開發(fā)的插件，現(xiàn)階段插件功能相對有限，普通勘察生產(chǎn)人員不具備插件維護(hù)及開發(fā)工作，建模插件的拓展不能夠自主，技術(shù)上容易依賴外界公司;②受限于軟件基礎(chǔ)，地質(zhì)分界面不具備離散光滑平順特征，在主動建模生產(chǎn)中建立不確定的地質(zhì)體時，不能較好的建立復(fù)雜地質(zhì)體模型;③鉆孔資料的導(dǎo)入受插件限制，導(dǎo)入后鉆孔資料全部由點(diǎn)構(gòu)成，可視化較差且鉆孔地層資料如產(chǎn)狀等屬性不能在軟件中顯示與修改;④軟件安裝后大小接近5G，運(yùn)行時對電腦配置要求較高，可能需要為三維建模單獨(dú)配置電腦。

4 結(jié)語

綜上所述，GOCAD軟件在主、被動建模時各種資料如平面、剖面、鉆孔資料的導(dǎo)入操作均較為方便，同時在主動建模生產(chǎn)中具備可隨意調(diào)整、增加地質(zhì)內(nèi)容，可伴隨勘察的深入優(yōu)化、調(diào)整地質(zhì)體，快速任意切割剖面等優(yōu)點(diǎn)，具有很大的實(shí)用性，較為貼合實(shí)際生產(chǎn)對三維建模工作的需求;CATIA軟件利用已經(jīng)完善好的地質(zhì)信息進(jìn)行被動建?？蓾M足生產(chǎn)需要，但在主動建模生產(chǎn)方面還存在如插件功能較少、鉆孔資料可視性差，不確定地質(zhì)體調(diào)整較為困難等缺點(diǎn)。因此筆者認(rèn)為GOCAD及CATIA在三維地質(zhì)建模方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，被動建模方面 GOCAD與 CATIA相差不大，而主動建模方面GOCAD要優(yōu)于CATIA。至于何種軟件更適合三維地質(zhì)建模生產(chǎn)，尚需要結(jié)合更多的實(shí)際情況進(jìn)行探討、研究。

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