水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模研究

【摘要】工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模是一項(xiàng)新型的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我們國家的水利水電行業(yè)也引入了這項(xiàng)技術(shù)，但是目前我們國家這項(xiàng)技術(shù)在水利水電行業(yè)中的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，仍然需要長久的研究。文章主要講述了工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模的概念、意義，如何創(chuàng)建模型以及對(duì)模型的準(zhǔn)確性作出分析。

【關(guān)鍵詞】水利水電；工程地質(zhì)；三維統(tǒng)一建模；研究意義；創(chuàng)建模型；準(zhǔn)確性分析

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我們國家的水利水電行業(yè)發(fā)展的也越來越快，開展了許多的戰(zhàn)略措施，例如南水北調(diào)等等。水利水電行業(yè)的工作地點(diǎn)大多處于高山峽谷這樣的地區(qū)，地勢(shì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給在這些地區(qū)工作的水利水電行業(yè)的工作者帶來了不小的困難。但是隨著我們國家對(duì)水利水電行業(yè)的要求越來越高以及我國計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展，工程地質(zhì)三維建模逐漸的被人們關(guān)注，并把這一項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用在水利水電行業(yè)中，使之解決目前在水利水電行業(yè)中的難題。

1、工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模的概念

工程地質(zhì)學(xué)是一門研究跟工程建設(shè)息息相關(guān)的地質(zhì)問題而創(chuàng)建的學(xué)科。我們?nèi)祟愃械纳钌a(chǎn)活動(dòng)都是在大地上進(jìn)行的，與土地是不能分開的，那么研究地質(zhì)問題就顯得至關(guān)重要了，我們的工程建筑與地質(zhì)環(huán)境是相互作用又相互制約的，兩者是一個(gè)整體，我們?cè)谘芯康臅r(shí)候應(yīng)當(dāng)把他們作為一個(gè)系統(tǒng)的整體去考慮。所以，工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模就是在已經(jīng)構(gòu)建好的地質(zhì)模型和工程建筑模型的基礎(chǔ)上，再通過我們已有的計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件進(jìn)行三維圖形操作，在工程建設(shè)區(qū)域內(nèi)將建造好的工程建筑模型與地質(zhì)環(huán)境模型進(jìn)行一個(gè)整合，使之成為一個(gè)三維統(tǒng)一模型，用來提供工程建設(shè)過程中所需要的各種信息。

2、水利水電工程地質(zhì)建模研究的發(fā)展與現(xiàn)狀

在國內(nèi)，我國把計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到地質(zhì)開發(fā)當(dāng)中，但是由于收到計(jì)算機(jī)硬件的干擾，我們大多利用的是二維軟件對(duì)水利水電的應(yīng)用，三維地質(zhì)建模的分析研究還在探索當(dāng)中，不過我們國家已經(jīng)有一些學(xué)者對(duì)地質(zhì)三維建模做出了巨大的貢獻(xiàn)，例如：中國科學(xué)院張菊明、陳昌彥等人應(yīng)用擬和函數(shù)法開發(fā)研制了邊坡工程地質(zhì)信息的三維可視化系統(tǒng)，并應(yīng)用于長江三峽永久船閘邊坡工程的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)的模擬和三維再現(xiàn)工作中。

3、研究意義

工程地質(zhì)是工程建設(shè)的基本載體，我們對(duì)工程地質(zhì)的分析主要從兩個(gè)方面入手：一是在工程建設(shè)中的建筑物的結(jié)構(gòu)和規(guī)模的設(shè)計(jì)；二是對(duì)即將要建設(shè)的建筑物所處環(huán)境的地質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，要知道在建筑物所處的環(huán)境中哪些是有利因素，哪些是不利的，對(duì)情況有一個(gè)客觀的了解。然后根據(jù)了解到的信息再去研究地質(zhì)環(huán)境和工程建筑物兩者之間的相互作用關(guān)系，給出一個(gè)客觀合理的結(jié)論，對(duì)工程建筑物的設(shè)計(jì)和施工提供一個(gè)合理的參考。所以說，建構(gòu)水利水電三維信息模型的主要目的是將地質(zhì)環(huán)境與工程建筑有一個(gè)較好的結(jié)合，以地質(zhì)為基礎(chǔ)，通過信息分析為水利水電建筑的設(shè)計(jì)、施工等等各方面提出一個(gè)合理的地質(zhì)分析參考。在水利水電工程中進(jìn)行工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模，可以使得在水利水電工程的每個(gè)階段都有信息模型的支持，還可以實(shí)現(xiàn)更多方面的需求，例如：1、可以輔助地質(zhì)工作人員進(jìn)行鉆孔，幫助工作人員進(jìn)行勘探工作，這樣不僅可以提高工作人員工作的效率和進(jìn)度，還能為地質(zhì)工程師提供有效的信息，幫助工程師分析所獲得的信息與所研究的地址區(qū)域之間的關(guān)系。2、可以隨時(shí)對(duì)三維模型進(jìn)行處理，當(dāng)有設(shè)計(jì)人員有其他的想法的時(shí)候就可以對(duì)三維模型進(jìn)行修改，非常的方便，可以讓設(shè)計(jì)師從繁冗復(fù)雜的手工制圖中解放出來。3、三維設(shè)計(jì)里面有施工模擬，可以輔助實(shí)際施工，幫助工作人員進(jìn)行施工上的決策，有助于縮短施工的時(shí)間，并且減少施工時(shí)事故的發(fā)生。

因?yàn)樗娦袠I(yè)里面不同專業(yè)的人才之間的工作都是分開的，有著非常明確的工作職能，所以他們之間的工作信息是不相通的，當(dāng)有新的地址資料或者施工方案更改時(shí)，各個(gè)專業(yè)都要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力去返回到工作中去，并且如果一個(gè)階段的工作出現(xiàn)問題，就會(huì)很嚴(yán)重的影響到其他階段的工作，而且由于不同專業(yè)之間的信息不能協(xié)調(diào)，就會(huì)使得工程設(shè)計(jì)的水平和效率降低，從而影響施工建設(shè)的順利進(jìn)行。

所以，建立完善，正確，精準(zhǔn)的水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一模型和分析系統(tǒng)是至關(guān)重要的，能夠快捷、方便的為水利水電工程中的勘探、設(shè)計(jì)和施工等各個(gè)階段提供有效的地質(zhì)信息，從而更好地進(jìn)行各方面的地質(zhì)信息的分析和評(píng)測(cè)，降低各個(gè)階段的風(fēng)險(xiǎn)，并且為勘探、設(shè)計(jì)和施工等帶來準(zhǔn)確有效的地質(zhì)分析參考。

4、水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一模型的建立

4.1建立地層的幾何模型。在三維地質(zhì)模型中，地層結(jié)構(gòu)體屬于模型中最基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)部分，但同時(shí)又是最主要部分，地層結(jié)構(gòu)主要負(fù)責(zé)用來規(guī)劃范圍，是各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的作用對(duì)象。所以需要結(jié)合各個(gè)巖層的單元實(shí)體，形成相應(yīng)的三維地層幾何模型。

4.2建立地質(zhì)集合模型。地質(zhì)體結(jié)構(gòu)空間具有不連續(xù)性，不均勻性等，內(nèi)部的空間結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的。我們以第1步建立好的三維地層幾何模型為對(duì)象，利用建立的地質(zhì)構(gòu)造單元實(shí)體集合，將地質(zhì)構(gòu)造單元實(shí)體集合與巖層單位實(shí)體集合進(jìn)行體與體之間的布爾差運(yùn)算，并將地質(zhì)構(gòu)造單元體集合與被破壞的地層結(jié)構(gòu)體按相應(yīng)的位置關(guān)系正確的組合起來，所以這樣就建立了由各種地質(zhì)結(jié)構(gòu)體建立的能真實(shí)客觀的反應(yīng)工程區(qū)域的三維結(jié)構(gòu)模型。（下轉(zhuǎn)第頁）

4.3建造統(tǒng)一的工程地質(zhì)模型。我們以三維地質(zhì)幾何模型為對(duì)象，再利用工程建筑物模型對(duì)三維地質(zhì)模型進(jìn)行操作運(yùn)算，經(jīng)過一系列的圖形運(yùn)算，最后建立一個(gè)統(tǒng)一的工程地質(zhì)模型。我們建成的三維模型能夠真實(shí)的反應(yīng)地質(zhì)信息和水利水電工程建筑物的未來建設(shè)情況，為水利水電工程的設(shè)計(jì)和施工提供有效的幫助。

4.4最終的三維統(tǒng)一模型。我們建成的模型已經(jīng)可以使用了，可以給我們提供真實(shí)有效的信息，但是還不夠美觀，為了能夠表達(dá)出模型中不同結(jié)構(gòu)間的物理特征和視覺上的差別，我們可以利用渲染技術(shù)，對(duì)不同的結(jié)構(gòu)進(jìn)行顏色和紋理上的渲染。我們可以利用軟件自帶的渲染工具，結(jié)合實(shí)際生活中巖石的真實(shí)文理和顏色進(jìn)行渲染。

5、模型的可靠性分析

建立一個(gè)精確的模型是所有研究人員和使用人員的共識(shí)，模型的精度是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)是能否投入使用的關(guān)鍵，所以對(duì)模型的準(zhǔn)確度進(jìn)行檢查就是建立模型的最重要的一個(gè)過程，模型的精確度檢查貫穿于模型構(gòu)建的整個(gè)過程，從始至終，都應(yīng)對(duì)模型進(jìn)行一個(gè)準(zhǔn)確度的分析。我們主要從三個(gè)方面進(jìn)行檢查：1、模型的幾何形檢查。要檢查模型中地質(zhì)對(duì)象在幾何結(jié)構(gòu)中是否正確，我們主要檢查的是線和面的連續(xù)性以及體的封閉性，假如我們發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)誤，應(yīng)當(dāng)及時(shí)改正或者重新構(gòu)造。2、地質(zhì)結(jié)構(gòu)合理性的檢查。這個(gè)方面就是檢查我們所創(chuàng)建的模型在面和線的整體發(fā)展趨勢(shì)上是否合理，我們可以集合我們可以使用已經(jīng)繪制出來的地質(zhì)平面圖進(jìn)行檢查，從我們所畫出的三維立體模型中可以利用軟件中的工具生成二維剖面圖，再利用剖面CAD圖紙進(jìn)行縱方向上的斷面檢查，在檢查過程中如果發(fā)現(xiàn)有不合理的地方要及時(shí)改正。3、原有數(shù)據(jù)的檢查。我們的三維模型是根據(jù)已經(jīng)測(cè)量出來的具體數(shù)據(jù)畫出來的，我們?cè)谧詈螽嬐甑臅r(shí)候應(yīng)當(dāng)檢查我們所畫的模型里面所包含的數(shù)據(jù)是否與我們最初使用的數(shù)據(jù)保持一致，只有保證一致，我們才能把我們做出來的模型成為信息化模型，如果有不相同的地方應(yīng)當(dāng)對(duì)我們的模型進(jìn)行修改。

結(jié)束語

水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模目前在我國的研究尚處于探索階段，與國外有著不小的差距，但是這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于水利水電行業(yè)有著至關(guān)重要的作用，我們應(yīng)當(dāng)把這項(xiàng)技術(shù)完善成為一個(gè)系統(tǒng)的整體，并最終應(yīng)用于水利水電行業(yè)中，為該行業(yè)的發(fā)展起到幫助和促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉杰.水利水電工程地質(zhì)三維統(tǒng)一建模方法研究.中國科學(xué).2017（03）：41

[2]李明超.大型水利水電工程信息三維建模與分析研究.天津大學(xué).2016（05）：54

[3]鄭松午.水利水電工程三維地質(zhì)建模技術(shù)研究.中南大學(xué).2014（06）：12