基于理正軟件的三維地質(zhì)模型建立

李永勇

（山西省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司山西太原030024）

0 引言

BIM 建筑信息模型（Building Information Modeling）成為設(shè)計(jì)行業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)，已逐步成為各大設(shè)計(jì)院的共識(shí)。為了適應(yīng)BIM 模型的發(fā)展，高效建立三維地質(zhì)模型的成為了勘察軟件的探索方向。目前，可用于三維地質(zhì)模型建立的軟件主要有AutoCAD Civil 3D 軟件，中國電建北京勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司的工程地質(zhì)軟件系統(tǒng)，理正勘察三維地質(zhì)軟件等。本文主要應(yīng)用理正勘察9.0PB4 版及理正勘察三維地質(zhì)軟件，對(duì)水庫壩址區(qū)進(jìn)行三維地質(zhì)模型建立，

并實(shí)現(xiàn)與AutoCAD Civil 3D 交互。

1 建模過程

理正勘察三維地質(zhì)軟件建模過程主要有以下步驟：1）收集水庫壩址區(qū)勘探點(diǎn)及地形數(shù)據(jù)；2）對(duì)壩址區(qū)地形圖提取高程點(diǎn)，形成pnt 格式地形數(shù)據(jù)；3）利用理正勘察9.0PB4（工勘版）對(duì)鉆孔進(jìn)行錄入；4）在理正勘察三維地質(zhì)軟件生成剖面；5）設(shè)定建模規(guī)則，生成模型；6）輸出dxf 格式模形，并在AutoCAD Civil 3D 軟件中建模。操作總流程圖見圖1。

圖1 操作流程圖

2 建模實(shí)例

壩址位于一支溝，壩軸線距溝口約290 m。沖溝走向?yàn)镹80～85°W，無常流水。壩軸線走向N22°W，壩址區(qū)溝谷多為“U”型谷，溝谷寬約90 m，壩址處因溝內(nèi)修建淤積壩造地，地形呈臺(tái)階段。兩岸山梁高程相對(duì)高差60～120 m，屬典型梁峁?fàn)铧S土地貌。

壩址區(qū)發(fā)育地層巖性主要為古生界奧陶系中統(tǒng)峰峰組（O2f）、石炭系中統(tǒng)本溪組（C2b）、石炭系上統(tǒng)太原組（C3t）和新生界第四系松散堆積物。

2.1 原始地形數(shù)據(jù)的提取

利用AutoCAD Civil 3D 軟件，從工程測(cè)量提供的為比例尺1：1 000 平面圖，提取高程點(diǎn)數(shù)據(jù)形成外部高程點(diǎn)數(shù)據(jù)文件。對(duì)文件進(jìn)行整理，只保留坐標(biāo)數(shù)據(jù)。形成pnt 格式地形數(shù)據(jù)。

理正勘察三維地質(zhì)軟件導(dǎo)入地形數(shù)據(jù)文件類型支持pnt 和dxf 兩種類型的格式。將pnt 格式地形數(shù)據(jù)導(dǎo)入理正勘察三維地質(zhì)軟件，結(jié)果見圖2。

圖2 理正地形曲面

2.2 鉆孔數(shù)據(jù)錄入

利用理正勘察9.0PB4 版軟件錄入鉆孔資料，形成在理正勘察數(shù)據(jù)庫（mdb 格式）。從“工程地質(zhì)勘察庫”中把擬建三維地質(zhì)模型的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維軟件中，為三維地質(zhì)建模提供原始數(shù)據(jù)。圖形區(qū)域以三維方式顯示當(dāng)前工程的所有鉆孔，如圖3。如勘探點(diǎn)數(shù)量不足，造成剖面無法連層，可布置推定鉆孔，是指在工程原有鉆孔的基礎(chǔ)上，根據(jù)推測(cè)指定虛擬鉆孔，以符合自動(dòng)連層規(guī)則生成剖面圖。

圖3 三維鉆孔圖

2.3 生成剖面

理正勘察三維地質(zhì)軟件可根據(jù)工程地質(zhì)實(shí)際情況進(jìn)行生成剖面圖時(shí)連層原則的設(shè)置，也可人工干預(yù)三角形剖面組的設(shè)置。軟件按照自動(dòng)連層規(guī)則和人工干預(yù)三角形剖面組的設(shè)置來自動(dòng)生成剖面，生成剖面后如圖4。

圖4 三維剖面圖

2.4 生成模型

根據(jù)工程的鉆孔及剖面數(shù)據(jù)，建立三維地質(zhì)模型。生成模型時(shí)可選擇是否疊加地形。生成模形見圖5?？啥喾较虿榭茨Ｐ危砑訋r性花紋，透明顯示等操作，對(duì)壩址區(qū)地質(zhì)模型有更直觀的了解。

圖5 模型疊加地形

生成的模型可轉(zhuǎn)為dxf 格式文件，實(shí)現(xiàn)AutoCAD Civil 3D 軟件讀取，見圖6。

圖6 AutoCAD Civil 3D 模型

2.5 任意剖面剖切

生成地質(zhì)三維模型后，可以對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行豎向、平向、斜向等任意方向的靈活剖切，直觀查看地質(zhì)體內(nèi)部構(gòu)造，并可通過剝層查看各地層的相互關(guān)系。此處取壩軸線方向剖切，得到結(jié)果如圖7。

圖7 壩軸線剖切圖

3 結(jié)果分析

利用理正勘察9.0PB4 版及理正勘察三維地質(zhì)軟件的三維建模過程，相較于AutoCAD Civil 3D 軟件更加高效快捷，基于工程地質(zhì)勘察數(shù)據(jù)庫，三維地質(zhì)模型的建立也更容易發(fā)現(xiàn)勘察過程中的不足，鉆孔修改及補(bǔ)充數(shù)據(jù)等內(nèi)容能及時(shí)在三維模型中體現(xiàn)。同時(shí)提高地質(zhì)資料的易理解性，結(jié)合BIM 模型相關(guān)軟件，實(shí)際了工程設(shè)計(jì)可視化效果，便于設(shè)計(jì)人員更好地應(yīng)用。

4 結(jié)論

通過對(duì)壩址區(qū)的三維地質(zhì)建模過程，結(jié)合理正勘察9.0PB4 版的勘察數(shù)據(jù)錄入，理正勘察三維地質(zhì)軟件的建模過程更加快捷。理正勘察三維地質(zhì)軟件在勘察中的優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

1）實(shí)現(xiàn)了與理正工程地質(zhì)勘察軟件數(shù)據(jù)庫的無縫聯(lián)接，建模過程無需再次輸入鉆孔數(shù)據(jù)，三維地質(zhì)模型的生成過程，可以自動(dòng)生成，操作界面直觀，步驟簡(jiǎn)單，勘察成果報(bào)告和工程三維地質(zhì)模型可同步進(jìn)行，顯著提升勘察數(shù)據(jù)的可視化效果。

2）直觀地展示工程區(qū)的工程地質(zhì)條件，查看地質(zhì)體與工程建筑物的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)勘察中的不足，便于設(shè)計(jì)人員的理解。

3）可以在三維地質(zhì)模型的任意位置布置勘探剖線，查看地質(zhì)模型的任意剖面，并可直接生成符合工程勘察要求的地質(zhì)剖面圖，同時(shí)可導(dǎo)入勘察或CAD 軟件中進(jìn)行顯示、編輯和輸出。

4）生成的三維地質(zhì)模型可輸出到其他三維分析軟件中，供巖土工程設(shè)計(jì)與巖土工程計(jì)算等專業(yè)采用。