GOCAD与CATIA结合的三维地质建模方法探讨

2014-11-09 王帆陕西省水利电力勘测设计研究

　　以构建引汉济渭工程三河口水库坝址区三维地质模型过程为例，通过GOCAD 建立地质对象曲面模型，CATIA完成三维地质模型的最终实现，GOCAD 与CATIA 相结合的方法充分运用了各软件的优势。

　　前言

　　三维设计工作在航空、制造等大量机械工业已经有较为广泛的应用并已经比较成熟，如今水利水电工程也普遍应用。如何快速地推进水利工程三维模型建立，形成三维协同设计，是提高设计技术工作效率，推进水利水电工程建设现代化、数字化必然趋势。中国三维地质建模研究虽然相对较晚，但随着地质领域及计算机技术的发展，量化研究及三维可视化研究渐渐成为发展的趋势。本文以笔者参与构建的引汉济渭工程三河口水库坝址区三维地质建模为例，现就建模方法与过程进行总结。

1、三维地质建模

　　1.1、GOCAD 与CATIA 概述

　　目前，市场上用于三维地质建模的软件有很多，其中发展较为成熟且应用广泛的有法国Nancy 大学研发的GOCAD ( Geological Object ComputerAided Design) ，加拿大阿波罗科技集团公司推出的三维建模与分析软件Micr，斯伦贝谢公司开发的三维可视化建模软件Petrel，法国达索公司开发的CATIA( Computer Aided Tri - Dimensional Interface Application) 。

　　GOCAD 以其强大的建模功能在国内外占有很大市场。近年来，中国很多专家学者将GOCAD 应用于石油、地质灾害等领域取得了良好效果。CATIA 三维协同设计软件逐渐成为水电工程三维协同设计的软件平台，为二维设计向三维设计的转变和开展多专业间的协同设计提供了丰富的功能和解决方案。CATIA 软件具有强大的曲面功能，支持多个专业之间协同、专业内部的协同，支持网络和License 层次的协同，是一个很好的三维协同设计平台。

　　1.2、三维地质建模理论基础简述

　　三维地质模型本质是三维空间数据模型，三维地质模型的基本依据是地质认识，反映的是地质体特征或地质现象规律; 在三维地质模拟中，连续的地质现象是通过采样以离散形式在数据模型中表示;数据模型只是地质认识适应于计算机的表达，相同的地质认识可以存在不同的数据模型。李清泉等把它们归纳为基于栅格的数据模型、基于矢量的三维空间模型和混合结构的三维模型。在三维地质模拟软件中应用较多的面模型实质上是一种矢量结构数据模型。水利水电工程三维地质建模以NURBS结构( non - uniform rational B - spline. 非均匀有理B样条) 为主、结合TIN 模型( triangulated irregularnetwork，不规则三角网) 和BRep 结构( boundary representation，边界) ，以这3 种面表示的混合数据结构来建模。

　　三维地质基本模型的建立是从现场的地质采集数据出发，通过对原始数据的地质解释，进行若干空间几何关系分析得到能够描述构造和地层的基本特征的模型。其建立过程是根据工程设计阶段一步步从初期广义的模型逐步细化到后期精确而实用模型的过程。初期对工程就有一个直观和指导的意义，为分析复杂地质条件下水利水电工程勘测、设计与施工中的地质问题提供了理论基础和技术手段，这也是三维地质建模最为重要的目的。

　　1.3、水利水电工程地质对象分类

　　由于水利水电工程地质体主要以大量极其不规则结构形态组成，将实际建模过程中可能遇到的地质对象几何形态特征和属性特征进行分析，相似特征对象归类，形成相应的层次结构关系，有利于三维地质模型层次清晰地构建。图1是水利水电工程不同地质对象分类结构图。