GOCAD與CATIA結合的三維地質建模方法探討

2014-11-09 王帆陜西省水利電力勘測設計研究

　　以構建引漢濟渭工程三河口水庫壩址區三維地質模型過程為例，通過GOCAD 建立地質對象曲面模型，CATIA完成三維地質模型的最終實現，GOCAD 與CATIA 相結合的方法充分運用了各軟件的優勢。

　　前言

　　三維設計工作在航空、制造等大量機械工業已經有較為廣泛的應用并已經比較成熟，如今水利水電工程也普遍應用。如何快速地推進水利工程三維模型建立，形成三維協同設計，是提高設計技術工作效率，推進水利水電工程建設現代化、數字化必然趨勢。中國三維地質建模研究雖然相對較晚，但隨著地質領域及計算機技術的發展，量化研究及三維可視化研究漸漸成為發展的趨勢。本文以筆者參與構建的引漢濟渭工程三河口水庫壩址區三維地質建模為例，現就建模方法與過程進行總結。

1、三維地質建模

　　1.1、GOCAD 與CATIA 概述

　　目前，市場上用于三維地質建模的軟件有很多，其中發展較為成熟且應用廣泛的有法國Nancy 大學研發的GOCAD ( Geological Object ComputerAided Design) ，加拿大阿波羅科技集團公司推出的三維建模與分析軟件Micr，斯倫貝謝公司開發的三維可視化建模軟件Petrel，法國達索公司開發的CATIA( Computer Aided Tri - Dimensional Interface Application) 。

　　GOCAD 以其強大的建模功能在國內外占有很大市場。近年來，中國很多專家學者將GOCAD 應用于石油、地質災害等領域取得了良好效果。CATIA 三維協同設計軟件逐漸成為水電工程三維協同設計的軟件平臺，為二維設計向三維設計的轉變和開展多專業間的協同設計提供了豐富的功能和解決方案。CATIA 軟件具有強大的曲面功能，支持多個專業之間協同、專業內部的協同，支持網絡和License 層次的協同，是一個很好的三維協同設計平臺。

　　1.2、三維地質建模理論基礎簡述

　　三維地質模型本質是三維空間數據模型，三維地質模型的基本依據是地質認識，反映的是地質體特征或地質現象規律; 在三維地質模擬中，連續的地質現象是通過采樣以離散形式在數據模型中表示;數據模型只是地質認識適應于計算機的表達，相同的地質認識可以存在不同的數據模型。李清泉等把它們歸納為基于柵格的數據模型、基于矢量的三維空間模型和混合結構的三維模型。在三維地質模擬軟件中應用較多的面模型實質上是一種矢量結構數據模型。水利水電工程三維地質建模以NURBS結構( non - uniform rational B - spline. 非均勻有理B樣條) 為主、結合TIN 模型( triangulated irregularnetwork，不規則三角網) 和BRep 結構( boundary representation，邊界) ，以這3 種面表示的混合數據結構來建模。

　　三維地質基本模型的建立是從現場的地質采集數據出發，通過對原始數據的地質解釋，進行若干空間幾何關系分析得到能夠描述構造和地層的基本特征的模型。其建立過程是根據工程設計階段一步步從初期廣義的模型逐步細化到后期精確而實用模型的過程。初期對工程就有一個直觀和指導的意義，為分析復雜地質條件下水利水電工程勘測、設計與施工中的地質問題提供了理論基礎和技術手段，這也是三維地質建模最為重要的目的。

　　1.3、水利水電工程地質對象分類

　　由于水利水電工程地質體主要以大量極其不規則結構形態組成，將實際建模過程中可能遇到的地質對象幾何形態特征和屬性特征進行分析，相似特征對象歸類，形成相應的層次結構關系，有利于三維地質模型層次清晰地構建。圖1是水利水電工程不同地質對象分類結構圖。