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摘要：三维地质建模技术依托三维地质建模软件在水利水电工程中取得了较好的应用效果，解决了各类原始资料的整理和归纳，各种资料的快速查询和统计，各类地质对象的快速建模，三维地质模型的快速分析，二维图件批量出图，三维图件编绘，地质模型与建筑物模型结合CAE分析，地质专业与设计专业协同等问题，大大减少了二维设计中出现的错误，提高了工作效率，为整个工程的三维设计工作打下了坚实基础。
关键词：水利水电工程；地质；三维建模
前言
水利水电工程经常面临复杂的地层及构造，涉及到的地质信息日趋增多且更加复杂化、多元化，二维静态表达方式对地质资料分析缺乏直观性，难以真实反映出地质情况。由此，采用三维地质建模，借助信息化技术及数字化技术，大大提高了数据收集、处理效果，实现地层界面、断层等的可视化分析，下面将详细介绍具体应用流程及方法。
1三维地质建模基本流程
1.1准备数据
对原始数据进行筛选，并对筛选出的数据建模。用于建模的数据除了地形数据、物探数据、勘探数据以外，还包括试验数据。分别对这些数据整理归纳，录入到数据库中，将不同地质点的数据，最后导入软件中作为原始数据，全面检查及复核，保证数据真实、完整。
1.2建模流程
首先，将整理好的各类基础地质资料录入到地质数据库内，然后再将数据导入地形面，这样一来，可以将地质资料转换为空间点及线数据。绘制特征，依据不同地质对象特点，在这之前要先绘制控制剖面，加密建模数据，将得到各类地质对象的控制线模型，随后就可以初步将大面模型拟合出来。然后形成三维地质模型，通过合并、剪切等基础操作，实体与面的分割操作后，将得到最终的三维地质体模型。地质平面图是一个二维坐标，有X、Y、Z三个值，这三个值均是通过地形DEM内插方式得到，然后将二维坐标再转换为三维坐标，即得到（X，Y，Z）。使用TIN模型构筑数据网络，这里主要指钻探数据，这是形成三维模拟基本形态的重要步骤。由钻孔数据、探槽数据共同组成了地下三维地质体构网，必须先进行钻孔数据分层处理，主要得到含矿层、覆盖层等地质信息，然后才能进行三维地质体构网，完成这项工作以后，才能进行TIN构网，得到各深度DEM数据。
2工程地质对象建模
2.1地表面模型及河流水面模型
2.1.1地表面模型
模型的建立同时考虑水上地形数据和水下地形数据，一次性整体建模。河流水面模型应使用河流两侧及河流中的测绘点云数据进行建模，并通过与地表面模型的剪切操作得到河流水面模型。
2.1.2地形面
需根据地质勘探点及物探测量点高程对地形面进行校核及更新，以保证地形面的精度。
2.2覆盖层建模
在建模过程中，应考虑覆盖层堆积成因，根据底界面形态和已有数据选择合适的建模方法。滑坡体的建模应关注滑坡的滑动面和滑坡中部堆积体厚度的变化情况；冲积层的建模可以考虑河流的特点，采用横截面剖面分段控制建模的方法来进行建模。
2.3地层及构造建模
地层及构造建模主要考虑产状来建模，在分界点上给出反映该处对象变化情况的倾向线或小范围面，综合各个分界点的特征线或特征面拟合建模，既可保证面模型通过现有分界点，又可反映地层和构造的整体变化特点。
2.4剖面线建模
风化面、卸荷面、水位面、透水率界限面等地质对象的建模相较于地层及构造的建模，缺少了产状信息，且形态特征更加不规则，需要更多的数据来控制形态的变化。将现有的各类离散点，通过剖面的方式来连接各类散点，一方面可以增加数据量，另一方面可以给定拟合的方向，提高拟合成目标面的效率。剖面线建模以现有的勘探点位为控制节点，形成三角化的剖面线网格控制研究区的建模，而对于缺少数据的部位可增加适量的辅助剖面来进行数据加密。
2.5特殊对象建模
特殊对象考虑透镜体及溶洞，这类对象的建模方式不同于其他地质对象。在建模过程中，重点构建地质对象的轴线和特征截面线，通过放样的方式来建模。
3建模成果
3.1基础图件
通过对数据库数据直接调用，可得到各类基础图件，如钻孔柱状图、赤平投影图、节理玫瑰图等。
3.2数据查询及统计
在建模的过程中直接从数据库调用数据，在需要进行数据查询时，可搜索各类相关信息并直接查看。同时，数据库提供了数据统计的功能，可以根据不同的设置条件来统计各类数据。
3.3模型分析
主要针对已建的三维地质模型进行分析，模型分析可以进行单截面分析、多截面分析、剖面分析、虚拟钻孔、虚拟平洞等操作。在空间上、多角度反映地质对象的变化情况，为地质对象的空间分析提供了基础。
3.4成果图件编绘
三维地质图在表达上更加形象，更具立体感，但是由于缺少三维地质图的相关出图标准，现阶段的图件编绘以二维图件和三维图件共存，可以直接从三维模型中抽取得到二维图件；三维图件在强调展示效果的同时注重信息的展示，既可达到美观的效果，又可表达信息，为三维图件的标准化提供了参考。
3.5CAE分析
随着各种数值计算分析软件的不断发展，三维数值模拟分析在工程中得到了大量的应用，二维设计成果需要通过成果转换得到三维模型。三维设计可以直接提供三维地质模型，经过适当的简化就可以应用于数值模拟计算。
3.6协同设计
设计专业使用的软件与地质三维建模软件不同，通过对地质模型进行转换可得到直接导入设计软件的地质模型，包括Inventor软件和Civil3D软件。导入Inventor软件的地质模型为实体模型，带有地质相关信息，包括地质对象的岩性、风化、建议开挖坡比及相关的岩土力学参数。导入Civil3D软件的地质模型为面模型，带有面的相关属性，如地层分界面、风化程度、水位面等信息。
4工程实力探究
4.1工程概况
某水电站位于高山峡谷区域，地势陡峭。坝址区域内主要分布了花岗岩、变质粉砂岩、板岩夹砂岩等。坝区内单斜地层分布变质岩，有着发育良好的断层。
4.2三维地质建模
此次工程进行三维地质建模，使用到的三维地质系统软件是GeoBIM，控制性剖面绘制了40条。得到全部剖面空间线条，因为增加了辅助剖面，曲面拟合对同一属性的空间线条，才剪切得到多种地质对象的面模型，剪切时按照各曲面间相互关系进行。此次建模完成的面模型包括断面层60个、地下水面、弱风化上带分界面、微风化面等。然后围合建模范围的侧面及地面，可以最终得到工程枢纽区三维地质模型。
4.3三维地质建模成果应用
可以得到三维地质剖面模型，其中各种建筑轴线剖面模型占一定比重，将这些三维模型全部导入到设计软件中，即Inventor，对地质模型开挖设计，最终得到设计模型图。
结束语
本文对三维地质建模技术在实际水电工程中的应用进行了介绍，表现了依靠三维建模技术，可以帮助快速、高效建立起工程区域地形剖面，得到三维地质剖面模型，并使用专业软件处理，最终得到设计模型图，更为快速、准确地获取到更为直观的工程区域建筑、地质条件等，为工程施工提供全面、准确的数据支持。
参考文献：
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