孙一平
（ 四川德阳 618000 ）
摘要：BIM（建筑信息模型）作为贯通工程建设全生命周期的技术工具，为提高建设效率，节约工程成本提供了一种有效的思路。现阶段对于滑坡工程地质勘查仍没有深度支持的BIM软件。基于这种情况，本文以Autodesk公司旗下的 Civil 3D 软件为平台，二次开发以克里金插值法为核心的三维地质建模模块。将人工所绘剖面的坐标点提取，作为已知点，并通过编程实现克里金插值法，来预测未知点的高程，双管齐下，提高建模精度。三维地质模型的建立，是对勘查现场测绘，测量以及勘探资料的总结，是BIM 在勘查中的应用最重要的一环，为之后切剖面以及勘查管理等功能的实现打好基础。
关键词：BIM技术；三维地质模型；模块开发；
1引言
工程地质勘查，作为工程建设的“先行军”，为施工设计、施工工艺和施工管理等工作地展开提供依据，为工程安全保驾护航。其工作是通过工程地质测绘、测量等方法得到地表地质信息，采用物探，钻探，坑探，进行原位测试等勘查方法，取得地下地质信息，从而获得完整的场地工程地质信息。在地质信息的描述上，传统方法将钻孔柱状图、剖面图和勘查报告作为主要表现形式，在长期工程实践中归纳了完整的规范条例。它的缺点在于信息查阅不便捷，专业化程度高，非专业人员很难看懂，不够形象直观。在这种情况下，采用BIM技术进行三维地质模型建模，把原先大量复杂琐碎的信息，整合到一起，通过一个三维地质模型展现出来，高效直观，有效弥补了传统方法的缺点。模型建立后可以从各个角度切剖面图，省去传统画剖面图的时间，提高了工作效率。同时，它还可以与各种软件交互，与 GIS结合，有着更多更广的用途。由此来看，应用 BIM 技术进行黄土滑坡三维地质建模，对工程勘查领域意义重大，是对勘查工作的一种革新。
2三维地质建模流程
2.1 地质数据导入
经过资料收集以及测量获得的地表地形信息，如坐标点或者等高线等，排除不符合实际情况的误差点，将剩下的有效地层点和等高线导入到软件中。再通过钻孔坐标高程信息建立钻孔点，得到各个地层的钻孔点坐标高程，导入到软件。如此操作初步的地质建模资料准备完毕。
2.2 建立地表面、地层界面和地质实体
（1）根据导入的地层地质信息建立地表模型，在地表模型平面图上标记出各个钻孔的具体位置。通过 Civil 3D软件中的路线功能，通过钻孔点拉出几条剖面线，之后对每条剖面线绘制对应的剖面图。
（2）在每个地质剖面图上依据钻孔资料，让勘查工程师依照工作经验，在剖面图上绘制连续的变坡点，最后将变坡点连成地层线，多条地层线就组成完整的地层坡面图。这一步与传统CAD 绘图绘制地质剖面图相似，而且需要专业的地质工程师来操作。目的是依靠工程地质工程师专业素养以及长期工作积累的对地层走势最大可能的判断，最大程度的让地层线与实际地层界面走势保持一致，增加之后建立三维地质剖面图的准确度。这一步的效果相当于在实际钻孔之间又增加了许多虚拟钻孔点，为提高之后空间插值的精度。
（3）将每个地层剖面图上同一地层地层线上的点的坐标高程导出。之后根据导出坐标x，y 值的最大最小值确定插值点的坐标范围，在该范围内确定网格化插值点坐标，最后对每一个确定的插值点运用插值算法进行计算，得到插值点的高程值。
（4）把步骤（2）、（3）中得到的地层点和通过插值算法得到插值点的坐标和高程进行汇总，形成该地层界面完整的地质点坐标高程信息，然后利用 Civil 3D 软件创建曲面功能，创建各个地层界面。
（5）对相邻地层界面之间使用 Civil 3D 软件中“从曲面中提取实体”功能得到各个地层的地质实体。若地层实体之间有交集，需对交集部分剪切操作。最终得到该黄土滑坡完整的三维地质模型。
3. 开发内容
3.1 纵断面图增加变坡点功能
该功能实际上使用 Civil 3D 软件中的纵断面来替代工程勘查中的剖面图，二者原理一致，只是名称不同。增加纵断面上的变坡点，相当于增加剖面图上的钻孔点。变坡点的增加一方面是绘制已知钻孔点另一方面是工程专业人员根据经验人为添加。
导入钻孔数据是将 excel 文件表格导入到程序中。常用的方法有：1.将 excel 文件转换成 Datatable 后与 OLE DB 的数据库连接，获取表格所有单元数据后导入到 C#程序中。这种方法缺点在于不能进行单元格的精细操作，当数据过多时会占用大量电脑内存。2.调用 Microsoft.Office.Interop.Excel.dll，这个方法必须有 OFFICE EXCEL 环境，电脑需安装 excel 软件。3.调用 Aspose.Cells.dll 插件，需在其官网下载后，编写程序时引用该文件。无需 OFFICE EXCEL 环境，可以对 excel 表格整体进行操作，也可以单个单元格进行操作，方便灵活。本文最终选择第一个方法，因为本文设计了标准的数据格式，不需要进行单个单元格的操作。
3.2 纵断面图变坡点坐标高程导出功能
纵断面图上的每一个变坡点都在地层界面模型上有唯一对应的坐标点。所以将变坡点对应的坐标高程导出成Excel文件，可为确定待插值的范围以及分布作为依据。插值点生成功能主要是确定插值点范围，以及插值点间距，生成插值点坐标作为续克里金插值功能中的高程为支点。
3.3 克里金插值功能
本文采用MATLAB与C#语言混合编程，借助MATLAB软件强大的计算能力，先在 MATLAB 软件中编写好函数算法，将函数打包成dll 文件，之后再 C#程序中引用，实现插值功能。至此，插值函数编写完成。之后需将插值函数打包成后缀为.dll 的文件。打包流程如下：在 MATLAB 主界面的“APP”选项卡中选择 Library Compiler,。因为需要在.NET接口中使用在左边选择框中选择“.NET Assembly”,往下拉滚动条在页面最下面 Additional runtime settings 中选择Microsoft Framewok框架这需要跟CAD版本对应的框架一致。最后点击右上角Settings 按钮等待打包完成。
选择已知点坐标高程txt文本文档导入程序，然后点击“开始插值”按钮开始进行克里金插值运算。网格数量越多插值点越多需要运算的时间越多。运算结束后自动打开插值完成后绘制的地层界面，并将插值点的坐标高程值写入txt文件中。可以看出程序在已知少数已知点的基础上，插值估计后绘制了较为精确的插值曲面。点击“打开结果”自动打开保存值点坐标的txt 文件。插值点个数共有4900个，运算需要一分钟左右。插值点弥补了钻孔点不足的劣势，让地层界面更加平滑。
5. 结束语
本文以Autodesk公司旗下的 Civil 3D 软件为平台，二次开发以克里金插值法为核心的三维地质建模模块。将人工所绘剖面的坐标点提取，作为已知点，并通过编程实现克里金插值法，来预测未知点的高程，双管齐下，提高建模精度。三维地质模型的建立，是对勘查现场测绘，测量以及勘探资料的总结，是BIM 在勘查中的应用最重要的一环，为之后切剖面以及勘查管理等功能的实现打好基础。
参考文献
[1]杨璞. 建筑信息模型应用研究[D]. 合肥工业大学结构工程, 2013.
[2]马锦姝. 基于建筑信息模型的建筑结构智能化建造应用研究[D]. 哈尔滨工程大学,2015.
[3]林孝城. BIM在岩土工程勘察成果三维可视化中的应用[J]. 福建建筑, 2014(192): 111-113.
作者：孙一平，身份证号：510602196305121157。