CAD软件在工程地质三维建模中的应用

摘 要：CAD软件在近年来得到了越来越广泛的应用，而在工程地质三维建模中也有着重要作用。本文通过介绍工程地质三维建模和CAD在其中各个环节的应用，在多个角度分析CAD的作用和特点，拟通过本次研究可以促进CAD软件在工程地质三维建模中的使用和发展，使得地质工作的效率提高，结果也可以更加准确。

关键词：CAD软件；工程地质；三维建模

对于工程地质学来说，想要做好灾害过程分析及工程地质体的稳定评价是一个非常复杂的任务。这一过程无法通过实测得出结论。一般来说，在实际操作时，首先要对现场进行一个全面的考察，然后基于考察所得出的数据和参数，在进行综合分析的前提下进行建模。在建模之后，再对现场的场地进行详细勘查，用一系列方法获得地质演化进程，以期得到更深层的演化机理。最终，通过尽可能多的参数对工程地质的特征进行体现，在之前的基础上构建一个基于力学的数学模型，通过这个模型来完成预测分析。

一、工程地质三维建模概述

在科技的迅速发展中，建模模拟技术得到了大量应用。这不仅是科学进步的体现，也是很多建设工程的必然要求。随着技术的发展，三维建模已经可以应用到复杂地质体的演化问题的研究中。可以说，这对于人类社会的再次发展起到了不可估量的作用。熟悉工程地质的人都知道，在实际测算和建模时，由于很多参数的模拟分析过程过于复杂，因此由于工作量过大等原因都无法对真实的地质结构做出详尽描述。因此在这一过程中，相当多的数据会被简化。而简化后的数据则更加无法展示地质结构的变化，结构模型就很难把握。再加上假如很多工作人员将大多数时间和精力放在建模上，则会使得工作效率降低，无法按时按量完成工作。这些问题使得数值模拟技术的应用得不到有效发挥，对工程建设有着不利影响。

我们居住的地球地貌极其复杂也相当多样，可以说，各种不同的地质形体都有着不同程度的分布。基于这一点，尽管当前很多三维建模软件可以通过离散型数据的排列得出相对接近真实情况的地质模拟，但是不得不说，相对于自然界复杂多变的地貌形成过程，三维建模还是不可避免的有着自己的局限性。由于软件的分析过程属于定性判断的一种，再加上数据结构必然与真实情况存在差异，因此算法得出的结论就会出现差异性的叠加，导致与模拟软件的接口就很难形成。这样就会对三维数值分析产生相当大的结果影响。

针对这些问题，有些学者专家通过研究提出，可以将数值模拟技术同三维建模软件进行耦合，使这两者产生无缝连接，建模得到的信息和数据可以直接被数值模拟软件提取使用。可是想要将这两者整合，就要同时掌握两种数据的格式，这对计算机编程提出了过高的要求。因此，这一想法很难实现。

种种现状的限制使得软件行业处在一个极长的瓶颈期。不过，由于制造业的倒逼式发展，使得软件行业得到了进步。更多CAD软件开始逐渐崭露头角，在市场中占据一席之地。通过对这些软件的使用，可以实现软件和数值的互通。因此，在这个环境下，怎样通过数据信息和CAD软件，达到建模的便捷性和真实性，是未来发展的一个重要趋势。

通过CAD软件，可以将三位地质的概念模型与实际发生的地质演变情况相一一印证，通过三维建模使得地质空间的分布和联系可以被工作人员更直观、更清晰的感受到，实现“可算化”及“可视化”两化目标，为后续的数值模拟分析工作提供坚实基础。

二、创建三维结构面

三维建模的第一步就是要构造结构面。可以说，结构面是三维建模的基础。因此，创建三维建模的第一步也就是掌握实际施工地点的地质结构面。而在创建地质结构面中，GID软件较实用。一是这一软件有很强的面生成能力，二是它也是可以进行建模和计算分析处理兼容的系统。

软件的内置菜单可以用得出的离散数据生成曲面，并且可以与CAD等相关后续软件达到无缝连接。因此，结构面的建立多用GID软件。

（一）基于工程边坡地形创建三维面

进行工程地质的三维建模时，地形图是最通用的图形。所以，进行地形的三维面的创建时，就可以先使用等高线地形图做出基础图，再将基础图的数据参数信息等导入GID软件，通过软件强大的面生成能力形成测算地形的NURBS曲面。

（二）基于工程边坡地层创建三维面

地层面与地形面有着明显的区别。由于在勘测地层面时，无法达到勘测需要的野外工作量，因此地层面的控制点都被限制住了。如果依然通过勘测点来进行对地层面的三维建模生成，那么形成的模型可能无法真实的展示出实际状况。因此，在对地层面进行建模时，不仅仅是要使用原方法，还要进行地质分析的测算，再辅以人工的数据进行干预，追加多个控制点。这样才能使得实际情况和三维面相符。一般来说，在边坡中，需要通过多个钻孔与电法剖面来明确边坡的地质构造。通过对现场情况的了解，设置一个离散数据点分布图。再利用这些数据和GID软件合并生成地層面的三维建模图。

（三）基于工程边坡地质创建三维模型

由于地质体的特殊性，在受到多个构造面同时作用时会分为不同的单元体。则对于大多数的CAD软件来说，一般可以通过面切割简单体来达到组合复杂体的目的。因此可以基于这种思维方式，将区域内立方体进行依次切割来实现现有结构面的产生。由于GID软件运算效果不是很好，因此可以更改为其他CAD软件，如CATIA。

通过不同软件结合形成三维建模，不仅可以将模拟数值分析的软件和建模软件进行有机结合，还可以达到很精确的展示边坡地质构造的目的，也可以为工程地质的发展和研究做好基础性工作。另外，通过大规模切割做出的模型，理论上可以获得无上限的地质剖面，提升了工作效率，对地质工作也进行了大大的简化。

三、结语

CAD软件在工程地质学中已经得到了越来越多的应用，这与它本身的特质是分不开的。通过CAD软件，不仅可以进行地质构造的准确描述，还可以实现数值分析的目的，使得工程建设不仅可视，还可以计算，为后续发展奠定了坚实基础。

参考文献：

[1] 徐文杰，胡瑞林，李厚恩等.CAD软件在工程地质三维建模中的应用[J].工程地质学报，2007.

[2] 杨钦，白润才.CAD二次开发在三维地质建模中的应用[J].微计算机信息，2010.

[3] 于翠芳，于春战.三维CAD建模技术在工程图学中的应用[J].煤炭技术，2012.

作者简介：刘嘉唯（1995-），女，汉族，河北泊头人，学生，本科，研究方向：计算机科学与技术。