筆者經(jīng)過對(duì)幾種BIM軟件的比較，Bentley平臺(tái)下的Aglosgeo軟件基本符合鐵路地質(zhì)三維建模的特點(diǎn)。但是在實(shí)際建模的過程中，經(jīng)常會(huì)遇到生成時(shí)間過長(zhǎng)、或者生成的地質(zhì)體有錯(cuò)誤并且很難修正等情況，其原因正是缺少標(biāo)準(zhǔn)化的操作流程和建模標(biāo)準(zhǔn)所致。

隨著鐵路BIM技術(shù)在整個(gè)鐵路行業(yè)的持續(xù)推廣，對(duì)地質(zhì)三維建模技術(shù)方法進(jìn)行研究將具有重要意義。以下對(duì)鐵路地質(zhì)三維建模方法進(jìn)行總結(jié)，探討鐵路地質(zhì)三維建模思路，詳述Bentley平臺(tái)下的地質(zhì)建模方法。

地質(zhì)體的生成

生成地質(zhì)體所需要的原始資料包括: 鉆孔原始數(shù)據(jù)、地質(zhì)縱斷面、平面、地形和線位。

數(shù)據(jù)端操作

• 在工程區(qū)地層信息界面下，錄入地層時(shí)代和巖性信息

工程區(qū)地層信息界面

• 在鉆孔布置、鉆孔概況界面下，錄入所有鉆孔的編號(hào)、孔口坐標(biāo)和孔深等信息
• 在地層巖性界面下，錄入鉆孔時(shí)代、巖性的分層信息和每一層的厚度信息

圖形端操作

地形數(shù)據(jù)錄入  將地形數(shù)據(jù)錄入工點(diǎn)文件后，可得到線串。

原始?jí)K體的生成  由于鐵路三維地質(zhì)建模工點(diǎn)以里程劃分，故原始?jí)K體的長(zhǎng)度以線位里程為準(zhǔn)，寬度定為左右各距離線路左線250m( 共500m寬) 。

• 利用修剪工具將線位裁剪到工點(diǎn)里程范圍
• 利用平行移動(dòng)工具，勾選復(fù)制，左右平移各250 m，得到左右邊界線
• 利用放置智能線工具使其成為閉合形狀
• 利用創(chuàng)建復(fù)雜多邊形工具得到底面
• 利用網(wǎng)格工具將多邊形網(wǎng)格化
• 利用加厚網(wǎng)格形成體積工具，得到長(zhǎng)度由里程控制、寬度為500 m 的原始?jí)K體。此外，由拉伸創(chuàng)建實(shí)體工具也可以得到原始體，但拉伸時(shí)需要注意坐標(biāo)系，否則拉伸出的實(shí)體可能不垂直于水平面

巖性分界面的生成  巖性分界面表現(xiàn)的是不同地層間的接觸狀態(tài)，將原始?jí)K體按巖性分界面進(jìn)行切割便實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)體的分層。巖性分界面的生成質(zhì)量決定了地質(zhì)體模型的質(zhì)量。

• 將左線線串指定為剖面，利用剖面編輯工具( 應(yīng)先打開地形面圖層，否則剖面編輯界面不會(huì)顯示地表線) 將縱斷面移動(dòng)到對(duì)應(yīng)的里程
• 將地表以下所有巖性分界線和斷層線等復(fù)制進(jìn)剖面中，利用創(chuàng)建復(fù)雜鏈工具將同一層分界線連接起來(lái)( 地層分界線應(yīng)該略長(zhǎng)于里程范圍) ，最后利用剖面線屬性工具逐一對(duì)其賦予屬性( 屬性即為數(shù)據(jù)端工程區(qū)環(huán)境輸入的地層時(shí)代) ，完成后點(diǎn)擊右上角綠色對(duì)勾，屬性信息便會(huì)錄入到數(shù)據(jù)端
• 如果遇到強(qiáng)弱風(fēng)化界線，應(yīng)優(yōu)先做分界面，然后進(jìn)行切割。其具體步驟為: 首先用工程區(qū)邊界工具畫出工程區(qū)邊界( 略大于地質(zhì)體的范圍) ; 利用創(chuàng)建地質(zhì)邊界工具選擇分界面的巖性，點(diǎn)選簡(jiǎn)化grid; 在參考面信息欄點(diǎn)選網(wǎng)格面; 在數(shù)據(jù)來(lái)源欄點(diǎn)選剖面。如果里程范圍較大，可采取分段生成的方法。為使兩個(gè)小分界面可以在接頭處重合，應(yīng)在接頭處加一個(gè)垂直于線路的控制剖面。工程區(qū)邊界是分界面的邊界，所以在生成第二個(gè)小分界面時(shí)需要重新框選工程區(qū)邊界，并覆蓋原來(lái)的工程區(qū)邊界
• 如果遇到傾角較大的巖層，應(yīng)先將平面中的分界線復(fù)制進(jìn)文件，利用創(chuàng)建跡線工具將其壓印到三維地質(zhì)體表面上，然后利用抽稀工具，得到抽稀后的跡線。結(jié)合地質(zhì)資料或平面圖里的巖層產(chǎn)狀信息，用抽稀后的跡線和圖層剖面線生成地面線以下的分界面;利用拉伸創(chuàng)建曲面工具生成地形面以上的部分; 利用工具元素網(wǎng)格工具和縫合網(wǎng)格工具來(lái)最終生成巖層的分界面
• 如果遇到夾層，范圍較大的夾層可直接利用工具拉伸創(chuàng)建曲面，再將圖層剖面線拉伸形成分界面; 范圍較小的夾層可以采用透鏡體工具生成
• 如果遇到覆蓋層，根據(jù)具體情況有兩種做法。第一種: 利用平面圖上的分界線創(chuàng)建跡線，再繪制工程區(qū)邊界( 略大于跡線的范圍) ; 利用創(chuàng)建地質(zhì)邊界工具，在基本信息中點(diǎn)選巖性，選擇分界面的巖性，點(diǎn)選簡(jiǎn)化grid; 在參考面信息欄點(diǎn)選網(wǎng)格面; 在數(shù)據(jù)來(lái)源欄點(diǎn)選剖面和跡線。第二種: 利用平面圖上的分界線創(chuàng)建跡線并抽稀;分別將抽稀后的跡線向外側(cè)平行移動(dòng)( 點(diǎn)選復(fù)制) ，之后再垂直向上移動(dòng)，最后用地質(zhì)界面工具(ctrl) 點(diǎn)選跡線，由復(fù)制到外側(cè)的跡線以及圖層剖面線生成覆蓋層分界面

切割地質(zhì)體

• 一般采用網(wǎng)格提取

網(wǎng)格提取

• 選取目標(biāo)地質(zhì)體進(jìn)行布爾操作。剪切如果成功，查看被剪切的兩部分是否都有體積; 如果剪切后不成體，優(yōu)先做法是撤銷，然后檢查體與面是否有問題; 其次是將沒有體積的網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為智能實(shí)體，如果再次失敗，可通過網(wǎng)格檢查工具進(jìn)行檢查
• 當(dāng)網(wǎng)格體無(wú)法用曲面剪切時(shí)，需使用元素網(wǎng)格工具將曲面轉(zhuǎn)化為網(wǎng)格面
• 剪切時(shí)，應(yīng)按照由易到難的順序
• 剪切錯(cuò)誤時(shí)，也可以將地質(zhì)體切小后再進(jìn)行剪切; 剪切地形面出錯(cuò)時(shí)，可將地形面先切成多個(gè)小塊( 每塊應(yīng)比待剪地質(zhì)體大) 后再剪切，可以提高提取速度
• 剪切過程中應(yīng)該注意備份過程文件或過程體文件，防止文件損壞或誤操作
• 若剪切后沒有體積，可以先將其轉(zhuǎn)化為智能實(shí)體后再轉(zhuǎn)為網(wǎng)格體( 可確保成體)
• 如果面的范圍與體一致時(shí)容易發(fā)生錯(cuò)誤。因此，面的范圍應(yīng)該略大于體
• 每一次切割可能會(huì)產(chǎn)生一些錯(cuò)誤，如排空或者重疊小平面，但其仍舊會(huì)被識(shí)別為有體積。當(dāng)對(duì)某一塊體進(jìn)行多次切割后，由于錯(cuò)誤的積累，最后會(huì)生成無(wú)法改正的網(wǎng)格或者體積為0的智能實(shí)體。因此，遇到需要多次切割的情況時(shí)，要調(diào)整切割順序，避免過多次數(shù)的切割
• 工程區(qū)邊界、剖面和跡線生成后會(huì)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，如需刪除，可點(diǎn)選刪除數(shù)據(jù)工具，并且點(diǎn)選“是”

地質(zhì)工點(diǎn)中接頭的處理

由于二維設(shè)計(jì)的缺陷，有時(shí)兩個(gè)工點(diǎn)的地質(zhì)體并不能完美連接，需要進(jìn)行連接處理。

生成原始?jí)K體

• 利用拉伸創(chuàng)建曲面工具做一個(gè)較大的底面
• 將曲面元素網(wǎng)格化
• 放置智能線，將底面框選成合適的尺寸
• 利用網(wǎng)格投影工具，點(diǎn)選修剪、正交，將底面網(wǎng)格裁剪成合適的尺寸
• 利用加厚網(wǎng)格得到原始的網(wǎng)格體

生成巖性分界面

• 提取出兩邊巖層的輪廓，將兩邊的網(wǎng)格體復(fù)制進(jìn)新建圖層，用刪除小平面工具刪除網(wǎng)格體上( 接頭除外) 的所有面
• 用網(wǎng)格審核進(jìn)行檢查，點(diǎn)選排空，得到兩側(cè)巖層輪廓
• 如果要將巖層做成尖滅，可直接利用輪廓線拉伸曲面，得到分界面
• 如果兩個(gè)工點(diǎn)之間需要連通，可利用曲線的網(wǎng)格工具或者邊界曲線的曲面工具，點(diǎn)選兩側(cè)輪廓線，得到分界面; 再利用兩側(cè)輪廓線拉伸曲面工具，將分界面做得比體稍大

地質(zhì)屬性賦值方法

首先新建屬性類庫(kù)，類庫(kù)下建立新ItemType，在此可以建立“巖層”、“土層”等屬性表。在屬性表下，利用New Property Definition為項(xiàng)目添加屬性表信息，如IFD編碼、地質(zhì)時(shí)代、地質(zhì)成因、地層巖性、基本承載力等。

通過ItemType的附加項(xiàng)( Attach Item) 調(diào)出窗口，將信息輸入到空白欄中，并選擇要附加屬性的三維模型。

實(shí)例介紹

以某高鐵隧道地質(zhì)工點(diǎn)為例，介紹BENTLEY平臺(tái)的圖形端地質(zhì)三維建模技術(shù)。

隧道地質(zhì)工點(diǎn)模型

根據(jù)線位里程制作一個(gè)底面( 黃) ，以此拉伸出原始?jí)K體，并與地形面做一次切割。

塊體底面

原始?jí)K體

根據(jù)不同地層環(huán)境生成不同性質(zhì)的巖性分界面。在生成分界面之前，應(yīng)預(yù)測(cè)真實(shí)環(huán)境下地層的分布形態(tài)，然后選擇合適的分界面類型。

強(qiáng)弱風(fēng)化界面

傾角較大巖層分界面

隨著切割次數(shù)的累加，被分割塊體的錯(cuò)誤也在不斷累加，故在進(jìn)行切割操作時(shí)應(yīng)注意切割順序，最常見的方法是將原始?jí)K體分為兩大部分分別進(jìn)行切割，而不是將原始?jí)K體從一端順序切割到另一端。

斷層分界面

覆蓋層分界面

地質(zhì)體模型成品可以很直觀地表現(xiàn)出巖層在三維空間下的分布狀態(tài)，經(jīng)過屬性賦值后，可以方便地查詢巖層的參數(shù)。

地質(zhì)體模型成品

本期詳細(xì)歸納了三維地質(zhì)建模在bentley平臺(tái)下的工作流程、建模方法、附加屬性方法及需要注意的事項(xiàng)等，提供了一套較為完整的三維地質(zhì)建模的工作流程，形成了一套在bently平臺(tái)下的三維地質(zhì)建模標(biāo)準(zhǔn)，為下一步全專業(yè)更大規(guī)模BIM應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。