工程地质BIM模型创建的4种方法

一、Civil 3D地质建模方法

Civil 3D为土木工程BIM 软件，其主要用于道路、管线设计，Civil 3D无岩土专业模块，借助Civil 3D中的路线设计功能，将二维地质界面转化为空间三维曲线，作为生成地质界面的特征线。Autodesk geotechnical module，是一家叫做Keynetix的英国公司开发的模块，在Civil 3D上运作，从工地钻探数据输入起，应用于钻探孔、土层等之数据管理，到3D展示及图说制作。通过此方法，能有效的综合利用钻孔信息与人工经验、地质调绘及物探剖面等多种信息。地质模型的建立主要分为以下几个步骤：

1、整理地勘数据资料，将数据整理成地质模块建模所需类型；

地勘原始数据

2、整理各钻孔位置的三维坐标表

3、整理各钻孔的空间方位角数据表

4、整理各钻孔下的岩层分类及各岩层厚度数据表

5、通过地质模块插件Autodesk geotechnical module，分组导入整理好的各个勘探控制点数据信息表，生成各地质层地质曲面。

二、CATIA地质建模方法

CATIA软件具有强大的曲面建模功能，模型边界光滑，并且支持交互式工程图，

可承担多专业、多层次（巧部、网络、License）协同设计。在构建三维地质模型时主要用到CATIA的如下四个模块：

构建BIM应用的三维地质模型需要地形图、钻孔数据、地质构造、地理信息等数据，最终将所有数据呈现到模型上。

（1）获取地形图

SketchUP是建筑行业中常用的3D建模软件，该软件功能强大，可以快速、精准地生成三维地形图。根据测绘资料，在SketchUP的3D模型库中添加并抓取遥感影像图，根据实际精度需要生成三维地形图。

（2）生成地形剖面图

抓取三维地形后，根据实际精度需要对三维地形图进行处理，生成地形剖面图，并将生成的地形数据导入AutoCAD中。

（3）转换三维地形数据

对三维地形图进行修正整理，删除冗余地形数据。整理完成后，通过接口程序转换数据类型成CATIA的ASCii接口格式。

（4）生成三维地质模型

把转换后的三维地形数据导入CATIA中，通过Mesh Creation功能创建三维地质网格（mesh）图形。创建后的模型会有一定的数据缺失，需要对其进行补全，这样就使得地形图连贯成最终想要的结果。

三、理正勘察三维地质建模

理正勘察三维地质软件结合三维地学研究理念和技术的最新进展，集三维地质模型创建、模型仿真展现、工程地质问题三维分析应用为一体的软件系统。根据钻孔、地质平面图、纵断面图、剖面图等多源数据创建生成包含多种地质要素(如地表地形、断层、褶皱岩层、溶洞等)的复杂三维工程地质模型。并可实现任意剖切；基坑、基桩、隧道、路堑刷坡等工程活动的模拟开挖；土方量估算等工作。可与Civil 3D系列软件进行数据互通。

（一）自动连层建模法

一般应用于简单场地地质模型的建立，已知信息主要是钻孔和剖面图，由于地层关系简单，所以可由软件自动快速建立模型。建模步骤：

1、导入钻孔数据；

2、导入剖面图数据；

3、设置建模参数，可一键生成地质三维模型。

（二）复杂层面手工建模法

主要应用于复杂场地建模，由于地层连层情况复杂，无法通过软件算法完成快速建模，必需综合考虑各种勘测信息，再由人工判断和修改，形成地层面（包括上表面，下表面，断层面，褶皱面，风化面等等），最后再形成三维地质体。在这种建模方法中，已知信息主要包括DEM数据、等高线数据、工点平面图、纵断面图和钻孔数据，要求体现岩层的分布特点，建模过程中能灵活的编辑修改。建模步骤：

1、导入DEM数据（TIFF格式）生成地表模型

2、导入钻孔数据

3、导入工点平面图并进行处理

4、导入纵断面图并进行处理

5、生成层面

6、编辑层面

7、生成三维实体模型

四、应用数值分析软件建立地质模型的方法

（一）sufer

sufer是一款强大的三维图形绘制软件，广泛使用于地质领域，具有的强大插值功能和绘制图件能力。Civil 3D可以通过“导出DEM”的方式，将三维地质模型的曲面文件，通过导出的DEM数据完整描绘，使用较大的密度进行描绘，还原度很高。

通过软件的三维表面生成功能，将三维地质模型的地形和地层界面展现。

通过sufer的均分功能，可以将每个曲面的数据文件再导出为均布的高程点，这种数据能够让对DEM原文件支持较为困难的数值分析软件有效利用，可以建立起有效的曲面模型，如ANSYS等。

（二）COMSOL

COMSOL Multiphysics是多物理场耦合和仿真的重要软件，在多场耦合方面具有显著优势。可以通过“导入DEM”方式将上文提到的DEM文件导入，在“全局空间”创建“elev”函数，在下面的集合定义中使用，也可使用sufer进行重均分的数据文件建立参数化面。

（三）MIDAS

MIDAS是面向工程建设行业土木结构等领域，提供专业数值分析的软件。可以通过 Civil 3D中曲面提取等高线对象等方式，将模型数据进行高度利用。本文实例部分利用 MIDAS展现了模型交互的功能。

（四）FLAC3D

FLAC3D是目前岩土领域最为权威的仿真计算软件之一，提供专业的有限差数值分析功能。模型可以通过上文提到的MIDAS或者ANSYS等软件进行处理，再导入FLAC3D之中进行科学计算。

五、地质BIM模型的应用

1、三维地层的可视化；

2、地层等相关属性的可视化查询；

3、任意点地层柱状的提取；

4、任意地质剖切面、平切面生成；

图 隧道穿越模型

5、任意的地质开挖和剖切；

6、任意地质体体积算量，指导基础设计和土方开挖作业；

7、地质滑坡提前预判。

六、软件下载

公众号中回复：地质，免费领取文中Civil 3D地质BIM建模插件

材料预算价