冯 驰，谈德富，方 权

（1.重庆市地勘局107 地质队地质环境勘查院，重庆 401120；2.重庆一零七市政建设工程有限公司，重庆 401120）

在地质勘查工作中，需建立健全完善的地质体三维可视化以及分析系统，通过对地质体信息进行三维仿真分析，可详细展现出地质勘查成果，为地质信息分析提供便利。随着计算机技术、硬件的快速发展，在地质体三维建模以及可视化分析过程中，可联合应用三维仿真技术、计算机图形学、数字地质以及计算机软件等创建三维地质模型，为地质构造以及矿产资源分布形式分析提供参考。因此，亟需对地质灾害勘查中三维建模技术的应用方式进行深入研究[1]。

1 三维地质建模技术概述

三维地质模型是由信息分析、数据分析作为基础的学科类型，通过创建地质结构模型，将各项信息以及解释结果进行有效结合。在地质勘查中，通过应用三维地质建模技术，能够对各项勘查作业产生辅助作用，可为地质结构分析提供参考。在地质勘查中，利用勘查技术获得大量勘查数据，在据此创建地质结构三维模型，便于勘查人员全面了解勘查区域地质实际情况，有利于对各项数据信息进行搜集和整理分析。与以往的地质勘查工作模式相比，通过将三维建模技术应用于地质勘查工作中，能够有效提高勘查效率，同时降低地质勘查所需成本。

2 BlM+GlS技术在地质灾害勘查中的应用

2.1 GIS 技术的应用要点

（1）数据采集与储存。在地质工程勘查中，数据采集和存储为十分重要的环节，在数据存储中，一般只需对基本的原始数据进行采集和存储，对于派生数据无需存储，能够有效减少数据冗余度。在地质灾害勘查中，可利用GIS 技术对地质灾害勘查区域地质地形条件进行全面扫描，进而对地质灾害区域地面地质条件进行实地勘查，光灿采集地形地貌数据、岩土性质、环境降雨情况等，在勘查过程中可搜集大量数据信息、文字、照片等资料，对于各类勘查数据进行整理、筛选以及输入，再利用GIS 软件对所输入的数据进行存储和管理，通过多次重复收集数据，并对勘查数据进行更新以及修正处理，即可创建完善的数据库系统。

（2）数据空间查询与分析。在对地质灾害高发区域进行数据采集以及分析处理时，首先需进行实地勘查，做好相应的防范措施，再利用GIS 技术，采集勘查区域的各项信息数据，对地质灾害影响因素进行分析，并创建综合数据库。

（3）数据输出与建模。在GIS 技术中，具有数据编辑功能、数据选取功能以及数据处理功能，通过利用可视化操作形式，以及数据库数据信息，即可绘制地质灾害体二维图像以及三维图像。GIS 技术具有专题图制作功能、地图编辑功能以及打印输出功能等，对于输出结果，可应用于BIM 三维模型创建中，对地质灾害体进行可视化模拟分析。

2.2 BIM 技术特性

（1）可视性。BIM 技术具有可视化特征，对于地质勘查所得数据资料，可以三维形式展现出出来。通过利用BIM 技术创建地质结构三维模型，便于对地质灾害体进行全面细致的分析，进而全面了解地质灾害实际情况以及各类影响因素。

（2）模拟性。BIM技术具有模拟性特征，在地质灾害勘查和建模分析中，可进行模拟分析，对地质灾害发生过程进行可视化模拟。

（3）优化性。利用BIM技术，可对地质灾害三维模型进行优化处理。

（4）可出图性。在利用BIM 技术对地质灾害进行模拟分析后，可将所创建的模型导出形成层图纸，便于后续分析和使用。

2.3 BIM 与GIS 相结合

在地质勘查中联合应用GIS 技术与BIM 技术创建地质结构三维模型，首先利用GIS 技术采集勘查区域各项数据，并进行存储、管理、运算、分析以及描述，然后再利用BIM 技术创建地质灾害体模型。最后，利用3DSMax 软件、Lumion 软件等，对虚拟数据进行动态模拟以及渲染处理。

3 工程概况

图1 危岩体结构特征概化图

图2 危岩体岸坡结构图

在某水库工程运行管理中，对水库工程周边环境进行地质勘查，在水库内发现危岩体，体积较大，而危岩体结构稳定性对于水库运行安全的影响较大。根据初步勘查分析发现，该危岩体体积大，在地质勘查中，很难了解结构面空间形态特征、形成机制以及稳定性，对此，为了对危岩体结构稳定性进行分析，需获其危岩体结构的基本特征数据，传统的勘查方式无法满足上述要求。对此，在该水库工程内部危岩体进行勘查时，采用BMGeoModelerS 进行建模分析，即可详细了解危岩体结构面特征数据，进而为危岩体稳定性评价分析提供可靠的参考依据。本文根据该危岩体总体潜在顺层滑动特征，在分析计算中为指定滑动面，利用GIS 技术获取危岩体各项数据，据此对危岩体结构稳定性进行评价分析。根据现场勘查，该危岩体处于区域活动断层附近位置，因此危岩体的形成与该活动断层密切相关，勘查区域地质构造强烈，危岩体受到4 条断层切割影响，形态特征比较复杂，如图1所示。另外，岸坡结构总体为前缓后陡形式，如图2 所示。

该危岩体分区特征如图3 所示，通过对图3 进行分析可见：I 区地层结构平缓，下滑力有限，因此不会造成整体滑移动，属于该危岩体阻滑段；II 区为该危岩体的推移段，而I 区能够对其产生阻隔作用，因此可单独发生滑动；该危岩体潜在最危险底滑面处于灯影组下段地层中，共受12 条层间剪切带影响，各条层间剪切带的形状差异比较大。通过勘查分析发现，τN3-1、τN4-2、τN7-1 剪切带的性状比较差，三者相互组合，即可形成连续滑动面，如图4 所示。

图3 危岩体分区及边界特征图

图4 危岩体滑移模式概化图

4 BlM+GlS在危岩体勘查和稳定性分析中的应用

（1）BIM 模型建立。在本次地质勘查中，对于危岩体三维模型，采用BMGeoModeler 平台进行创建，能够根据地质体特征进行设计分析。该危岩体结构形式复杂，共有14 条层间剪切带，通过采用三维建模分析方式，能够对各条剪切带与断层之间的关系进行详细分析，如图5所示，据此对危岩体失稳形式进行分析，进而为危岩体稳定性评价分析提供可靠依据。

图5 危岩体BIM 模型

（2）BIM 模型转GIS 栅格。BMGeoModeler 平台具有数据转换功能，在本次地质勘查分析中，需对各个剪切带之间的关系以及剪切带形状特征进行分析，根据综合性分析，τN3-1+τN7-1 作为底面剪切滑动的可能性比较大，因此，危岩体潜在底滑面是由τN3-1、τN7-1、覆盖层底面、侧缘F6 边界、侧缘F191 边界所形成的，可将其转换为等值线数据，并且导入至GIS 中，即可形成栅格数据。

（3）三维稳定性计算。依据滑坡二维刚体极限平衡理论，在危岩体三维空间的基础上，可将二维理论模型转变为危岩体三维模型，安全系数计算方式如公式（1）所示：

在上述公式中，F 为三维安全系数；J、I 分别为滑体范围内柱体单元的行列数；c 为黏聚力；A 为主体底面积；W 为柱体的质量；θ 为滑面的法线方向角；为内摩擦角。

在根据地质工程勘查获得地形数据以及滑面栅格数据后，即可利用GIS 的数据提取以及分析功能，为危岩体三维模型创建分析提供所需数据资料。首先，确定危岩体结构潜在滑动主方向，然后在该方向以及滑动方向的垂直方向，将5m×5m 密布网格作为提取栅格数据的网格单元，在该危岩体中，共需划分165个滑动方向上的列方向，而对于各列方向，还需划分58 ～236个行方向，因此，共划分出26424 个网格单元。

5 结语

综上所述，本文主要对BIM 技术联合GIS 技术，在地质灾害勘查分析中的应用方式进行了详细探究，选择某危岩体作为勘查对象，利用BIM 技术对该危岩体地层结构以及构造特征进行计算分析和展示，并创建危岩体三维模型，根据模型分析转换出关键地质数据，据此对危岩体结构稳定性进行计算，对于计算结果，可应用于危岩体稳定性评价分析中。由此可见，在地质灾害勘查中，应加强三维建模技术的应用，对地质灾害体进行可视化模拟分析，为地质灾害评价分析以及防治工作提供可靠依据。