刘保东

摘要：城市地下管廊所处的地质空间对于管廊全过程建设有重要的影响作用，尤其是在地质勘查阶段，因此管廊地质数据模型的研究十分必要。为了有效地展示综合管廊地质空间的现场状况和工程信息，本文以南宁市地下综合管廊建设项目为例，通过分析管廊地层状况，进行了三维多层DEM建模和地质划分，研究出了地下管廊地质模型的三维化建立，为管廊建设前期的勘察目的提供了科学参考依据。

Abstract： The geological space where the urban underground pipe gallery is located has an important influence on the whole process of the pipe gallery construction， especially in the geological exploration stage. Therefore， the study of the geological data model of the pipe gallery is very necessary. In order to effectively display the on-site condition and engineering information of the integrated geological space of the pipe gallery， this paper takes the Nanning underground comprehensive pipe gallery construction project as an example. Through the analysis of the condition of the pipe gallery stratum， the three-dimensional multi-layer DEM modeling and geological division are carried out. The three-dimensional establishment of the underground pipe gallery geological model provides a scientific reference for the exploration purpose of the pipe gallery construction.

關键词：地下管廊;地质模型;三维多层DEM建模

Key words： underground pipe gallery;geological model;three-dimensional multi-layer DEM modeling

中图分类号：TU990.3                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）30-0252-03

0  引言

城市地下管廊所处的地质空间对于管廊全过程建设有重要的影响作用，尤其是在地质勘查阶段，因此管廊地质数据的研究十分必要[1]。目前，大多数工程以二维数据形式来表达勘查得到的数据，而地下管廊建设极其复杂，这种形式对专业水平要求高，不利于查询管廊工程信息[2]。相比之下，作为可视化高的三维地质模型，能有效地展示地质空间的现场状况和工程信息[3]，因此，地质模型的三维可视化成为地下管廊建设需要攻关的一项技术，通过三维可视化手段，可将空间信息管理、空间分析和预测、实体内容分析等工具结合起来，应用于地质分析，达到管廊建设前期的勘察目的[4]。

本文以广西省南宁市地下综合管廊建设项目为例，根据该项目的综合管廊建设管理系统的要求，研究了主要包含地质数据的城市地下管廊的三维模型。

1  地层特点分析

在众多的复杂地质类型中，地层是最为重要的一种。本项目地下管廊所处地质环境复杂。主要特点是地层之间的联系复杂且存在交叉，并且是一个被地层面分割的空间实体。据饶嘉谊等[5]的研究发现，地层一般是毫无规律且不能用数学表达式表达的曲面。本文采用和数字高程模型相似的方法来代表底层的界面。

2  三维多层DEM建模

本项目模型建立的数学基础：平面坐标系采用国家2000坐标系;地图投影以高斯——克吕格投影为主（按3度分带;中央子午线为108度）;高程基准采用1985年国家高程基准。

一般来说，以岩（土）性为仅有的划分依据是三维地层模型的基础。本文的数据基本来源于各个观测点的观测数据，数据包括各点的X，Y坐标、岩性以及高程值等等[6]。本文经过对资料的分析，选用了多层DEM建模的基本操作思路。首先对各个岩层和土层按照DEM的思路进行插值或者拟合，得到每个岩层的DEM。同时，获得的DEM模型都能和基本的参照系中的X、Y、Z一一对应。最后，对整个项目的地层进行交叉划分成三维地层模型，主要依据为岩层或者土层的属性。

3  地层划分

在对地层进行三维建模时，最复杂的问题在于考虑到岩土各地层之间的复杂交叉、岩土分布的不均匀性、不连续性等特质之后如何对项目地层进行划分。

本文是建立在项目当地适用的地质理论之上，采用相应观测点的观测数据、地震资料等相结合，以此判定项目地层的分布[7]。本文基于多层DEM模型建立了一个全面的三维地层模型。

地层划分步骤如图2所示。

4  三维地层的建模

据资料显示，地层相关信息往往是通过地形图、钻孔柱状图等等来展示的。深入研究项目地层的地形图等资料，就可对项目本身的地层分布有一个大概的了解。而在平面上绘制剖面不直观，因此，需要进行地層数据三维可视化的建设工作。

三维建模过程首先是要得到内部数据，这是关键一步。内部数据的主要获取方式是钻孔数据。但这不是简单的钻孔数据，而是经过一系列加密、分层的操作后得到顶点数据。接下来对地层进行细化、映射等操作，即可得到每个地层的DEM模型值。然后，裁剪交叉地层，对裁剪后的地层构建各层间体元，以此得到所需完整数据。此时的数据仍然不能直接读取，还需要经过三维透视转换等操作才能直接读取，从而直观地为地质观察者提供信息。

整个建模流程如图3所示。

5  三维地质建模展示

本项目基于BIM技术开发的综合管廊建设管理系统内嵌有三维地质建模展示子系统，该系统针对地质数据的模型三维化开发了如下功能：

建模功能：引入实际钻孔数据进行地质建模。

地层剖切功能：主要用来显示使用一个特定的平面剖切来建立的三维地层模型时的剖面图。这个功能能随时调出剖面图。

地层模型的信息查询功能：展示系统里最基本的功能就是模型数据的展示。通过鼠标点选感兴趣的区域进行查看，得到选择的物体后，可以查看岩性、岩层说明、深度厚度等，甚至钻孔的真实图片。

6  总结

地质数据作为城市地下综合管廊建设过程重要信息，其三维模型能有效地展示地下管廊地质空间的现场状况和工程信息。通过三维可视化手段，可将空间信息管理、空间分析和预测、实体内容分析等工具结合起来，应用于地质分析，达到管廊建设前期的勘察目的，实现城市地下综合管廊地质环境的可视化。

参考文献：

[1]黄迪.基于BIM的三维地质建模集成化研究[D].兰州大学，2019.

[2]宋利.城市地下综合管廊的发展现状及改进[J].建材与装饰，2017（06）：104-105.

[3]李青元，张洛宜，曹代勇，等.三维地质建模的用途、现状、问题、趋势与建议[J].地质与勘探，2016，52（4）：759-767.

[4]魏永勇.多层DEM建模及其在地层可视化中的应用研究[J].工矿自动化，2011，37（01）：9-13.

[5]饶嘉谊，杨远丰.基于BIM的三维地质模型与桩长校核应用[J].土木建筑工程信息技术，2017，9（03）：38-42.

[6]明镜.三维地质建模技术研究[J].地理与地理信息科学，2011，27（04）：14-18，56.

[7]张芳.场框架下的城市地下空间三维数据模型及相关算法研究[D].上海：同济大学，2006.