韓 旭，徐 俊，馬丹璇，蘇小寧，何永剛，周小娟

(1.長江巖土工程總公司(武漢)，湖北武漢 430010;2.三峽國際能源投資集團有限公司，北京 100033;3.湖北省地質調查院，湖北武漢 430034)

在國內水利水電行業(yè)，基于CATIA平臺進行三維設計已經發(fā)展了多年，有多家勘察設計單位及院校采用該軟件進行三維設計以及地質建模工作［1－4］，相關技術正日趨成熟。目前，由于三維地質建模技術仍然處于推廣階段，缺乏相應的行業(yè)三維制圖標準，因此，工程技術人員還需要依據傳統(tǒng)的二維制圖進行分析、設計，為繪制地質平剖面圖付出大量的時間和精力。

本文研究由三維地質模型快速輸出標準化的二維地質剖面圖的一種方法，基于數據庫以及CATIA軟件二次開發(fā)地質模型剖切軟件，并結合工程實例，對該方法及軟件的應用效果進行驗證。

1 基于CATIA的地質剖面出圖方法與不足

在建立三維地質模型的基礎上，基于CATIA軟件可以實現地質剖面出圖，具體有兩種方法:

1.1 基于工程制圖模塊的出圖方法

基于工程制圖模塊輸出剖面或平切圖，在地質模型范圍內繪制剖面線，并拉伸成曲面(剖面沿豎直方向拉伸，平切圖沿水平方向拉伸)，確保拉伸曲面穿過地質模型(圖1);提取拉伸曲面與地質模型的交線，交線主要是與曲面相交的各地質體的邊界線，亦可稱為剖面地質界線以及地形線;然后生成剖面圖(圖2)并輸出，剖面圖可以輸出為 DWG、DXF、PDF等多種格式文件。

在與工程建筑物相關的地質剖面圖中，往往會涉及到弧形剖面，如拱壩、導流洞等。由地質模型輸出弧形地質剖面的方法與直線剖面基本相同，不同之處在于需將交線按指定的平面進行展開(圖3)，然后再輸出剖面。

圖1 剖面繪制Fig.1 Section drawing

圖2 剖面圖生成Fig.2 Generating section map

圖3 弧形剖面展開Fig.3 Expanded section

在工程制圖模塊下可以為剖面圖繪制圖框、圖塊、圖簽以及標注等，但執(zhí)行的是航空制造業(yè)的相關標準，也不能反映地質鉆孔的相關內容，不符合水電勘測行業(yè)工程制圖的規(guī)定。

1.2 基于裝配設計模塊的出圖方法

在地質模型范圍內繪制剖面線并拉伸成曲面，通過空間分析中的切割命令，將剖面定位到拉伸曲面(圖4)，設置剖面的寬度、坐標等參數后，輸出地質剖面，剖面圖可以保存為DWG、DXF等多種格式文件。

圖4 剖面定位Fig.4 Locating section

裝配設計模塊下出圖交互性更強、操作更簡單。若是地質實體模型，剖面上地層可以用顏色進行區(qū)分(圖5)，還可以動態(tài)查看剖面的輸出效果，并顯示剖面的坐標及高程。雖然過程相對比較簡單，但是較標準格式的地質剖面圖，仍缺少圖框、圖例、圖簽以及鉆孔等信息。

無論采用上述的哪一種出圖方法，輸出的地質剖面均不能滿足地質的需求，都需要對圖件格式及內容進行補充、完善，后續(xù)工作量較大。

因此，通過二次開發(fā)，由計算機來完成地質剖面的后續(xù)完善工作，為剖面自動添加圖框、圖例、圖簽等內容，結合地質數據庫為地質剖面添加鉆孔數據信息，可大大提高出圖的效率，為CATIA地質模型出圖的一條有效途徑。

圖5 帶顏色的剖面Fig.5 Colored section

2 二次開發(fā)基本流程及原理

基于地質數據庫和CATIA進行二次開發(fā)，可實現水利水電工程標準地質剖面的快速、自動化成圖。開發(fā)的基本流程見圖6。

圖6 二次開發(fā)基本流程Fig.6 The basic process of secondary development

(1)在地質模型范圍內繪制剖面線，通過二次開發(fā)，選取模型地質剖面線，自動讀取兩點坐標，并計算出剖面兩端的水平距離以及剖面線中點坐標。

(2)在地質模型上根據剖面線自動拉伸曲面，作為剖面切割的臨時輔助面。通過CATIA切割命令，對剖面進行定位、參數設置及輸出。

(3)通過二次開發(fā)，獲取二維剖面上所有線段的端點坐標，將橫坐標進行排序，程序根據最大和最小值，自動計算CAD剖面圖中兩端的水平距離，并與CATIA中實際兩點水平距離相比，得到出圖的比例，自動繪圖的過程中按照比例繪制剖面圖。

(4)CATIA直接剖切出的原始剖面圖沒有坐標軸，無法顯示該剖面的空間位置，可以通過二次開發(fā)，獲取剖面X軸的坐標范圍、Y軸的最高和最低點高程，設定X軸的長度以及Y軸的起止點高程，然后按指定的間距對X、Y坐標軸進行繪制、標注。

(5)通過編程自動識別剖面指定范圍內的鉆孔信息，從地質數據庫中提取鉆孔數據，自動計算與剖面的相對位置，將鉆孔數據添加到地質剖面上，并在標注欄繪制鉆孔的基本信息。

3 應用實例

基于上述流程和原理，開發(fā)了地質模型的剖切軟件，在巴基斯坦某水電站工程中對模型剖切進行應用。該水電站地層主要為沉積碎屑巖，巖層產狀平緩且較穩(wěn)定，巖層傾角7°～10°。

在地質模型范圍內，創(chuàng)建A、B兩點作為剖面的兩個端。這兩點可以是模型表面的任意兩點，也可以是給定剖面的兩端。通過模型剖切軟件，自動提取兩點的坐標，并計算出剖面的中點坐標和剖面寬度。根據A、B兩點自動連接的剖面線繪制剖切輔助面。創(chuàng)建輔助面的目的是為剖面定位及出圖指定參考平面。

通過剖切軟件以及CATIA軟件，定位剖切的位置，設定剖面的寬度、高度以及鉆孔投影的距離等參數(圖7)，然后進行自動化成圖。出圖的效果如圖8所示。

圖7 剖切輔助面及參數設定Fig.7 Cutting auxiliary plane and set parameters

圖8 地質剖面圖Fig.8 Geological section map

4 應用效果分析

模型剖切軟件通過在工程項目中的實踐及應用，效果理想，運行穩(wěn)定，達到了預期目的。主要體現在以下幾個方面:

(1)該軟件能夠由CATIA三維地質模型快速、自動生成地質剖面，極大地提高了地質剖面的出圖效率及工程設計效率。

(2)實現了地質剖面的標準化。依據水電行業(yè)制圖標準，通過針對性的開發(fā)，為剖面添加圖框、圖例、圖簽、鉆孔以及鉆孔標注欄等信息，大大提高了剖面的質量，使地質剖面更加符合行業(yè)習慣。

(3)水利水電工程設計涉及專業(yè)眾多，各專業(yè)根據其專業(yè)特點及三維設計難點，基于CATIA平臺進行二次開發(fā)，可以實現各專業(yè)基于該統(tǒng)一平臺進行建模、設計及出圖，從而實現三維協同設計。

5 結語

本文在研究基于CATIA三維地質模型輸出二維地質剖面基礎上，分析其存在的不足，然后基于CATIA軟件以及地質數據庫，研究出由三維模型快速生成標準二維地質剖面的一種方法，二次開發(fā)剖切軟件，并將該軟件在實際工程中進行實踐及應用。應用的效果表明，該軟件基于數據庫和CATIA三維設計平臺進行開發(fā)，顯著提高了地質剖面出圖的質量及效率，實現了地質模型與地質信息的有效應用及共享。

［1］ 余軍，胡皴，田永生，等.復雜地質結構三維建模技術應用與研究［J］.人民黃河，2011(8):141 －142.

［2］ 黃志澎，薛利軍.基于CATIA程序的溪洛渡壩基鉆孔封堵三維設計［J］.水電站設計，2010(3):33－35.

［3］ 彭成佳，李希龍.拱壩三維設計及其與有限元技術結合初探［J］.貴州水力發(fā)電，2010(4):23－27.

［4］ 姚高峰，郭元世，黃小華.地質三維模型快速生成標準地質剖面圖方法初探［J］.廣西水利水電，2012(25):17－20.