CATIA在水利工程地質(zhì)建模中的應用

方正 劉丹珠 鐘輝

摘 要：文章主要簡單的介紹了CATIA建模的概念，通過具體實例的展示從而簡單介紹了利用CATIA進行建模的方法。最終可以得出的結(jié)論是： CATIA軟件可以非?？焖俚貙θS地質(zhì)模型進行建立，以此來反映真實的抵制地貌的特點，使得水利工程地質(zhì)模型方面的應用前景更加的廣闊，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：CATIA 地質(zhì)建模模型 水利工程 應用

最早來自于法國D a s s a u l t System公司設(shè)計的CATIA進行工程地質(zhì)地形的勘測描繪的目前可以說是比較高檔的技術(shù)，在其領(lǐng)域名列前茅，主要應用于汽車的制造、航天飛機的制造、船舶以及電子行業(yè)的制造等，但是由于該應用引進水利工程和其他行業(yè)的時間比較晚，因此還有很多地方不夠完善，因此還需要科技人員進行進一步的研究探索，爭取將其技術(shù)在今后的應用更加的成熟、完善。

1.CATIA建模概念簡述

CATIA技術(shù)可以很好的獲得比較完整的三維設(shè)計的模型數(shù)據(jù)，使得水利各行業(yè)產(chǎn)生數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的歸納并對舊的數(shù)據(jù)進行及時的更新，設(shè)計的形式變?yōu)橐惑w化，這樣大大降低了各個部門的工作量，采用知識工程模塊中各項數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)計規(guī)則、文檔樣式等把工程設(shè)計過程和經(jīng)驗集中在模型文件中，可以及時的進行壩址方案的對比、工程量的預算、數(shù)字化模擬施工和維修等工作的展開，可以很好的縮短工程的設(shè)計周期等。

CATIA模型共有五個主要的模塊第一個是零件設(shè)計模塊，第二個是創(chuàng)成外形設(shè)計模塊，第三個是數(shù)字外形編輯的模塊第四個是對外形進行改造的模塊，最后一個是裝配設(shè)計組成的模塊。特別是在軟件不斷的更行中，產(chǎn)生了R18版本，提升力數(shù)字外形編輯、外形造型等模塊的功能，在水利地質(zhì)中增添的了mesh面的生成、檢查分析等功能。

2.簡單介紹利用CATIA進行建模的方法

2.1 建立地表面

利用CATIA建模，采用ase格式對等高線進行修改，以此來建立所需地表模型，將產(chǎn)生的各個數(shù)據(jù)放入軟件中自動形成點云，修飾對點云將修飾好的點云進行分割和合并使其成為不規(guī)則的網(wǎng)格。需要注意的是把等高線轉(zhuǎn)換為格式數(shù)據(jù)時，首先要整理圖層，工程部門提供的文件沒有進行整理按按不同的規(guī)格進行分類，所以工作人員要運用軟件對各個文件所在的圖層進行重新的整理排序進行分層，確保同一個圖層中能顯示所涵蓋的所有的等高線，并且刪除無用的圖層；其次整理高線，可以采用多義線形式進行等高線的主要表達，如果工程部門對線性的表示有特殊的要求，則需要重新設(shè)定線性并標記好線性的屬性，特別注意等高線使用是連續(xù)的線段；因為工程部門無法將全面的數(shù)據(jù)提供給我們，所以導致有些地方出現(xiàn)斷開的現(xiàn)象，數(shù)據(jù)缺失，特別是等高線不密集的相對平緩的地方，工作人員要手動添加部分控制點來確定地表模型的建立，也可以對這些區(qū)域的等高線數(shù)據(jù)進行補充。

2.2 構(gòu)建地層分界面

建立地層分界面可以通過CATIA軟件中的多個方法進行開展。其中要進行多個數(shù)據(jù)的檢測：鉆孔數(shù)據(jù)、剖面數(shù)據(jù)、地質(zhì)測繪數(shù)據(jù)等，通過這三種數(shù)據(jù)的主要程度選擇合適的方法進行設(shè)計。首先水利工程如果可以提供充分的鉆孔的材料，并且主要研究的地區(qū)地勢相對分布比較平衡，那么就可以直接采用工程所提供的鉆孔資料，進行曲面的命令，從而建立地層分界狀況的模型；其次當?shù)刭|(zhì)相關(guān)部門可以繪制詳細的剖面圖，工作人員可以對各個剖面進行合理的調(diào)整，使其能生成很多截面的曲面，則這些截面曲面會將地層的所有分界線進行連接，以此來建立地層的分界面；最后如果觀察發(fā)現(xiàn)剖面不多，則要使曲面正常變形則必須使用鉆孔、剖面以及測量的線段等技術(shù)資料，這樣才能建立所需要的地形。三種方法中，最后一種構(gòu)建的地層與實際的地層誤差最小，這種建模的方法很好的利用了鉆孔、測繪等相關(guān)的技術(shù)，方便人們高效的整理其主要內(nèi)容。

2.3 構(gòu)建斷層面

地殼上發(fā)育廣泛、常見的一種地質(zhì)構(gòu)造要數(shù)斷裂構(gòu)造，斷裂構(gòu)造的意思是因為某些因素使得巖石的整體結(jié)構(gòu)斷斷續(xù)續(xù)，不再完整，主要表現(xiàn)在有巖石的某些斷裂塊的兩側(cè)發(fā)生偏移，主要有兩種狀況，第一是節(jié)理：巖石夸斷裂后只有微小的偏移，幾乎看不出移動的狀況；第二個是斷層：是在斷裂后可以肉眼看到石塊的移動狀況。巖石塊斷裂后產(chǎn)生的斷層對地質(zhì)的結(jié)構(gòu)造成影響，在地質(zhì)中各樣的斷層交錯在一起，將分布均勻的地層進行了不規(guī)則的分割，所以在進行三維地質(zhì)建模的時候要對斷層的出現(xiàn)格外的注意，將其產(chǎn)生的影響最小化。CATIA軟件的斷層建模有四個步驟，第一是先采用地表面直觀的現(xiàn)象進行粗略的設(shè)置，第三是通過確定的建模范圍，進行地形實體的建立；第四是采用布爾運算進行地層地形真實現(xiàn)象的規(guī)劃，明確地形的真實情況。在進行四個步驟的建立時要將地質(zhì)工作人員的豐富經(jīng)驗與所提供的資料結(jié)合在一起進行建設(shè)。

3.具體實例應用

3.1 地表面的形成

如何形成地表面主要采用的是水利工程中測繪部門對工程區(qū)域進行觀察而提供的地表點云數(shù)據(jù)的相關(guān)資料，通過CATIA中的DSE模塊將各個點云數(shù)據(jù)進行格式化的輸入，以此來形成地形圖中等高線橫坐標、縱坐標以及豎軸坐標的云點，接著對這些云點的數(shù)據(jù)進行分解或者合并等進行分析，通過對這些輸入的點云數(shù)據(jù)進行觀察，例如利用點云數(shù)據(jù)的稠密程度等看是否還需要進行點云數(shù)據(jù)的過濾操作，這樣有效的加快了數(shù)據(jù)的分析時間，減少的數(shù)據(jù)計算的困難。在選擇數(shù)據(jù)是將錯誤離譜的數(shù)據(jù)進行消除，用mesh creation命令生成3D的三角狀的網(wǎng)格組分，接著利用之前提到的DSE方法對三角網(wǎng)格進行修正，多的點刪除，少的地方補點，對網(wǎng)格不合適的形狀進行修改以及補洞等，全部完成后再仔細的對三角網(wǎng)格面片組進行觀察分析，將不符合條件的端點以及邊角線進行去除，工作基本可以算完成，最后在利用CATIA的QSR模塊將三角的網(wǎng)格進行自動的組合以此來建立地表的曲面。

3.2 地質(zhì)模型的建立

地質(zhì)模型的建立主要是在零件設(shè)計的工作部門進行開展，首先設(shè)計隨便一處高程平面的草圖，通過其在地表面豎直方向上的投影來粗略的描繪出地質(zhì)模型的大致邊界的輪廓線，采用工作平臺的凸臺功能將圖形進行拉伸，再對地表面按照規(guī)定進行分割，以此來完成地質(zhì)模型的初步草圖，大致樣子可以參照下面的圖一。進入GSD模塊，在CATIA中將地質(zhì)部門提供的剖面圖挨個打開進行仔細的查看，將各個的各部分剖面圖形按照相應的位置進行復制黏貼，保證圖形都在初步繪制的草圖輪廓當中。接著將各個截面的曲線根據(jù)剖面圖的相關(guān)規(guī)定進行相同地層分界線進行連接，組成一個曲面，大致的樣子可以參照下面的第二幅圖形。接著按照之前的方法進行操作，建立好每個地層對應的分界面，采用這些分界面顯示的分割圖進行模型的建立，使得地層各個不同的特征都明顯的顯現(xiàn)出來。在利用不同的樣式或者顏色進行描繪填充使其更好的區(qū)分，參考下面的圖形三可以基本看出地質(zhì)模型建立完整的大致樣子。

4.總結(jié)

在我國工程的建設(shè)中，最基本的建設(shè)就是地質(zhì)的建設(shè)，具有十分重要的地位。為了使相關(guān)人員能夠直觀、清晰、準確的對地質(zhì)的情況進行認識和了解，地質(zhì)工程提出了地質(zhì)三維模型的建立。三維地質(zhì)模型的建立在巖土學、地質(zhì)學、計算機等領(lǐng)域受到廣泛的重視。文章通過對已有的研究進行介紹，簡單的介紹了CATIA建模軟件基礎(chǔ)上的面向水利工程地質(zhì)建模系統(tǒng)最終表明CATIA軟件能夠比較快速地建立三維地質(zhì)模型，反映真實的地貌特征，從而在水利工程地質(zhì)模型方面的應用前景廣闊。

參考文獻：

[1]鐘登華，劉杰，李明超，等.基于三維地質(zhì)模型的大型地下洞室群布置優(yōu)化研究[J].水利學報， 2007，38（1）：60-66.

[2]鄭文棠，徐衛(wèi)亞，童富果，等.復雜邊坡三維地質(zhì)可視化和數(shù)值模型構(gòu)建[J].巖石力學與工程學報， 2007，26（8）：1633-1644.