GOCAD与 CATIA在三维地质建模生产中的应用分析

蒋 锐

(陕西省水利电力勘测设计研究院 勘察分院，陕西 咸阳712000)

在传统的工程地质成果中，地质资料主要以平、剖面等二维方式静态的表示，难以使人直接、完整的了解和理解地下三维地质情况，而相比之下利用地质资料建立的三维地质模型则更加直观、灵活、接受性强。目前国内很多水利水电勘察单位已经逐步开展了三维地质建模工作，各单位建立三维地质模型主要采用的是GOCAD以及CATIA两种软件。本为从一线普通勘察工作人员的角度，对上述两种软件在三维地质建模实际生产中的优缺点进行了初步探讨，并在此基础上提出了自己的看法。

1 GOCAD与CATIA软件

1.1 GOCAD 软件

GOCAD是英文Geological Object Computer Aided Design的简写，顾名思义，它是专门针对地质体，旨在帮助进行于地质体相关的工程设计而开发的一款软件系统。

在80年代，人们已经意识到当时所具备的一些传统几何模拟技术无法满足对复杂地质体建模的需要，这些技术无法实现对逆断层、倒转褶皱和某些特殊地质形态的模拟，地质体三维计算机模拟需要从底层技术上得以突破，在此背景下法国Nancy大学Jean-Laurent Mallet教授提出的一种新技术、即离散光滑平顺技术(DSⅠ)，为复杂地质体模拟提供了技术基础。DSⅠ技术为GoCAD的开发提供了引擎，进过多年的的开发，该软件具有强大的三维建模、可视化、地质解译和分析的功能。软件既可以进行表面建模，以可以进行实体建模;既可以设计空间几何对象，也可以表现空间属性分布。目前在地质工程、地球物理勘探、矿业开发、水利工程中得到了广泛的应用。

GOCAD软件具有如下功能:①具有自由曲面构建功能，如直接利用测量得到的地形数据点准确的生成三维地形，利用地质平面测绘及钻孔数据生成地质分界面(岩性分界面、断层面等);②三维建模和网格剖分功能，简单快捷的建立复杂地质体的三维网络模型，剖分出形状理想的六面体网格，为工程数值分析提供较好的网格前处理;③提供了较为齐全的数据接口，可以和多种软件进行数据共享。

1.2 CATIA软件

CATIA是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。以其强大的曲面设计功能而在飞机、汽车、轮船等设计领域享有很高的声誉。它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。

该软件过去主要应用于机械等设计领域、目前在地质建模方面主要依托二次开发的插件，依托这些插件可实现地形数据、钻孔、二维剖面等地质资料的导入，并在此基础上建立地形面、风化面、地层分界面，最终利用地形面及地层分界面建立地质体。

2 三维地质建模的分类

根据地质建模的任务及建模采用的资料来源，三维地质建模可分为被动建模和主动建模两类。

2.1 被动建模

利用已经完善好的地质信息，将二维地质数据在建模软件中转换为三维可视化状态提供给下游专业使用，对建模者地质专业能力要求较低，主要过程包括地形数据导入及地形面的建立、地质二维研究成果导入(包括地质平面图和剖面图)、已确定地质分界面的建立、地质体创建 。

2.2 主动建模

直接将原始的地质信息导入建模软件，在建模软件中实现地质信息的推测补充，要求建模者具备较为深厚的地质专业能力，主要过程包括地形数据导入及地形面的建立、地质二维研究成果导入、钻孔数据导入、覆盖层和风化层的建立、已确定地质分界面的建立、地质分界面的推断与调整、构造的建立与调整、地质体创建。

3 GOCAD及CATIA在三维建模生产中的应用

3.1 GOCAD

GOCAD软件是专门针对地质建模而开发的，地质内容贴近实际生产需要，具有较良好地地质建模基础，能快速、较为精确的完成三维地质建模工作。在具体的建模生产过程中，具有如下的优点:①资料导入便捷，主、被动建模时可快速导入地形图、地质界线、剖面图等CAD文件，并直接生成对应的三维地形面、三维地质界线及三维剖面;②具有独立的钻孔位置数据及钻孔地层数据，在主动建模生产中钻孔及平硐导入后直观易懂，同时可根据后期勘探资料对钻孔地层在软件中进行高程、产状变更等二次编辑;③主动建模生产中可根据勘探揭示建立约束对地质体进行操作、调整，勘探数据较少时可根据相关工程经验任意虚拟勘探点进行约束，实现复杂地质体捏橡皮泥式操作;④主动建模生产中当三维模型建立后，可快速形成任意指定位置的二维地质剖面，形成多条相交剖面时空间地质资料完全统一，较传统二维地质剖面更加精确;⑤单一软件可独立完成建模工作，不需要插件及其他外部服务，有利于实现完全自主生产;⑥软件规模较小，安装后大小仅为600M左右，软件运行对电脑性能要求相对较低，不需要特别为三维建模生产添置高配置电脑。

GOCAD在目前的建模生产中尚存在一些缺点，如①软件界面为全英文，存储目录、文件名等均不能出现中文字符，并且中文资料较少，大部分资料均为英文，需要一些英语基础才能够较好的熟悉掌握软件;②软件中对曲面的部分操作无法可逆，若操作错误不能返回，若保存不及时只能重做;③软件只适合地质建模，下游水工、机电等专业不能使用该软件，建模成果不能直接提供给下游专业，需要相应的数据转换工作才能供下游专业使用。

3.2 CATIA

CATIA目前依托其强大的空间三维设计能力，依托地质插件进行三维地质建模，能生成符合要求的三维地质体模型。在具体的建模生产过程中，具有如下的优点:①平台界面大部分为中文，相关资料均为中文，不需要较多的培训和英语知识即可利于快速上手;②被动建模时地质界线、地质剖面直接由CAD文件导入，过程较为简便;③软件智能化程度高，连接断线、检查地形面错误、修补地形面空洞等操作可由软件自动实现，杜绝了人为遗漏;④参数化能力较强，可精准设定多种参数，同时各部件设定参数后参数若改变相关部件自动改变;⑤软件记忆功能强大，操作大部分均可逆，出现错误可以及时返回到正确的步骤;⑥地质、水工及机电等专业均可应用CATIA软件建模，地质建模成果可直接交付下游专业，不需要额外的转换，同时具有较好的协同能力，有利于与下游专业协同工作。

CATIA在被动建模生产中有较好的适应性，但尚存在一些缺点:①软件不是专门为地质建模设计，地质建模主要依据二次开发的插件，现阶段插件功能相对有限，普通勘察生产人员不具备插件维护及开发工作，建模插件的拓展不能够自主，技术上容易依赖外界公司;②受限于软件基础，地质分界面不具备离散光滑平顺特征，在主动建模生产中建立不确定的地质体时，不能较好的建立复杂地质体模型;③钻孔资料的导入受插件限制，导入后钻孔资料全部由点构成，可视化较差且钻孔地层资料如产状等属性不能在软件中显示与修改;④软件安装后大小接近5G，运行时对电脑配置要求较高，可能需要为三维建模单独配置电脑。

4 结语

综上所述，GOCAD软件在主、被动建模时各种资料如平面、剖面、钻孔资料的导入操作均较为方便，同时在主动建模生产中具备可随意调整、增加地质内容，可伴随勘察的深入优化、调整地质体，快速任意切割剖面等优点，具有很大的实用性，较为贴合实际生产对三维建模工作的需求;CATIA软件利用已经完善好的地质信息进行被动建模可满足生产需要，但在主动建模生产方面还存在如插件功能较少、钻孔资料可视性差，不确定地质体调整较为困难等缺点。因此笔者认为GOCAD及CATIA在三维地质建模方面各有优缺点，被动建模方面 GOCAD与 CATIA相差不大，而主动建模方面GOCAD要优于CATIA。至于何种软件更适合三维地质建模生产，尚需要结合更多的实际情况进行探讨、研究。

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