CATIA在水利工程地质建模中的应用

方正 刘丹珠 钟辉

摘 要：文章主要简单的介绍了CATIA建模的概念，通过具体实例的展示从而简单介绍了利用CATIA进行建模的方法。最终可以得出的结论是： CATIA软件可以非常快速地对三维地质模型进行建立，以此来反映真实的抵制地貌的特点，使得水利工程地质模型方面的应用前景更加的广阔，实现可持续发展。

关键词：CATIA 地质建模模型 水利工程 应用

最早来自于法国D a s s a u l t System公司設计的CATIA进行工程地质地形的勘测描绘的目前可以说是比较高档的技术，在其领域名列前茅，主要应用于汽车的制造、航天飞机的制造、船舶以及电子行业的制造等，但是由于该应用引进水利工程和其他行业的时间比较晚，因此还有很多地方不够完善，因此还需要科技人员进行进一步的研究探索，争取将其技术在今后的应用更加的成熟、完善。

1.CATIA建模概念简述

CATIA技术可以很好的获得比较完整的三维设计的模型数据，使得水利各行业产生数据进行统一的归纳并对旧的数据进行及时的更新，设计的形式变为一体化，这样大大降低了各个部门的工作量，采用知识工程模块中各项数据，根据设计规则、文档样式等把工程设计过程和经验集中在模型文件中，可以及时的进行坝址方案的对比、工程量的预算、数字化模拟施工和维修等工作的展开，可以很好的缩短工程的设计周期等。

CATIA模型共有五个主要的模块第一个是零件设计模块，第二个是创成外形设计模块，第三个是数字外形编辑的模块第四个是对外形进行改造的模块，最后一个是装配设计组成的模块。特别是在软件不断的更行中，产生了R18版本，提升力数字外形编辑、外形造型等模块的功能，在水利地质中增添的了mesh面的生成、检查分析等功能。

2.简单介绍利用CATIA进行建模的方法

2.1 建立地表面

利用CATIA建模，采用ase格式对等高线进行修改，以此来建立所需地表模型，将产生的各个数据放入软件中自动形成点云，修饰对点云将修饰好的点云进行分割和合并使其成为不规则的网格。需要注意的是把等高线转换为格式数据时，首先要整理图层，工程部门提供的文件没有进行整理按按不同的规格进行分类，所以工作人员要运用软件对各个文件所在的图层进行重新的整理排序进行分层，确保同一个图层中能显示所涵盖的所有的等高线，并且删除无用的图层；其次整理高线，可以采用多义线形式进行等高线的主要表达，如果工程部门对线性的表示有特殊的要求，则需要重新设定线性并标记好线性的属性，特别注意等高线使用是连续的线段；因为工程部门无法将全面的数据提供给我们，所以导致有些地方出现断开的现象，数据缺失，特别是等高线不密集的相对平缓的地方，工作人员要手动添加部分控制点来确定地表模型的建立，也可以对这些区域的等高线数据进行补充。

2.2 构建地层分界面

建立地层分界面可以通过CATIA软件中的多个方法进行开展。其中要进行多个数据的检测：钻孔数据、剖面数据、地质测绘数据等，通过这三种数据的主要程度选择合适的方法进行设计。首先水利工程如果可以提供充分的钻孔的材料，并且主要研究的地区地势相对分布比较平衡，那么就可以直接采用工程所提供的钻孔资料，进行曲面的命令，从而建立地层分界状况的模型；其次当地质相关部门可以绘制详细的剖面图，工作人员可以对各个剖面进行合理的调整，使其能生成很多截面的曲面，则这些截面曲面会将地层的所有分界线进行连接，以此来建立地层的分界面；最后如果观察发现剖面不多，则要使曲面正常变形则必须使用钻孔、剖面以及测量的线段等技术资料，这样才能建立所需要的地形。三种方法中，最后一种构建的地层与实际的地层误差最小，这种建模的方法很好的利用了钻孔、测绘等相关的技术，方便人们高效的整理其主要内容。

2.3 构建断层面

地壳上发育广泛、常见的一种地质构造要数断裂构造，断裂构造的意思是因为某些因素使得岩石的整体结构断断续续，不再完整，主要表现在有岩石的某些断裂块的两侧发生偏移，主要有两种状况，第一是节理：岩石夸断裂后只有微小的偏移，几乎看不出移动的状况；第二个是断层：是在断裂后可以肉眼看到石块的移动状况。岩石块断裂后产生的断层对地质的结构造成影响，在地质中各样的断层交错在一起，将分布均匀的地层进行了不规则的分割，所以在进行三维地质建模的时候要对断层的出现格外的注意，将其产生的影响最小化。CATIA软件的断层建模有四个步骤，第一是先采用地表面直观的现象进行粗略的设置，第三是通过确定的建模范围，进行地形实体的建立；第四是采用布尔运算进行地层地形真实现象的规划，明确地形的真实情况。在进行四个步骤的建立时要将地质工作人员的丰富经验与所提供的资料结合在一起进行建设。

3.具体实例应用

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测绘部门对工程区域进行观察而提供的地表点云数据的相关资料，通过CATIA中的DSE模块将各个点云数据进行格式化的输入，以此来形成地形图中等高线横坐标、纵坐标以及竖轴坐标的云点，接着对这些云点的数据进行分解或者合并等进行分析，通过对这些输入的点云数据进行观察，例如利用点云数据的稠密程度等看是否还需要进行点云数据的过滤操作，这样有效的加快了数据的分析时间，减少的数据计算的困难。在选择数据是将错误离谱的数据进行消除，用mesh creation命令生成3D的三角状的网格组分，接着利用之前提到的DSE方法对三角网格进行修正，多的点删除，少的地方补点，对网格不合适的形状进行修改以及补洞等，全部完成后再仔细的对三角网格面片组进行观察分析，将不符合条件的端点以及边角线进行去除，工作基本可以算完成，最后在利用CATIA的QSR模块将三角的网格进行自动的组合以此来建立地表的曲面。

3.2 地质模型的建立

地质模型的建立主要是在零件设计的工作部门进行开展，首先设计随便一处高程平面的草图，通过其在地表面竖直方向上的投影来粗略的描绘出地质模型的大致边界的轮廓线，采用工作平台的凸台功能将图形进行拉伸，再对地表面按照规定进行分割，以此来完成地质模型的初步草图，大致样子可以参照下面的图一。进入GSD模块，在CATIA中将地质部门提供的剖面图挨个打开进行仔细的查看，将各个的各部分剖面图形按照相应的位置进行复制黏贴，保证图形都在初步绘制的草图轮廓当中。接着将各个截面的曲线根据剖面图的相关规定进行相同地层分界线进行连接，组成一个曲面，大致的样子可以参照下面的第二幅图形。接着按照之前的方法进行操作，建立好每个地层对应的分界面，采用这些分界面显示的分割图进行模型的建立，使得地层各个不同的特征都明显的显现出来。在利用不同的样式或者颜色进行描绘填充使其更好的区分，参考下面的图形三可以基本看出地质模型建立完整的大致样子。

4.总结

在我国工程的建设中，最基本的建设就是地质的建设，具有十分重要的地位。为了使相关人员能够直观、清晰、准确的对地质的情况进行认识和了解，地质工程提出了地质三维模型的建立。三维地质模型的建立在岩土学、地质学、计算机等领域受到广泛的重视。文章通过对已有的研究进行介绍，简单的介绍了CATIA建模软件基础上的面向水利工程地质建模系统最终表明CATIA软件能够比较快速地建立三维地质模型，反映真实的地貌特征，从而在水利工程地质模型方面的应用前景广阔。

参考文献：

[1]钟登华，刘杰，李明超，等.基于三维地质模型的大型地下洞室群布置优化研究[J].水利学报， 2007，38（1）：60-66.

[2]郑文棠，徐卫亚，童富果，等.复杂边坡三维地质可视化和数值模型构建[J].岩石力学与工程学报， 2007，26（8）：1633-1644.