三维地质建模与数据交互技术发展现状分析

张建龙，朱焕春，葛隆发，闫 宾，王 珏，程亚男

［1.国网新源控股有限公司抽水蓄能技术经济研究院，北京市 100761；2.加华地学（武汉）数字技术有限公司，湖北省武汉市 430077；3.武汉中和工程技术有限公司，湖北省武汉市 430080］

0 引言

在三维计算机图形技术基础上，20世纪80年代后期至90年代，随着C语言的发展和石油行业出于储量计算的需求，寻求针对地质体的三维计算机化工作模式成为必然，要求不仅像三维结构一样模拟地质体三维空间几何形态，还能储存和处理地质体包含的各种信息，包括地质体普遍的地质属性（如层序关系）以及石油行业关心的特定属性（如地震波速、开采过程中实测地震动等），以降低地质信息的不确定性并提高储量计算准确性。20世纪90年代中后期，先后诞生了Petrel、FCM、IRMS、GoCAD、Vulcan、MAPTEK、Datamine、Surpac、MVS等软件系统[1-6]。BIM（Building Information Modeling）的概念最早于2002年由Autodesk公司负责Revit开发的Dave Lemont提出，当时Autodesk刚刚开始着眼于将Revit打造成参数化、信息化建模工具，更好地提升Autodesk软件家族的沟通效率、工作效率并降低出错几率。BIM的出现，迎合并促进了工程建设与管理迈向智慧时代。

我国在三维地质建模领域起步较晚，20世纪90年代初期，国内水利、水电、建筑等行业大量采用成熟的计算机辅助设计三维平台如Autodesk产品，作为地质建模和相应计算分析的工具。21世纪初，基于离散数据光滑插值（DSI）技术的GoCAD被引入矿山、水利行业时，许多研究和应用机构在GoCAD基础上进行了二次开发，以适应行业的需要[7-8]。国内技术人员协同开展研究，掌握了DSI插值技术，不仅在三维地质建模环节打破了国外的技术垄断，同时针对我国地质体工程的现实需要，通过丰富岩土工程分析和设计能力，实现对产品适应性的本土化设计。本土化软件中，以CnGIM为例，2015年CnGIM V2.0诞生，2017年CnGIM V3.0研发完成，这两个版本的软件分别在插值生成几何对象、勘察工作等诸多流程管理的关键技术上取得突破。随着2014年7月1日《关于推荐建筑业发展和改革的若干意见》的发布，世界先进的三维地质建模技术迅速进入中国的住建领域和土木水利领域。

不同于三维地质建模的高速发展，现在世界上没有形成公认的在各个领域通用的三维地质建模标准。在建筑结构领域最权威的标准是IFC（Industry Foundation Classes）。作为BIM的数字表现形式和行业标准，IFC标准是由非营利性国际组织Building Smart 提出，并由IAI（International Alliance of Interoperability）组织制定数据交换标准，是国际上建筑领域实施最广的数据交换标准。20世纪80年代的地质三维技术开发规划过程中，明确要求不仅需要描述地质体空间形态并正确表达地质特性，而且还需要根据行业需求，兼容行业信息、技术方法、行业标准等，实现三维地质建模基础上的工程分析和设计。国内在2010年后开始发布三维建模有关的技术规范，许多行业纷纷推出自己领域的规范规程以约束和改进本行业的勘察、设计工作。由于追求与自身行业的勘察规范相对应，不同行业的三维建模技术标准中存在比较大的差异。

总之，由于当前使用的三维地质建模软件众多，所采用的数据模型都不同，难以实现三维地质模型数据的集成管理和交换共享。国内外在地质三维建模和数字化领域尚没有建立起统一的交互共享标准。本文重点对地质三维数据交互标准的研究现状进行分析论述。

1 国内外相关技术标准发展现状

1.1 国内各行业提出的相关标准

在三维地质建模和数据交互标准方面，国内各行业提出的相关技术标准及主要内容见表1。从该表可以看出，三维地质建模是一个行业性较强的领域，为适应各自行业的勘察设计标准，不同行业在勘察设计阶段划分、勘查手段、信息管理方式、成果利用方式等方面均存在比较大的差异。以水利水电为例，2019年颁布的《水利水电工程设计信息模型交付标准》（T/CWHIDA 0006—2019）[9]对水利水电工程的技术资料电子化提出较高的要求，传统的以平面CAD图形进行地质资料管理的方式面临巨大挑战。同样地，住房和城乡建设部在2018年发布的《城市轨道交通工程BIM应用指南》[10]，在交通工程领域也对BIM的具体应用提出了要求。因此，在进入具体的行业时，三维地质建模的任务首先需要契合行业的要求，从而呈现出不同的特点。水利水电行业领域颁布了《水电工程三维地质建模技术规程》（NB/T 35099—2017）[11]，岩石力学与工程学会牵头正在组织编写三维地质建模的相关规范，而石油矿产、冶金、测绘与规划领域也都有与三维地质建模有关的规范出台。其中，测绘与规划领域、国土资源领域侧重地表的三维建模，水利水电、石油及天然气开采领域则更侧重三维地质建模。

表1 三维地质建模领域相关标准、规范及文件Table 1 Relevant standards， specifications and documents in the field of 3D geological modeling

续表

1.2 国外有关的标准和规范

国外特别是欧美国家在计算机信息化技术和图形学领域明显领先于国内，在数据格式、交付管理等领域握有重要的话语权。

开放地理空间信息联盟（Open Geospatial Consortium，OGC）是成员分布最为广泛（536个）、颁布规范数量最多的国际组织。其成员来自60多个国家的研究所、高校、公司，欧洲、北美地区的成员数量均超过180家，国内成员单位有10几家（含港澳台地区）。OGC成立的主要目的是制定与空间信息、基于位置服务相关的标准，包括接口、编码等的技术文档，如WMS、WFS、WCS、WMTS、KML、SFS、CityGML、SLD等。

CityGML、KML、COLLADA是3种用于虚拟三维城市模型数据交换与存储的格式，三者均是基于XML编码。KML和COLLADA为谷歌支持，更偏向于地理信息系统（GIS）领域，分别侧重管理位置信息和对象材质信息。由于在数字工业领域的较早应用，COLLADA是一种被广泛使用的格式，是面向交互式 3D 应用程序的基于 XML 的数字资产交换方案，或者说是一种用基于XML定义数字内容的格式，主流的三维软件和渲染引擎都支持这种格式，其使3D 创作应用程序可以自由地交换数字资产而不损失信息，使多种DCC和3D处理软件包可以组合成强大的工具链管道。COLLADA模型中不仅定义了几何体，也定义了材质，甚至还可以定义光源，是目前成果提交最常见的终端格式。

IDM（Information Delivery Manual）信息交付手册，是建筑工程与信息技术结合促进AEC（Architecture/Engineering/Construction）项目中不同专业间协同工作的基础标准[12]。如果说IFC标准为实现全生命周期不同专业间的数据共享与交换奠定了基础，那么IDM就是为了满足在执行IFC标准时，当存在无法保证数据的完备与协调性时，采用何种方式进行信息的沟通。可以将其理解为一本翻译用的词典，在处理异构数据融合时有其必要性和实用性。其核心任务是为了满足协同设计工作模式下的视图共享与提取。IDM的架构、部件以及研究现状仍没有形成统一的标准，但为了满足勘察设计阶段的流程与数据定义需求，手册给出了建筑、结构、设备等专业基于BIM的协同设计流程图，明确了每一个流程的活动内容，并用表格对流程中涉及的信息交付内容、所包含的对象及属性进行了描述。

2 地质模型三维数字化交互标准

2.1 地质建模主要管理对象及其分类

三维地质建模管理的对象与其任务和特点相适应。尽管不同行业存在差异，但本质上三维地质建模可分为三大主体功能模块，分别为数据库管理、三维建模与数据处理、分析与成果输出。主要管理的是各类的地质体，包括点、线、面、体等常见的几何形态表征的地质现象[1-2，13-15]，也包括这些地质体的规模、地质年代、工程特征等信息[9，11，16]。

地理信息科学领域常笼统地将空间对象和非空间对象加以独立区分，即概括为拥有空间几何数据的几何对象、无空间特性的属性对象两大类。在地质勘察、勘探领域，如石油采矿，几何对象又可以细分为几何模型、构造模型、相模型、储层模型等，而属性对象又可以细分为储层属性、相属性、时间属性、工程特征属性等。与地理信息系统（GIS）类似，除了几何对象之外，三维地质建模也需要对对象的属性数据加以管理，即同样包括空间数据和非空间数据，或者概括为“形态”+“特征”的组合。其中的数据来源于勘察资料的采集、内业整理等。在借助数字化手段将勘察资料转化成包括地质边界、岩土力学特性的“含属性地质三维模型”的过程中，需要大量的描述性、统计性属性数据。为特定问题开展的分析评价、工程设计以及不同专业之间协作所生产的数据、图件等，同样也是数据来源。

表2列举了按照几何特征进行的常见空间实体集的一种划分方式，对应对象分类中的几何数据，重点描述的是对象完整的空间特征和部分的空间关系特征。实际工作中，为了区别或者强调管理对象的集合特征，多以集合的方式进行管理。

表2 空间几何对象（空间实体）对象分类Table 2 Classification of space geometric objects （space entity）

当前，三维地质建模亦从仅着眼于地质体模型合理性检验过渡到“建模为基础、工程分析和辅助设计为目的”的综合应用，相应地整合了部分数值分析或理论计算功能用于开展特殊地质体的分析和评价，以更好地满足地质体工程问题勘测、设计和运行安全管理的需要。但其建模的流程，仍然更近似于GIS应用领域的习惯，即习惯于将建模对象划分为几何对象、属性对象两大类进行管理。表3列举了地质建模和数值模拟在分析对象、分析目标、核心任务等方面的差异。

表3 地质建模与数值模拟的对比Table 3 Comparison between geological modeling and numerical simulation

除了几何对象之外，非空间信息也是重要的管理对象之一。以水利水电工程为例，鉴于其涉及面广泛、工程规模大，其勘察设计是各行业中最为复杂的一类。为此，水利水电工程领域在非空间信息管理时常需要考虑这类信息随着时间推移、勘察设计阶段变更而产生的变化。非空间几何对象，或者习惯上称为属性对象，包括空间几何对象的各类特征，以及描述、分类、标定这些特征的语义对象（见图1），还包括几何对象建模时所需要的约束条件或者约束对象，描述当前状态且与时间相关的条件对象。最为重要的是，非空间几何对象还囊括各类方法对象，包括几何分析中的插值、拟合、离散等方法。严格来说，方法对象并不是空间几何对象的固有特征，不属于常规的属性对象的范畴，但在实际工作中，方法对象往往需要与对象特征相匹配，具有与属性对象类似的对象特点和甄别特征。

图1 语义对象描述时的简单分类Figure 1 Simple classification of semantic objects for description

语义对象，即广义的属性对象，涵盖了知识、逻辑、数据等所有与开展分析有关的内容，以及对象固有特征的描述。对于语义的研究，最早出现在安全监测领域的专家系统构建中，如安全监控“四库一机”理论。GIS领域描述非位置信息的 “属性信息”是空间对象信息语义描述的基础。在安全监测上升为智能监控，并逐渐发展成为“智慧+”的过程中，逐步淡化了知识的概念，改为神经网络、机器学习等新技术支持的“数据港池”，提出了数据挖掘的概念。在行业发展的过程中，研究人员和使用人员都认识到，对于三维地质模型中信息的检索、挖掘和重用，只考虑其形状、位置特征是不够的，必须加强基础信息的补充。这主要包括三方面的原因：

（1）用户仅仅通过有限的勘察点难以完整直观地获悉对象的全貌，必须增加推测信息。

（2）地质信息的表达方式中有较多的定性信息，难以直接用于设计，定性的语句需要转化为更为直观的定量表达。

（3）地质体的不确定性、离散型，导致其缺少可重复使用的知识，针对当前对象建立适用的语义描述，可以保证知识的重用。阐述地质条件特征的很多语言不同于形状特征描述，把几何数据特点（如点坐标、边长度、面形态等）转变为高层次知识表示较为容易，也可比较方便地使检索、重用在统一框架内运行，不仅让用户通过特征、功能、设计原理、类别等信息有效地表达查询意图，而且使用户能够快速方便地重用已有资源进行再设计。

而描述地质条件的语言转换为知识则比较困难，并且，每个对象除了在空间上的分布特征之外，还要考虑其时间特征而导致数据量剧增。

BIM领域将三维模型语义检索列为研究的七大学术难题之一，要解决“用户如何进行检索”和“检索结果如何重用”这两个关键问题。而面对四维的地质模型，相应的工作难度可想而知。为了应对这种数据量剧增的情况，三维地质建模过程中普遍采用数据抽稀的方式，将相同类别的点加以处理，形成闭合的面、体以精简数据的规模。因此，语义的描述主要针对单个的地质点、相对独立的构造线或者分割线、大量的面和体。

同属性的标注类似，语义的标注因为三维对象检索的难度较大而通常都采用在剖面或者平面上进行。与工程安全监控相关的地质模型中的语义库，包括岩土体物理力学参数及定性的类别划分（如软岩及其类别）、工程性质（如抗压强度及风化特征）、空间延伸特性及交汇特征（如产状与起伏）等，属于典型的多尺度数据，需要按比率尺度、有序尺度、间隔尺度以及名义尺度等不同方式进行表示以避免自我矛盾，完成定类、定序、定比、定距乃至宏观的定性等。

2.2 IFC标准中的几何对象表达与数据交互

在传统流程中，异构数据管理软件之间的一对一交互，已成为BIM领域多专业协同工作最常用的方法。鉴于数据接口多、数据格式不同、效率低等问题，信息损失时有发生。根本性原因可以归纳为两点：一是由于专业领域的差异，不能很好地解析其他专业领域的几何实体的内涵；二是对于相同的几何、属性和关系，软件有不同的表达方式，导致模型数据的不一致。

下面，分析现阶段国际上最权威的三维建模领域的数值交互标准IFC的几何对象表达和数据共享交互问题。要想实现数据的共享与交互，支持标准的数据格式是衡量和决定一个软件的数据交互能力的关键。IFC标准中对几何对象的表达进行了较为详细的约定，在建筑领域更有着多年BIM应用的实践检验，且标准开放。

IFC4标准体系结构如图2所示，采用Express语言描述建筑工程信息，包含600多个实体定义，300多个类型定义[17]。整体的信息描述分为4个层次，资源层、核心层、共享层和领域层。资源层里多是基础信息定义，例如材料、几何形状、拓扑关系等；核心层定义模型的整体框架，如对象之间的关系、对象的位置和几何形状；共享层定义可交换、可设计的信息，如墙、梁、柱、门、窗等；领域层定义各协作专业领域自己的个性化信息，如暖通领域的锅炉和风扇、电器领域的开关和继电保护等。IFC信息获取和交换有两种手段，即通过标准格式的文件交换信息，或是通过标准格式的程序接口访问信息。在IFC文件中，任何一个实体（如Ifc Beam）都是利用Express语言，通过属性描述来表达自身信息。IFC实体的属性是通过继承关系获得的，最顶层是Ifc Root，如构件Ifc Beam在IFC4版本中总共有33个属性，而自身只有Prede fi ned Type这一个属性，其余的32个属性都是继承了从Ifc Root开始到Ifc Building Element包含的属性。Ifc Root中的属性主要包括如下3个：IfcObjectDe fi nition 对象的定义；IfcRelationship 对象之间关系；IfcPropertyDe fi nition 对象属性。

图2 IFC4标准体系结构Figure 2 The framework of standard system of IFC4

IFC开源的库或软件基于多样的开发环境。如BIM Surfer基于C语言开发，BIMserver基于C#开发，IfcOpenShell、FreeCAD基于OpenCascade技术（C++库为基础）开发，IfcPlusPlus是一个开源的C++类。xBIM工具包用于数据操作的核心库都是用C#编写的，几何引擎核心用C++编写，是一个支持完整IFC2×3和IFC4数据模型的.NET开源软件开发工具包。这当中，IfcOpenShell作为一个开源的IFC几何引擎，包含有基于PythonOCC代码开发的项目。

AutoDesk家族软件中的 Revit、Navisworks、AutoCAD Architecture、AutoCAD MEP、Civil 3D 可 以 读 取 IFC， 而AutoCAD不能直接读取。

在工程地质领域，国内现有的通用三维地质数据交换格式为Geo3DML。这种格式将三维地质模型定义为“地质现象及地质现象之间的关系在三维空间中的表达”，规定三维地质模型数据交换的数据组织层次结构与模型中空间几何数据、属性描述相关。IFC标准下的模型数据量大，预处理时间长，主要被用于针对全平台的项目集成管理。Geo3DML对地质领域的描述较为全面，但是在实际岩土、地质工程项目中的应用还不够广泛，一个重要的问题是缺少市场占有率较高的软件的支持。将Geo3DML和IFC格式进行相关映射以达到数据交换的目的，是现有地质领域平台的一大挑战，也是解决问题的较好途径。

IFC可通过以下两个方面工作实现在地质领域的拓展：

（1）扩展地质领域的实体和相关定义，针对地质领域的信息特点和实际需求，在IFC模型基础上增加地质领域相对应的属性实体、类别实体、枚举类型、属性集、数量级和资源类型定义。

（2）建立层级关系和关联关系。依据面向对象原则新增实体并建立关系，并与原IFC结构的层级标准融合。在此基础上，建立地质领域的从属关系，以及新增实体和原IFC实体的映射定义。

3 国内外数据交互技术发展现状及发展趋势

3.1 国外数据交互技术发展现状

三维地质模型允许人们可以更加有效率地制定施工计划，并为可预见的危险做好准备。然而，在迄今为止的许多施工项目中，由于过时的数据存储机制、不统一的数据标准以及缺乏本地更新分析，该任务没有得到有效执行。因此，必须使用统一的数据标准建立可靠的三维模型，以协调所有可用的地质数据。这些数据包括钻孔、地质测绘和岩石属性数据。此外，应通过工程数字平台导入或可视化模型，以便包括任何新的本地地质信息，以更新原始模型。这种三维地质建模技术的特点是清晰、精确和信息丰富。

为了管理地质现场数据，岩土和地质环境专家协会提出了一个不同的数据模型框架，即AGS框架（Association of Geotechnical and Geoenvironmental Specialists， 2017）。该框架以独特且简单的代码促进岩土工程中的数据传输，从而减少数据交换时间。此外，该框架不是固定的，可以根据具体情况和建设项目需求进行调整，只要它们符合AGS文件格式。在建立AGS格式之后，该格式现已为英国有关行业所有部门所接受并在发达国家中被广泛接受。下面介绍AGS提出的数据交互标准[18]。

3.1.1 AGS的数据库

一般而言，使用的文件应包含基本数据，如勘探孔记录和相关英国标准和其他公认文件要求报告的测试数据，这些数据通常包含在事实报告中。任何计算或解释的数据应由接收方导出，而不是在数据文件中传输。

3.1.2 AGS匹配的文件格式

AGS的文件格式旨在提供尽可能广泛的可接受性，鉴于此，AGS使用了美国信息交换标准代码（ASCII）文件传输数据。用户只需要规则创建数据文件。制定这些规则是为了通过最简单的现有程序（尤其是电子表格）以及更全面的数据库系统使用AGS格式。可以利用AGS进行数据交互的文件格式有“**PROJ”“**HOLE”“**?HDPH”“**GEOL”“**SAMP” “**CLSS”“**CNMT”“**ISPT”“**?ICCT”“**FILE”“**DICT”“**ABBR”“**CODE”等，广泛的可接受性是AGS的一个大优势。

3.1.3 数据字典

为了提供最大的灵活性，并允许非专家更容易识别文件格式，采用了数据字典方法。数据字典可以与广泛的现有程序兼容，并有助于构建未来的软件。构成数据字典的组和字段在用户手册中给出。

3.1.4 Groups and Fields

为了以一致和逻辑的方式构造数据，已将其划分为数据组，其中定义了一系列字段。选择的数据组与获得的特定数据元素相关，如项目信息、勘探孔细节和地层细节。对于性质更复杂的数据，有必要定义两个或多个链接数据组。

每个数据组内的字段标识特定项目，如地层描述、样本深度等。这些项目已定义为具有关键或公共状态。关键字段是明确定义数据所必需的。公共数据字段包含关联的数据。列出的数据字段和数据组非常广泛，应涵盖大多数需求。但是，如果需要传输AGS格式未涵盖的特定数据，则为创建其他字段和组提供了规则。AGS格式依赖于严格遵守“规则”，并且应将创建其他字段或组视为最后手段。还必须认识到，存在一个组的层次结构，因为大多数组依赖于其他组来保持数据的唯一性。

3.1.5 数据单位

AGS用户手册给出了每个数据字段使用的默认单位的详细信息。这些是每个数据字典定义的首选单位，应尽可能使用。它们可以是适当的国际单位制单位，也可以是与特定数据项相关的特定英国标准定义的单位。根据规则，“数据单位”字段包含在数据集中。建议尽可能使用这些数据单元，以避免潜在的混淆。人们认识到，在既不使用国际单位制单位也不使用英国标准单位的情况下，将出现这种情况。规定在数据传输文件中声明非标准数据单位。

3.1.6 规则

AGS的使用规则一直是许多讨论的主题。一个基本的考虑是，该格式的潜在用户应该能够使用标准软件工具生成数据文件。电子表格是任务最基本的工具，允许创建数据“表格”和生成ASCII数据文件。同样，根据规则生成的数据文件可以通过电子表格软件直接读取。尽管这些规则允许用户仅使用电子表格操作AGS数据文件，但预计将使用更具体的软件自动读取和写入数据文件。这些软件系统的范围从简单的数据输入和编辑程序到完整的数据库系统，以及AGS文件的数据转换模块[19]。

在评估这些规则时要记住的另一个基本点是，生成的数据文件设计为便于计算机读取。数据文件不会替换随附的打印报告。然而，该布局确实允许在需要时随时识别数据项。

AGS的优势在于其广泛的文件格式接受性，并采用了数据字典方法，允许非专家更容易识别文件格式。数据字典可以与广泛的现有程序兼容，并有助于构建未来的软件。而成体系的使用规则也让新的用户可以快速熟悉AGS的数据交互标准。

3.2 国内数据交互技术发展现状及发展趋势

现阶段国内的数据交互技术主要依靠国际上公认的IFC标准。在国内，在已有的基于已有商业软件（主要是在GOCAD）的基础上进行二次开发或者利用GEOCAD、ITASCAD进行地质体三维可视化建模并将模型导入FLAC3D和ANSYS软件中进行分析的方法。但此类方法不能精确地体现地质体的属性，且不能按照地质对象特点进行极限分类，而且更不能形成统一的数据交互标准[20]。

国内也出现了诸如TEAM模型等前沿的建模技术并在城市地质勘察和城市地区的施工中有较多应用。化繁为简，TEAM是指将无人机倾斜拍摄所取得的正射影像、地形图、三维模型，利用BIM建立的建筑工程信息库（城市地区）和利用GOCAD等三维地质模型软件建立的地质模型（主要是城市地下地质模型）结合到一个引擎并将这些数据可视化的技术。TEAM在 OSG（Open Scene Graph） 三维渲染引擎（桌面端）和Cesium三维地图引擎（网页端）中进行数据转换拼接及模型展示。但是该技术在数据交互方面存在较大的局限性。因为Cesium主要支持3dtiles格式，故无人机所拍摄的影像数据文件格式（.osgb）、BIM数据文件格式（.rvt）、三维地质数据格式（.3dml）及各类工程数据（以 .txt 为主）需要利用第三方软件将文件先转化为3dtiles格式，数据转换过程相当烦琐[21]。

现阶段，无论是国内还是国外，建立立足于地质建模的基础服务并能服务工程全生命周期的平台开发成为一个发展趋势。下面介绍这一领域的国产顶尖平台——CnGIM。

3.2.1 CnGIM基本功能

加华地学（武汉）数字技术有限公司［原Itasca（武汉）咨询有限公司］开发的三维地质建模与分析软件CnGIM，已经普遍应用于基础建设领域的所有行业，其技术功能可实现对进口产品的替代。基于地质体不规则建模技术（DSI算法等），通过三维数字化和信息化的融合，CnGIM完成了地质勘察工作全流程数字化。CnGIM的功能包括：

（1）能够快速实现任意复杂地质体的三维建模和模型修改与更新。

（2）实现在三维地质模型基础上的工程地质分析，创建含属性三维地质模型。

（3）分析方法和技术标准能同时兼容国内水电和海外工程实践的需要，具备在含属性三维地质模型基础上开发岩土力学分析和岩土工程设计的能力。

3.2.2 CnGIM数据交互格式与端口

CnGIM数据交互技术合理高效。CnGIM软件提供了多种数据接口类型，用于不同格式文档之间的交互。通过将CnGIM的*.iobj格式文档加以转化，可实现与其他软件之间的交流。除了Itasca系列的数值计算部分外，其余的各类接口具有一定的通用性。

勘察工作常见的存储格式中，文本（txt）、图表（xls）、图形（dwg）均可以直接或者转换后被CnGIM软件接受。地表点云数据名为SEM.txt、SEM.dxf，文本文件中按点号、平面坐标、高程存储数据，DXF文档采用点存储上述信息。钻孔资料命名为SBH.txt、SBH.xls，分别存储孔号、坐标、孔口高程、钻进深度、覆盖层厚度等信息，两个文件中数据可以通过编辑Excel文档后另存为文本形式保持一致。借助CnGIM软件的文件菜单，可将相关数据导入软件中。地表点云数据利用“导入—点集”方式导入文本文档，利用“导入—AutoCAD文档”导入DXF文件。钻孔数据Excel文档无法直接导入系统中，可转化为类似的文本形式后，按点云数据导入，并增加属性信息以接受钻孔深度、覆盖层厚度等信息。导入钻孔孔口点云数据后，要绘制钻孔的话，可先采用偏移钻孔孔口坐标（加上深度值运行脚本实现）的方式形成孔底点，然后用线连接孔口、孔底，再根据线创建钻孔。

目前 CnGIM 提供与 MicraStation、Catia、AutoCAD、GoCAD等主流建模软件的数据接口和一些常用模型格式（比如VRML、OBJ、3DS）读写，另一方面，CnGIM将自己的数据格式开放给用户，使用户可以导出CnGIM构建的模型，经过一定的开发后运用于各自领域供分析使用。并且，CnGIM的模块化和易于扩展性还体现在各种建模功能和应用分析功能能够以插件的方式，利用CnGIM开发包进行开发和扩展。

CnGIM较好地克服了目前BIM标准不能很好适用于三维地质建模的棘手问题，其数据交互技术可以以暂行三维地质建模技术规范的形式在国内进行推广。

4 结论和展望

当前三维地质模型在水利水电、矿山、交通、油藏开发、矿产资源勘探等多个行业中得到广泛应用。三维地质模型涉及的研究内容很多，包括多源探测数据获取和解释、空间信息管理、几何分析和空间预测、图形可视化，以及在地质模型基础上开展的工程分析评价等。本文主要针对国内外三维地质建模和数据交互标准领域的研究发展现状进行了分析，得出以下结论：

（1）三维地质建模是一个行业性较强的领域，为适应各自行业的勘察设计标准，不同行业在勘察设计阶段划分、勘查手段、信息管理方式、成果利用方式等方面均存在比较大的差异。国内外在地质三维建模和数字化领域尚没有建立起统一的交互共享标准。

（2）分析了三维地质建模的主要管理对象及其分类，明确了数字化交互标准研究的主要内涵，并对国际权威的数值交互标准IFC的几何对象表达和数据共享交互技术进行了分析。由于IFC主要瞄准建筑结构领域，本文简要分析了IFC在地质模型领域的拓展方向。

（3）介绍了国内外数据交互技术发展现状，主要介绍了国外认知度较高的三维地质建模数据交互标准——AGS框架。

（4）介绍了国产软件CnGIM的基本功能，分析了该软件在数据交互技术方面的优势。

工作展望：

（1）如何赋予三维地质模型更多的内涵，即提高三维地质模型的工程分析功能，是今后重要的发展方向。例如，水电工程的地质模型，如何与三维稳定性数值分析、灾害过程模拟、岩土工程设计等更紧密结合，使其成为勘察、设计、施工、运行管理等各种工程活动的总控平台，服务于工程建设的全生命周期。

（2）数字化交互技术和交互标准，既要突破行业间、专业间的界限和技术障碍问题，更要突破现有三维地质模型数据与拓展的工程分析模块之间的数据交互技术和标准制定问题。