1.1　三维地质建模

20世纪以来，随着世界各地城市化的快速发展，越来越多的人开始关注城市地质环境。城市地质工作在世界各国开展得如火如荼，我国的城市地质工作近年来也得到了大力发展，第一批试点城市上海、北京、杭州、天津、南京、广州的地质调查工作业已完成，由地方政府参与开展的苏州、镇江、嘉兴、厦门、福州等城市的地质调查工作业已完成。中国地质调查局还启动了重要经济区和城市群地质环境调查评价与分区的9个计划项目，共60多个工作项目，建立了重要经济区和城市群地质环境调查数据库。城市地质调查为构建城市三维地质模型提供了充足的数据。

在城市范围内，地球表面以下的地下条件，从地基土的物理性质、地下水的深度、地基土液化敏感性等方面影响着工程建设项目的成本和可行性。城市地下浅层的地质结构与地球深层结构不同，因为它不仅受气候变化的影响，还受人为工程影响而频繁发生变化。当今城市快速发展，高大密集型建（构）筑物非常多，二维地质图和剖面图不足以为工程建设提供足量的地质信息。传统二维地质图的主要缺陷是，不论其形式是纸质还是数字图，都要求用图者了解基本的地学原理和知识。许多国家已经认识到三维地质模型对城市可持续发展的重要性，为此开展了一系列三维地质建模项目。例如，英国地质调查局已经建立了以1∶1 000 000，1∶250 000，1∶50 000和1∶10 000为比例的三维地质模型体系，并在国家、区域、特定场地等各种尺度进行了模型应用。法国地质调查局建立了巴黎市超过105km2区域内的多层三维地质模型，以便于从膏岩的溶解性预测地面沉降的敏感性因素。中国地质调查局启动了一项全国范围内的多参数立体地质调查项目，北京等城市被选为该项目的试点场地。三维地质模型是地质条件分布及其几何结构的空间表示方法。近年来，三维可视化地质模型被越来越多地应用于城市发展，主要有如下几个原因：①三维地质模型可以提供地质条件的合理预测和几何表达；②三维地质模型是对地质结构假设的验证；③三维地质模型存储了大量的地质和地球物理等信息；④在获取新的数据后可以快速更新整个模型。

在城市环境中，三维地质模型的类型有多种，如地形三维模型、基础地质三维模型、工程地质三维模型、水文地质三维模型等。地形三维模型可用于坡度、坡向分析，挖填方计算等（屈红刚等，2015）；基础地质三维模型可重构复杂地质体，用于基底稳定性评价等；工程地质三维建模运用多源数据耦合技术，模型可用来表征工程地质结构特征及参数，评价主要工程地质问题等；水文地质三维模型可用于表征各含水层结构特征及水文地质参数，评价浅层地下水对地下空间开发的影响。

在过去，三维地质模型一般用于解决区域水文地质问题和自然资源保护问题。目前，三维地质模型的应用已扩展到地质工程、岩土工程、市政规划、垃圾处置、地下水流动模拟等更多领域。例如，基于三维地质模型，在隧道建设中可模拟任意线路的剖面切割、模拟隧道开挖与漫游；还可结合历年地面沉降监测数据，进行地面沉降过程的模拟；融合时间序列信息，可进行时空一体化的四维动态分析，对地质曲面进行动态预演；可基于复杂场景的多视点实时动态剖切分析技术，更直观地表达地下空间信息。三维地质模型还可结合其他三维模型数据格式，如地铁站三维模型、地下管线三维模型、地下停车场三维模型、建筑信息模型（building information modeling，BIM）等，实现全空间地上、地下一体化三维模型展示。