1.4 本书主要内容
综合以上的研究背景和国内外分析现状,本书研究的总体目标是:为分析解决大区域内复杂且不确定的地质环境、地质构造形态和地质条件等具有错综空间关系的地质信息给水利水电工程勘测、设计和施工带来的诸多工程地质问题,充分利用已有的地质勘探和实验分析资料建立方便实用的水利水电工程地质三维建模与分析系统,提供先进的理论方法和技术手段,实现工程地质信息全方位动态分析与利用,并应用于水利水电工程领域解决实际难题。
为了实现上述目标,提出了如图1.1所示的总体思路,将总目标分解为三个具体明确的分目标,采用理论与实践相结合的研究方法,通过理论研究、技术开发和工程应用三大环节,最终实现研究的总体目标。
图1.1 总体研究思路
本书将围绕上述三个环节展开,主要内容包括:
(1)理论研究。这是基础。在为水利水电工程建设服务的前提下,针对多源地质数据的耦合分析、地质体的复杂性、模型信息存储量大且分析速度慢、地质构造的动态性、模型的可靠性及快速更新修改等关键问题,融合水利水电工程科学、工程地质学、数学地质学和计算机科学等多个交叉学科的先进理论技术,提出了实现水利水电工程地质建模与分析的理论方法,主要体现在以下三个方面:
1)面向水利水电工程地质的NURBS(Non-Uniform Rational B-Splines,NURBS)混合数据结构。
2)耦合多源数据的水利水电工程地质三维统一模型的构建方法。
3)基于三维统一模型的水利水电工程地质分析方法。
(2)技术创新。这是将所建立的先进理论体系用于解决工程实际问题的桥梁和纽带。结合理论方法和工程实际需求,设计了各种满足地质建模与可视化分析的快速算法模块,研制开发了实用的水利水电工程地质建模与分析系统VisualGeo,并提供了丰富的专业地质可视化分析手段和数据接口,为水利水电工程勘测、设计与施工提供分析地质问题的技术平台。
(3)工程应用。这是最终目标。应用水利水电工程地质建模与分析理论方法和技术手段,分析解决地质勘察、工程设计和施工中遇到的地质问题,为实际工程服务。
为了具体实施上述总体研究思路,本书提出了图1.2所示的总体技术方案。在所提出的水利水电工程地质建模与分析理论方法的基础上,设计相应的算法模块,研制开发相应的技术平台(VisualGeo系统),经过工程实践应用和后期反馈信息检验,验证理论方法及技术的可行性,便可在此平台上广泛开展工程应用技术研究,解决水利水电工程勘测、设计与施工中的相关地质问题。
图1.2 总体技术方案
水利水电工程地质建模与分析的重点在于工程对象和地质对象的统一结合,三维地质模型是基础,而为水利水电工程建筑物选址、布置、设计和施工等各方面提供多方面可行的地质分析手段才是所要达到的目标。工程地质是工程建设的基本载体,实现水利水电工程地质三维建模与分析,对于水利水电工程勘测、设计和施工,在不同阶段有三维地质模型支持,将能够实现各方面的多种需求:
(1)可以辅助地质人员进行钻孔、平硐优化布置,指导勘探工作,不仅能提高工程地质工作的效率和精度,还有助于地质工程师预测分析地质信息在研究区内的空间位置及其关系。
(2)可以对模型进行自动剖切,满足设计方案变更、及时提交数字化成果的需要,使工程地质制图实现系统化、专业化、标准化,且将地质工程师、工程设计人员从繁杂的手工制图工作中解放出来。
(3)可以优化工程设计,提高工程设计水平和效率,缩短设计周期;可以指导实际施工,辅助施工管理决策,有助于缩短工期,减少施工事故。
因此,建立完善、简便、实用的水利水电工程地质三维建模与分析系统,快速、准确地为水利水电工程勘测、设计与施工等提供全面的地质信息和丰富的分析手段,进行综合一体化和三维定量化的分析与管理,有利于合理、有效地进行各种地质分析评价和预测,降低风险,对水利水电工程勘测、设计与施工具有理论指导意义和实用价值。