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隨著信息化概念的熱炒，工程勘察也在與時俱進。從前兩屆會議的名稱“巖土工程計算機應用研討會”到本次會議換名為“工程勘察信息化論壇”就是見證。本屆會議距第二屆會議已經四年之久（第二屆于2001年11月在杭州召開），科學技術的發展日新月異，信息技術的發展更是一日千里，未參加會議的關心工程勘察信息技術發展的讀者們一定迫切希望了解近年來信息技術在工程勘察中的新進展和新動向，或更希望了解適用于工程勘察行業的軟件動向。本文不敢對本次論壇進行全面評估和總體介紹，僅從參會者的角度，對三維地質建模和自主產權的勘察cad平臺談些個人看法，供參考和討論。

1三維地質建模的意義

我們知道，工程勘察設計成果的主要表現形式之一是各類圖件，所以又有圖紙是工程師的語言的尊稱。工程圖紙的繪制早已計算機化，這不用多說了。唯一要多羅嗦的是我們一般地將計算機輔助設計(CAD)就直接當成計算機制圖來理解，并且直呼CAD制圖，這稍微狹隘了一些，但既然已經成為了習慣約定，我們這里所提及的CAD制圖就暫且理解為狹義CAD。

在傳統的工程勘察內業整理工作中，地質制圖花去了地質師的大量時間和精力，因此CAD在工程勘察中的應用成為工程勘察信息化的重中之重，這是毋庸置疑的。國內工程地質計算機制圖也已經走過了二十余年的探索和應用歷程，現在誰要是還不能應用計算機繪制地質圖件，那是找不到飯碗的，可見計算機地質制圖的普及和應用程度也已經達到或者說早已達到了生產應用的水平。本次會議的代表和廠商，關于CAD技術的發言占了較大比例。

關于工程地質計算機制圖，我們甚至可以說，凡是思考過此類問題的地質師，最后都會不約而同地走到三維制圖這樣的思路上來。為什么會如此的殊途同歸，我想主要有兩點，一是主觀為自己，二是客觀為他人。為自己簡化繁鎖的制圖過程，建立了三維地質模型，其他切制剖面圖平截圖的事情就可以隨心所欲了！為他人主要是指地質圖件在提供給其他專業使用的過程中，在表達上難以讓非地質專業的技術人員理解，特別是一些地質結構面的空間組合關系，有時我們自己都不一定能分析透徹，雖然可以用類似于赤平投影這樣的工具來表達，但仍然并不直觀，一些影響到工程建筑物的布置和穩定的地質缺陷體，很難在二維圖上真實地反映出來。顯然，計算機三維地質建模是地質、設計、施工等專業都迫切需要的，也是工程科研所需要的，在進行工程三維穩定分析計算時甚至是必不可少的。

2三維軟件的發展與應用簡述

2.1CAD技術的四次革命

被稱為四次CAD技術革命的驅動器實際上就是三維問題的提出與解決方案的形成。

20世紀60年代出現了三維CAD系統的雛形；20世紀70年代，法國人提出了貝賽爾算法，使得在用計算機處理曲線及曲面問題時變得可以操作；法國達索（Dassault）公司推出了著名的三維曲面造型系統CATIA，導致了第一次CAD技術革命。CATIA被稱為貴族化的曲面造型系統，據有關資料介紹，當時在國內租用一套CATIA的年租金需15～20萬美元。

20世紀70年代末到80年代初，美國SDRC公司在當時星球大戰計劃的背景下，由美國國家航空及宇航局（NASA）支持，在CAD技術方面進行了許多開拓性研究，了世界上第一個完全基于實體造型技術的大型CAD/CAE軟件──I-DEAS。由于實體造型技術能夠精確表達機械零件的全部屬性，在理論上有助于統一CAD、CAE、CAM的模型表達，給設計帶來了驚人的方便性，因而被稱之為CAD發展史上的第二次技術革命。

CAD發展史上的第三次技術革命，是1986年美國參數技術公司PTC（ParametricTechnologyCorp.）推出的Pro/Engineer參數化軟件，又稱為參數化造形設計，第一次實現了尺寸驅動零件設計修改。進入20世紀80年代后期至90年代初，參數化技術更為成熟，幾乎成為CAD業界的標準。PTC先行擠占低端的AutoCAD市場，繼而進入高端CAD市場，與CATIA、I-DEAS、CV、UG等群雄逐鹿，并在CAD市場份額排名上已名列前茅。

由于參數化技術尚有許多不足之處，全尺寸約束的設計思路干擾和制約了設計者創造力及想象力的發揮，為此，美國SDRC公司于1993年推出了全新體系結構的I-DEASMasterSeries軟件，提出了更為先進的實體造型技術---變量化技術，又稱變量化造型設計，從而驅動了CAD技術發展的第四次革命。

2.2國產CAD系統的雄起

國內著名自主產權的CAXA系統，當前的宣傳口號為“創新設計”，同樣聲稱代表了CAD技術發展的第四次革命。該系統由北京航空航天大學研發，經過十多年持續不斷的投入和市場實踐，獲得了國家有關部門的重點支助，技術上已經相當成熟。2002年科技部在863計劃重中之重的“三維CAD系統”項目上采用了全新的研發和產業化機制，由CAXA牽頭，組織清華英泰、江蘇數字化設計制造中心、浙江大學、武漢開目、武漢天喻、陜西省CAD中心（西工大）和上海宏正等國內8家CAD廠商聯合承擔，實現了優勢互補、資源共享、多家合作、廣泛參與的“中國制造業信息化CAD產業技術聯盟”。CAXA突出了以創新設計取代參數化設計，讓設計者從三維空間直接進行產品構思和創意。CAXA已成功銷售正版軟件超過10萬套（其中3D軟件超過1萬5千套，CAM軟件超過1萬2千套），正在航空、航天、核工業、船舶、石油、化工、汽車、鐵路、電力、電子、家電、通信等眾多制造行業中被廣泛應用（請讀者注意：這里已經聲明了“制造行業”，其他工程行業好象還是AuotCAD一統天下），在國內CAD/CAX市場占有率穩居第一，被指定為國家制造業信息化三維CAD認證培訓的應用平臺之一。

2.3在中國CAD領域的AutoCAD和MicroStation

美國Autodesk公司1982年推出AutoCAD，很快進入中國市埸，又很快在國內CAD領域占據了具有類似于Windows操作系統一樣的統治地位。早期的AutoCAD沒有三維功能，直到1990年推出AutoCADR11版之后，提供了AME模塊來實現積木式立體繪圖，才使得三維制圖成為可能。AutoCADR13以后的版本，不再以AME模塊形式而是直接在AutoCAD中提供三維功能。到了AutoCAD2000，新提供了三維動態旋轉功能，在用戶指定的自由方式下連續旋轉三維實體，增強了三維可視化效果。AutoCAD的三維功能經過十多年來的不斷版本升級，最新的AutoCAD2005（2005年5月起，網上已經有了AutoCAD2006的下載版）在三維制圖功能方面已經達到了較高水準，可以實現復雜實體三維建模的要求。

美國Bentley公司的MicroStation是市場上僅次于AutoCAD的大型CAD系統。MicroStation的三維功能較AutoCAD的三維功能更為強大，并且還在AutoCAD三維功能之初的20世紀90年代初期，就已經可以代表當時三維建模的先進水平。而MicroStation在市場上的命運，很有點類似于IBM優秀操作系統OS/2，當年OS/2比Windows先進穩定，但卻在市場運作上很快就被微軟打敗；MicroStation在中國市場的占有率遠遠低于AutoCAD，以至于在國內CAD應用領域熟悉的人不多，使用的人更少。

國內為了打破AutoCAD一統天下價格居高不下的局面，于2003年12月5日由中國勘測設計協會向全國各行各業的勘測設計協會發了一個推薦函：中設協字（2003）第53號“關于在勘測設計行業推薦使用MicroStationPowerCAD軟件的通知”，團購價300/套。此舉措在國內工程勘測設計行業產生了一定影響，這兩年MicroStation的用戶也就逐漸多了起來。

2.4其他三維軟件

1996年在北京第三十屆國際地質大會科學展覽會上，美國、法國、加拿大、以色列等國家的一些優秀的三維地質建模軟件紛紛亮相（我們已經在一些文章中向讀者作過介紹）。此類軟件當時和后來在國內石油勘探系統用得較多，效果很好。此類軟件由于系統龐大，要求計算機性能很高，對用戶的使用水平要求也很高，在除了石油勘探系統之外的其他勘測行業很少引進。另一個根本性的原因恐怕還是此類軟件價格昂貴，一般性土建工程勘察沒有必要，就是較為復雜的水庫大壩工程地質勘察也不一定消受得起。而石油勘探則完全不一樣，打一口石油鉆井的費用數千萬元，用高檔計算機輔以高水平的三維分析軟件以確定鉆井井位，則是很有必要的。

國內外還有一些GIS系統，也提供不同需求層次的三維功能。國內工程地質界早有人自編三維建模軟件，也有能解決一般性實體建模問題的，但都尚未能形成氣候，真正用于工程實際三維實體建模的實例尚不多見。一些宣稱三維應用的實例多為地形模型，實際上是一張地形表皮而不是地質實體，也就是動畫一下使平面地形圖站立起來看上去易于理解而已。

2.5三維軟件行業應用的傾向性

總觀以上所列三維軟件系統，可以明顯地看出行業應用的傾向性。CATIA、I-DEAS、CV、UG和國產CAXA等系統，主要支持者和用戶群在宇航、飛機、汽車、機械等制造業；三維地質建模軟件多用于石油勘探業。這些行業的經濟實力最雄厚，支持力度最大，研發力量最強，應用水平很高。AutoCAD和MicroStation均屬于成功市場化的通用CAD系統，其用戶主要在工民建、水利水電、能源交通、港航等工程勘測設計行業，其支持力度也主要是這些行業的龐大用戶群。

以上我們對三維軟件進行行業應用劃分只是一個相對概念，制造業用AutoCAD，土建用CAXA也是常見的，就像客車也可以裝貨貨車也在載人一樣。

2.6CAD軟件的二次開發

一般較為成熟的有一定市場的CAD平臺，都要為用戶提供二次開發工具（編程語言、與其他語言的接口等）。AutoCAD提供了LISP、ObjectARX、VBA；MicroStation提供了MicroStationBasic和VBA；CAXA用C++開發，很自然地提供了與C++和VC++的接口。另外，各CAD廠商之間對圖形文件格式、數據交換標準等技術問題，有些不成文的默契或轉換工具，誰的市場份額最大誰就具有最大的發言權，誰就有可能成為事實標準。例如AutoCAD的DWG文件格式，MicroStation、CAXA等CAD系統都能與此兼容。

由于行業應用各具特色，許多用戶都要在選定的CAD平臺上進行二次開發，國內許多行業CAD應用軟件提供商也多為二次開發的應用系統。例如國內名氣較大的理正軟件研究院所提供的工程勘察CAD系統、水利水電行業的許多勘測設計CAD系統，都是基于AutoCAD的二次開發。當然，高手用戶也有根本不用二次開發軟件的，直接就在AutoCAD、MicroStation等CAD平臺上完成自己的設計和制圖任務。

3三維地質建模的新思路

三維地質建模有難度，也存在一些誤區。走出誤區需要新思路。

3.1三維地質建模的誤區

工程地質界對于三維地質建模的追求已經許多年了，早在非窗口化非圖形化的DOS時代，國內就有許多人探索過。由于當年計算機硬件和軟件功能的局限性，這樣的探索是有意義的但卻注定了沒有多少實際效果，因此也就一直達不到工程實用的水準。我們在追求三維地質建模的過程中也曾經存在過一些誤區，例如早先我們有些貪大求全，總希望將一個樞紐工程區（例如壩址區）的三維地質體全部搬到計算機上，這樣的誤區實際上導致了三維地質建模走進了死胡同！對于構造不發育地質條件簡單地區，問題不大且早就有人這樣做了（例如建于土質地基上的火電站、近于水平地層的一些工程）。而對于存在較為復雜的褶皺構造、斷裂構造、侵入體等地質條件區，就顯得相當困難。原因在于建模的范圍太大，所需要的地質信息量太大，計算機的性能有限，軟件處理功能不夠，當然還有若干其他技術和非技術的原因，一直困繞著三維地質建模的工程應用。

3.2走出三維地質建模的誤區

探索多年卻走不出誤區，這不但是探索者的困惑，也是行業發展和專業應用的尷尬。由于地質三維問題意義重大難度也大，一些難以用數學模型來準確表述的空間非規則的面、多個非規則面在空間的組合與切割關系以及它們所組成的空間實體的計算機描述，深深地吸引著眾多探索者的興趣和志向，時不時地，我們還可以從不同的消息面上了解到聲稱解決了地質三維建模問題的夸張性廣告詞式的報導或自我介紹，甚至還有高校或科研單位的研究人員上門宣傳自己對三維建模問題的解決方案。這里，筆者暫時放棄對眾多三維愛好者和探索者們研究成就的深入報導，而轉向對以應用為先解決工程實際問題為重的解決方案的評述，看看是不是可以走出地質三維建模的誤區。

在本次勘察信息化壇上，中國水電顧問集團北京勘測設計研究院的徐春才高工向會議展示了近年來他們在AutoCAD平臺上實現三維地質建模的最新成果，立即吸引了代表們的眼球，被筆者稱為本次論壇上的CAD技術亮點之一。

徐春才的探索是務實的。首先他對工程界最為流行的AutoCAD的三維功能進行了較為深入的研究，界定了充分利用AutoCAD本身提供的三維功能去實現三維地質建模的基本思路；其次是選用合適的編程語言開發出一些AutoCAD并不具備的三維地質建模輔助工具，以實現建模意圖。

徐工更為可取的務實思路是根據工程需要去考慮做“局部”模型還是建“整體”模型。例如地下洞室區的地質體，是最為令地質師和設計師都很頭疼的地下空間，做出這一工程區域的三維地質實體模型，最需要表達的是巖性（地質勘察的首要任務）、各主要地質結構面的空間組合（通過地表測繪、探硐和鉆孔等勘探手段可以勘察到一定精度）、建筑物與地質實體之間的空間關系等。實現了這樣的實體模型，可以說基本上就已經大功告成了（圖1）。其他諸如組合塊體分析、穩定計算、地應力方位、建筑物空間位置根據地質條件的調整、地質缺陷的加固處理、實體的任意旋轉與任意剖視等等，都將在此模型基礎上獲得有效解決。又如對于某一塊需要深入研究的邊坡、壩基等，都可以做出“局部”三維地質模型以滿足工程需要。而需要做整體的地方，例如水庫庫區做出一個三維的庫盆，將大壩實體（確定性問題做起來很容易）放上去之后，根據水位的升降來計算庫容量，或計算開挖體積等等。這種“整體”只需具有三維的地表特征屬性就可以了，當然也可以把壩址區主要構造等條件放上去，就可以基本滿足全工程區的一般性切圖的需要（圖2）。更進一步地，如果地質資料足夠，工程需要，按照以上思路在AutoCAD平臺上構建出壩址區整體三維地質模型，在技術上也是可行的。

3.2三維地質建模新思路是可行的

（1）軟件平臺的可行性

徐工在AutoCAD平臺上成功地實現了三維地質建模，說明現有流行CAD平臺均是可行的。如果還有人在MicroStation、CAXA等CAD平臺上進一步探索，筆者相信同樣可以成功。此類CAD平臺雖然沒有直接提供構建三維地質模型工具，但可以充分利用這些平臺構建各類曲面和實體的功能，巧妙地應用這些功能的有效組合，輔以其他編程語言開發出特殊問題的解決工具，成功就在眼前。

（2）工程需求的可行性

三維地質建模一定要根據工程需求來構建。一般來說，那些短平快的中小工程，幾張二維地質圖足以滿足需要，當然沒有必要去建三維地質模型。還有一些簡單工程，例如一段堤防、渠道、中小規模的閘涵等，也沒有建模必要。真正需要構建三維地質模型的是一些大型樞紐工程的大壩區、高邊坡區和洞室區等，可以按照工程需求分局部和整體、急用先建、先粗后細的原則來考慮。工程需求并非貪大求全，只須滿足要求即可。

（3）技術路線的可行性

在成熟的軟件平臺上做自己想做的事，其技術路線不存在根本性問題。三維軟件經過數十年的發展，業已相當成熟。我們需要提倡的是像徐工那樣的務實精神，消化現有軟件功能，擴展應用領域，走務實技術路線。

（4）技術力量的可行性

生產第一線的地質師不會用計算機的狀況已經一去不復返了。不過要求地質師們都達到徐工那樣的水平又是不現實的。客觀地說，通過不斷學習和應用實踐，將涌現出高水平的地質計算機應用人才，這就是我們所需要的工程勘測設計的技術力量。

4國內自主產權的勘察CAD

在本次勘察信息化論壇上，深圳市勘察研究院介紹了他們開發的自主產權的“勘察e”數字化勘察信息處理軟件（以下簡稱：“勘察e”），同樣吸引了眾多專家代表們的強烈關注，被筆者稱之為又一個CAD技術亮點。

“勘察e”具有CAD功能（其他信息管理等功能本文不議），不基于任何其他CAD平臺，因此我們又稱其為自主產權勘察CAD。熟悉CAD的朋友們都知道二次開發，本文前已贅述。我們也都知道，各行各業都在用的AutoCAD，一套正版本要價一萬元以上（還是在其他CAD擠壓降價后），雖然正版化已經叫了多年，但用非正版AutoCAD的還是大有人在。近年來媒體報導勘測設計單位被Autodesk公司聘請的偵探查盜版害得好苦，動不動罰款上百萬元。國內AutoCAD的商也公開或非公開地四處安置舉報人員，搞得某些用戶們真不敢掉以輕心。如果有自主產權價廉物美的勘察CAD軟件，勘察單位是愿意接受的。想想看，我們使用中的許多基于AutoCAD上進行二次開發的軟件系統，一旦離開了AutoCAD平臺就等于廢物！因此早有專家擔憂，我們的信息化一是被掛在微軟Windows操作系統的戰車上，二是被AutoCAD牽著鼻子，如果有一天微軟戰車拋錨Autodesk公司翻臉，我們的信息化就將全線崩潰化！不知道這是不是危言聳聽！

在本次會議期間，筆者與“勘察e”的開發者蔣鵬博士初步交流，深受這些有識青年創新勇氣的感染。“勘察e”的CAD功能在其技術含量和輔助設計方面還不能與AutoCAD等流行CAD平臺相提并論，但他們關于勘察方面的專用功能卻是可以基本滿足專業應用要求的，其中一些關于專業用戶可以靈活定制的功能，流行的權威CAD并不具備。另外，該系統也作了一些簡單三維的研究，例如輸出地層透視圖，進行地層層面及鉆孔柱狀圖的迭加、動態顯示等。“勘察e”系統的圖形文件與AutoCAD兼容。系統用C++開發，自然提供C++、VC++技術接口，你也可以在此基礎進行自己喜歡的二次開發。

“勘察e”是個新生兒，技術上尚不如人，但卻有特色，有發展前景，因此筆者看好這樣的未來亮點。其實，工程勘察在使用AutoCAD、Microstation等通用CAD軟件時，有許多的功能我們或許永遠也不會用上，就像我們在使用最常用的Word、Excell等軟件時，不同的用戶側重于自己使用的那一部分，誰也不會去折騰與自己應用無關的功能。既然如此，工程勘察CAD完全可以也完全應該根據自己專業的需求，開發出滿足專業應用的CAD系統。只要按照軟件開發的兼容性要求，在文件格式、數據格式、軟件接口等等方面做好與其他CAD平臺的信息可交換性，也應該是大有前途的。

5結語

CAD技術經過數十年來的發展，目前在國內市場上流行的具有強大用戶群的AutoCAD、CAXA和Microstation等系統，幾乎歷經千錘百練，功能強大，技術成熟，開發實力雄厚，是CAD軟件的龍頭老大。在這些平臺基礎上進行專業特色需求的二次開發，是許多CAD軟件廠商的無奈選擇，也是許多用戶的無奈選擇。既然如此，認真消化和用好這些流行系統，完全可以解決工程界最為復雜的三維地質建模問題。

“勘察e”一類的自主產權專用系統是有前途的。如果國內CAD軟件都只在別人基礎上作二次開發，一棵樹上吊死是十分危險的！但大家都來做“勘察e”則又大有重復開發的嫌疑。可取的是大家互相支持團結起來共同開發“勘察e”，也許就能走出重復開發的誤區。這里最大的支持應該是用戶，而用戶也需要行業引導。當然如果有類似于CAXA這樣的高校和國家的支持，“勘察e”也可以成為勘察行業的龍頭老大。

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