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城市三维岩土工程信息系统的设计与实现

孙志东  
【摘要】: 随着“数字地球”、“数字中国”、“数字城市”等概念的提出和现代空间信息技术的飞速发展,城市岩土工程的三维建模与可视化已成为当前地学研究的前沿课题。开展城市三维岩土工程信息系统建设,研究地质体及岩土工程对象的三维建模、可视化与空间分析、三维数值模拟应用等,不仅具有重要的理论意义,而且对于实现城市岩土工程的科学管理,开展工程设计、施工方案的风险评估,提高岩土工程的信息化、智能化决策水平,具有重要的应用价值。 本文首先总结了岩土工程信息化在国内外的研究与应用现状,并且从数据管理、建模服务、可视化表现和专业应用等方面出发,分析了三维岩土工程信息系统的应用需求。在此基础之上,对系统体系结构、数据流程和用户界面等进行了概要设计。 随后讨论了系统的关键技术和研究热点,如3D GIS数据模型、复杂地质体建模、岩土工程对象建模、三维科学计算可视化与空间分析、三维数值模拟应用集成等。然后研究了岩土工程对象建模方法,结合工程应用特点,提出了参数化规则对象建模、操作式不规则对象建模、组合建模、快速原型建模等四类基本方法,并且在此基础上衍化出了多种方式,满足了各类复杂工程对象的建模需求。将三维模型应用于数值模拟进行力学相关分析是现代岩土工程的发展趋势。因此,本文基于松散耦合方式实现了与数值模拟软件FLAC3D的集成,弥补了数值模拟软件难以构建复杂岩土工程模型的缺陷,极大得简化了数值模拟前处理过程。 本文实现的城市三维岩土工程信息系统3D-Geotech已在北京市相关项目中得到实际应用,并且取得了很好的效果。最后,结合实际应用,对系统特点进行了总结,并提出了进一步研究的方向。


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