水利水电工程地质计算机应用回顾与思考（韦港）

1 回顾与评述

水利水电工程地质计算机应用课题的正式提出本文无从交代，好像目前也没有必要去认真考究，如果真有考究的必要，那就请后来者自便。但从技术发展的角度对工程地质计算机应用的发展历程作些回顾，则有总结经验吸取教训展望未来少走弯路的意义，起码也可以给后来者提供一些参考题材，这即是本文的由来。关于水利水电工程地质计算机应用的发展历程，笔者在文献[1]中划分为五个阶段，即起步、发展、“相持”、拉开档次和上档次阶段；已有文献中还对1995年初提出的水利水电工程地质计算机应用的六大课题[2][3]（数据计算、地质制图、数据库系统、文档管理、专家系统、网络系统）赋予新的内涵。本文对以上回顾从略，仅从行业管理与技术发展的角度作些简要介绍和评述。

1.1 行业管理与技术交流方面

官方将水利水电工程地质计算机应用正式提上行业管理的议事日程，是在20世纪90年代初期。当时的能源部水利部水利水电规划设计总院勘测处领导，站在行业技术发展的高度，开始着手开展工程地质计算机应用技术的推广与管理工作，并于1991年10月在长沙主持召开了第一次“全国水利水电工程地质计算机应用技术交流会”。之后基本上为四年一次这样的全国性技术学术交流会，本次“工程勘察信息化学术研讨会”会议为第五次。为了更好地推动计算机技术在工程地质专业的应用，1995年初，由水利部水利水电规划设计总院勘测处出面组织筹建“工程地质计算应用技术协作网”（以下简称协作网），有组织地开展水利水电行业工程地质计算机应用技术的推广和交流工作。协作网历经五年筹建，于1999年10月在南昌正式成立。协作网由当时水利水电规划设计总院副院长兼总工程师许百立定位为：“民间社团学术组织，组织上学术上受中国水利学会勘测专业委员会领导”。《工程地质计算机应用》季刊创刊于1996年3月。作为协作网的网刊，定位于交流与沟通，作用是桥梁和纽带。到2007年9月止，网刊办了12年共出版了48期。与网刊相对应的是“工程地质计算机应用”网站（http://gocom.hhcc.net.cn），创建于1997年7月，1998年4月正式接入Internet。网刊和网站将协作网交流沟通、桥梁纽带的定位变成现实，在全国工程勘察界具有广泛影响。

1.2 技术发展与专业应用方面

工程地质专业是工程建设的侦察兵，水利水电工程地质又是所有工程建设项目中最为复杂最为特殊的基础性工作。复杂在于地质体的非确定性和形态的非规则性，特殊在于水利水电工程的受力条件和运行状态有别于其他土建工程，对地质条件的要求较为特殊。专业的复杂性与特殊性直接导致了专业性计算机应用技术的复杂性与特殊性。水利水电工程地质计算机应用的重点和难点是地质制图。这方面我们走过了十分艰难和曲折的道路，最初从最简单的钻孔柱状图起步，到地质剖面图、平截图、平硐展示图、地质平面图，经过了十多年的漫长岁月，全部丢掉图板采用机制图件也就是近几年的事。新技术的推广应用缓步慢行，原因很多，单从技术方面来说，我们还是要归结为地质制图的特殊性与复杂性，这是有依据的。例如地质制图软件，专业性强用户群小，难以形成象样的市场化的专业软件产业，因此很少有象样的软件企业专司其职为这个领域开发高质量高水平的应用软件，许多软件公司也很希望打入这一领域，但往往是想得多说得更多真正行动的不多。也有声称推出了水利水电版本的专业应用软件，但用户反映欠佳。多年来在水利水电工程地质领域中广泛应用的一些专业性软件，绝大多数都不是专业性的软件公司按商品软件性质开发推广应用的，而是水利水电系统内的一些对工程地质专业有相当深刻的理解同时又是计算机高手的复合型人才几乎是在单干环境下自行开发的。这一点足以说明，虽然这个领域计算机应用水平总体上可能不如其它行业或专业，但其技术含量却相当高。

1.3 专业应用软件开发的困惑

由于专业性应用软件的开发大多来自不同单位不同作者，各自的技术思想技术风格以及采用的技术路线都不相同，软件的标准性与通用性显得不尽如人意，这是十分普遍和正常的现象。以前甚至今天，人们都会不约而同地想到由上级来组织，各用户单位分头去实施专业软件的开发，其实那都是计划经济的老套路，在市场经济条件下难以通行。一是没人出钱，也没有权威人士能说动国家出钱；二是分头来做这种高技术产品的技术路线本身可能就有问题；三是产品做出来用户群有限升级维护困难；四是多年来各单位都有一套自己熟悉的工作方法和习惯，你就是做出一套标准软件来人家还不一定买账。我们曾经设想过让各单位都出点钱共同组建一家股份制的专业软件开发公司，专司其职做地质专业应用软件。仅为设想而已，因为大家警惕性都很高，你要是把钱一卷跑了，去哪找你？为这点钱去麻烦警察叔叔甚至惊扰国际刑警，丢人死了！再说了，软件开发失败的概率极高，曾经就有几个单位合作开发应用软件系统，结果是产品达不到预定功能而不了了之。这种专业性极强的软件如果技术路线错误，工期和追加投资都将是无底洞。这也反证了这样一个现实：一些雄心勃勃的专业软件企业一旦深入到水利水电勘测行业，对这个行业有所认识之后，立即退回原地不动。多年来地质专业软件的开发就是这样很尴尬滑稽。

2 现状与思考

2.1 应用技术上了台阶

水利水电工程地质计算机应用的现状目前仍然处于文献[1]中界定的第五个阶段，即上档次阶段，但较推出文献[1]时的2000年描述的上档次阶段的状况进步了许多。主要表现在以下几个方面：一是计算机硬件性能大幅度提高，价格大幅度降低，国民经济高速发展，从而导致人人都有机可用，目前基本上不再存在前些年大家比较强调和看重的硬件配置方面的困难；二是人人都会用机且用户水平在大幅度提高，特别是在20世纪90年代中期以后参加工作的技术人员中高手如林，再也没有人提“扫盲”、“普及”这样的口号了；三是通用软件的功能越来越强大，真正的高手用好通用软件就可以基本解决专业应用方面的大多数问题。例如工程界广泛采用的AutoCAD平台，经不断升级换代，功能大为增强，有的AutoCAD高手就是直接在这个平台上画复杂的地质图而不需要任何其他二次开发的专业应用软件；四是一些专业人士经过近二十年来的不懈努力探索，自行开发的专业性应用软件也在不断成熟，形成了一定范围和规模的用户群，有力地推动了应用水平的提高。总体上来说，工程地质计算机应用水平大大地上了台阶上了档次，而发展不平衡则是长期存在的事实，这与各勘测设计院的整体实力有直接关系，一般说来是大院水平较高小院次之。但也有例外的，例如深圳市勘察研究院与水电勘测大院相比算是小兄弟院，却自行开发出“勘察e”CAD系统，属于自主产权价廉物美的勘察CAD软件，绝对不是在别人的CAD系统下的二次开发，显示了出很高的开发技术水平[5]。

2.2 三维地质建模的多种途径

建立三维地质模型来实现切制各类地质剖面图的技术思想，许多年以前业已提出，探索者前仆后继，探索思路和解决方案层出不穷，但在水利水电工程地质界的实际应用也就是最近几年的事。工程制图CAD技术业界早在20世纪60年即推出了三维CAD系统的雏形，被称为CAD技术革命的驱动器实际上就是三维问题的提出与解决方案的形成[4]。而在地质界，我们最早亲眼见到的三维地质模型在计算机上的实现是1996年在北京召开的第三十届国际地质大会科学展览会上[6]。业界关于建立三维地质模型问题存在不同的技术路线和思维方式，从学术研讨技术交流的角度来看，是十分可取的。而具体应用于工程实际，目前基本上属于春秋战国阶段，恐怕谁也说服不了谁，萝卜青菜各有所爱是当前最可取的技术态度。例如有人主张采用国外成熟三维地质CAD软件，典型代表是GOCAD（Geological Object Aided Design），这是法国Nancy大学开发的主要应用于石油地质领域的三维地质建模软件，在水电工程中的应用实例请见文献[7]。也有采用国内自主开发的三维地质建模软件的，例如中国地质大学（武汉）国土资源信息系统研究所研制的GeoView[8]，北京东方泰坦科技有限公司的TITAN[9]；还有采用ArcGIS与AutoCAD联合建模的[10]；更有直接利用大众化的通用平台AutoCAD构建三维地质模型的[4]。

2.3 三维地质建模的巧妙捷径

三维地质建模的核心技术是构造非规则的三维空间曲面，因为一切三维空间实体都可以用若干非规则的三维曲面去构成。非规则三维曲面在数学上有多种处理方法，例如拟合法、插值法、逼近法、网格法等等，一般较为成熟的三维软件都提供了构建和编辑修改非规则三维曲面的功能。还有一些专门用于建立三维空间曲面的软件，例如著名的Surfer软件。巧妙地将专门建模工具软件与AutoCAD这类三维建模功能较弱的CAD通用平台相结合，就可以构造出十分复杂的三维地质模型，这相当于我们在没有或还买不起高科技的数控机床时，高级技工也可以在普通机床上加工出特殊机器零件；在暂时没有自动化流水生产线的条件下，要生产出我们需要的产品就只能依靠其他技术手段。显然，应用者们也没有必要去研究数学算法和编程技巧这些技术含量很高的复杂问题，能够应用好现有软件，也可以构造出能够满足工程需要的三维地质模型。这样一来，以前我们探讨的开发三维地质建模软件，就交给研究人员去做吧。我们需要的仅仅是工具而已，工具差但是技术好，小米加步枪不也打败了飞机大炮嘛。特别要着重强调的是，工程地质建模是地质师的一个艰苦的分析、推理和求证过程，充分体现了地质师的基础理论、判断能力和分析水平，这些经验与智慧的集合靠计算机是不可能自动完成的，这或许是与石油勘探靠计算机采集海量数据进行地质建模的不同之处。

2.4 三维地质建模的市场前景

并不是所有水利水电工程都需要三维地质建模。例如线性工程（渠道工程、堤防工程等）、低矮闸坝及桥涵工程等。在此类工程中，地质条件对工程建设的控制较为有限，认真做好常规性工程地质勘察分析就可以满足设计要求。真正需要构建三维地质模型的是一些大型枢纽工程的大坝区、高边坡区和地下洞室区等，可以按照工程需求分局部和整体、急用先建、先粗后细的原则来考虑。工程需求并非贪大求全，只须满足要求即可。三维地质建模技术虽然已经可以满足实用的要求，但具体工程的建模技术仍然相当复杂。计算机是地质师的基本工具，常规性的计算机地质制图技能是对每一个地质师的基本要求，但要求地质师们都能够利用计算机这个工具构建三维地质模型，显然不现实。而一些重要工程的确需要三维地质模型来有力地支持地质分析和工程设计，当自己的技术力量达不到这一目标要求时，就为专业化的三维地质建模队伍提供了广阔的市场前景。大把的钞票等着三维地质建模的高手们。

3 任重而道远

行业信息化、企业信息化、勘察信息化正在向前推进，三维设计、协同设计、协同办公、网络办公、资源共享等概念逐渐被大家所接受，并正在成为现实。工程地质计算机应用是工程勘察信息化建设的重要组成部份，其应用范围仍在不断拓展，难度也在增加，许多新的课题需要探索研究。计算机技术应用于工程勘察已经二十多年，我们最需要最紧迫的是系统化的基础研究和标准制定，这一命题虽然早已提出[1]，但却没有多少系统性的规划，更谈不上有多少实质性的进展。如果基础研究不深入，就制定不出具有前瞻性的技术标准。随着技术的发展，信息化建设的推进，信息资源共享与交换的需要，有可能导致前期多年的技术界定推倒重来，这决不是危言耸听，我们现在正在对早期开发的若干信息系统弃之不用就是最好的例证。基础和标准研究是一个疑难命题，长期困惑着行业的技术开发。工程勘察信息化建设是永远绕不过基础和标准这个坎的，或许还需要更高层次的技术权威和高层首脑来认识和权衡这一命题，学术界、企业界、技术领域的思考者们也就是说说而已，能够促使命题向前推进当然也算一个进步。工程地质计算机应用技术协作网作为民间学术组织，十多年来为工程地质技术进步做了一些力所能及的宣传鼓动工作，网刊和网站为交流沟通搭建了开放平台，发挥了桥梁和纽带的作用。协作网今后的路还很长，要做的事还很多，任重而道远，需要各方一如既往的帮助和支持。今借多家学术组织共同主办召开的“工程勘察信息化学术研讨会”之际，撰写本文献于会上，欢迎讨论。

参考文献

[1]韦港.水利水电工程地质计算机应用综述.第二届全国岩土工程计算机应用研讨会论文集,2001年11月杭州

[2]陈祖安，邹小安，韦港.水利水电工程地质计算机应用概述与规划设想.水利水电工程地质,1995年第1期

[3]韦港.工程地质计算应用技术的六大课题.计算机世界报,2000年1月24日

[4]韦港.工程勘察信息化论坛CAD技术亮点评述.工程地质计算机应用,2005年第3期

[5]蒋鹏.曾菁.基于自主CAD平台的勘察软件的实现.第三届工程勘察信息化论坛会议论文集,2005年6月

[6]韦港.第三十届国际地质大会展出的计算机三维地质模型.工程地质,1996年第4期

[7]范孝锋，许国，王长海等.三维地质建模关键技术及其在水电工程中的应用.工程地质计算机应用,2007年第3期

[8]刘军旗，毛小平，孙秀萍.基于GeoView建立地下三维地质体的一般过程.工程地质计算机应用,2006年第4期

[9]姚鑫，王崇倡.基于ArcScene的矿床空间三维模型的建立及可视化研究.工程地质计算机应用，2006年第1期

[10]曾钱帮，刘大安，张菊明，潘炜.地质工程复杂地质体三维建模与可视化研究.工程地质计算机应用，2005年第3期

来源：中国地质大学（武汉）全国工程勘察信息化学术研讨会论文集