重慶市勘測(cè)院 顏玫 明鏡

為克服公租房建設(shè)過(guò)程中面臨的多方參與、工期緊張、地質(zhì)信息共享不足等困難，提出建立地質(zhì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、建立多方法統(tǒng)一建模流程、多源異構(gòu)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、海量三維地質(zhì)數(shù)據(jù)可視化等公租房工程地質(zhì)信息集成管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。研發(fā)的系統(tǒng)在重慶龍洲灣公租房建設(shè)項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，表明該設(shè)計(jì)及系統(tǒng)具有良好的實(shí)用性，有效保障了工程建設(shè)安全。

1 背景意義

公租房是維護(hù)社會(huì)和諧穩(wěn)定、多渠道滿(mǎn)足住房困難群眾的基本住房的需要，是市民住房保障體系的核心，在推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化和農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移人口市民化，增強(qiáng)困難群眾獲得感、幸福感、安全感等方面具有重要意義。

公租房建設(shè)一般由政府主導(dǎo)，常常具有規(guī)模大、工期緊、參建方多、資料繁雜、地質(zhì)信息共享難等特點(diǎn)，如何有效管理多個(gè)不同單位的地質(zhì)勘察等信息，規(guī)避可能的工程地質(zhì)問(wèn)題，是項(xiàng)目建設(shè)中需要克服的難題。建立地質(zhì)信息系統(tǒng)是解決上述難題的一類(lèi)途徑[1]，并已在公租房、公路工程、地災(zāi)及自然資源等領(lǐng)域應(yīng)用[2-5]。

為此，本文開(kāi)展了公租房工程地質(zhì)信息集成管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)際工程需要開(kāi)展了相關(guān)應(yīng)用。

2 技術(shù)路線

以C++及C#為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，結(jié)合工程地質(zhì)勘察的實(shí)際項(xiàng)目和生產(chǎn)需求，按照三維可視化平臺(tái)引擎的設(shè)計(jì)思路，進(jìn)一步從標(biāo)準(zhǔn)、三維模型、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用插件等方面深化開(kāi)發(fā)，建立了整體的技術(shù)路線。

(1)建立項(xiàng)目的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。按照工程地質(zhì)勘察及施工的常用數(shù)據(jù)范圍開(kāi)展設(shè)計(jì)，把城市的測(cè)繪基準(zhǔn)體系、場(chǎng)地工程地質(zhì)編錄數(shù)據(jù)、地質(zhì)區(qū)域單元標(biāo)準(zhǔn)化柱狀圖、三維模型、可視化效果等主要內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，建立了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

(2)三維地質(zhì)建模方法的集成。綜合集成了基于地質(zhì)鉆孔、地質(zhì)剖面、其他地質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)的多種三維地質(zhì)建模方法，并提供多源數(shù)據(jù)融合及多模型的碰撞修改。

(3)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。采用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)形成包含元數(shù)據(jù)庫(kù)、三維空間數(shù)據(jù)庫(kù)、非空間數(shù)據(jù)庫(kù)等層次的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)。

(4)建立三維可視化平臺(tái)。針對(duì)海量多源異構(gòu)數(shù)據(jù)快速加載及渲染的實(shí)際需求，從三維空間索引，自適應(yīng)組織及序列化拼裝等方面，搭架可視化引擎框架。

(5)應(yīng)用插件開(kāi)發(fā)。結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際，兼顧區(qū)域規(guī)劃、工程地質(zhì)勘察、工程設(shè)計(jì)、施工監(jiān)測(cè)等對(duì)工程地質(zhì)信息的需求及行業(yè)特點(diǎn)，支持插件開(kāi)發(fā)，快捷響應(yīng)項(xiàng)目需求。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall system structure

系統(tǒng)建設(shè)基于項(xiàng)目現(xiàn)有的硬件網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，根據(jù)需要做適當(dāng)擴(kuò)充。基于已經(jīng)建立的城市區(qū)域地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，快速加載本項(xiàng)目及周邊區(qū)域內(nèi)的相關(guān)地質(zhì)地理信息數(shù)據(jù)，并添加本項(xiàng)目特定的項(xiàng)目信息及專(zhuān)業(yè)信息，建立針對(duì)本項(xiàng)目的基本數(shù)據(jù)庫(kù)。

系統(tǒng)提供城市區(qū)域地質(zhì)信息數(shù)據(jù)庫(kù)的查詢(xún)、調(diào)入、分析及展示接口，也提供了本項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)新增數(shù)據(jù)的集成，保證了系統(tǒng)的普遍性和定制化，系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)便捷，且具有良好的針對(duì)性。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

4.1 二維地圖顯示

基于標(biāo)準(zhǔn)WMS服務(wù)，開(kāi)展二維地圖的加載及顯示，支持地圖縮放、平移、漫游、測(cè)距等功能。

4.2 三維漫游

基于三維可視化引擎快速組織可視化場(chǎng)景，能夠再真三維沉浸式環(huán)境中進(jìn)行漫游，包括縮放、行走、轉(zhuǎn)動(dòng)、環(huán)繞等功能。

4.3 數(shù)據(jù)庫(kù)

在常用數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)新增工程地質(zhì)勘察、施工、監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)的錄入和編輯。具體包括：

項(xiàng)目名稱(chēng)、開(kāi)工日期、主要節(jié)點(diǎn)等工程基本信息。

建設(shè)單位、勘察單位、施工單位等主體責(zé)任單位基本信息。

鉆孔柱狀圖的錄入編輯。

剖面圖的錄入及管理。

勘察報(bào)告PDF的錄入管理。

施工過(guò)程文件的錄入管理。

溶洞、滑坡等不良地質(zhì)信息。

4.4 空間數(shù)據(jù)管理

鉆孔數(shù)據(jù)管理。包括添加鉆孔、刪除鉆孔、替換鉆孔、鉆孔分層設(shè)色等。

三維剖面的加載、刪除、替換、屬性設(shè)置等。

三維地質(zhì)圖的加載、編輯、顏色設(shè)置、屬性設(shè)置等。

三維地質(zhì)體的加載、編輯、刪除、替換、顏色設(shè)置和屬性設(shè)置等。

4.5 查詢(xún)

根據(jù)坐標(biāo)、地名等查詢(xún)定位到相應(yīng)區(qū)域，利用名稱(chēng)、數(shù)值、組合條件等篩選查詢(xún)各類(lèi)三維空間對(duì)象，并進(jìn)行三維展示。

4.6 三維地質(zhì)建模

平行剖面三維地質(zhì)建模法。利用三維空間中一系列平行的地質(zhì)剖面建立三維地質(zhì)模型。

交叉剖面建模方法。利用三維空間中相交或形成網(wǎng)狀的地質(zhì)剖面建立三維地質(zhì)模型。

多源數(shù)據(jù)建模方法。利用鉆孔、剖面、地質(zhì)圖、地質(zhì)界線等多源地質(zhì)數(shù)據(jù)，建立三維空間點(diǎn)、線、面及其幾何關(guān)系形成三維地質(zhì)模型。

鉆孔建模方法。直接利用數(shù)據(jù)庫(kù)中鉆孔進(jìn)行三維模型構(gòu)建。

4.7 三維空間可視化分析

三維空間量測(cè)?？梢粤繙y(cè)三維空間中點(diǎn)的距離、方位、平距、垂距、傾角等。

三維模型切割。利用平剖面、折剖面切割三維地質(zhì)模型，形成相應(yīng)的平剖面圖和折剖面圖，輔助地質(zhì)問(wèn)題分析。

三維基坑虛擬開(kāi)挖。利用建立好的虛擬基坑模型，進(jìn)行三維地質(zhì)模型上的直接基坑虛擬開(kāi)挖，展現(xiàn)開(kāi)挖后基坑邊坡。

三維漫游分析?？梢宰杂陕?，也可以按照預(yù)定的路徑進(jìn)行漫游分析。

工作量統(tǒng)計(jì)?？梢园凑詹煌膸r土類(lèi)型和巖性差異，進(jìn)行開(kāi)挖模型的方量的統(tǒng)計(jì)，指導(dǎo)施工。

4.8 成果輸出

文字報(bào)告輸出。將分析結(jié)果形成圖表、文字說(shuō)明等，進(jìn)行書(shū)面報(bào)告輸出。

多媒體輸出?？梢詫⒖梢暬治鲞^(guò)程中形成的場(chǎng)景三維截圖以及漫游動(dòng)畫(huà)進(jìn)行多媒體輸出。

4.9 權(quán)限管理

系統(tǒng)可根據(jù)用戶(hù)的不同角色、不同功能需求，配置不同的功能權(quán)限，以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分層級(jí)訪問(wèn)，保證數(shù)據(jù)安全。

4.10 數(shù)據(jù)維護(hù)

數(shù)據(jù)庫(kù)自動(dòng)備份功能。按照用戶(hù)規(guī)定的備份時(shí)間以及備份頻率自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)備份。

數(shù)據(jù)庫(kù)恢復(fù)。在系統(tǒng)發(fā)生數(shù)據(jù)丟失或者功能異常的時(shí)候，可以回歸進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。

數(shù)據(jù)導(dǎo)出。將指定的數(shù)據(jù)表或數(shù)據(jù)視圖按照自定義格式進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

5 應(yīng)用案例

重慶巴南區(qū)龍洲灣公共租賃房項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱(chēng)龍洲灣公租房）位于巴南區(qū)龍洲灣街道解放村，緊鄰重慶職業(yè)技術(shù)教育城，小區(qū)建設(shè)規(guī)模36萬(wàn)平方米，占地面積近0.8平方公里，房源5000余套，為高層電梯房。

龍洲灣公租房是重慶十大公租房項(xiàng)目之一，是重慶市重大民生工程。項(xiàng)目重要性程度高，建設(shè)體量大，且工期異常緊張。據(jù)區(qū)域地質(zhì)和工程地質(zhì)資料顯示，建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)的工程地質(zhì)條件也很復(fù)雜。為了保質(zhì)保量地加快工程建設(shè)，保障工程安全，項(xiàng)目建立了龍洲灣公租房工程地質(zhì)信息集成管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用前述技術(shù)路線、整體框架及功能設(shè)計(jì)，建立了包含龍洲灣公租房及周邊區(qū)域的工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)區(qū)內(nèi)的三維地形、地下管線、地下建構(gòu)筑物、三維工程地質(zhì)信息及其基礎(chǔ)資料進(jìn)行了精細(xì)模擬。隨著工程建設(shè)的日益深入，平臺(tái)漸進(jìn)式地更新了區(qū)內(nèi)的工程勘察及設(shè)計(jì)施工等相關(guān)工程地質(zhì)信息。借助系統(tǒng)強(qiáng)大的可視化及專(zhuān)業(yè)分析功能，為龍洲灣公租房建設(shè)工程項(xiàng)目提供了豐富而準(zhǔn)確的地質(zhì)、地理及地下空間三維信息，輔助解決了各類(lèi)實(shí)際工程地質(zhì)問(wèn)題。

系統(tǒng)有效地集成了擬建物、環(huán)境邊坡、設(shè)計(jì)道路、地下管線、地下建構(gòu)筑物、三維地形、地質(zhì)剖面、勘察鉆孔、三維地質(zhì)體等地上地下虛擬地質(zhì)地理信息的集成管理。支持海量三維空間數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)可視化。

在三維虛擬環(huán)境和三維模型的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了虛擬鉆探、剖面切割、基坑開(kāi)挖等三維動(dòng)態(tài)模擬，為各專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員提供了良好的交流平臺(tái)，切實(shí)服務(wù)好工程勘察、設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)建設(shè)環(huán)節(jié)。

6 結(jié)語(yǔ)

將工程地質(zhì)信息集成管理系統(tǒng)應(yīng)用到大型民生工程——公租房的建設(shè)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)存量的區(qū)域地質(zhì)信息和增量的工程地質(zhì)勘察信息的有效管理，也能夠?yàn)楣こ桃?guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理等其他專(zhuān)業(yè)提供統(tǒng)一的技術(shù)交流平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)工程地質(zhì)信息的共享和流通。系統(tǒng)在龍洲灣公租房項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，也證明了該技術(shù)路徑的可行性和實(shí)用性。工程地質(zhì)信息系統(tǒng)對(duì)于保障工期和建設(shè)安全、提升項(xiàng)目質(zhì)量等方面都具有良好效果，具有一定的推廣價(jià)值。