十年磨一剑:成都院工程地质信息化之路
十年,对于漫长的地质年代连弹指一刹都算不上,但是,这十年,却承载着上一代水电工程地质人的梦想与希望,倾注了这一代水电工程地质人的心血与智慧,也传承地质工作者的执着与顽强。
历史的脚步●寻剑
六十年前,共和国百废待兴,百业待举,为了发展水电事业,组建了西南勘测处,也就是成都院的前身。从那时起,我们的前辈白天跋山涉水,晚上躬身图板,铅笔、尺规、计算纸,伴他们日日夜夜,一张张设计图,一页页计算稿,筑就水电建设的基石。
辛勤的水电人,在图板和透图台上工作了整整四十年。一条条曲线,一个个花纹,都是靠铅笔一笔笔画出来的;一台台电机,一盏盏明灯,都是靠计算纸一天天点亮的。狮子滩、龚嘴、铜街子、二滩……一个又一个水电奇迹都是在简陋的图板上完成,一本又一本的原始资料、技术档案、图纸、计算稿,堆满了一个又一个房间。
一代一代的水电人总是梦想,有一天不再为纸质资料破损、遗失、查找、堆放而费心;不再为图纸多次擦写破损而困扰;不再为描图精度不够而烦恼;不再用铅笔一道一道的勾画图例花纹,不再一个字一个字地模写仿宋体……
历史总是一步一步向前。进入八十年代,改革的大潮席卷中华大地,计算机技术也进入了中国,各类应用软件如雨后春笋,各行各业都开始利用计算机技术,实现了各种各样不可思义的构想,难道我们水电工程地质人还要在老三件和图板中度日?不!我们也要在高科技的今天,实现前辈的梦想!
从不缺乏探索精神的水电人。把目光投向了计算机领域。整个八十年代,水电工程计算机应用开始了原始积累之路,从简单的文字处理,到繁琐的工程计算,从无到有,一步一步地摸索着计算机技术在水电工程中的应用方法。1989年,当时工作不到一年的我,看到我处第一任计算机室主任任鸣春让计算机用老式彩笔绘图机绘出第一张工程地质图时,感到有些新奇。但当他拿着这张图纸去给老处长石金良汇报时,我不会忘记当时在场的三位处长眼中的希冀之光,也不会忘记他们问话中的激动与期望。从此,我们水电工程地质也走上了计算机数字化的逐日之路。
逐日之路●借剑
到了九十年代,计算机二维辅助设计软件AutoCAD进入我们的视线。该软件有较为完善的菜单操作系统,有较为方便的图形处理界面,作为工程设计的计算机辅助工具,是不可多得的选择。与此同时,作为计算机信息处理的核心平台,数据库的应用也适时兴起,其核心思想是将各类信息标准化、结构化,为信息保存、管理和应用提供全方位的服务。
1992年,依托二滩工程,我处逐步实现在大工程建设中对滑坡计算、节理隙统计和报告打印等文字、数据统计处理的计算机化,。到了1995年,全处各生产室已经有三、四台电脑进行文字、数据处理,在此期间,我处完成了第一代钻孔数据库系统的开发,并投入实用。
1996年,我院引入了AutoCAD制图软件,开始了图形数字化,在全院范围内掀起了计算机学习热潮,很多我的同辈都是在那时候学会了计算机制图。
到了2000年,我们基本上扔掉了图板丁字尺,实现了第一次技术手段上的跨越。在此期间,我们自主开发了第一代地质CAD插件,应用于生产。在此后的5年时间里,我们相继开发完成了第二代地质CAD和第二代钻孔数据库。
与此同时,随着溪洛渡工程开发速度的加快,90年代末期,依托溪洛渡工程岩体质量分级和层间层内错动带研究的科研项目,为了理顺其空间分布和交切关系,我们开始了三维探索之路。
如果能利用电脑将我们工作中的所有收集到的信息数字化保存,并集中统一管理,实现唯一数据源;如果能将地质体的空间展布以三维的形式展现出来,利用三维平台进行分析;如果能将虚拟三维地质体赋予地质属性……我们的工作将会变得更加轻松有效,产品质量也会有质的提高,为什么我们不去试一试呢?
2002年,我院与天津大学合作,开展三维建模研究,开发出第一款工程地质三维建模软件,以密集的平、剖切面为建模基础,构建了锦屏地质模型。该软件以仿真为目的,主要用于工程地质条件展示,是三维研究的正式开端。
2005年,Itasca (武汉)咨询有限公司将GOCAD三维地质辅助分析软件介绍给我处。该软件可进行精确地质几何建模,并可进行定量化三维数字分析。
2006年,院相关部门以“三维可视化设计技术在成都院的应用”为题,介绍了我院当时三维研究的一些成果和进展,并由此开启了我院三维协同设计的大门。我处也将三维研究纳入了同期的专业技术发展规划,并成立了三维项目组,进行CATIA建模研究。从此我院第二代计算机信息化工作踏上了一条艰辛而又充满激情与希望的三维之路。
2006年底,我处完成了CATIA软件在地质三维建模中的应用研究,并构建了溪洛渡、锦屏一级、大岗山、瀑布沟、双江口、猴子岩等工程的三维地质模型。
探索之路总是充满坎坷,刚刚开始研究的项目组遇到了一个难题。CATIA是一款机械设计软件,对地质体等客观存在的再现能力较差,为此,项目组提出将GOCAD软件纳入研究范围,也将GOCAD软件推到了前台。
2007年,CATIA与GOCAD进行了对比研究,进一步明确了CATIA中遇到的问题和GOCAD的优势,年底的工作汇报中,明确地指出了GOCAD在三维地质建模中的优点,同时提出了GOCAD与下游专业CATIA软件接口的技术方案。
2008年,我院引进GOCAD软件,与Itasca (武汉)咨询有限公司开展合作,当年就完成了水电工程GOCAD地质建模的基本方法,形成了生产流程初步轮廓,并完成了十五个工程的工程地质三维建模,至此,我院工程地质三维建模形成了自己的特点,但路才刚刚开始……
大胆的构想●铸剑
路才刚刚开始,我们面临的是全新的挑战,GOCAD作为一款国外软件,国内应用不多,没有中文资料,没有技术支持,没有可借鉴的先例,一切从零开始。从软件的基本应用,到较为深入的二次开发,我们一步一步摸索;从生产模式的可能变更,到与现有流程的融合,我们一分一分斟酌,多少个不眠之夜,铺成了我们逐日之路,开始了我们的第二次艰辛的跨越……
2009年底,地质处在金沙饭店召开信息工作会议,集众多地质专家于一堂,对“工程地质三维”进行了深入的研讨。会上首次提出了“以水电水利工程行业规程规范为标准、水电水利工程地质数据库为基础、三维地质模型为平台、分析计算模块为辅助,将水电水利工程地质专业设计全程置于三维环境下进行,形成的地质产品能动态满足水电水利工程三维协同设计需要的水电水利工程三维地质设计系统 ”这一理念。
“工程地质三维设计”、“全程置于三维环境”、“动态满足”、“设计系统”……这几个关键词将是我们新的起点。
2010年,与Itasca (武汉)咨询有限公司合作结束。这次合作共开发出5个基于GOCAD的功能模块,实现了利用三维模型二维出图,使三维应用得到了极大的拓展,三维建模不再是为了展示,已开始应用于生产实际。
但是,以钻孔数据库为基础,逐步拓展至地表地质测绘、平硐、坑槽井等其它手段的大信息平台构想却出现了硬伤:堆叠拼合成的信息平台信息太过零散,无法满足地质分析需求。此前的金沙会议之时,与Itasca 公司合作已完成了大半,尤其是作为系统基础的“数据库”已接近完成,已无法进行根本性的改造。
数据库不仅是一个数据、信息的堆放仓库,还是一个管理应用平台。但是,数据如何更合理的堆放,便于应用却是一个让人头痛的问题。我们认为,数据库只是个初生的孩子,只是一张未曾着墨的白纸,如何让他更有本事,就要看教它的老师。
说到数据库,就不得不说地质工作的特点:
工作状态:体力与脑力的结合;工作方式:实测与推测的结合;分析方法:定性与定量的结合;工作成果:精确与模糊的结合;收存信息:零乱与有序的结合。
有人说,地质工作者简直就是一台万能的机器,但再好的机器也难免有所疏漏,不可能照顾到方方面面。
到这里,又不得不说说软件各自的特点:
三维软件可以给我们英俊外貌,但软件本身脑容量太小,没有足够的学识和修养;数据库可以有足够的知识底蕴,却只是个没有形貌的隐形人。
于是,我们产生了一个大胆的设想,给三维软件加一个脑袋,让它可以装下足够知识,使之成为内外兼修的高手。
2010至2012年两年多时间里,我们在工程实例中对开发的软件进行了推广应用,并在应用中完善,进行了一些小插件的开发和优化。这段时间,我们也在反思,对反馈回来的意见进行了综合分析,再结合这么多年的三维研究经验,得出信息是基础、是根本的结论。不论进行最基本的地质分析,还是进行复杂的三维演化,不论采用什么软件,都离不开信息。既然避不开,那么我们就拿出面对的勇气,把前期的数据库及其基础架构全部推到,重新构建一个属于我们、属于三维的综合信息平台。
于是,根据2009金沙会议精神,结合两年多的实践,在2012年间,我们重新设计了数据架构,从底层将其涵盖范围进行了拓展,并进行了基本功能验证。拓展后的架构已不再是简单的数据库,我们将之称为工程地质信息平台。
2013年,我们与中软公司合作,进行了水电水利工程地质三维设计平台两期开发。新的数据库底层架构,基本囊括了工程地质所有信息,而数据流转过程与生产过程一致,形成了工程地质信息平台基本型。
2014年,完成“试验数据管理”、“三维解析成果分版本、分部件保存”等专题研究,使得基本地质信息与三维分析有机结合起来。
至此,我院的工程地质信息化平台实现信息细胞级拆分、实现大地坐标自动转换、实现与三维实时通讯、实现数据源唯一;系统流程涵盖地质工程生产全过程;系统信息处理涵盖地勘多专业资料来源、涵盖多层次分析手段、涵盖从阶段分析过程、涵盖技术管理流程。简言之,地质生产中的所有信息,从原始资料到二维、三维成果,基本都可以存入信息系统,并在你需要的时候,帮你查找、统计、分析、并按需求展现在三维场景中。
我们就是这样,一步一步地探索,一分一分地耕耘,我们执着地向前,向前,再向前……
给未来插上翅膀●试剑
2014年3月,全处专家再次集于一堂,对首个该平台下进行三维设计并交付下游专业使用的工程进行评审。该项评审顺利通过,并获得了一致的好评。该平台于2014年4月正式上线运行,至此,我们又一次站上了新的台阶。
2014年,玉瓦项目利用工程地质信息管理系统和三维解析系统进行施工工程地质工作。
2014年,楞古项目全面应用工程地质信息管理系统和三维解析系统开展可研阶段工程地质工作。
2014年,孟底沟工程工程地质信息管理系统和三维解析系统开展可研阶段工程地质工作。
……
2014年,一共29个工程项目启动工程地质信息化与三维设计,其中4个工程通过处级评审,顺利提交下序专业进行三维协同设计。
同样是2014年, 在EIM数字化设计大赛,代表我院参赛的孟底沟工程一举夺得地勘专项第一名,锦屏一级工程夺得综合第二名。
2015年,两河口工程项目利用本平台启动数字化移交工作。
2015年,工程地质信息化研究完成 “工程地质岩体质量分类”、“工程地质二维三维交互”等专题。
……
科技没有止境,脚步仍在前行,我们的目标是:
实现水电工程地质专家系统;
实现水电工程地质智能分析系统;
实现水电工程地质三维应用系统。
由此整合为水电工程地质设计平台:涵盖水电工程地质所有业务;涵盖新能源、岩土、地灾等工作的所有业务;涵盖地质相关专业的大部分业务。
我们要给未来插上翅膀,我们也像前辈一样在这里播种希望,企盼将来能写出更美的华章!
滚滚长江东逝,滔滔大河南流,曾拦高峡出平湖,又缚苍龙取明珠。
再铸三尺龙泉,伴君披荆斩棘,卧薪尝胆今日苦,且看明朝举杯祝。
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