三維數字化技術在抽水蓄能電站地質勘察中的應用

摘要：

針對傳統工程地質勘察技術手段存在效率低下、數據分散、流程銜接差、協同程度低等問題，探索了融合數字化技術的抽水蓄能電站項目勘察技術與手段。提出了一種微服務系統架構下，B/S和C/S兩條技術路線并行、移動端—桌面端—網頁端多端合一的創新性數字化解決方案。結合長龍山、云和、金寨等多個抽水蓄能電站項目的工程地質勘察工作需求，深入研究了勘察三維數字化技術在抽水蓄能項目中的應用流程和方法。研究成果表明，該勘察三維數字化技術在項目數據采集、分析、應用、交付全流程具有技術先進性，可助力抽水蓄能電站項目工程地質勘察工作的降本、提質、增效。

關鍵詞：

工程地質勘察； 三維數字化； 抽水蓄能； 勘察技術轉型

中圖法分類號：TV221；TV743

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2025.02.008

文章編號：1006-0081（2025）02-0046-06

0 引 言

中國2022年度抽水蓄能裝機容量同比增長了25.8%，抽蓄類項目呈現高比例、大規模、市場化的整體態勢，國家發展和改革委員會、國家能源局等相繼頒布了一系列支撐性文件促進抽水蓄能電站的持續發展。

充分認識工程地質條件是抽水蓄能工程科學規劃、安全建設和運行的重要前提與保障，工程數字化、智能化技術的飛速發展，為地質勘察行業數字化技術的融合與應用提供了機遇。然而，勘察三維專業軟件研發存在信息技術與工程實際應用場景緊密度不夠、不深的問題，距離在抽水蓄能項目實際中的應用與推廣還有較大差距［1-3］。國外市場更注重專業產品核心算法研究，常見的包括GOCAD、EVS、Petrel等成熟專業建模軟件，但與國內工程項目勘察專業應用存在壁壘；國內市場則大多以項目應用落地為導向，內容廣泛但欠缺深度，以信息化為主，智慧化不足［4-6］。雖然在信息化采集、三維建模及應用、模型輕量化發布等方面已有大量的研究和嘗試，但是內容分散，不成體系，難以形成系統性的全流程解決方案。本文旨在研究抽水蓄能工程全流程的勘察三維數字化技術，通過分析其在實際工程項目應用中的重難點，提煉關鍵技術，形成能夠在抽蓄項目中應用推廣的綜合性勘察三維數字化解決方案。

1 地質勘察重難點分析

1.1 工程地質勘察概述

工程地質勘察的目的是獲取建筑場地工程地質條件的原始資料，并進行工程地質論證，解決地質條件和工程活動之間的原始矛盾。工程地質勘察的具體工作不僅包含野外地質踏勘，還包括對踏勘資料的分析整理、成果輸出、移交設計等環節。傳統的勘察手段、成果輸出形式已難以跟上數字化設計時代的發展腳步，融合三維數字化技術，快速且全面地實現對地質勘察工作的全生命周期覆蓋，對工程建設順利實施至關重要［7-8］。

1.2 重難點分析

1.2.1 勘察數據資產化

大部分勘察企業都有龐大的勘察數據，但大多為紙質報告、圖表等形式，分散存儲于員工個人電腦、部門服務器、圖檔中心等；盡管做了大量的勘察工作，但沒有形成可以高效管理與再利用的企業數據資產。數據資產能夠為企業在不同業務場景下的決策提供參考，體現自身的經濟利用價值［9］。如何實現勘察數據資產化，是企業勘察數字化進程中的核心研究內容。

為實現勘察數據資產化，建設統一的勘察數據庫，形成集中存儲、協同共享的企業勘察數據資源具有十分重要的意義。一方面，針對既有項目成果數據，利用數字化技術開展勘察數據資源盤點，系統梳理后完成數據入庫；另一方面，針對新開展和待開展的勘察項目，利用數字化采集技術、手段和設備，實現外業采集后的數據自動傳輸與入庫。

1.2.2 內外業一體化

傳統勘察業務流程中，外業數據采集與內業整理完全分離，例如傳統平硐編錄工作方式為在現場進行地質編錄紙質素描與記錄，再回到內業進行數據整理與二次錄入，造成了一定的工作重復從而影響工作效率［10］。因此，如何利用數字化技術實現全流程的內外業一體化，提升工作效率，是勘察人員關心的重點問題。

為實現內外業一體化，數據采集只是前提，數據應用才是關鍵。這不僅要求在外業勘察階段充分應用數字化采集系統，還需在內業整理階段拓展數據整理與分析的數字化能力。在保障外業采集數據安全性、完整性、時效性的基礎上，實現數據的后處理和分析應用，才能滿足應用于生產、服務于工程的要求。

1.2.3 BIM生產應用一體化

在勘察BIM技術的發展驅動下，利用BIM軟件進行地質三維建模工作已越來越廣泛。但由于軟件功能限制或工作流程不規范等因素，模型成果在匯報展示之外沒有被充分應用，依然采用傳統的人工統計、出圖、更新等方式進行項目生產應用。在現有的BIM技術和生產應用脫節的局面下，如何利用BIM技術有效改善項目生產應用流程，是當前數字化技術應用的難點。

為了更加全面、高效地應用BIM技術，實現勘察生產應用流程的數字化轉型。首先，需要實現從“人工為主+軟件為輔”到“軟件為主+人工為輔”的工作模式轉變；其次，要求建模、出圖等數字化技術與生產過程充分融合，才能有效降低人工參與度，減少人工工作量；最后，需要加快數字化交付進程，實現從交付圖紙到交付模型的創新性改革。

1.2.4 協同設計與集成應用

從專業協同設計和多專業集成應用方面來看，傳統勘察技術手段不能實現數據的實時共享與交互，不同專業間的數據傳遞存在時效壁壘。如何解決這種滯后性的集成與協同，降低數據變更、方案更新造成的錯誤與負面影響，是勘察數字化應用的難點。

為實現更好的工作協同，模型的創建、應用、集成交付需要在統一的平臺框架內進行［11］，這也就要求平臺在統一數據中心下具有C/S、B/S兩條架構線，才能同時具備桌面端的復雜地質體圖形建模能力、圖件編繪與模型分析能力以及網頁端的模型輕量化發布、可視化展示以及剖切分析等應用能力。

2 勘察三維數字化技術

近年來，隨著“云大物移智”等新一代信息技術的飛速發展，其在工程建設領域的融合應用也日漸廣泛。圍繞著工程勘察數據的“采集、分析、應用、交付”過程，衍生出了一系列三維數字化關鍵技術，提升了工作效率和質量。

2.1 數字化采集

在企業數字化轉型的背景下，由于研發技術門檻較低，各種數字化地質信息采集系統層出不窮。但此類研究成果，往往局限于特定的專業領域和具體的研究項目，適用于水利水電工程勘察外業的通用型數字化采集系統的研發尚有所欠缺。構建基于移動端的數字化采集系統，能夠實現外業無紙化辦公，支撐項目生產、管理數據的現場接入，改進勘察工作手段，提高作業效率，保障勘察質量。

2.2 數字化存儲

數據是勘察數字化技術應用的基礎，也是貫穿工程勘察全生命周期的核心。數據是企業的重要資產，要求實現數據集中存儲、過程質量管控和數據互聯互通。企業勘察數據資產形成的關鍵在于建立統一的勘察數據中心，具備數據匯聚、數據開發、數據資產整合、提供數據服務等能力，通過搭建微服務架構和數據服務總線，為工程建設各階段、各參與方提供便捷高效的數據存儲、查詢與應用服務。

2.3 數字化建模

地質三維建模是勘察數字化的關鍵環節，全屬性地質三維模型可以有效地實現地質數據的可視化，真正讓數據“活”起來。尤其對于抽水蓄能項目而言，存

在著地質構造復雜、地形與地貌類型復雜等特點。因此，三維建模過程中，既要求先進的建模算法支撐，同時還需具備一定的人工參與調整空間。開發出符合行業工作模式的數字化建模軟件，才能提升勘察設計數字化應用廣度和深度［12］。

2.4 數字化出圖

地質圖件是設計、施工的重要依據，然而傳統的二維圖件編制方式很難將復雜地質條件快速準確地表達出來。尤其在面對設計方案頻繁變更時，傳統的圖件更新方式存在工作量巨大、效率低下的缺點。實現地質圖件的數

字化批量生成，研發三維模型剖切、數據自動提取與標注、圖紙動態更新以及編校審核流程管控等創新性技術，能夠顯著降低地質圖紙的人工修改工作量。

2.5 數字化交付

隨著行業領域內勘察設計手段的升級，對于勘察成果的交付形式也逐漸提出了數字化的要求。早期手工繪圖時代主要通過制作檢索卡進行紙質文檔資料管理，以人工方式查詢；CAD制圖時代主要以DWG等矢量文件線下移交的方式進行成果交付［13］。在當今數字化設計時代多專業協同、并行設計的背景下，需要配合數字化交付技術，達到勘察、設計、交付一體化。

3 勘察三維數字化解決方案

為了更好地解決上述工程地質勘察過程中的重難點問題，本文聚焦勘察設計過程中的數據采集與處理、三維建模與出圖、模型集成應用與交付等關鍵技術，采用微服務架構下前后端分離的開發模式，奠定前端和后端解耦，技術與業務邏輯分離的迭代基礎，提出并應用了全業務流程一體化的勘察三維數字化解決方案［14］，如圖1所示。

方案以數據為核心，建設統一的勘察數據庫與數據服務中心，實現數據采集、處理、分析、應用等全過程管控，解決了數據流通過程中易造成的數據丟失與錯誤等問題，為數據資產化提供過程留痕與準確性保障。方案覆蓋外業數據快速采集、數據管理與分析應用、三維建模與生產出圖、云端數字化成果移交、生產業務管控等業務流程，為解決當前勘察數字化轉型工作流程不規范、二三維平臺不統一、模型“只看不用”等問題提供了一種新的思路與方案。

4 抽水蓄能項目應用案例

在抽水蓄能電站工程的勘察工作中，上述解決方案先后應用于安徽金寨、安徽績溪、浙江寧海、浙江磐安、浙江長龍山、浙江云和等多個抽水蓄能項目，應用范圍覆蓋外業數據采集、內業整理與分析、三維建模與出圖和成果交付等各個環節。

4.1 外業勘察

在浙江云和抽水蓄能項目外業勘察過程中，利用勘察外業數據采集系統，通過選項錄入、智能識別、模板定制、拍照上傳、人機交互編錄等方式，實現鉆孔、測繪點、平硐等數據快速采集。如圖2所示，在云和抽蓄項目平硐編錄中，利用移動端APP在作業現場完成構造、節理、風化、卸荷等地質對象的電子編錄，編錄成果后自動上傳至數據庫進行存儲，桌面端自動提取編錄成果進行協同編輯、一鍵成圖和數據統計分析。

電子設備采集、移動互聯、數字編繪等技術在外業勘察過程中的應用，打破了時間、空間的限制，實現了異地數據的實時采集與傳輸，統一存儲與管理，協同共享與應用，有效提升了勘察數據可靠性、科學性，保證了數據在后續生產應用和設計過程的真實性、完整性［15-16］。

4.2 內業整理

通過內嵌行業規范，建立標準化數據字典，集成各專業數據，構建統一的勘察數據庫，以全過程數據為基礎實現數據整體分析。在安徽金寨、安徽績溪、浙江寧海等抽水蓄能項目中均充分應用了數字化手段進行數據內業整理，通過嵌入企業統計標準模板，實現報告所需統計報表的一鍵輸出（圖3（a））；嵌入行業計算規范，自動獲取計算公式、參數，完成常規巖土計算和結果輸出（圖3（b））；嵌入勘察收費標準，查詢并統計勘察工作量，快速生成與輸出勘察工作量收費統計表（圖3（c））。數字化技術與內業工作的有效融合，避免了傳統工作模式下，根據原始記錄資料進行內業整理時存在大量的重復性錄入工作導致效率低下、錯誤頻發等問題。

4.3 三維建模

本文研發的地質三維勘察設計系統具備高精度、大范圍、復雜地質建模能力，以數據驅動建模形式實現鉆孔、測繪點、平硐、地下洞室等地質對象參數化建模，利用DSI插值和克里金插值等算法實現地形面、構造面、水文面、風化面、卸荷面等復雜地質面在客觀揭露點約束條件下的快速建模，同時能夠充分考慮地質工程師的經驗認識，添加點、線、剖面實現人機交互建

模［17-18］。在地質三維模型基礎上，開展可視化分析、地層開挖、儲量計算等系列應用。

料場儲量計算是抽水蓄能項目必不可少的環節，傳統二維設計方法流程復雜、工作量冗雜，近年來很多項目也嘗試利用三維軟件替代二維計算，驗證了三維設計成果更直觀、便捷和準確［19-20］。但由于地質模型在數據、造型、格式、平臺等方面的特殊限制，設計放坡

與三維建模工作往往呈現分離的態勢，因此該方案融合了設計放坡、三維建模及地層剪切等技術，以解決上述問題。如圖4所示，利用數據驅動、人機交互建模等技術建立長龍山抽水蓄能電站三維模型，參數化生成開挖面，快速輸出覆蓋層和不同風化程度的料場儲量，統計有用料和無用料儲量，指導土石平衡設計方案比選，也可實現施工期的開挖土石方動態更新。

4.4 生產出圖

二維圖紙是抽水蓄能項目勘察階段的重要輸出成果，也是工程設計的主要輸入依據。在傳統二維出圖流程下，當出現數據錯誤等問題需要進行圖件修改時，圖件之間無法實現聯動更新，人工修改工作量巨大，并且橫縱剖面圖、平切圖空間相交位置極易出現偏差，造

成工程質量問題。因此，在生產出圖過程中充分應用

三維數字化技術，不僅可以提高出圖效率，還能保證圖

件成果的精度和準確性。

本文研發的地質三維勘察設計系統具有工程地質圖件自動編繪與動態更新技術，在金寨、績溪、寧海、磐安、長龍山、云和等抽蓄項目中均充分應用。如圖5所示，根據出圖模板和設置參數，運用多種專業投影轉換處理、地質圖元自動提取與標注等技術，在二維環境中按照制圖規范要求自動繪制線條、符號和標注，并添加坐標、圖框、圖簽、圖例等圖件要素，對圖件進行智能化調整與排版。此外，基于模型的批量出圖以及二、三維聯動更新技術大大提升了出圖效率，減少了人工校改的工作量。

4.5 成果交付

行業內抽水蓄能項目勘察成果交付主要還是以紙質圖檔交付為主，要實現數字化交付的轉變，除了企業相關制度和統一標準以外，還要求交付成果電子化、交付流程可閉環、成果內容可追溯［13］。勘察三維數字化解決方案融合AIGC（artificial intelligence generated content）技術在文本生成、規范處理、圖表處理、多模態問答等方面的優勢，助力數字化技術向智能化階段推進［21］。

在云和、長龍山等項目中，針對圖紙、報告、模型三類勘察成果，應用AIGC技術助力成果交付。在數據和模型的基礎上，采取數據連線和模型剖切等方式實現二維圖件的快速生成、預覽與管理（圖6（a））；利用

智能報告模板和結構化輸入方式，系統預定義報告可自動化生成部分內容，一鍵生成項目基本信息、統計報表、計算參數等內容并插入報告對應位置，同時利用人工智能輔助編輯、智能問答、規范建議、自動校對等功能提高報告編寫效率與準確度，再輔助在線協同功能編輯生成完整勘察報告（圖6（b））。利用模型輕量化發布技術實現三維模型的在線交付與管理，提供多終端訪問與應用，為工程建設提供更為具象的可視化數據（圖6（c））。

針對成果數字化交付的設校審核流程，在統一平臺內完成勘察成果的生成、輸出、發布、校審與管理全流程閉環。充分考慮數據安全特性，嚴格控制成果訪問與審批權限，實現圖紙、報告、模型的多版本管理與追溯，以及成果版本的多人協同在線校審，有效減少線下溝通，提高交付效率。

長龍山、云和、金寨等抽水蓄能項目的實際應用效果顯示，該方案提高了勘察專業為后續設計專業提交

成果資料的效率和質量，提升了全專業三維協同設計

的整體效率，為成功實現勘察數字化轉型提供了堅實的技術支撐。

5 結 論

基于對勘察數字化技術的深入研發以及在大量抽水蓄能項目中成功實施應用的經驗，經過總結分析，形成了以下認識與結論。

（1） 當前的工程地質勘察數字化工作存在流程不規范、應用程度低、數據交互不足、交付設計難等問題。

應全盤考慮數字化技術應用流程，而不僅僅是針對某個環節研發和應用。應按照數據采集—分析—應用—交付的工作流程完善整體解決方案，統籌發揮數字化技術體系在勘察全流程的應用優勢。

（2） 該方案在抽水蓄能項目中的成功應用經驗表明，要對勘察應用流程進行革新，實現全流程數字化，搭建統一的數據庫是核心，外業數字化采集是基礎，數據驅動建模及模型生產應用是技術重難點，數字化交付是最終目標。

（3） 數字化技術與工程地質勘察的全面融合，要求B/S和C/S兩條架構并行，才能完成全作業鏈的流程閉環，在勘察數據共享共用的同時保證其可靠性、科學性，大比例降低人力成本，提升整體工作效率，實現項目全過程數字化留痕、透明化管理。

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（編輯：高小雲）

Application of 3D digitization technology in geological survey of pumped storage power station

PENG Yuanyuan，LI Xiaozhou，ZHANG Ping，LIU Haiping

（Zhejiang Huadong Geotechnical Investigation amp; Design Institute Co.，Ltd.，Hangzhou 310012，China）

Abstract： Considering the disadvantages of traditional engineering geological survey techniques，including low efficiency，data dispersion，poor process connection and low coordination levels，exploring the survey technologies and methods for pumped storage project realized by integrating digital technology.An innovative digitalization solution was proposed within the micro-services system framework，with parallel B/S and C/S technological routes and multi-terminal integration of mobile—desktop—webpage.Combining with dozens of application examples in pumped storage projects such as Changlongshan，Yunhe，and Jinzhai，etc.，the application process and methods of 3D digitization technology in pumped storage power station were deeply studied.The results demonstrated that the survey 3D digitization technology was technically advanced in the whole process of project data collection，analysis，application and delivery，which could help reduce the costs，improve quality and increase efficiency of engineering geological surveys in pumped storage power station.

Key words：

engineering geological survey； 3D digitization； pumped storage； exploration technology transformation