HhGiCAD

當今工程地質(zhì)勘察不僅需要理復(fù)雜、高難度、大型的工程地質(zhì)問題，而且要求快速、準確，在成果表述方面除了準確之外，還要求美觀、信息量大、易讀等特點。工程勘察目前趨勢已從手工繪制圖形時代過渡到了地質(zhì)工程師控制下的信息化時代，在日常工作中地質(zhì)工程師需要收集和處理大量的野外數(shù)據(jù)，對其進行收集、整理、統(tǒng)計、計算得到有用的信息。由于這些工作相當枯燥與煩瑣，如果基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生一絲變化，將對工程所有設(shè)計產(chǎn)生很大后果。手工制圖計算工作量大，且易出錯，不能滿足當今社會的需要。計算機系統(tǒng)作為當前比較流行且成熟的工作方式，可以方便、迅速、準確地對地質(zhì)信息進行分類整理、查詢、計算從中取得很好的地質(zhì)信息為工程設(shè)計提供很好的基礎(chǔ)資料。目前工程地質(zhì)軟件還處于過渡期，尤其是水利行業(yè)，雖然大家已經(jīng)看到了信息化的優(yōu)勢，但一部分單位還處于半手工工作狀態(tài)，而且整個行業(yè)的信息鏈結(jié)并不完善，所以，為了適應(yīng)現(xiàn)代水利水電工程地質(zhì)勘察行業(yè)，改善傳統(tǒng)的工作思路，我單位開發(fā)了一款集成式、多功能的水利工程地質(zhì)勘察系統(tǒng)——HhGiCAD水利水電工程地質(zhì)CAD系統(tǒng)。

一個受工程技術(shù)人員歡迎的軟件，首先應(yīng)符合工程技術(shù)人員的工作習(xí)慣、軟件要能完成各種圖件處理的需求、便于修改、自動化程度高、數(shù)據(jù)輸入共享性強。

HhGiCAD水利水電工程地質(zhì)CAD系統(tǒng)是按照地質(zhì)工程師手工處理資料的方式方法進行總體設(shè)計，所有計算模型都是以現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)程、行業(yè)標準作為依據(jù)。所以，軟件具有廣泛的適應(yīng)性。

軟件采用AutoCAD作為開發(fā)平臺，AutoCAD是世界上應(yīng)用最廣的繪圖系統(tǒng)之一，它功能齊全、編輯方便、操作簡單，在水利水電行業(yè)中有著廣泛的用戶。HhGiCAD軟件是結(jié)合AutoCAD二次開發(fā)接口，以Visual Lisp和VC 作為編程工具，利用其強大的圖形功能開發(fā)而成。

水利水電工程地質(zhì)CAD系統(tǒng)—HhGiCAD，經(jīng)過多年的設(shè)計、完善，已用于幾十個工程項目，筆者長期從事水利水電工程地質(zhì)勘察，這對HhGiCAD系統(tǒng)設(shè)計的幫助很大，筆者在軟件維護過程中，使其功能、性能不斷提高，我院許多地質(zhì)人員掌握了其使用方法，用計算機提交成果，其成圖率已達到100%，為計算機輔助繪圖打了良好的基礎(chǔ)。2100433B

系統(tǒng)維護好，升級方便。軟件包含兩部分軟件，第一部份為數(shù)據(jù)錄入計算內(nèi)容，第二部分包含了工程地質(zhì)圖件繪制內(nèi)容，整個工程地質(zhì)勘察過程數(shù)字化信息處理，全部由計算機完成。其主要功能如下：

1、平面圖：布產(chǎn)狀、鉆孔、探坑、平硐、泉水點、指北針……一般的地質(zhì)線型（地層分界線、分水嶺、正常蓄水位線…………各種地質(zhì)線型）以及各種圖幅圖框；

2、柱狀圖；

3、剖面圖（包括用地形圖截地質(zhì)剖面）；

4、探坑圖

5、平硐展示圖；

6、灌漿剖面；

7、節(jié)理玫瑰花圖；

8、赤平投影圖

9、視傾角計算

工程地質(zhì)圖是工程地質(zhì)工作全部成果的綜合表達，所以它是工程地質(zhì)工作的重點之一，也是計算機應(yīng)用較為活躍的領(lǐng)域。工程地質(zhì)圖質(zhì)量標志著編圖者對各種地質(zhì)條件，自然因素及工程作用相互關(guān)系認識的深度，也體現(xiàn)著編圖者對工程地質(zhì)問題的預(yù)測水平。工程地質(zhì)圖是工程地質(zhì)人員為規(guī)劃、設(shè)計、施工、運行管理人員提供直接應(yīng)用的主要資料，它對工程的布局，選址，設(shè)計及工程進展起到?jīng)Q定性的影響，因此用計算機繪制工程地質(zhì)圖必須表達明確，而且使用方便，準確可靠。

工程地質(zhì)圖件是各式各樣的，不同的工程類型使用不同的圖件表達，但總體來看，按圖件的表達形式可分為：平面圖、剖面圖、柱狀圖、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析圖和立體圖(3D)，，除立體圖（3D）外，HhGiCAD系統(tǒng)都能實現(xiàn)，圖1為HhGiCAD<個地質(zhì)圖件>的功能菜單。下面結(jié)合HhGiCAD軟件介紹幾種常用的工程地質(zhì)圖件的計算機制程序設(shè)計思路和實現(xiàn)效果。

HhGiCAD平面圖

平面圖是反應(yīng)地表地質(zhì)條件的圖，是最基本的圖件。但根據(jù)水利水電工程地質(zhì)的特點和工程師的繪圖習(xí)慣，要在地形圖上加入的基本地質(zhì)內(nèi)容為：指北針、巖層產(chǎn)狀、鉆孔位置、探坑位置、平硐位置、泉水點位置、以及各種地質(zhì)界線，下表為HhGiCAD軟件功能的鏈表，圖2為運行產(chǎn)生的效果。圖3為圖框信息，軟件提供60多種必要的地質(zhì)線型庫。

HhGiCAD剖面圖

2.2.1工程地質(zhì)剖面圖

一般是沿勘探線方向切繪的剖面圖，圖形反映出該剖面上的巖性、地層分界、地層時代、含水層的位置和構(gòu)造形態(tài)。它是分析地質(zhì)構(gòu)造，布置工程建筑物的基礎(chǔ)資料，是地質(zhì)測繪工作最重要的表達方式，也是工程地質(zhì)中使用最廣泛的圖件之一。

工程地質(zhì)剖面圖信息量大，反映在剖面圖上的實體有鉆孔及其標注、剖面方位、探坑、探槽、平硐、巖性、巖芯質(zhì)量指標(RQD)、巖芯采取率、呂榮值、原狀樣、擾動樣、標貫、取樣編號、地下水位、風(fēng)化線、地層界限、斷層、裂隙、斷層破碎帶、透鏡體、溶洞、傾斜巖層、等多種。程序設(shè)置的變量多，字符串多，數(shù)組多，由于地質(zhì)條件千變?nèi)f化，隨機現(xiàn)象多，例如：一條地質(zhì)剖面少則無一個鉆孔，多則幾十個鉆孔，無法確定數(shù)組元素數(shù)目，增加數(shù)組，容易引起內(nèi)存不夠，減少數(shù)組，程序不能正常運行。因此采用功能模塊結(jié)構(gòu)覆蓋技術(shù)。系統(tǒng)程序既可以連起來運行，也可以分開運行。軟件繪制剖面地形線有兩種方式：1、根據(jù)測量人員提供的實測數(shù)據(jù)（平距和高程）；2、根據(jù)地形圖切剖面圖（對話框見圖4）。剖面圖說明欄提供有：一般剖面圖、壩址區(qū)剖面圖、渠道剖面圖、輸水隧洞剖面圖、溢洪道剖面圖5種，包括了水利水電工程地質(zhì)所有剖面圖的繪制。巖性花紋的充填軟件提供了500多種，基本能滿足水利水電工程地質(zhì)勘察的需要。

2.2.2剖面中巖石傾角的計算

巖石視傾角是巖層上任意一點與走向斜交的直線和該線在水平面上的投影間的夾角，凡不是垂直走向線所測得的傾角全部為視傾角，天然剖面上的巖層傾角，大多為視傾角，真傾角與視傾角的關(guān)系，以往都是采用查表的方法求得，麻煩還容易出錯，筆者結(jié)合計算機的特點和教科書的公式，提出以下公式的計算方法求視傾角，其特點是：方便，準確，直接可以在CAD中進行繪制，不需要轉(zhuǎn)換坐標（大地坐標和數(shù)學(xué)坐標不一樣）。

式中：

------繪制剖面圖時巖石的視傾角（度）；

從剖面前進方向水平面起逆時針為正；

n------垂直比例尺與水平比例尺的比值；

------巖石的真傾角（度）；

從水平面到巖面的角度，該角度0￡￡90；

------計算時的換算角度（度）；

------巖石的傾向（度）；

從正北到傾向線，順時針為正，（0￡<180）；

------剖面線的方位角（度）；

從正北到剖線的角度，（0￡<360）；順時針為正；

根據(jù)以上公式，HhGiCAD視傾角轉(zhuǎn)換程序中采用Excel強大的宏功能，采集野外數(shù)據(jù)后可以直接轉(zhuǎn)換出與標準的水利水電剖面方位、剖面產(chǎn)狀、和視傾角。見圖5。

HhGiCAD柱狀圖部分

鉆孔柱狀圖的編制主要根據(jù)鉆孔地質(zhì)記錄進行。鉆孔柱狀圖的內(nèi)容主要有地層代號、巖土分層序號、層頂深度、層頂標高、層厚、地質(zhì)柱狀圖、鉆孔結(jié)構(gòu)、巖心采取率、巖土取樣深度和樣號、原位測試深度和相關(guān)數(shù)據(jù)。在地質(zhì)柱狀圖上,第四系與下伏基巖應(yīng)表示出不整合接觸關(guān)系。在柱狀圖的上方,應(yīng)標明鉆孔編號、坐標、孔口標高、地下水靜止水位埋深、施工日期等。柱狀圖比例尺一般采用1∶100或1∶200。比例尺的選擇以能清楚地表達主要地質(zhì)現(xiàn)象為準，一般不采用1：200--1：500。柱狀圖應(yīng)按比例繪出，但對于巖性簡單的厚大巖層可以用縮減的方法表示。根據(jù)水利水電工程地質(zhì)的特點，HhGiCAD系統(tǒng)中可以繪制鉆孔柱狀圖和探坑小柱狀圖兩種格式，詳見圖6和圖7。

下表為軟件鉆孔柱狀圖部分設(shè)計的功能模塊鏈表。

HhGiCAD數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析圖

HhGiCAD提供了兩種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析圖：節(jié)理玫瑰圖和極射赤平投影圖。節(jié)理玫瑰圖是以半徑方向表示節(jié)理方位，半徑長度表示節(jié)理個數(shù)，按野外統(tǒng)計的巖體節(jié)理作出的玫瑰花狀圖案。極射赤平投影圖是地質(zhì)學(xué)中采用的，將表示巖體某些特征的分布于三維空間的點、線、面或矢量投影到通過球體中心的赤道平面上的幾何圖示法。由于篇幅所限，其具體數(shù)學(xué)模型詳見教材《構(gòu)造地質(zhì)學(xué)實習(xí)教材》（成都理工大學(xué) 徐開禮等,地質(zhì)出版社,1989），圖8為兩種圖件的效果圖。

HhGiCAD其它圖件

(1)平硐展視圖

平硐展視圖自身的特殊性和復(fù)雜性決定了該功能的復(fù)雜性，依一定比例尺和圖例按平面連續(xù)展開的方式，將平硐、豎井勘探中揭露的水文地質(zhì)、工程地質(zhì)現(xiàn)象和試驗成果，編繪成的圖。下表為HhGiCAD軟件中平硐展視圖結(jié)構(gòu)鏈表，圖9為效果圖

（2）灌漿綜合剖面圖

用灌漿的方法對巖基進行防滲處理的工程。該圖是對灌漿成果的綜合描述，其難點是用寬度表示灌漿段單位水泥注入量e值的大?。孩賹挾?0.2(mm)(0.2是變數(shù)，根據(jù)剖面圖比例尺寸而選定)；②小于10kg/m的灌漿段，不再畫寬度；③若較多孔段單位水泥注入量大于1000kg/m時，寬度可考慮用其對數(shù)表示，寬度=2loge(mm)(2是變數(shù)，可根據(jù)剖面圖比例尺寸選定)。根據(jù)以上3條理論，可以在程序中根據(jù)灌漿段單位水泥注入量e值的大小進行選擇性的條件設(shè)置，即可求出灌漿段的寬度，圖10為軟件運行效果圖。

云南省紅河州水利水電勘察設(shè)計研究院HhGiCAD軟件

（一）HhGiCAD簡介

隨著科技的快速發(fā)展，計算機在科研、生產(chǎn)和生活中的重要性日益明顯。工程勘察設(shè)計不僅要處理復(fù)雜、高難度的大型工程問題，而且要求設(shè)計快速、準確。在成果表述方面，除了基本的準確之外，還要求成果美觀、信息量大和易讀等。俗話說“工欲善其事，必先利其器”，計算機軟件的智能化使得計算機輔助設(shè)計成為工程設(shè)計優(yōu)質(zhì)化、自動化的重要手段。

紅河州水勘設(shè)計院一直以來對計算機技術(shù)非常重視，自2000年抓住計算機在工程領(lǐng)域興起的機遇，院部領(lǐng)導(dǎo)大力發(fā)展計算機輔助設(shè)計。這10余年的時間里，地勘隊在勘察工作中，將計算機理論知識和總結(jié)的工作經(jīng)驗相結(jié)合，一步步開發(fā)完成了一套幾乎涵蓋所有水利水電工程地質(zhì)勘察專業(yè)的CAD軟件（簡稱HhGiCAD）。

HhGiCAD軟件從根本上改變了延續(xù)多年的水利水電工程地質(zhì)勘察行業(yè)的工作程序和工作思路，以國家水利水電工程行業(yè)現(xiàn)行勘察規(guī)范、標準為依托，以先進的計算機技術(shù)為手段，利用Visual Lisp、Visual Basic和Visual C 等開發(fā)語言作為工具，徹底解決了紅河州水勘院地質(zhì)工程師在繪制工程圖件和計算方面的一些重要問題。

（二）HhGiCAD軟件主要功能及優(yōu)點

其主要功能如下：1.工程地質(zhì)平面圖：布產(chǎn)狀、鉆孔、探坑、平硐、泉水點、指北針、一般的地質(zhì)線型（地層分界線、分水嶺、正常蓄水位線）以及各種圖幅圖框；2.鉆孔柱狀圖；3.工程地質(zhì)剖面圖（包括用地形圖切地質(zhì)剖面）；4.探坑展視圖；5.平硐展視圖；6.水利水電灌漿綜合剖面圖；7.節(jié)理玫瑰花圖；8.極射赤平投影圖；9.巖層視傾角計算。

與國內(nèi)外其他相關(guān)的軟件或程序相比，HhGiCAD軟件具有明顯的優(yōu)點：功能集成、界面圖形化、結(jié)果直觀、操作簡便、運算精度和效率高等。我院所有一線人員都可以使用計算機進行數(shù)據(jù)錄入、存檔和出圖，大大提高了圖紙和計算的精度，且準確率達100%，不但減輕了人力物力，還提高了工作效率，并促進我院水利水電研究從半手工化繪制圖形發(fā)展為全數(shù)據(jù)化繪制圖形，對其他工程勘察或相關(guān)領(lǐng)域也有一定的幫助和借鑒作用。

（三）HhGiCAD發(fā)展歷程

2001～2006年，在院部領(lǐng)導(dǎo)的大力支持下，地勘隊全體專業(yè)人員提供技術(shù)支持，討論軟件需要達到的總體功能，結(jié)合先進的計算機功能，形成初步的軟件構(gòu)思，并初步嘗試設(shè)計。至2006年完成了大部分設(shè)計，實現(xiàn)了全體地勘隊地質(zhì)人員計算機數(shù)字化繪圖，并與其他兄弟院進行交流互動。

2007年03月05日，申請獲得國家頒發(fā)著作權(quán)證書。

2008年08月27日，獲得紅河州科技進步三等獎。

2008年12月08日，獲得云南省優(yōu)秀勘察設(shè)計計算機軟件三等獎。

2018年05月，總結(jié)我院設(shè)計軟件的基礎(chǔ)上，出版了專著《水利水電工程地質(zhì)CAD（HhGiCAD）程序設(shè)計及工程實例》。