西安建筑科技大學(xué)研究團隊破解“地下迷宮”建模難題

中國教育報-中國教育新聞網(wǎng)訊（通訊員 肖雯雯 記者 馮麗）如何為復(fù)雜的“地下迷宮”精準畫像？這是深地工程建設(shè)面臨的首要難題。近日，西安建筑科技大學(xué)土木工程學(xué)院宋戰(zhàn)平教授團隊在這一領(lǐng)域取得突破，成功構(gòu)建了一種名為IMMC-Geo的三維工程地質(zhì)建模新框架，為復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)的低成本、高精度重構(gòu)提供了全新的技術(shù)路徑。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際工程地質(zhì)領(lǐng)域權(quán)威期刊《工程地質(zhì)》（Engineering Geology）上。

在山區(qū)或地質(zhì)斷裂帶等復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，地下巖土層的分布就像千層餅被打亂后重新堆疊，呈現(xiàn)出高度的非均質(zhì)性與各向異性。傳統(tǒng)的地質(zhì)建模方法主要依賴密集的實體鉆孔和人工經(jīng)驗判釋，成本高、周期長。尤其是在鉆孔稀疏的深部工程區(qū)，模型誤差較大，難以精準預(yù)測地下未知區(qū)域的巖層變化。針對這一行業(yè)痛點，該團隊另辟蹊徑，利用無人機航拍影像，通過語義識別技術(shù)解析地表巖層露頭信息，并將其與三維點云數(shù)據(jù)深度融合，構(gòu)建出密集的“虛擬鉆孔網(wǎng)絡(luò)”，從而大幅減少了對昂貴實體鉆孔的依賴。

在此基礎(chǔ)上，團隊提出了“概率融合—多步疊加”的IMMC-Geo建?？蚣堋Ｔ摽蚣芨倪M了多步馬爾可夫鏈與蒙特卡洛隨機模擬機制，并創(chuàng)新性地引入了層理走向各向異性距離權(quán)重及傾斜鉆孔等效修正方法。這一機制的核心在于，在空間概率傳遞過程中形成了“沿層增強、跨層抑制”的信息約束場，就像給地質(zhì)建模加上了符合地質(zhì)規(guī)律的“物理約束”。

案例應(yīng)用結(jié)果顯示，在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的工程實例中，該方法構(gòu)建的三維地質(zhì)模型與傳統(tǒng)精細地質(zhì)解釋結(jié)果的整體一致性達到了約80%。即使在鉆孔稀疏或存在傾斜偏移的情況下，模型依然表現(xiàn)出良好的魯棒性與連續(xù)性，其界面識別精度顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的確定性插值方法。

“這項研究不僅建立了一套實用的建模框架，更重要的是揭示了復(fù)雜地層條件下空間概率傳遞與結(jié)構(gòu)約束之間的耦合機制，為復(fù)雜構(gòu)造區(qū)三維地質(zhì)體的不確定性量化表達提供了理論依據(jù)，標志著工程地質(zhì)建模正從‘人工描繪’走向‘數(shù)據(jù)驅(qū)動’?！闭撐耐ㄓ嵶髡咚螒?zhàn)平教授表示。

據(jù)悉，近年來，團隊積極推動三維工程地質(zhì)建模、智能監(jiān)測與數(shù)字孿生等前沿技術(shù)與傳統(tǒng)基建領(lǐng)域的深度融合，多項研究成果已在重大交通基礎(chǔ)設(shè)施及清潔能源儲能項目建設(shè)中實現(xiàn)成功轉(zhuǎn)化。