全空间真三维技术，通过精细化的三维建模与多专题的模型耦合，实现地上建筑、地表地形、地质体及地下构筑物在三维空间中的真实还原，为城市规划、建设、运营和管理提供坚实的、丰富的数字孪生底板。在城市地质安全防护工作中，数字孪生底板作为城市全空间的虚拟镜像，在反映和识别地质安全风险上，有着明显的优势。它不仅可精细刻画地质构造、地层分布、地层岩性及其他属性信息，还能直观展示地下空间建（构）筑物、不良地质体、地下病害体的空间展布和相互关系，实现地下空间的透明化，为地质安全风险识别提供坚实基础。
为什么要建高精度三维地质模型？自新世纪以来，城市地质调查工作开始聚焦并愈发重视三维地质模型在探索地质结构、研究灾害机理、分析评估地质风险等业务场景上的作用和潜力。随着三维城市地质调查、城市群综合地质调查、全要素城市地质调查等工作的深入推进，主要试点城市在2020年前后，已经逐步建成了包含“空间、资源、环境、灾害”等多要素的地下三维模型，为城市的集约、智能、绿色、低碳和安全发展提供三维空间数字底板。
地下空间各种实体，具有很强的垂向空间特性，相对于传统二维地质图，三维地质模型在信息表达与交互上有着明显的优势，它能够以直观、立体的形式展示地质结构，使地质工作者能够清晰地看到地质体的形态、规模和相互关系，从而提高对地质现象的认识和理解。同时，模型可以分图层展示，放大局部细节进行展示，方便专家之间的交流和讨论，也便于非专业人士理解地质模型。
此外，三维地质模型还能够将地质、地球物理、地球化学、钻探等多种数据综合到一个模型中，这种全三维的综合性数据整合，使得模型更全面、更一致、更完整，更逼近于真实地质情况，是提升地质安全风险识别的有力工具。
伴随时代变迁，我国的基础设施建设正在向“新基建”进行转型升级，重大工程基础建设从粗放型向集约型转变，工程项目从设计、施工到运营对数字化、信息化的依赖程度也越来越高。三维地质模型作为数字化表达的重要形式，在重大工程建设中的作用也愈发明显，它为工程设计提供精确的基础数据，提高设计精度及可靠性，直观展示地质体的空间形态和内部结构，帮助设计人员更好地理解地质条件，辅助设计人员在设计阶段进行更合理的布局规划。此外，结合物联监测数据，如位移、应力等，三维地质模型可以实现对工程安全的动态监测和预警。
城市地质安全数字孪生底板建什么？2024年4月在视察天津重要讲话中明确提出了“加强韧性安全城市建设”的重要要求。全国各地在开展智慧城市建设过程中，把高精度三维地质模型应用到城市地质安全风险防控中，并将此作为实现城市韧性安全治理的重要技术支撑。城市自然资源部门、住房城乡建设部门、水利部门等单位汇聚和管理的海量城市工程建设资料和成果中，包含了宝贵且丰富的三维建模资料和数据。
通过数据治理和三维建模工具，一方面实现多源、多专业地学数据的导入、录入和管理；另一方面基于以上数据，可分别构建或接入地上建筑模型、三维倾斜摄影模型、地表模型、地质体模型、地下空间构筑物模型和属性模型等，最终实现全空间真三维模型的构建、发布、耦合、展示、分析等多流程、跨业务的城市地质安全风险防控信息化管理、分析、评价、挖掘和应用，切实提升“韧性安全城市”的智能化管理水平。
城市地质安全数字孪生底板概念模型
如何构建城市地质安全数字孪生底板？数字孪生是对物理世界时空维度的“全息化”重构，是从宏观到微观的多尺度融合，是多要素的叠加，是将物理世界变为可感知、可计算、可交互的基础。通过数字孪生和三维建模技术建立城市调查区高精度三维地质模型、地表模型和地下空间构筑物模型，打造城市高质量建设与发展的三维数字孪生底板，实现城市全空间真三维的透明化。对工程建设施工中可能存在的地质灾害如滑坡、坍塌、涌水等进行评估和预测，提前制定相应的防治措施，减少施工过程中的意外事故。例如在隧道工程中，根据模型中的地质情况合理安排掘进速度和支护措施，避免因地质条件不明导致的施工延误。
智博创享针对城市地质安全风险防控需求，依托在地下空间开发利用领域多年技术沉淀，打磨出了一套涵盖地表、地上、地下全空间三维建模的技术体系和成熟的软件产品——ZGIS地质三维建模平台，研发出钻孔建模、剖面建模、地质体层序半交互建模、复杂地质体建模等核心技术，覆盖从地表三维建模、第四系三维建模、基础三维建模、地下空间三维建模等从地表到深地空间的建模场景，目前该软件已完成国产化环境的适配工作。
地上及地表模型
采用多分辨率网格简化技术/细节层次模型技术（LOD技术），基于影像、矢量数据及数字高程模型数据，根据不同精度的数据源构建地表模型，支持将各种通用格式的地上建筑模型导入可流畅加载及快速显示，同时还可以根据建筑物轮廓批量生成白膜和随机纹理。
· 地质体模型
通过地质钻孔数据、地质图、断层、图切剖面等数据进行插值，重构三维地质结构模型，包括第四纪地质模型，基岩地质模型、工程地质模型、水文地质模型、精细刻画断裂带模型等。
· 地下空间建（构）筑物模型
整合钻孔数据、地球物理勘探数据、地质测绘数据、地形数据以及已有的地下空间设施资料等多源数据，通过数据处理和分析，构建全面准确的地下空间模型。将地下建筑物的点云数据，经预处理提取特征点云，实现地下车站、隧道及附属设施的三维建模。支持局部更新，实现多源、多尺度、多精度模型快速构建与更新，提高建模效率和精度。
针对城市工程建设项目，基于CAD图纸资料矢量化和标准化后，通过参数解析法、图纸放样法构建地下空间构筑物三维模型，包括岩土工程模型、地下轨道交通模型、地下桩基模型、地下管线模型等，直观展示地下空间的地质条件和现有构筑物分布，预测可能出现的地质灾害和施工风险，如塌方、涌水、地下管线破裂等，从而采取相应的预防措施，优化施工方案，确保施工安全和进度。
· 属性模型
基于地震监测数据、电阻率数据、物探微震监测数据、室内试验数据（如饱和度、干密度、湿密度、含水率等）等物探数据和钻探数据，通过属性插值建立三维地质属性模型。
对离散的钻孔数据和地球物理勘探数据进行整理和分析，通过克里金插值法或者距离加权平均法等数学方法，考虑数据的空间相关性，根据已知钻孔点的数据，按照一定的概率分布规律来预测周围未知区域的数据。将钻孔点的数据扩展到整个三维空间，生成连续的地层界面和地质属性数据。将不同地层用不同颜色或纹理表示，直观地呈现出地下地质结构的空间分布。在工程施工前，地质属性模型可以帮助施工团队提前了解地下可能存在的地质风险，如地下溶洞、软弱夹层等。在岩溶地区，通过对地下溶洞的分布和发育程度的建模，可以评估地面塌陷的风险。
以基础地质环境为背景，以各专业领域研究对象为主线（构造、岩性、水文、矿产等...），相互独立又彼此关联的地下空间高仿真模型，基于统一的空间位置进行多信息模型的融合集成，作为地下空间数据底板，为信息集成提供基础载体。
基于三维地质模型，进行岩溶塌陷分析、砂土液化分析、黄土湿陷评价、采空区评价、地面沉降监测预警、工程建设稳定性评价等，建立城市地质安全风险“一张图”，在城市重大工程建设规划、选址、施工、运维、地下空间开发利用等民生工程领域发挥重要的辅助决策作用。
工程地质三维仿真
· 城市安全风险评估监测
三维地质模型在城市安全风险评估监测中发挥着至关重要的作用，它能够精确模拟和展示城市地下空间的地质结构、土层分布、断层及潜在灾害风险等信息，为决策者提供直观、全面的地下情况信息支持，从而有效识别高风险区域，优化防灾减灾措施，确保城市建设和居民生活安全。
针对地面沉降、地面塌陷等风险，可通过城市三维地质结构模型，直观展示软弱土层、采空区的空间分布及相关监测监管信息，辅助划分地面沉降重点防治区，避免产生因差异沉降造成的“城市生命线”爆管事故及其产生的次生灾害，保障城市安全。还可以结合水文地质模型，综合展示地质构造、岩土特性、地下水储存与运移规律等多方面的信息，通过数值模拟和可视化技术，对地下水进行详细刻画，为水资源管理、地下水污染防控及灾害预警提供科学依据和技术支撑。
通过精确剖析地质结构，为工程建设从设计、施工到维护提供全生命周期的地质安全保障，分析和明确地质条件可能造成的岩土工程风险。针对工程风险评估开展总体风险评估和专项风险评估，并基于三维模型，进行风险段标绘，结合工程开采进度跟踪，安全规避施工风险。
风险段标绘
指导工程建设
· 地下空间评价
构建城市地下工程地质结构模型，并对其进行网格化处理，融入地质模型中的地基承载力、粘聚力、基岩岩性、含水层厚度、各类不良地质条件及地下空间现状等数据，基于三维模型开展地下空间资源开发利用适宜性评价、地下空间开发利用安全性评价等工作。
承载力模型
· 工程建设安全隐患分析
基于地质模型的工程安全隐患分析，可以在工程建设前期为工程设计提供优化建议，避免在施工过程中因地质问题导致的设计变更和工程延误。
在隧道工程中，利用地质模型可以清晰地呈现隧道沿线的地层变化、断层分布以及岩石的力学参数。当隧道穿越断层破碎带时，模型能够显示破碎带的宽度、破碎程度以及其中充填物的性质，分析出隧道施工过程中可能出现的坍塌风险。同时，地质模型在分析隧道施工引起的地表沉降问题，提示涌水隐患、分析桥梁基础的地质条件、分析高层建筑地基稳定性等场景中发挥重要的作用。
地质模型辅助隧道工程隐患分析
通过多种建模技术建立城市地质三维模型，将城市地下空间透明化，辅助城市建设中地质安全隐患识别、分析与评价，加强城市规划源头预防，规避地质安全风险，有利于提升地质安全风险防控能力，更好的服务城市规划、建设和运行管理。
