了解中仿Leapfrog Works如何帮助团队直观建模地质，从而优化土木与环境项目成果。

引言

现代建设项目必须在成本、工期、监管要求和碳减排目标之间取得平衡，同时还常常位于越来越具挑战性的场地，如城市中心、污染场地以及地基条件较差的区域。因此，对区域地质的深入理解比以往任何时候都更为重要，以便有效管理地基风险、确保安全并交付成功的土木与环境工程项目。

传统的岩土工程工作流程通常依赖于对复杂地下条件的静态二维表示，这使得风险评估和对变化场地条件的适应变得困难。这不仅会减缓决策速度，还会限制协作，并可能在施工过程中导致高昂的意外成本。

Leapfrog Works帮助工程地质学家、岩土工程师和环境科学家建立三维地质模型，通过集成钻孔数据、地球物理数据、GIS图层和工程设计实现。这使得建模更快速、协作更顺畅，并能与Open Ground、PLAXIS和GeoStudio等工具无缝衔接，从而保证岩土分析与决策在整个项目生命周期内始终基于最新的地下数据。

本白皮书将探讨三维地质建模在岩土工程中的重要性、互联岩土工作流程的优势，以及Leapfrog Works如何帮助岩土团队更高效地工作，并与国际工程地质协会（IAEG）C25指南等行业最佳实践保持一致。

第一章

基础设施项目中的关键挑战及三维地质建模的解决方案

对地基条件理解不足是基础设施项目中成本超支、工期延误和安全风险的主要原因之一。传统的地下勘探方法——如二维解释、分散的工作流程和静态报告——往往无法全面反映地质条件的复杂性，导致工程假设不准确，并在施工过程中出现意料之外的挑战。

三维地质建模为工程地质学家、岩土工程师和土木工程师提供了一个动态且数据丰富的地下模型。与多个二维解释相比，三维模型能够将多种类型的数据集成到一个完整统一的模型中，使地质人员能够更好地可视化复杂的地下构造。这不仅提升了风险评估能力，降低了不确定性，还支持更优的工程决策。

将地质模型融入更广泛的项目工作流程，确保地下数据能够有效纳入基础设施的设计与施工。这种方法与国际工程地质协会（IAEG）C25指南保持一致，该指南为“工程地质模型在项目中的开发与应用”提供了指引。

三维建模在土木工程项目中应对的挑战

1.不兼容的软件工具导致数据孤岛

项目团队常使用多种缺乏互操作性的软件工具，结果数据被分散在多个系统中，而无法整合到单一视图中，从而难以全面理解底层地质。

三维地质建模的解决方式

• 通过将数据引入统一平台，用户可以在同一位置查看所有相关信息，更好地理解空间关系，并发现不同数据集之间的模式。

• 用户能够以三维方式可视化地质构造，更容易理解复杂的地下条件。

• 在数据集中化后，工程师、地质学家和项目经理能够对地下情况形成统一认识，并协同工作，而不再过度依赖CAD及其他辅助团队。

2.早期决策需要基于有限数据的洞察

随着项目推进，可获得的数据量逐渐增加，但岩土专业人员必须尽快形成对地下情况的理解，以便支持后续决策。

三维地质建模的解决方式

• 用户可以在项目早期基于已有数据建立概念模型，并在数据缺失的区域高效地进行解释。

• 随着项目推进，可以方便地添加新数据，用以验证或修正概念模型，比传统方法更快为决策提供可靠依据。

• 通过将概念建模与观测建模融合为一个无缝过程，项目团队能够贯彻工程地质最佳实践，如国际工程地质协会（IAEG）C25指南所倡导的做法。

3.由于不可预见的地基条件导致范围变更和成本超支

不可预见的地基条件往往源于数据不足或缺乏进行概念建模的机会。随着“加快建设”压力的增加，这种情况愈发普遍。根据HKA的《CRUX Insight》第七份年度报告，设计缺陷是超过一半因范围变更而受扰项目的因素之一。

三维地质建模的解决方式

• ·模型可以快速刷新，以新数据验证概念模型，使团队能够迅速应对不可预见的地基条件。

• ·基于规划许可、环境因素或客户变更指令的线路调整，可以更快地反映到新设计中。

• ·用户可以按需生成新的剖面，而不必依赖CAD或其他辅助团队，从而提升灵活性。

4.气候韧性

基础设施必须能够抵御气候相关的应力，包括极端天气事件、滑坡和地下水条件的变化。

三维地质建模的解决方式

• 用户可以在不同环境情景下模拟地下行为，从而实现主动的风险缓解。

• 模型可整合水文地质数据，用于评估洪水风险、地下水流动和土壤稳定性。

• 建模软件能够增强预测能力，使基础设施业主能够为长期的韧性与维护进行规划。

5.行业技能短缺

岩土专业人才的短缺限制了行业满足日益增长的基础设施需求的能力，并增加了现有团队的压力。

三维地质建模的解决方式

• 软件提供直观、易用的工具，减少新用户上手时间和培训需求。

• 重复性任务可以自动化处理，使团队能够专注于高价值的工程决策，并在无需额外资源的情况下完成更多工作。

• 由于地下数据更易于跨学科团队共享，协作效率得到提升。

Arcadis如何在互联岩土工作流程中利用三维建模设计伦敦SouthDock大桥

SouthDock大桥是一座跨径75米的开合桥，其建设因位于伦敦金丝雀码头的密集城市环境中，加之存在水下障碍物以及对可持续设计的要求，带来了重大的技术挑战。

为了确保大桥既具备功能性，又能作为地标性目的地建筑体现标志性形象，全球设计与咨询公司Arcadis需要一个集成的数字化解决方案，以协调多个利益相关方并管理复杂的工程数据。团队采用Seequent的Leapfrog Works创建直观的地下地质三维模型，并将其与PLAXIS和GeoStudio等岩土分析工具无缝集成。这一互联的岩土数据工作流程带来了积极的项目成果，包括：

• 简化地基勘探：Leapfrog Works帮助将地基勘探范围缩减了30%，节省超过70,000英镑，同时确保大桥基础的精确设计。

• 提升设计协作：将三维地下模型与BIM工具和GIS平台集成，确保了来自10个办公室、横跨两大洲的50多名项目团队成员之间的无缝协作。

• 数据驱动的决策：实时协作和直观的可视化支持了更有依据的决策，确保设计在美观性、功能性和可持续性之间实现平衡。

Arcadis高级技术总监AndreaGillarduzzi指出：

“我们的Leapfrog三维模型与项目可视化软件相集成，使我们能够展示复杂的地质条件，并在满足预算和可持续性目标的同时优化设计。”

 这种数字优先的方式不仅在设计阶段支持了高效协作，还为South Dock大桥的长期监测与高效维护奠定了基础，从而确保其面向未来的可持续性。

第二章

利用三维地质建模降低环境风险

环境风险——如受污染土地、地下水污染以及不稳定的地下条件——对基础设施建设和修复项目构成了重大挑战。

要准确评估这些风险，需要对地下情况有全面理解。三维地质建模使环境专业人员能够将多样化的数据集整合到一个动态模型中。这有助于提升污染风险评估、满足监管要求以及加强与利益相关方的沟通，确保项目基于最新、最准确的地下数据展开。

三维地质建模在环境项目中应对的挑战

1.复杂的场地评估

传统的场地评估耗时、成本高，且往往依赖零散的现场数据，难以全面反映地下复杂性。

三维地质建模的解决方式

• 将钻孔、地球化学和地球物理数据整合到一个交互式模型中，全面呈现地质复杂性。

• 通过高效利用已有数据来预测污染趋势，从而降低现场勘查成本。

• 随着新数据的获取，实时优化场地评估，并逐步构建更完整的地下可视化成果。

2.符合监管要求与报告

环境项目必须满足严格的监管要求，包括详细的剖面图、污染物分布图以及透明的审计追踪。

三维地质建模的解决方式

• 自动生成满足监管要求的报告，包括交互式三维污染物可视化。

• 确保数据与假设的可追溯性，便于审查与论证。

• 支持项目遵循不断发展的环境法规和最佳实践。

3.在修复项目早期识别高风险区域
如果在初始阶段未能准确绘制污染范围，可能会导致高昂的延误和不必要的修复工作。

三维地质建模的解决方式

• 支持早期风险识别，最大限度减少财务和环境影响。

• 能够对土地和地下水环境中的污染物进行表征和可视化。

• 生成可审计的污染水平估算结果。

4.管理大型项目的环境影响

大型基础设施项目必须谨慎评估其对地下水、土壤稳定性和生态系统的长期影响。

三维地质建模的解决方式

• 可直接从地质模型中创建并可视化MODFLOW和FEFLOW网格/单元。

• 模拟长期环境风险，帮助团队制定缓解策略。

• 通过清晰的可视化成果，改善与监管机构、投资者和社区的沟通。

为受PFAS污染社区评估饮用水选项

PFAS污染因其在环境中的普遍存在及潜在健康风险，成为一项复杂的环境挑战。

为应对明尼苏达州受PFAS污染的地下水，领先的工程与专业服务公司WSP使用Seequent的Leapfrog Works和Seequent Central，并结合Hololens技术，构建了一个四维水文地质模型，可视化地下PFAS污染及地下水流动。通过混合现实平台，实现了与利益相关方的高级沟通。这增强了所有相关方对水文条件及污染物迁移的理解。

Lieberman Engineering如何通过三维隐式建模改造城市开发项目

德国汉堡的住房建设合作社SAGA集团委托Lieberman Engineering评估某住宅开发项目的地下风险，该项目选址紧邻一处旧垃圾填埋场，计划建设九栋住宅楼，为快速增长的城市提供急需的住房。然而，由于场地存在污染物，同时需要一个安全高效的垃圾填埋处置方案，因此项目必须采用先进的环境与岩土工程解决方案。

Lieberman面临的两大主要挑战是：

1. 编制岩土工程报告，以推荐安全的地基方法和开挖策略；

2. 制定垃圾填埋处置方案，以应对污染，同时将修复成本降到最低。

传统上，这类任务往往严重依赖耗时的二维建模方法，或使用需要高级CAD专业知识的BIM工具。然而，这些工具通常学习曲线陡峭，限制了其在中小型项目中的实用性，因为进行三维建模所需的投入往往超过其带来的收益。

通过Seequent的Leapfrog Works，Lieberman建立了一个动态的三维场地模型，将地质、地下水、渗滤液及污染物数据整合到一个交互式模型中。这种先进的建模方法不仅为应对环境风险提供了可操作的洞察，还促进了与各方利益相关者（包括城市管理部门和环境监管机构）的更高效协作。其主要优势包括：

• 优化修复规划：通过将污染区的三维模型与地质和场地开挖数据结合，Lieberman能够精确确定污染物体积，并按照德国废物法规对材料进行分类。这种精确的方法显著降低了预计的修复成本。

• 改善沟通与监管一致性：三维模型使Lieberman能够有效可视化并传达地下条件和污染风险给所有利益相关方。动态更新确保了整个项目生命周期的透明度，简化了监管审批流程，并促进了项目团队的一致行动。

• 实时数据整合提升决策能力：模型能够纳入新的数据，如土壤采样结果，支持迭代规划，为持续的环境评估提供可靠依据。这保证了决策基于最新信息，从而降低了不可预见问题的风险。

通过Leapfrog Works，Lieberman不仅将再开发项目的环境影响降到最低，还为环境修复的数字化转型树立了典范。该项目展示了如何将先进的三维地下建模与互联工作流程整合，从而应对复杂的环境挑战，包括污染管理与资源高效利用。

第三章

行业领先的三维地下建模软件——Leapfrog Works

Leapfrog Works三维建模软件专为土木与环境项目打造，旨在帮助土木与环境咨询公司、政府机构以及土木工程承包商应对本文所述的各种挑战。该软件已被数千名地质学家、岩土工程师、工程师及环境科学家所信赖，并在全球各类项目中得到验证。凭借其速度快、灵活性高、界面友好的特点，Leapfrog Works已成为工程流程中不可或缺的工具。

基于工作流程的设计，实现高效直观的建模

不同于提供多种工具但缺乏端到端工作流程的“工具箱”型解决方案，Leapfrog Works以地质学家的工作流程为设计基础，使工程地质学家、水文地质学家、工程师和岩土专业人员能够快速掌握软件，并在使用过程中更加直观、高效地完成建模工作。

动态刷新，加快新数据整合

当新增数据或解释被加入时，Leapfrog Works中的模型会动态更新以反映这些新信息。传统方法通常需要耗时的返工，这可能导致项目延误，或者在匆忙处理时增加错误风险。Leapfrog Works加速并简化了这一过程，使用户能够创建在项目生命周期中不断演进的三维模型，从而随着项目推进不断提升对地下条件的理解。

强大的工具，减少对CAD团队的依赖

传统工作流程通常需要多次草图和迭代，在地质专业人员与辅助团队（如CAD团队）之间来回传递，以生成供利益相关方审阅或咨询的交付成果。

在Leapfrog Works中，用户可使用几何建模和编辑工具，从三维模型、设计和数据输入中生成剖面图和基础平面图。复杂数据可以更轻松地传达给非技术类利益相关方，如管理层、客户及公众。

地质学家、工程师和岩土专业人员可以完全掌控交付成果，无需过度依赖CAD或辅助团队，从而加速多个项目阶段的推进。

污染物与水文地质功能，服务环境项目

Leapfrog Works常被土木与环境咨询公司以及政府机构的工程地质学家和水文地质学家使用，以便在环境项目中做出科学决策，例如废物管理、水资源管理及受污染土地的治理。它可用于整合地质、水文地质、地球物理和地球化学数据到单一模型中，以可视化地基和地下水域。用户还可以将三维污染羽流分析和流动模拟整合到概念模型中，这些模型可作为修复设计和监测策略的基础。

Leapfrog Works的污染物扩展功能提供直观且强大的地统计工具，用于在饱和区和非饱和区创建透明且可论证的污染物质量及分布估算。

开创性的径向基函数（RBF）技术

Leapfrog的技术起源于最初用于假肢和医学成像的技术，这种技术被称为径向基函数（RBF）。后来，它被应用于多个行业，包括好莱坞电影特效（如《指环王》）以及NASA的小行星绘图。

Leapfrog使用RBF在无数据区域进行插值或填补空白，并允许用户进行引导；这一点对早期基于有限数据的决策尤其有利。RBF的高速计算能力使得在新增数据时可以快速更新结果，确保隐式模型具有动态特性。

水文地质扩展功能提供将地质或概念模型转换为MODFLOW和FEFLOW网格/单元的能力，并可导入现有模型及模拟结果。 

第四章

为土木与环境项目构建互联的岩土数据工作流程

与大多数三维建模软件不同，Leapfrog Works可与岩土信息管理及分析软件实现无缝连接。通过将地质建模直接融入岩土工作流程，工程地质学家、岩土专业人员和环境科学家能够创建动态三维模型，将钻孔记录、地球物理数据、GIS图层和工程设计整合在一起。

这种互联工作流程消除了手动数据传输和孤立的工作流程，使项目团队能够做出更明智的决策、降低风险，并提高土木与环境项目的效率。

互联工作流程还支持遵循IAEGC25《工程地质模型（EGM）》指南的要求，具体包括：

• 概念模型
  Leapfrog Works允许工程地质学家、岩土专业人员和环境科学家将其概念理解与场地特定数据相结合，构建随新数据收集而不断演化的三维地下模型。这与指南中强调的利用地质和地貌学洞察来预测地下条件的原则相一致。

• 观测模型
  借助其动态整合能力，Leapfrog Works允许用户将实时观测数据（如钻孔记录和地球物理调查）纳入建模过程。Seequent Central等工具提供了一个稳健的环境，用于存储、更新和管理观测数据，确保数据透明、可追溯且版本可控。

• 分析模型
  通过与GeoStudio和PLAXIS的无缝连接，Leapfrog Works弥合了地质解释与工程分析之间的差距，确保分析模型基于准确的地质框架，这也是指南所强调的重点。

通过完整的地球科学解决方案理解地下世界

Seequent生态系统将Leapfrog Works、Open Ground、GeoStudio、PLAXIS和Central等工具结合起来，构建了一个集成的地球科学工作流程。这些工具使用户能够在整个项目生命周期中管理、分析和共享地质、岩土及环境数据。

激励下一代地球科学家

为激励和培养下一代地球科学家，Seequent开发了Visible Geology——一款免费的基于网页的应用程序，旨在为学生和教育者生动呈现地质概念。Visible Geology超越了传统的二维教学方法，为学生提供沉浸式三维学习体验。

通过鼓励学生在创新的数字环境中探索地下世界，Seequent正在为塑造地球科学领域的未来发挥关键作用。

• 全球140多个国家的7,400多家客户使用Seequent软件

• 全球十大最大的土木工程公司全部使用Seequent软件

• 全球七大最大的环境咨询公司中有七家使用Seequent软件

• 前线支持与服务满意度超过95%

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