巖土工程信息技術(shù)初探

李盛斌，劉永行

（延安大學建筑學院，陜西延安 716000）

1 我國巖土工程行業(yè)信息技術(shù)發(fā)展歷程

從上世紀80年代開始，我國的巖土工程領(lǐng)域就開始運用計算機進行工程計算和數(shù)據(jù)處理，并能繪制相關(guān)的勘察圖片，編寫勘察報告，這些不能算是信息化，但是為以后的工程信息化打下了基礎(chǔ)。

1992年國家頒布了《關(guān)于大力協(xié)同開展計算機輔助設(shè)計（CAD）應用工程的報告》，眾多的工程勘察、土工試驗開始使用計算機輔助軟件，包括數(shù)據(jù)采集、存儲分析、繪圖軟件、編寫報告等隨后又明確了“計算機輔助巖土工程”中計算機在該工程領(lǐng)域的作用。指出該系統(tǒng)不僅應用于巖土、勘察、設(shè)計、施工，還包括規(guī)劃決策、區(qū)域性巖土的工程特性分析研究和技術(shù)標準制定、基礎(chǔ)工程的設(shè)計分析等。

決策、區(qū)域性巖土的工程特性分析研究和技術(shù)標準制定、基礎(chǔ)工程的設(shè)計分析等。近十年來，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理和開發(fā)利用勘察數(shù)據(jù)信息，經(jīng)過最近十多年的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫技術(shù)管理和勘查數(shù)據(jù)的整理引入了人工智能、專家系統(tǒng)和GIS 技術(shù)，并且許多勘察設(shè)計院都接入巖土工程資料局部網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)資源的共享。一些巖土工程專業(yè)軟件也不短更新?lián)Q代，采用的技術(shù)引入的理論也越來越先進。總的來說我國目前的巖土工程領(lǐng)域信息技術(shù)的商業(yè)化水平還比較低，數(shù)額少，產(chǎn)品更新?lián)Q代的空間也很大，擁有的自主知識產(chǎn)權(quán)和掌握的核心技術(shù)也較少，這些缺點直接制約著信息技術(shù)的更新?lián)Q代和創(chuàng)新性。目前我國的信息化商業(yè)軟件不斷取得進步，特別是引入GIS 和一些更強大的圖形處理功能的軟件，使得巖土工程的工程實際控制更智能更高效。目前我國的信息技術(shù)已經(jīng)能夠達到一定程度一定范圍的資源共享，但是開放的空間還遠遠不夠，并且沒有一個統(tǒng)一的規(guī)劃和技術(shù)規(guī)范。

2 信息管理技術(shù)在巖土工程中重要性

信息管理技術(shù)不僅僅是對于工程數(shù)據(jù)信息的管理，而是服務(wù)于整個項目的實施過程中，通過對工程進行實時監(jiān)測，并采集相關(guān)數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行全方位的管理集成，并進行分析。信息管理要做到對數(shù)據(jù)嚴密的整理、科學的分析、提供方便的查詢服務(wù)、實用的工程指導等。在巖土工程中，主要通過各種傳感器、各種實驗方法采集搜集相關(guān)數(shù)據(jù)，并依靠相關(guān)的經(jīng)驗依據(jù)、公式等對數(shù)據(jù)進行監(jiān)測識別、處理、分析、儲存，最后以文本、圖像等多種形式直觀的表現(xiàn)出來，以方便管理者查詢、分析、評價巖土工程的設(shè)計與施工。

計算機子誕生以來，就有不少的巖土工作者把信息管理技術(shù)應用到巖土工程中，并且取得了不錯的成績，例如地理信息系統(tǒng)GIS、巖土可視化與計算機仿真技術(shù)、監(jiān)測信息反饋與信息化施工、基于信息技術(shù)的巖土工程可靠度分析和風險決策等。這些技術(shù)是巖土工程信息管理技術(shù)的主要構(gòu)成，通過信息技術(shù)的應用，其在巖土工程項目在勘察、設(shè)計、施工、竣工驗收等各個階段發(fā)貨著越來越重要的作用。伴隨著科技的進步，信息管理技術(shù)將朝著更加先進更加開放的方向發(fā)展，更好的為巖土工程項目服務(wù)。

3 巖土工程中的信息管理技術(shù)

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，信息管理技術(shù)逐漸在巖土工程領(lǐng)域應用。信息管理技術(shù)的主要功能就是通過采集信息、搜集歸類信息、處理信息、解釋信息，并利用解釋的結(jié)果服務(wù)工程項目。巖土工程專業(yè)復雜多變，往往與地理位置和空間位置有密切關(guān)聯(lián)。因此巖土工程的信息管理，要求工作者不但要有信息管理技術(shù)的技能，還得把數(shù)據(jù)和地理位置、空間位置聯(lián)系在一起，通過相應的文本、直觀的影像結(jié)果供用戶查詢、使用。同時在施工過程中，通過對采集數(shù)據(jù)的實時分析，我們可以及時的做出方案調(diào)整和變更設(shè)計方案，真正做到信息化施工。下面介紹幾種常見的信息管理技術(shù)。

3.1 基于一般管理信息系統(tǒng)（MIS）的信息管理技術(shù)

管理信息系統(tǒng)（Management Information Systems，MIS）的概念最早起源于上世紀30年代，知道80年代才有了一個相對完整的定義“它是一個利用計算機硬件和軟件，運用分析、計劃、控制和決策模型，進行數(shù)據(jù)庫管理的用戶一機器系統(tǒng)，它能為企業(yè)或組織的運行、管理和決策提供信息支持。管理信息系統(tǒng)的產(chǎn)生的時候就已經(jīng)開始在巖土工程領(lǐng)域應用，西方發(fā)達國家在這方面的應用較多，積累了豐富的經(jīng)驗。我國的部分城市也建立了城市工程地質(zhì)信息系統(tǒng)。許多在建的大型水利水電項目，也連帶產(chǎn)生了大量的巖土工程數(shù)據(jù)，這些信息管理系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)管理軟件和應用軟件，主要有數(shù)據(jù)庫管理、信息檢索、信息統(tǒng)計分析與評價和成果輸出等幾個基本的功能模塊組成。

但是這些信息管理系統(tǒng)往往注重對原始數(shù)據(jù)的采集，對監(jiān)測數(shù)據(jù)庫的建立，注重于數(shù)據(jù)檔案的建立，對于數(shù)據(jù)的加工處理不強，僅僅是對檢測結(jié)果進行統(tǒng)計分析、方便信息的檢索、結(jié)果的輸出，但是總得來說發(fā)展還不完善。

3.2 GIS 技術(shù)的應用

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，簡稱GIS，產(chǎn)生于本世紀60年代。隨著人們對自然資源的開發(fā)和環(huán)境規(guī)劃的需要，加上計算機技術(shù)的輔助，地理信息系統(tǒng)應運而生。他是對大量的數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理、檢索、處理和綜合分析，并以多種形式輸出結(jié)果的計算機系統(tǒng)

1965年，地理信息系統(tǒng)這一專業(yè)術(shù)語第一次出現(xiàn)。70年代是GIS 發(fā)展的鞏固階段，一些發(fā)達國家先后建立了各種各樣的地理信息系統(tǒng)。如70年代日本建立的數(shù)字國土信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠提供處理和檢索的數(shù)據(jù)、航空相片、地形地質(zhì)、行政區(qū)劃、土地利用情況等。80年代隨著計算機技術(shù)的不斷進步，地理信息系統(tǒng)逐步走向成熟。現(xiàn)在地理信息系統(tǒng)向著更加智能化集成化的方向發(fā)展。將GIS 與RS 等攝像機實時拍攝技術(shù)等先進的測量技術(shù)相結(jié)合，是其具有自動采集數(shù)據(jù)并準確處理數(shù)據(jù)的功能，通過先進的處理分析數(shù)據(jù)，能夠為決策者提供更多更科學的數(shù)據(jù)結(jié)果。目前比較有代表性的西方發(fā)達國家研制的地理信息系統(tǒng)有ESRI 公司的Arc/Info，ArcView 系列產(chǎn)品，In-tergraph 公司的MGE，GeoMedia，GeoMedia Web Map 等

我國地理信息技術(shù)方面的研究起步晚，但進步迅速，目前已經(jīng)開發(fā)了多套基于GIS 平臺的工程軟件。日本大阪地區(qū)歷時十年，鉆孔30000，在該地區(qū)建立了地層數(shù)據(jù)庫信息系統(tǒng)。我國在這方面也有不錯的研究開發(fā)成果，如同濟大學的朱合華提出了三維地層信息管理系統(tǒng)的設(shè)計。并且國內(nèi)的上海、北京、武漢等大城市也已經(jīng)做了城市地質(zhì)信息系統(tǒng)。北京理正軟件公司等單位正探索開發(fā)專用GIS 軟件。使得GIS 更好的在項目的勘察、設(shè)計、施工中取得廣泛的應用。

總的來說我國的GIS 應用于巖土工程較晚，我們和西方發(fā)達國家還有一定的差距，我們應根據(jù)自己的國情開發(fā)出一套是適用于中國的GIS 技術(shù)體系

3.3 巖土可視化與計算機仿真技術(shù)

對于巖土勘察和測量得到的一些離散數(shù)據(jù)來說，根據(jù)這些采集到的數(shù)據(jù)分析所研究區(qū)域的巖石分布情況，對于巖土信息的分布情況，圖形圖像是最直接的數(shù)據(jù)解釋。因此，空間地質(zhì)模型及可視化系統(tǒng)的研究和應用是工程地質(zhì)和巖土工程勘察評價領(lǐng)域計算機應用的必然趨勢。

近些年來，國外在地質(zhì)信息可視化模型和系統(tǒng)研究發(fā)展較快。MINCOM，DGI 等公司分別在露天礦開采、石油物探和石油開采等領(lǐng)域進行了卓有成效的研究，他們開發(fā)了功臣軟件能夠建立空間地質(zhì)可視化模型，并且已經(jīng)在中國市場上銷售。DGI 公司的EarthVision 軟件包能夠清楚地模擬生成三維空間立體圖，該圖像能夠清楚地地層與地質(zhì)結(jié)構(gòu)的空間分布及其相互交切關(guān)系。

在國內(nèi)沒有此類的三維軟件出現(xiàn)，但是我國的地學工作者已經(jīng)在該領(lǐng)域展開研究，并取得了階段性的成果。許多研究者都提出研發(fā)了相應的工程軟件，但是這些軟件大都側(cè)重于單層地質(zhì)巖土體的研究，對斷層、褶皺等構(gòu)造研究較少，但是這些準備工作已經(jīng)為三維可視化巖土模型打下了基礎(chǔ)。

3.4 監(jiān)測信息反饋與信息化施工

監(jiān)測信息反饋技術(shù)和信息化施工對巖土工程的順利施工有著重要的作用，巖土工程復雜多變，在施工過程中要遇到各種各樣的問題，因此在施工過程中必須要妥善解決施工中的問題及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)計的不足。在整個施工過程中要控制好真?zhèn)€施工進度、把握好資金出入狀況、對中央地方的各種法律法規(guī)進行必要的了解。只有這樣才能更準確的掌握各類資源，為管理者提供更合理的決策。

在進行巖土工程建設(shè)時，必須要考慮每種方案所需的經(jīng)費以及預期取得的收益，并且要分析工程項目對環(huán)境造成的影響，綜合分析各個指標，選出經(jīng)濟效益好、對環(huán)境污染小的設(shè)計方案。我國巖土工程的評價主要是計算經(jīng)濟效益費用比、凈現(xiàn)值、內(nèi)部收益率、投資回報年限等指標的期望值，并據(jù)此進行方案優(yōu)選。但是由于巖土工程施工過程中的各種不確定因素的干擾使得每種方案的效益和經(jīng)費都是不確定的，效益和風險并存。不確定性指的就是問題的結(jié)果不確定，對工程項目的各種風險發(fā)生的概率以及帶來的后果必須做出相應的分析，對風險做出定量的估算。一般風險管理有以下五個步驟：

（1）風險的鑒別：鑒別風險的來源、特性及與行為或現(xiàn)象有關(guān)的不確定性；

（2）風險的量化與度量：利用概率論等數(shù)學知識，對可能發(fā)生的風險進行量化分析，找出風險發(fā)生的概率值，找出風險源，并理清楚各個風險之間的相互關(guān)系。

（3）風險評價：使整個風險評估與風險管理的過渡階段。

（4）風險接受和規(guī)避：這一步代表“風險決策”。對每一個決策，通過對成本的評估、對效益的估算、對風險對社會造成的影響，對環(huán)境造成的破壞進行詳細的分析，分析風險的可接受程度。

（5）風險管理：這一步代表在（4）基礎(chǔ)上進行的“執(zhí)行”過程，簡言之，就是一套用來處理風險的方法（Mo-lak，1997）。

在以上的5個步驟中，一般把步驟（1），（2）稱為“風險評估”；（4）、（5）稱為“風險管理過程”。

4 結(jié)語

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，簡單的數(shù)據(jù)存儲和處理已經(jīng)不能滿足時代的要求，目前GIS，巖土工程可視化與計算機仿真分析、監(jiān)測信息反饋、風險管理等一些列新技術(shù)新手段應用到巖土工程中，雖然我國的巖土工程信息技術(shù)起步較晚，但是發(fā)展迅速，未來信息技術(shù)的發(fā)展應該更趨向于智能化、信息化。

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