巖土工程勘察數字化技術與實現

朱懷斌吳明剛

（1.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610000；2.四川秦巴誠達工程勘察有限公司，四川 巴中 636600）

巖土工程勘察數字化技術與實現

朱懷斌1吳明剛2

（1.中冶成都勘察研究總院有限公司，四川 成都 610000；2.四川秦巴誠達工程勘察有限公司，四川 巴中 636600）

在進行工程設計時，必須根據巖土性質的勘察結果有針對性地進行，才能保證工程的整體質量。在我國目前的巖土工程勘察過程中，數字化技術得到了廣泛的應用。本文主要從巖土工程勘察概述、勘察所需資料的收集、傳統的巖土工程勘察數字化技術存在的缺陷以及巖土工程勘察數字化的關鍵技術及實現等方面對巖土工程勘察數字化技術及其實現的相關問題進行了探討。

巖土工程；勘察；數字化技術

在整個工程設計過程中，巖土工程勘察是最為首要和基礎的工作。巖土工程勘察的對象主要包括地形地貌、地層界面、地下水位分布、斷層等。勘察技術的先進與否能夠對工程的整體質量、安全性能以及綜合效益產生最為直接的影響。在傳統的數字化勘察技術中，對這些資料的分析多是處于靜態以及二維階段，因而不能對信息之間的空間變化規律進行準確反映，也無法從中得出最為全面和科學的結論，由此對工程質量產生影響。

一、概述

伴隨著GPS、GIS、RS技術的發展與在地理調查、地質勘探方面的應用獲得了很好的反響，這些新型技術的應用與聯合作用，能夠改善工作效率、提高調研的精準性、并增加數據與信息傳輸的速度，一方面可以大大簡化工作，另一方面，能夠通過這種數字化的力量改善工作模式，或者提高工作效率等。因此，在這種新型技術的應用經驗與成功先例面前，需要增加巖土工程勘察數字化技術與實現。

二、巖土工程勘察數字化技術現狀和存在的問題

1.巖土工程勘察及其現狀

巖土工程勘察大致可分為選址階段、初步勘察階段、詳細勘察階段。其中第一階段的勘察工作應符合方案要求，第二階段符合初步設計的要求，第三階段符合施工設計的要求。根據勘察對象的不同，巖土工程勘察可分為多種類型，主要包括鐵路工程、公路工程、水利水電工程、大型橋梁及工業、港口碼頭以及民用建筑等等。我國自改革開放以來，巖土工程勘察技術得到了明顯的發展，尤其是計算機技術與巖土工程勘察技術的結合應用，使巖土工程工作迅猛發展。但是，雖然計算機技術與沿途勘察技術已經緊密結合，但是由于巖土工程勘察設計工作具有作業分散，手工操作，通過紙制文件來傳遞信息，效率低下，共享性差，并且資源無法多次使用等問題的存在，導致巖土工程勘察數字化仍然存在大量的問題需要克服。

2.存在的問題

首先，勘察資料過于地質化；巖土工程勘察工作需要通過長期的分散作業來進行條塊分割、勘察，并且由于科技發展，巖土工程工作獲得了大量的新技術與新方法。從而導致在設計方案與實際探勘過程中脫鉤較多，使勘察過程中獲得的信息通常以難以理解的形式出現，也使設計方案難以在實際工作中實現，降低工作效率。

其次，設計系統間較為封閉；在巖土工程勘察過程中，由于勘察資料多數是以書面形式進行傳輸與表達，極少使用儲存工具或者網絡傳輸文件方式，從而導致勘察大部分數據資料無法共享。在工作過程中，勘察數據無法得到良好的傳輸，勘察信息無法作為下一步工作的信息依據，需要重新輸入信息，不但浪費了時間，而且在輸入信息過程中容易出現錯誤。

第三，數字化技術綜合能力較差；巖土工程勘察的工作設計信息具有多方位性，涉及到地質、地形、水文、水利設施、環境等多方面因素，導致巖土工程勘察信息具有一定的空間定位特性、又具備獨立屬性特征，不但具有定量指標，而且具有定性指標。當前巖土工程勘察信息技術系統缺乏對各種信息的全方位采集、分類、表示、分析方法，造成了設計方案的優化和巖土工程勘察的工作方位都缺乏全面的信息支持。

3.巖土工程勘察數字化技術應用方面的不足

首先，勘察資料的地質化程度過于嚴重，受到巖土工程的專業設置過細、對新規范、新技術、新方法應用的滯后性、部門之間被長期分割導致設計和勘察分散作業等因素的影響，使得設計和勘察之間的聯系不夠緊密，勘察人員無法參與設計過程，同時勘察人員所提供的數據通常也很難被設計人員理解，因此導致勘察成果轉化為設計成果的效率較低，造成信息浪費。其次，數字化地圖與數字化設計系統之間的對接難度較大；對于設計部門來說，地形圖是設計的底圖，是最基本的數據。由于數字化地圖的部分環節中的技術還有待完善，導致其與CAD設計軟件之間的正常匹配存在問題，對接難度較大，因此設計系統必須將勘察資料進行數字化。這一方面影響了對CAD的推廣使用，另一方面也對設計工作的效率產生了影響。

第三，勘察信息的數字化程度不高；勘察部門所提供的信息中，定性描述的信息例如表格、文字、圖表等較多。這不僅會增加設計人員對資料的理解難度，同時也會使對勘察資料進行處理、分析及利用的難度加大，從而有可能造成信息浪費。

三、數字化技術與實現的前期準備

首先，確定勘測的深度和間距；因為在不同地區、不同土層的距離不同，而同一土層中不同的土性參數之間則具有十分接近的相關距離。以我國某地的土層為例，不同土層之間的相關距離（m），見表1。

其次，科學劃分野外地層；一般情況下，普通的大型工程施工采用的方式是鉆機平行作業，這種方式需要大量的技術人員。但在進行實際施工中，各個勘探班組各自為政，將大量的資料匯集在一起。由于資料較為分散，因此整理難度非常大。解決方法是將技術人員分配到1～2個鉆孔上共同勘探，對所得的資料進行統一編錄，同時派專門人員對整體的野外分層連線進行勘測，當發現問題后及時匯報并采取有效的措施進行改進。

第三，做好對地下水位的觀測；要保證各個點對地下水位的觀測工作能夠同時進行，并在最后一個鉆孔結束后的24h后進行地下水的測量工作；對地下水的開采情況例如開采地點等進行深入了解和分析。例如如果進行測量的地點剛好是附近抽水井抽水下降漏斗，那么所測量到的數據會比實際水位的數值大；最后，將鉆孔坐標以及標高回測結合起來測量。

四、巖土工程勘察數字化的關鍵技術及實現

首先，巖土工程數字化勘察能夠將傳統的手工形式向現代化的CAD技術轉變，形成數據采集信息化、勘察資料處理數字化、硬件系統網絡化、圖文處理自動化的高效益的巖土工程勘察設計體系。巖土工程數字化勘查系統結構如圖1所示。

其次，主要的實現方法為數字化建模圖與數字化數據庫系統的構建。具體是表面模型法。它通過對工程地質體的外表面進行精確地表示，以此來對均質地質體進行反映。這一方法的數據來源是通過對測點上的離散的測點資料進行分析，然后利用數據對結果進行解釋，并對地質體的界面進行重構。表示表面的方法較多，例如數學模型法、圖示模型法等等。常用的圖示模型法也是多種多樣的，例如等值線法、規則格網法、邊界表示法以及不規則格網法等等。另一方面，基于地理信息系統的數字化巖土勘察工程數據庫系統中的原始數據主要是地理信息層面的空間以及非空間數據。這些數據主要包括基礎地理信息數據，例如自然區劃圖中的河流、道路、民居等等，以及巖土工程勘察數據，例如各建筑場地的地理信息等等。基于此，數據庫系統可按照以下兩個步驟進行構建：首先，建立巖土工程勘察數據庫的概念模型設計。具體來說就是將與實體有關聯的功能和行為分離出來，僅從現實世界中實體的數據側面來建立模型，然后在此基礎上建立與之相對應的數據庫表結構。其次，完成數據庫的建立。該系統的數據主要分為用戶輸入的原始數據、系統生成的數據以及最終數據。

表1　不同土層的相關距離

五、優勢與實現前景可觀

首先，從優勢來看，這種數字化的革新或措施改進，能夠通過“數字化管理”形式的技術型方法，改變原有的勘察模式；從根本上扭轉傳統技術方面的不足之處；通過數字化，重點在于數據的采集、信息的記錄、數學形式的模型構建與分析，以及在模型階段的論證，有效地提升了傳弘勘察過程完成后對數據的處理方式，并且提高的精準性與速度；另一方面，可以通過這種模型式的圖解分析，減少同類區域的勞動量。

其次，從具體的辦法方面來看，這種技術主要將全球定位系統、地理信息系統、遙感技術等多種新型技術進行了綜合利用，在定位、信息處理、測量方面，更加有效、科學，而且能夠通過圖形與顏色將其中的各個不同、差異進行區分與辨析。

第三，從實際的解決方面分析，當前巖土工程勘察最主要的問題是勘察資料過于地質化、設計系統間較為封閉、數字化技術綜合能力較差。為了解決這一些系列問題，就必須建立一體化的巖土工程勘察數字化技術。將所有的勘察、設計通過計算機來完成，以網絡傳輸的方式將工程信息共享化，使文件資料保存完整，工程作業加快，保證勘察效率，節省人力資源與工程資金，提高巖土工程勘察的工作效果，保證經濟效益可以穩定的提升。

第四，對未來的發展與前景進行展望也可以認識到巖土工程勘察數字化技術的發展受當前科學水平發展的影響，在我國科技不斷發展的過程中，新的巖土工程技術以及勘察數字化技術會不斷出現。巖土工程勘察是一門應用科學，為工程建設提供可靠的基礎，所以木土工程的建設的發展與工程勘察技術有著必然的聯系，由于我國土木工程的發展規模與發展時間都遠超于世界其他國家，通過巖土工程勘察正向功能化、城市立體化、交通高速化發展，巖土勘察工作的發展，來帶動土木工程建設的發展，進而確保社會經濟水平的平穩增長。

結語

綜上所述，在巖土工程勘察中數字化技術的使用已經較為普遍。但就目前來說，由于傳統的數字化勘察技術存在諸多問題，導致設計工作的效率受到影響，而且也造成信息和資源的浪費。因此應該不斷對數字化技術進行強化，尤其對其關鍵技術進行不斷革新，使其更好地為巖土工程勘察工作服務。

［1］李小林.淺談城市工民建項目中巖土工程勘察技術的應用［J］.江西建材，2013（6）：178-179.

［2］孫明廣.巖土工程勘察數字化技術應用及展望［J］.科技風，2010（11）：86-87.

［3］劉惠芳.淺談我國巖土工程勘察技術現狀及其改進措施［J］.建筑·建材·裝飾，2015（22）：344-345.

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