數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)措施

蘇燕奕

摘要：巖土工程勘察數(shù)據(jù)自身具備多元性及空間性的特點，并且目前已有的常規(guī)數(shù)據(jù)庫已經(jīng)不能滿足處理數(shù)據(jù)的需要。巖土工程勘察工作自身具備一定的空間特性及結(jié)構(gòu)屬性，所以該工作在計算機可視化工作中顯得十分復(fù)雜。怎樣在利用數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上使用計算機技術(shù)來完成勘察數(shù)據(jù)時空分析以及空間建模，便成了目前迫切需要解決的問題。本文主要從當(dāng)前巖土工程勘察數(shù)字化存在的不足入手，從五個方面簡要探討了如何實現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的方法步驟，對于巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)進行研究。

關(guān)鍵詞：巖土工程；勘察；數(shù)字化

一般巖土工程信息，包括地形地貌、地下水位置、斷層、底層界面以及各種物探、化探資料，均是直接從野外測量或用于某一工程設(shè)計，在工程完成后，這些資料即被置之一旁，即使日后再被利用也只是一些離散數(shù)據(jù)，技術(shù)人員很難直接利用其再去分析工程地質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律。且傳統(tǒng)的巖土工程資料分析及解釋往往局限于靜態(tài)的、二維的表達，直觀性較差，不能很好地揭示空間變化的規(guī)律，不能滿足工程的空間分析要求。因此，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及勘察技術(shù)手段的完善，如何有效地采集、存儲、管理、利用、交流各巖土工程勘察項目中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，成為當(dāng)今巖土工程勘察中的一個重要課題，筆者對此略談己見。

一、數(shù)字化巖土工程勘察概述

數(shù)字化巖土工程勘察工作屬于測繪技術(shù)的一種，并且需要結(jié)合計算機技術(shù)、CAD技術(shù)以及各種計算機軟件，將整體工程中的信息進行有機結(jié)合，從而建立起整套計算機輔助的信息流程，讓勘察設(shè)計方面的技術(shù)手段從之前的手工化逐漸走向信息化，向CAD轉(zhuǎn)變，進一步完成圖文自動化以及硬件網(wǎng)絡(luò)化。并且建立多專業(yè)多工種并且高效益的勘察隊伍。數(shù)字化勘察技術(shù)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于圖紙、圖像以及各種文字表述上，為專業(yè)設(shè)計工作提供參考數(shù)據(jù)。該技術(shù)體系用系統(tǒng)工程觀點，把勘察、設(shè)計的圖紙、圖像、表格、文字等以數(shù)字化形式存貯，供各專業(yè)設(shè)計使用，達到快速、高效、準(zhǔn)確的應(yīng)用勘察成果目的，大幅度降低由于勘察成果的低效使用引起的設(shè)計變更，及其他工程質(zhì)量問題，有效的節(jié)約社會成本資源。

二、當(dāng)前巖土工程勘察數(shù)字化存在的不足

當(dāng)前，隨著3S技術(shù)的發(fā)展與集成，促使巖土工程勘察進入到以數(shù)據(jù)庫為核心的勘察設(shè)計一體化產(chǎn)業(yè)體系，但值得注意的是，雖然目前計算機輔助設(shè)計（CAD）已廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察設(shè)計中，功能日益完善，但由于種種因素，一部分地區(qū)巖土工程勘察數(shù)據(jù)的數(shù)字化程度相對較低，仍存在一些問題，如，由于部門長期的條塊分割，勘察、設(shè)計分散作業(yè)，加之巖土工程規(guī)范制定和新技術(shù)、新方法應(yīng)用的滯后，以及專業(yè)設(shè)置過細，巖土工程本身的特殊性等原因，設(shè)計與勘察之間脫鉤多；設(shè)計人員也因知識的局限，很難深層次理解巖土工程勘察信息，因而勘察成果在設(shè)計中的轉(zhuǎn)化率較低，造成許多不應(yīng)有的浪費和損失；數(shù)字化地圖與數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)間接口不匹配，不同軟件之間數(shù)據(jù)的傳遞不夠貫通；勘察信息數(shù)字化程度低，勘察部門最終提交的勘察報告中以圖紙、表格、文字等形式為主，內(nèi)容上定性描述較多，既造成設(shè)計人員對勘察信息難于準(zhǔn)確理解，又造成對勘察信息處理、利用上的困難。

如上問題的存在，原因概括起來主要為：一是施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣。勘察工程施工現(xiàn)場多為粉塵、泥漿等不適合高精密電子儀器作業(yè)的惡劣環(huán)境，客觀上限制了PDA、筆記本電腦及精密電子設(shè)備的應(yīng)用。二是部分單位采用的傳統(tǒng)巖土工程勘察設(shè)計軟件功能單一。一些單位在勘察數(shù)據(jù)的統(tǒng)計處理及制表制圖方面功能比較完備，但與CAD設(shè)計軟件的接口匹配性低，影響了設(shè)計CAD的系統(tǒng)效率，有的更未引入GIS系統(tǒng)，使每個巖土勘察項目成為孤立的項目單元，料缺乏共享性，沒有相互印證的作用，無法對較大規(guī)模的區(qū)域內(nèi)的構(gòu)造進行總體評估。三是由于室內(nèi)資料整理缺乏專業(yè)人才，影響了后期資料的整理工作，結(jié)果往往是工程結(jié)束后，技術(shù)人員將資料裝盒歸檔后即束之高閣，導(dǎo)致很多項目的寶貴資料失去了與相鄰項目的資料進行對比的價值，技術(shù)人員對于計算機的處理水平，尤其是在GIS和數(shù)據(jù)庫方面的操作水平有待提高。

三、巖土工程勘察數(shù)字化的實現(xiàn)

由上述可見，目前巖土工程中勘察與設(shè)計分離、設(shè)計軟件功能不完善等問題較為突出，而要解決這些問題，迫切需要建立一體化的體系。所謂一體化，即是將一些分散而多種多樣的要素或者單元合并組合成為一個更加晚上或者協(xié)調(diào)的整體，在巖土工程勘察設(shè)計中，一體化通常認為是將不同的學(xué)科結(jié)合起來的一種方式，這種方式有助于建立一種全新的分析過程。巖土工程勘察一體化系統(tǒng)主要設(shè)計地理信息系統(tǒng)（GIS）、計算機圖形、數(shù)據(jù)庫、地質(zhì)學(xué)、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)、地質(zhì)建模、AutoCAD及Word自動化等，其特點是勘察、設(shè)計各環(huán)節(jié)使用計算機作業(yè)，勘察階段為設(shè)計階段，上道工序為下道工序以及各專業(yè)工種間提供接口數(shù)據(jù)文件以使數(shù)據(jù)傳遞流暢。而要實現(xiàn)巖土工程勘察設(shè)計的一體化，首先應(yīng)該實現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化，巖土工程勘察數(shù)字化是實現(xiàn)一體化的先決條件。要實現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化，具體如下：

（一）分析巖土工程勘察對象的基本特征

巖土工程勘察對象構(gòu)造的規(guī)模、起因、結(jié)構(gòu)、形態(tài)差別較大，但所有復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造都能抽象為點、線、面、體四種元素的集合。任何地質(zhì)對象在空間上都占有一定的范圍及位置，有一定的形態(tài)和性質(zhì)特征，且與其他地質(zhì)對象間存在一定的空間聯(lián)系。因此，地質(zhì)對象的基本特征可歸結(jié)為空間特征、屬性特征和空間關(guān)系特征三個方面。

（二）分析巖土工程勘察建模的依據(jù)

巖土工程地質(zhì)模型是人們對客觀事物認識的精煉和圖示化。建模最基本的依據(jù)是觀點及理論基礎(chǔ)。巖土工程力學(xué)，其核心觀點就是巖體，結(jié)構(gòu)面起主導(dǎo)作用，軟弱巖層（軟巖）起著起始變形與突破的作用。結(jié)構(gòu)面類型較多，性狀復(fù)雜，不僅有軟硬之分，還有大小之分和分布上的隨機性。

（三）明確巖土工程勘察建模的過程

一是工程變量預(yù)測。巖土工程地質(zhì)建模的主要目的之一就是預(yù)測一個或多個工程地質(zhì)變量的空間變化。在工程地質(zhì)中，變量則是地層、構(gòu)造、斷層等的空間分布特征及其物理力學(xué)性質(zhì)；在污染評價中，變量是土壤或地下水的污染程度；在礦產(chǎn)評價中，變量是礦石品位；在地下水研究中，變量是水動力參數(shù)，如水流速度。對某些研究區(qū)域的相關(guān)地質(zhì)變量由于不可能進行連續(xù)的量測，往往取一些有代表性的點，然后再利用各種不同的預(yù)測技術(shù)，來推測出整個研究區(qū)域的該地質(zhì)變量的空間變化規(guī)律。二是巖土工程地質(zhì)特征解釋。一般包含條件化及離散化兩方面，即以巖性或巖土類型等控制特征為條件，將工程地質(zhì)信息進行離散化，從而確定工程地質(zhì)邊界和相關(guān)特征描述。

（四）基于GIS的巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的實現(xiàn)

一是巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫的概念模型設(shè)計。巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫管理作為巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的一項基礎(chǔ)工作，是一個數(shù)據(jù)密集、處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用問題，為了能獲得反映信息世界的概念性數(shù)據(jù)模型，將與實體和聯(lián)系相關(guān)的功能與行為剝離出來，僅從現(xiàn)實世界中實體的數(shù)據(jù)側(cè)面來建立模型即研究數(shù)據(jù)對象與屬性及其關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上建立相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。

二是數(shù)據(jù)庫建立實現(xiàn)。巖土工程一體化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)有三類：用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的中間數(shù)據(jù)及最終數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)由測點數(shù)據(jù)組成，而測點數(shù)據(jù)又由測點幾何屬性數(shù)據(jù)（位置）和測點信息屬性數(shù)據(jù)；中間數(shù)據(jù)包括根據(jù)原始數(shù)據(jù)系統(tǒng)自動生成的地層層面等值線模型、三維表面模型、剖面模型等，根據(jù)這些模型可以生成用戶需要的各種圖件，還可以進行各種信息查詢操作；最終數(shù)據(jù)種類繁多，主要是根用戶需要由中間數(shù)據(jù)生成，包括圖形資料和文檔資料（如地質(zhì)勘察報告等）。

四、結(jié)束語

巖土工程勘察數(shù)字化工作含蓋了許多方面的知識點，筆者通過總結(jié)自身在巖土工程勘察工作中的實際經(jīng)驗，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)該方面先進工作方式，主要從當(dāng)前巖土工程勘察數(shù)字化存在的不足入手，從五個方面簡要探討了如何實現(xiàn)巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的方法步驟，以期對于巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)的研究及應(yīng)用有一定參考作用。

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（作者單位：賀州市勘察測繪研究院有限公司）