巖土工程勘察的數字化技術與應用淺析

李朋飛

摘 要：在巖土工程勘察中，數字化技術的應用成為一種趨勢，彌補著傳統勘察技術的不足之處，滿足著巖土工程的空間分析需求，推動著工程勘察事業發展。本文首先分析了巖土工程勘察內涵，然后分析了傳統勘察方法存在的問題，最后探討了數字化技術的具體應用，供同行學習和參考。

關鍵詞：巖土工程;勘察工作;數字化技術;應用

中圖分類號：P63 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）04-0139-02

在工程設計中，巖土工程勘察是一項重要工作，其內容為地下水位、地形地貌、斷層、風化層厚度等。工程安全、施工質量和勘察技術相關，好的勘察技術能清晰、準確的反映出工程地質特征，為工程施工提供保障。但是在以往的巖土工程勘察技術中，多使用二維、靜態形式分析和表現這些材料，無法準確描述信息變化和空間形態，也就無法準確指導工程。而數字化技術的使用，則能準確獲得巖土特性和性狀，改進勘察方法，提高建筑工程的施工質量。

1 巖土工程勘察概述

在工程項目建設之前，需要勘察所在地情況，根據勘察結果了解巖土種類、地質狀況，從而為工程施工提供可靠參考。我國地域廣闊，地形千差萬別，再加上特殊巖土種類多，增加巖土工程的復雜程度。因此，需要開展巖土工程的勘察工作，來解決地質問題帶來的影響，及時消除安全隱患，確保工程安全、高效的施工。一般來講，巖土工程勘察主要包括土體勘察、巖體勘察兩個部分，在地質形成、演變的過程中，巖體會在地質作用下成為結構復雜的巖體。由于工程所處地區、地質作用不同，給工程帶來的影響也就不同。

2 傳統巖土工程勘察方法存在的問題

2.1 勘察資料地質化

一直以來，巖土工程勘察工作的分工都比較細，使得專業間、室內外配合偏差，影響勘察結果。而且，巖土工程勘察新方法、新技術少，未建立科學、合理的勘察技術應用體系，勘察專業設置過細，導致工程設計和勘察脫鉤，影響勘察報告結果的準確性。另外，設計人員不熟悉勘察工作，只是從勘察報告中獲得相關信息和數據，使其無法很好的理解巖土工程信息，影響著勘察工作、設計工作的銜接和轉化，造成不必要的浪費[1]。

2.2 數字化設計和地圖貫通不足

在整個設計系統中，地形圖是最為基礎的數據。由于數字化地圖在某些環節不夠成熟，使其無法和CAD軟件接口相匹配，妨礙著對接工作的開展和實現。對此，需要重新數字化巖土工程的勘察資料，從某種程度上影響著CAD軟件在巖土工程中的應用和推廣。

2.3 設計系統間封閉

在巖土工程勘察過程中，勘察資料多以書面的形式傳輸，不僅影響著相關資料的共享，也影響著下步工作的進行。而且，各項工作的開展，需要重復輸入相同的信息，浪費人力、物力和財力，甚至還會影響著信息輸入的完整性、準確性，不利于工程的正常施工。

2.4 數字化水平低，綜合能力差

以往工作中，勘察部門主要向設計部門提供設計圖紙、表格等信息，但是這種方式的缺點是：對于某些信息內容，進行了太多定性描述，而且在勘察報告的提交中，也缺乏自身判斷和主觀意識，使得設計人員無法準確理解勘察信息，加大信息的處理和使用難度。另一方面，巖土工程勘察涉及水利設施、地形、環境、水文等方面，因此勘察信息具備獨立性和空間定位性。現階段，巖土工程勘察信息系統對信息的采集、分析、分類等方面不夠完善，導致設計方案優化、勘察工作缺乏信息支持，降低整個系統的綜合能力。

3 巖土工程勘察的數字化技術與應用

3.1 數字化勘察技術概述

在巖土工程數字化勘察中，主要依托測繪技術、計算機技術、CAD技術、數據庫技術等，有效的整合工程設計、勘察、計劃等內容，實現工程數據采集數字化、勘察資料數字化的目標。在整個勘察過程中，構建功能全面、智能化的勘察體系，不但能合理使用工程觀念，還能利用數字化的形式存儲設計和勘查圖紙、文字、表格等，為工程的專業設計提供參考。

3.2 數字化勘察技術的應用

3.2.1 巖土工程的數字化建模方法

巖土工程勘察工作中，由于數字表面模型法能真實、準確的表達地面起伏，使得工程勘察建模時常選用這種方法。該建模方法使用過程中，能按照相應規則有效連接同屬性的點，并將其構成網狀曲面片，使抽象的點更加形象，從而滿足準確確定地質體屬性的需求。而且，該方法在表現地質體外面情況時，也有著良好的準確性，因此其是均質地質體主要的表示方法。

除數字表面模型法外，地形建模法、地質三維數字法也是常用方法。其中，地形建模法通過將地區DEM數據作為基礎，使用疊加遙感影像顯示三維地形。具體應用中，通過變換正射影像，使用、結合PS軟件進行調色，作為三維城市或地形紋理的底圖。所謂的地質三維數字化，通過將地球三維空間中的內容，如天然氣、地下水、地層、廢物、石油等，對此類對象所對應的三位空間各點特征、屬性等，建立三維數字化系統，并進行統一的描述。

在巖土工程勘察過程中，所獲得的數據主要包括屬性特征數據、集合特征數據兩種，得到這些數據后，解釋地質體的界面結果。對地質體空間屬性的明確，就是依據所得的相似電，然后對這些點進行規律性的連接，從而構成網狀面的空間屬性。實際勘察中，表面展示的方法比較多，最常用的是圖示模型法、數字模型法，其中圖示模型法類型豐富，包括不規則網法、邊界表示法、等線值法等。

3.2.2 數字化巖土勘察數據庫系統

巖土工程勘察工作涉及很多原始數據，比如非空間數據、空間數據等。通常情況下，數據多來源于這樣幾個方面：第一方面，基礎地理數據。以自然區域圖、地形地貌圖為主。第二方面，勘察數據[2]。也就是工程區域內的地層信息、勘探點信息、勘察資料等。在構建數據庫系統時，首先要設計數據庫的概念模型，然后再建立和實現數據庫，具體表現如下。

（1）數據庫概念模型設計。在巖土工程勘數字化系統中，勘察數據庫管理是一項非常重要的工作，涉及到數據的處理和應用，因此為了更好獲得更多能夠反映信息概念的模型，就要必須將其從相關功能和實體中剝離出，僅從現實實體數據側面來建立數據庫模型，研究數據對象、屬性間的關系，并在該基礎上建立數據庫結構。實際工作中，勘察人員要想準確表達數據要求是存在一定難度的，簡單來講就是將面向問題的模型用于具體工作中，然后再結合用戶觀點，完成信息、數據的建模工作。其中，實體-聯系是常用方法，巖土工程勘察數據管理實體包括勘探信息、錄像、文檔、照片等。而實體-聯系E-R方法，則是對現實世界進行描述的工具，用E-R圖來表示數據庫概念模型，能獨立于DBMS所支持的模型。勘察單位在實際運用中，必須將物理力學表、地層分層表結合在一起，從而為鉆孔巖土提供強有力的數據支持。

（2）數據庫的建立。一般情況下，巖土工程一體化系統數據包括原始數據、中間數據、最終數據。就查詢系統而言，操作人員所獲得的數據較為繁雜，且多由中間數據生成，包括柱狀圖、剖面圖、勘察報告等。出于對巖土工程復雜性的考慮，操作人員需要嚴格管理數據庫，按照數據間的關系對時間進行排列，其數據來源為：1）基礎區劃數據。通過對區劃、規劃圖的分析，準確掌握所在地的地理規劃、居民區、道路、公共設施等信息。地貌、地形圖能歸納所在地的地貌情況，經由上級批準的總體規劃、分類規劃圖件。2）工程勘察數據。工程所在地的地質勘探資料，和已處理、篩選的勘探點，主要包括環境指標、地理指標等，年代感顯著。建筑工程室內外的試驗信息，如巖土物性參數、特征周期等。可見，巖土工程數據庫的原始數據包括物理屬性、幾何屬性數據，其中鉆孔屬性數據包括鉆孔物理屬性、幾何屬性數據，比如頂面標高、含水率、抗壓強度、地層厚度等，在Access中能用兩張表表現出來。

（3）數據庫的主要功能。數據庫的建立，能提高工作效率，保證勘察信息的完整性、準確性，具體表現為：1）數據輸入功能。為保證數據庫范圍、精度滿足需求，為工程設計和施工人員提供幫助。最初輸入數據時，除要保證數據有效外，還要確保處理程序的規范性。多數情況下，只要在數據輸入中滿足這樣兩個條件，就能幫助勘察人員獲得有效信息。2）數據庫檢索功能。在實體信息中，屬性數據、空間位置數據是重要內容，所以數據庫檢索也從這兩個方面進行。對于空間位置而言，檢索方式比較多，如區域檢索、圖示點檢索等。對屬性檢索而言，其方法主要包括交叉檢索、條件檢索兩種，操作人員通過相關的檢索功能，來提取勘察信息，從而提高工作效率和數據檢索的準確性。3）空間分析功能[3]。數據庫的空間分析功能，分為疊加分析、緩沖區分區、多層立體疊加分析三個部分，其中疊加分析包括對線疊加分析、點對線疊加分析、區對區疊加分析等類型。緩沖區的分析，包括點緩沖區分析、區緩沖區分析等類型。4）屬性分析功能。巖土工程數據庫對屬性的分析，分為單屬性基本初等函數變換、雙屬性累計頻率直方圖、雙屬性四則運算、單屬性累計直方圖屬性分類等類型。總之，巖土工程數據庫作為數字化系統的重要組成，通過和GIS的聯結，將物理屬性、幾何屬性結合在一起，能有效、快速的創建虛擬場地。

4 結語

隨著科學技術的發展，巖土工程勘察技術在取得進步的同時，也改進著勘察方法，使得數字化勘察技術得以廣泛應用和推廣。為實現數字化勘察技術的作用，需要加大勘察人員的培訓力度，深入分析相關技術，采用有效措施加強數字化技術的使用和推廣工作，從而提高勘察結果的準確性，保證施工質量。同時，相關人員還要結合部門實際和自身特點，建立與之相適應的數字化應用系統，優化和升級內部結構，并創新傳統的勘察技術，以此滿足市場需求，實現真正意義上的現代化、信息化勘察，推動巖土工程行業發展。

參考文獻

[1] 趙金雄，陳玲俊，張紹清，等.巖土工程勘察中數字化技術與實現[J].建筑工程技術與設計，2017，25（31）：293.

[2] 李靜.巖土工程勘察中數字化技術的應用分析[J].建筑工程技術與設計，2016，36（29）：199.

[3] 李志華.淺談巖土工程勘察數字化技術與實現[J].江西建材，2014，14（24）：242.