淺談數(shù)字化技術(shù)在工程勘察中的應用

王煒　黎艷

摘 要：一個工程的實施需要分工合作完成，而工程實施步驟眾多，即影響工程質(zhì)量與效率的因素較多。工程勘察工作作為工程實施中的重要組成部分，工程勘察工作的順利進行與否，往往直接影響著工程的進程與質(zhì)量安全，而數(shù)字化技術(shù)在工程勘察中的應用往往不可或缺。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；工程勘察；應用

工程勘察是研究和調(diào)查工程建設用地所處的地貌特征或地理環(huán)境特點，以及與工程建設相關(guān)的綜合性應用學科。工程勘察是工程建設前期的一個必備過程，他往往決定著該工程的實施可行性。以下就是對數(shù)字化技術(shù)在工程勘察中的應用進行具體的分析。

1 傳統(tǒng)工程勘測方法存在的問題

1.1 勘測設計分開作業(yè)

工程勘測一般用于巖土工程，在巖土工程的實施中，主要的兩大部分分為勘察和設計，通常勘察設計的人員不同，到這勘察和設計有脫鉤現(xiàn)象。往往設計人員在實施內(nèi)業(yè)時，有看不懂勘察人員的工程信息，不夠全面的掌握地質(zhì)的實際情況，出現(xiàn)成果的利用率較低。

1.2 勘察的信息數(shù)字化程度較低

工程勘察信息一般都以文字，圖紙的表現(xiàn)形式居多。在這樣的工程信息中，較為精準的數(shù)字化信息較少，這些都易對設計人員的理解上造成困難。

2 工程勘察中數(shù)字化技術(shù)應用的概述

數(shù)字化就是將一些復雜而又多變的信息轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢远攘康臄?shù)字和數(shù)據(jù)，再通過這些數(shù)字和數(shù)據(jù)建立起適當?shù)臄?shù)字化模型，將那些信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐幌盗械亩M制代碼，輸入編程引進到計算機內(nèi)部，進行統(tǒng)一處理，這就是數(shù)字化的基本過程。由于數(shù)字化技術(shù)與數(shù)字的轉(zhuǎn)換、存取、處理表達、傳輸、控制這一系列的內(nèi)容息息相關(guān)，所以在數(shù)字化技術(shù)應用的過程中，我們會經(jīng)常與一些高新技術(shù)打交道。例如，在工程勘察中可使用的數(shù)字化技術(shù)儀器主要包括工程勘探儀器（如：靜力觸探儀、標準貫入器、動力觸探器、旁壓儀、十字板剪切儀、電法儀、波速測試儀、地微動測試儀等）；測量儀器（如：水準儀、地質(zhì)羅盤儀、激光測距儀、全站儀等）；工程物探儀器（如：輕便測井儀、聲波測井儀、無線電波透視儀、地下水參數(shù)放射性測井儀等）；土工試驗儀器（如：全自動三軸壓縮儀、全自動固結(jié)儀、全自動剪切儀等） 。

3 工程勘察的內(nèi)容分析

工程勘察的項目可以有以下幾個：工程地質(zhì)勘察、工程測量、水文地質(zhì)勘察和工程地球物理勘探等專業(yè)，我國的工程勘察專業(yè)體系是在中華人民共和國成立以后才漸漸形成和發(fā)展起來。

3.1 工程地質(zhì)勘察

工程地質(zhì)勘察是為調(diào)查清楚影響建設工程建筑物的地質(zhì)因素而進行的地質(zhì)研究調(diào)查工作。工程地質(zhì)勘察所需勘察的地質(zhì)因素包括地質(zhì)構(gòu)造或地質(zhì)結(jié)構(gòu)：地貌、水文地質(zhì)條件、土和巖石的物理力學性質(zhì)，自然（物理）地質(zhì)現(xiàn)象和天然建筑材料等。

3.2 工程測量

對于工程測量的研究人員來說，地形測量技術(shù)、工程數(shù)學、控制測量技術(shù)、工程測量技術(shù)、地籍測量、測量平差、Auto CAD、遙感概論、GPS原理及應用、數(shù)字測圖技術(shù)、GIS技術(shù)、地圖學原理、數(shù)據(jù)庫原理、航空攝影測量技術(shù)等等學科知識都是必不可少的。因為這些學科知識都直接或間接與工程勘察測量的內(nèi)容、形式及方法掛鉤，如果不能很好地掌握這些，就很難熟練地掌握工程勘察的方法，甚至是使用那些高科技數(shù)字化技術(shù)精密儀器。

其中的數(shù)據(jù)庫應用逐漸廣泛，工程勘察數(shù)據(jù)庫管理是工程勘察數(shù)字化中的一項基礎(chǔ)工作。它的原理是將與實體和聯(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)上建立相對應的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。

3.3 水文地質(zhì)勘察

水文地質(zhì)勘察是研究調(diào)查水文地質(zhì)條件的主要方式是詳略程度不同的水文地質(zhì)調(diào)查的總稱。水文地質(zhì)勘察在工程勘察中非常重要，水文地質(zhì)的資料都來自親自調(diào)查，他是一項理論與實踐相結(jié)合的費用高、且長期的工作。其目的在于查明水資源各部分水的形成，分布位置與變化的特點，以便于更好地保護地區(qū)的水資源，提高該地區(qū)水資源的綜合利用率，同時也是為了更好地統(tǒng)一規(guī)劃與管理該地區(qū)的水資源。

另外水文地質(zhì)測繪的內(nèi)容一般包括以下幾項：

地下水露頭的調(diào)查；基巖地質(zhì)的調(diào)查 ；地貌及第四世紀地質(zhì)調(diào)查；地表水體的調(diào)查；和地下水相關(guān)的地質(zhì)環(huán)境狀況的調(diào)查；地下水指示植物的調(diào)查。

3.4 工程地球物理勘探

工程地球物理勘探是為了解決土木工程勘察中建設工程地質(zhì)以及水文地質(zhì)問題的一種物理勘探方法，其簡稱為工程物探。此外，它是以研究地下物理場（如重力場、電場以及磁場分布等）為基礎(chǔ)的。我們都知道不同的地質(zhì)體，其在物理性質(zhì)上具有的差異，一定會直接影響地表下物理場的分布規(guī)律?？碧饺藛T通過使用數(shù)字化儀器來精確地且高效地觀測、分析和研究這些存在的物理場，并有效地結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)資料，來更加確定地判斷和解決與工程勘察有關(guān)的地質(zhì)構(gòu)造問題。

4 數(shù)字化技術(shù)在工程勘察中應用儀器分析

在工程勘察中，我們經(jīng)常使用那些高科技的數(shù)字化技術(shù)儀器，如我們經(jīng)常見的靜力觸探儀、旁壓儀、電法儀、波速測試儀、地質(zhì)羅盤儀、全站儀、聲波測井儀、無線電波透視儀、地下水參數(shù)放射性測井儀與全自動固結(jié)儀等等，這些儀器在我們勘察工作中起著無可替代的作用，它使我們的勘察工作更為科學、準備、到位。為了更好的了解數(shù)字化技術(shù)儀器在工程勘察中的應用，下面將從工程勘探儀器、測量儀器、工程物探儀器、土工試驗儀器中選出幾個做具體分析。

4.1 靜力觸探儀

適用于在一般粘性土、軟土、黃土和密砂土地區(qū)的土木建筑工程、市政、公路、工程地基土原位測試。用于查明地層在垂直和水平方向的變化；進行力學分層；確定天然地基承載力和估算單樁承載力；判別砂土液化的可能性；確定軟土的不排水抗剪強度；提供軟土地基承載力和斜坡穩(wěn)定性的計算指標。

4.2 旁壓儀

是將圓柱形旁壓器豎直放入土中，通過旁壓器在豎直的孔內(nèi)加壓，使旁壓膜膨脹，并由旁壓膜將壓力傳給周圍的土體（巖體），使土體（巖體）產(chǎn)生變形直至破壞，通過量測施加的壓力和土變形之間的關(guān)系，可得到地基土在水平方向的應力應變關(guān)系。

4.3 電法儀

廣泛用于尋找地下水，解決人、畜飲用水及工農(nóng)業(yè)用水問題，水文、工程、環(huán)境的地質(zhì)勘探，找斷裂帶及陷落柱、山體滑坡、煤礦采空區(qū)等行業(yè)以及金屬與非金屬礦產(chǎn)資源勘探、能源勘探、城市物探、鐵道及橋梁工程勘探。電法儀的操作靈活方便，采用全數(shù)字化自動測量，可對自然電位、漂移及電極極化進行自動補償。

4.4 波速測試儀

波速測試儀是用來測試場地地基土壤剪切波速度和縱波速度的儀器，它適用于單孔，亦可用于跨孔法。本儀器具有性能穩(wěn)定、操作方便、相對相位誤差小、分辨率高的特點；亦可與磁帶記錄器或數(shù)據(jù)采集器直接配接。

4.5 地質(zhì)羅盤儀

地質(zhì)羅盤儀是進行野外地質(zhì)勘察工作中必不可少的一種測量工具。通?？辈烊藛T可以借助它來定出方向，以及觀察點的所在位置，測量出任何一個觀察面的空間位置（如褶皺軸面、巖層層面、斷層面、節(jié)理面等構(gòu)造面的空間位置），以及測定火成巖的各種構(gòu)造要素，礦體的產(chǎn)狀等。

4.6 全站儀

全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，它是一種集光、電、機為一體的高技術(shù)測量儀器，是集合水平角、直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統(tǒng)。由于他一次性安置儀器就可以完成蓋測量站上的全部測量工作，極大地提高了工作效率，所以被稱作為全站儀。廣泛地運用在地下隧道施工和地面上大型建筑等等精密工程勘察測量或變形監(jiān)測領(lǐng)域。

4.7 聲波測井儀

利用聲波在巖石中的傳播性質(zhì)研究鉆井剖面的井下工程物探儀器。由聲波發(fā)射換能器和接收換能器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、記錄儀等組成。在測定方法上有單孔測試和跨孔測試。井下探頭有單發(fā)單收和單發(fā)雙收等種類，用以記錄由井壁反射的滑行波。所得到的聲波速度測井曲線，可用于劃分巖性剖面和求取巖石的孔隙度。

4.8 無線電波透視儀

在兩鉆孔之間進行電磁場測量的井下工程物探儀器。它主要由發(fā)射機（含發(fā)射機偶極天線）和接收機（含接收機鞭狀天線）、地面記錄儀、電纜絞車等組成。儀器的工作頻率為0.5MHz至數(shù)十MHz。它利用在不同介質(zhì)中對電磁波的反射和吸收能力的差異所反映的場強大小，以探測均勻體中的異常體，如灰?guī)r中的溶洞、基巖破碎帶等。

4.9 地下水參數(shù)放射性測井儀

用人工放射性同位素示蹤法測定含水層參數(shù)的井下工程物探儀器。它由地面控制記錄儀、井下閃爍探測器、電纜絞車、投源取水器等組成，可在小孔徑鉆孔中通過測定131I的濃度隨時間的變化規(guī)律，以取得地下水的滲透系數(shù)、滲透速度、流速、流向和彌散系數(shù)等參數(shù)。

4.10 全自動固結(jié)儀

全自動氣壓固結(jié)儀融合機械，電子技術(shù)，自動控制技術(shù)于一體，可進行各種固結(jié)試驗，自動完成加卸荷及數(shù)據(jù)采集功能，可以完全取代傳統(tǒng)杠桿式固結(jié)儀。試驗過程全電腦控制，儀器性能已全面超過國內(nèi)同類儀器，達到和接近國際同類產(chǎn)品。新型精密氣壓力控制器，16位標準按鍵，能夠自動提供高精度壓力，為固結(jié)儀提供高中低壓力。

5 數(shù)字化技術(shù)在工程勘察中應用意義

數(shù)字化技術(shù)的應用對于工程勘察來說無疑是如魚得水。工程勘察的應用范圍十分廣泛，如巖石工程、水利工程、土木工程及建筑設計工程等等。綜合觀之工程勘察的工作量十分浩大，如果單純地是由人力去獨立完成作業(yè)與調(diào)查的話，其結(jié)果必將是耗費時日且勘察結(jié)果未必準確。數(shù)字化技術(shù)的出現(xiàn)，為工程勘察帶來了眾多的先進的高科技含量的儀器，不僅僅解決了上述問題，而且極大地推動了我國工程勘察體系的發(fā)展與完善，更有間接地促進了我國各行各業(yè)的發(fā)展，從而加快我國現(xiàn)代化建設的步伐，為我國經(jīng)濟甚至是世界經(jīng)濟的發(fā)展做出了杰出的貢獻。

6 結(jié)語

數(shù)字化勘察技術(shù)之路何其漫漫，將其推廣應用更是任重而道遠。目前我國在這方面的技術(shù)問題尚未完全解決，技術(shù)也不熟練，市場比較欠缺，專業(yè)人才也相當匱乏，因此，必須加大對工程勘察中數(shù)字化技術(shù)人才培養(yǎng)的力度，從而真正實現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)在工程勘察中的廣泛應用。數(shù)字化技術(shù)尤其在工程中的應用更為廣泛，更有前景，將數(shù)字化技術(shù)在工程領(lǐng)域推廣開來，有利于提高工程勘測的效率。

參考文獻

[1] 包慧明，胡長順.GIS支持下巖石工程勘察設計一體化[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007， 29（2）.

[2] 鐘登華，劉東海.工程可視化輔助設計理論方法與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3] 沈芳，黃潤秋.地理信息系統(tǒng)與地質(zhì)環(huán)境評價[J].地質(zhì)災害與環(huán)境保護，2000（11）.

[4] 簡德超.巖土工程勘察準確性技術(shù)與探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2010（09）.