淺談巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

■李志華 ■江西有色地質(zhì)勘查一隊(duì)，江西 鷹潭 335000

巖土工程勘察作為工程設(shè)計(jì)的首要工作，巖土工程勘察技術(shù)直接影響著工程建設(shè)的整體質(zhì)量、工期、安全和綜合效益。巖土工程信息主要包括地形地貌條件、地層界面、地下水位分布、斷層、風(fēng)化層的具體厚度、物理和化學(xué)勘探資料等，這些資料具有一定的離散性，通常不能完全發(fā)揮自身的價(jià)值，巖土工程技術(shù)人員無法借助這些數(shù)據(jù)分析工程現(xiàn)場地質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律。另外，對這些巖土工程資料的分析和解釋單純停留在二維、靜態(tài)的表達(dá)層面，無法準(zhǔn)確反映其空間變化規(guī)律，進(jìn)而難以使人們深入理解，自然也不能滿足巖土工程多變的空間分析要求。

1 傳統(tǒng)的巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)存在的問題

1．1 勘察資料過于地質(zhì)化

勘察部門因內(nèi)部長期條塊分割的影響，出現(xiàn)工程勘察和工程設(shè)計(jì)分散作業(yè)的局面，另外，巖土工程規(guī)范編制、新型技術(shù)和新方法應(yīng)用滯后于工程要求，專業(yè)設(shè)置過于詳細(xì)，巖土工程自身的獨(dú)特性，工程設(shè)計(jì)和勘察之間脫節(jié)程度嚴(yán)重，勘察人員在勘察地質(zhì)時(shí)，通過專業(yè)的術(shù)語來記錄地質(zhì)信息，且地質(zhì)勘察信息自身要求詳細(xì)具體，導(dǎo)致工程設(shè)計(jì)無法有效理解工程勘察人員提供的數(shù)據(jù)資料，且勘察人員很難全程參與工程設(shè)計(jì)，工程設(shè)計(jì)人員因自身專業(yè)水平有限，無法深入理解勘察信息，因此，勘察資料過于地質(zhì)化，造成了不必要的浪費(fèi)和損失。

1．2 勘察信息數(shù)字化程度不高

圖表、文字等是工程勘察信息的主要表達(dá)方式，其中定性描述的內(nèi)容居多，這不僅會影響勘察設(shè)計(jì)人員對信息的理解程度，還會制約勘察信息的處理和應(yīng)用。

1．3 數(shù)字化地圖和設(shè)計(jì)系統(tǒng)之間連貫性不足

地形圖是整個(gè)巖土工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，地形圖所顯示的數(shù)據(jù)，也是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，一切設(shè)計(jì)均源自地形圖中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。雖然，傳統(tǒng)的工程勘察技術(shù)中實(shí)現(xiàn)了一定程度的數(shù)字化，但是，技術(shù)發(fā)展尚不成熟，與目前應(yīng)用較多的CAD設(shè)計(jì)軟件接口的連貫性不足，無法實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)對接，阻礙了CAD設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)行，因此，為將地形圖中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)充分應(yīng)用在CAD設(shè)計(jì)軟件中，同時(shí)保證CAD設(shè)計(jì)軟件的正常使用，工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)將勘察資料再次數(shù)字化，以此來匹配CAD設(shè)計(jì)軟件。然而，由于勘察和設(shè)計(jì)這兩者存在的專業(yè)差異和跨度，導(dǎo)致對地形圖基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，存在部分信息失準(zhǔn)或者失真的可能性，這將影響后續(xù)工序進(jìn)行，從而制約整個(gè)巖土工程的正常進(jìn)行。

2 巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)與實(shí)現(xiàn)

2．1 巖土工程數(shù)字化模型的建立

表面模型法是當(dāng)前較為常用的地質(zhì)建模方法，也被稱為數(shù)字表面模型，具體是指通過準(zhǔn)確表示工程地質(zhì)體的外表面，以此來體現(xiàn)均質(zhì)地質(zhì)體的一種建模方法，其數(shù)據(jù)源自通過測點(diǎn)獲得的大量具有一定離散性的測點(diǎn)資料，主要由測點(diǎn)的幾何特征數(shù)據(jù)和基本屬性特征數(shù)據(jù)組成，再利用數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析結(jié)果重構(gòu)地質(zhì)體界面?？梢詫⒋朔N方法抽象為將大量相同屬性的測點(diǎn)依據(jù)特定的規(guī)則將其相連，形成網(wǎng)狀曲面片，從而明確整個(gè)地質(zhì)體的空間屬性，能以不同的方法來表示表面，其中數(shù)學(xué)模型法和圖示模型法是較為常用的兩種方法，本文中探討的主要是后者。圖示模型法又包含規(guī)則與不規(guī)則格網(wǎng)法、邊界表示法等，其中本文選擇不規(guī)則格網(wǎng)法，下面將對其進(jìn)行具體的討論分析。

不規(guī)則格網(wǎng)法具體是指通過區(qū)域中數(shù)量有限的點(diǎn)，將本區(qū)域劃分成相連的三角面網(wǎng)絡(luò)，該區(qū)域中的所有點(diǎn)均落在三角面的邊長、內(nèi)部或者頂點(diǎn)，點(diǎn)若不在三角面的頂點(diǎn)上，則需借助線性插值的方法才能獲得此點(diǎn)的數(shù)字屬性值，因此，不規(guī)則格網(wǎng)法隸屬于三維空間的分段線性模型，且連續(xù)不可微。在記錄這種模型時(shí)，應(yīng)詳細(xì)記錄區(qū)域中的所有點(diǎn)和三角形，通常記錄工作均由立體坐標(biāo)軸完成，借助X、Y、Z這三條坐標(biāo)軸完成記錄，這種記錄方式具有以下特點(diǎn):對于某個(gè)三角形，在查詢其三個(gè)頂點(diǎn)的基本屬性和查詢與其相鄰的三角形耗時(shí)是定長的。順著直線的方向計(jì)算地形剖面線時(shí)，效率較高，另外，也可以在此基礎(chǔ)上適當(dāng)增設(shè)其它變化，以此來提升部分特殊運(yùn)算的效率。

2．2 巖土工程數(shù)字化勘察數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

若想構(gòu)建成熟的巖土工程數(shù)字化勘察數(shù)據(jù)庫，首先，我們應(yīng)結(jié)合巖土工程的具體特點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)概念模型，且具有完整性;然后，借助概念模型深入分析，從而構(gòu)建一個(gè)成熟的數(shù)據(jù)庫。構(gòu)建數(shù)據(jù)庫模型的過程中，在考慮數(shù)據(jù)庫和巖土工程勘察技術(shù)之間聯(lián)系的同時(shí)，還應(yīng)能直觀地映射數(shù)據(jù)庫模型的功能，從而使工程勘察數(shù)字化技術(shù)更加成熟;最后，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫時(shí)，應(yīng)全面兼顧原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和最終數(shù)據(jù)，其中原始數(shù)據(jù)主要包含測點(diǎn)信息性質(zhì)數(shù)據(jù)以及幾何性質(zhì)數(shù)據(jù)的位置信息這兩種數(shù)據(jù)，中間數(shù)據(jù)是在原始數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上自動生成的為用戶所用的具體的操作信息，最終數(shù)據(jù)是在中間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上生成的，主要由圖形資料、文檔資料構(gòu)成，原始數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和最終數(shù)據(jù)均應(yīng)包含在巖土工程數(shù)字化勘察數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中。

3 結(jié)語

巖土工程勘察方法的改進(jìn)和勘察數(shù)字化技術(shù)的推廣應(yīng)用，是時(shí)代發(fā)展的必然，而巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的推廣應(yīng)用是一項(xiàng)長期的工程，現(xiàn)階段部分工程勘察數(shù)字化技術(shù)問題還未完全解決，且我國數(shù)字化勘察領(lǐng)域的人才比較缺乏，因此，為進(jìn)一步推進(jìn)巖土工程，應(yīng)注重勘察數(shù)字化人才的培養(yǎng)，積極探索，緊追時(shí)代發(fā)展步伐，廣泛應(yīng)用巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)。

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