基于GIS支持下巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化分析

李凌 王冰

(襄陽地質(zhì)工程勘察院,湖北襄陽 441003)

基于GIS支持下巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化分析

李凌 王冰

(襄陽地質(zhì)工程勘察院,湖北襄陽 441003)

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,在當(dāng)前的巖土工程施工中,保證巖土工程施工設(shè)計(jì)方案合理性的關(guān)鍵在于工程勘察與設(shè)計(jì)的一體化工作,而且,也已經(jīng)成為現(xiàn)代巖石工程施工的共識(shí)。引入GIS系統(tǒng)而進(jìn)行的巖土工程勘察與設(shè)計(jì)在地質(zhì)勘測準(zhǔn)確性和施工方案設(shè)計(jì)的合理性改進(jìn)方面取得了不錯(cuò)的效果,也逐漸成為巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化工作的主要技術(shù)支撐。

GIS 巖土工程 勘察設(shè)計(jì)一體化 效率 準(zhǔn)確度

隨著時(shí)代的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，基于各種功能應(yīng)用和發(fā)展需求的土木工程項(xiàng)目不斷上馬，而其中所需施工工藝相對(duì)先進(jìn)、施工過程相對(duì)復(fù)雜、施工技術(shù)相對(duì)困難的巖土工程，在施工中常由于施工設(shè)計(jì)方案的不合理而導(dǎo)致施工進(jìn)度和施工質(zhì)量受到巨大的影響。

1 巖土工程與巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化

由于巖土工程的施工設(shè)計(jì)方案大多是基于巖土地質(zhì)勘測結(jié)果而來，在先勘測后設(shè)計(jì)的固有運(yùn)作模式主導(dǎo)下的巖土工程項(xiàng)目建設(shè)常常會(huì)由于資料繪制、資料移交、資料重讀以及基于實(shí)際施工需求的二次勘測中存在的各種問題(如勘測資料數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確、資料的缺失、資料精準(zhǔn)度的不夠)而使得施工設(shè)計(jì)方案存在較大的紕漏。因此，推進(jìn)巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化工作從而保證施工設(shè)計(jì)方案能夠得到足夠準(zhǔn)確、詳實(shí)的技術(shù)參數(shù)支撐就成為了解決巖土工程施工設(shè)計(jì)方案不合理的主要工作方向。

2 目前巖土工程勘察與設(shè)計(jì)一體化工作中存在的問題

雖然我國巖土工程已經(jīng)經(jīng)過了三十多年的發(fā)展，其勘察、設(shè)計(jì)、施工等技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，而且也在考量完善施工設(shè)計(jì)方案之后進(jìn)行了巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化嘗試，并且在很多工程項(xiàng)目的建設(shè)方面取得了不錯(cuò)的效果，但不可否認(rèn)的是，由于勘察設(shè)計(jì)一體化推進(jìn)工作在我國巖土工程中發(fā)展較晚，在當(dāng)前的工程建設(shè)中依然存在有大量的問題。

2.1 勘察數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性不夠高

在巖土工程施工方案設(shè)計(jì)中，對(duì)工程區(qū)域范圍內(nèi)的自然條件如地質(zhì)地理?xiàng)l件、水文地質(zhì)條件、地層巖性及斷裂帶條件、自然天氣條件等的詳實(shí)勘察是其基礎(chǔ)技術(shù)支撐。沒有全面詳實(shí)準(zhǔn)確的自然地質(zhì)資料的施工設(shè)計(jì)方案必然是無法滿足實(shí)際的施工需求的。然而，在目前很多地區(qū)進(jìn)行的巖土工程建設(shè)項(xiàng)目如水利水電項(xiàng)目、隧洞項(xiàng)目、地下程項(xiàng)目等在設(shè)計(jì)階段并沒有足夠全面而詳細(xì)準(zhǔn)確的地質(zhì)學(xué)資料，特別是對(duì)于野外巖土工程，由于缺乏對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)水文條件數(shù)據(jù)勘測(如地下河流的位置、流向、地質(zhì)斷裂帶走向等)，常會(huì)使得在工程施工中由于爆破、沖擊等大能量高負(fù)荷作用下導(dǎo)致地下河改道，由此造成施工區(qū)域巖層由于受到大量流水的侵蝕而導(dǎo)致冒頂片幫、坍塌等事故。

2.2 地質(zhì)勘察與工程施工方案設(shè)計(jì)銜接存在問題

雖然在很多地方已經(jīng)開始了地質(zhì)勘察與工程施工設(shè)計(jì)一體化的嘗試，但由于大多數(shù)巖土工程均在野外進(jìn)行，在項(xiàng)目建設(shè)初期野外環(huán)境并不能提供足夠的基礎(chǔ)條件來進(jìn)行工程施工方案設(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致了地質(zhì)勘察與施工設(shè)計(jì)的一體化事實(shí)上變成了作業(yè)人員的一體化但是時(shí)空方面的非一體化，也導(dǎo)致了實(shí)際上還是按照固有的先勘察再設(shè)計(jì)、再復(fù)勘優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作模式進(jìn)行，并沒有起到很好的效果。

2.3 工程作業(yè)人員專業(yè)水平不夠高

由于同步推進(jìn)地質(zhì)勘察與工程施工方案設(shè)計(jì)工作，這就使得原本僅各自專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)和技能的工程作業(yè)人員在進(jìn)行工作時(shí)碰到大量的問題。一體化工作的推進(jìn)使得工程作業(yè)人員必須要在工作中兼?zhèn)鋬煞矫娴闹R(shí)(事實(shí)上由于項(xiàng)目設(shè)計(jì)需要考量工程施工的客觀需求條件，這就使得工程作業(yè)人員必須兼?zhèn)溆械刭|(zhì)勘測、項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)、工程造價(jià)管理、施工方案設(shè)計(jì)、施工技術(shù)應(yīng)用、工程進(jìn)度管理等多方面知識(shí)和技能)，而原有的工程作業(yè)人員由于固有的稍顯單一的知識(shí)和技能水平限制，并不能滿足巖土工程勘察與設(shè)計(jì)一體化工作的客觀需要，由此引發(fā)一系列的問題。

2.4 工程勘察與設(shè)計(jì)一體化中對(duì)各階段工程質(zhì)量的保障力下降

傳統(tǒng)的巖土工程建設(shè)項(xiàng)目，雖然在地質(zhì)勘測、工程設(shè)計(jì)、施工組織等方面存在著周期過長、進(jìn)度過緩、階段工作銜接較為困難等缺點(diǎn)，但其在各階段工作中的質(zhì)量保障力卻是現(xiàn)階段勘察設(shè)計(jì)一體化工作所不具備的。這主要是由于在不同的分包商進(jìn)行的勘察、設(shè)計(jì)、施工等工程階段，其各個(gè)分包商需要對(duì)各自階段工作進(jìn)行質(zhì)量保證，由于上下游的關(guān)系而監(jiān)督其他分包商的工作質(zhì)量，這就使得各個(gè)工程階段的工作質(zhì)量能夠得到很好的保證。然而，工程勘察與設(shè)計(jì)一體化工作進(jìn)行中，目前來看，由于一家單位(或幾家單位協(xié)同)共同進(jìn)行工程建設(shè)工作，導(dǎo)致其階段工作中的許多關(guān)于經(jīng)濟(jì)效益或者工程質(zhì)量的抉擇中造成對(duì)業(yè)主產(chǎn)生不利的影響，即工作質(zhì)量的下降。

3 GIS與GIS在巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化中的應(yīng)用

GIS指的是地理信息系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述以幫助人們準(zhǔn)確掌握即時(shí)的地理空間信息，為人們合理的運(yùn)用地理空間信息進(jìn)行相應(yīng)的土地規(guī)劃、地質(zhì)研究提供重要的信息參數(shù)。由于GIS系統(tǒng)包含了計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)等多重技術(shù)支持，使得其不僅能夠?qū)こ淘O(shè)計(jì)規(guī)劃提供地理地質(zhì)參數(shù)，同時(shí)能夠基于GIS系統(tǒng)作業(yè)平臺(tái)對(duì)巖土工程勘察與工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行改進(jìn)。

GIS系統(tǒng)在巖土工程勘察與設(shè)計(jì)一體化的應(yīng)用主要集中于利用該系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊在已有地勘數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行地質(zhì)建?；蛘哐菟悖缋肎IS的信息存儲(chǔ)、管理、分析、顯示以及疊加運(yùn)算等模擬區(qū)域內(nèi)地層土地能力定量分級(jí)和斜坡穩(wěn)定性綜合圖等，也可以運(yùn)用其三維建模模塊來對(duì)采集到的地勘數(shù)據(jù)進(jìn)行地下河流標(biāo)高、走向的模擬勘測等，當(dāng)然，利用GIS系統(tǒng)對(duì)工程設(shè)計(jì)方案進(jìn)行地質(zhì)符合性分析也是其主要應(yīng)用方面之一。

3.1 對(duì)工程區(qū)域地質(zhì)信息的采集與基本地質(zhì)資料圖層的繪制

由于巖土工程施工對(duì)地質(zhì)地理自然條件的敏感度較高，使得工程區(qū)域內(nèi)所進(jìn)行的地質(zhì)勘察相對(duì)復(fù)雜而且數(shù)據(jù)采集點(diǎn)相對(duì)眾多。如某水利水電項(xiàng)目，在進(jìn)行隧洞的設(shè)計(jì)時(shí)，由于考量到工程施工時(shí)巖層受到自然降水、山間水流以及地下河流等的影響會(huì)造成巖層結(jié)構(gòu)整體性破壞、結(jié)構(gòu)力學(xué)穩(wěn)定性破壞等狀況，特別是在用到爆破、沖孔等大能量高負(fù)荷持續(xù)性工程施工技術(shù)的背景下，極容易引發(fā)惡性坍塌事故，產(chǎn)生大量的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此需要對(duì)該工程區(qū)域內(nèi)的巖層巖性、巖層斷裂帶走向、地層結(jié)構(gòu)、巖間水流走向、巖間水流流量以及標(biāo)高等進(jìn)行全面而詳實(shí)的勘察。

由于所收集的資料較多，導(dǎo)致工程技術(shù)人員在進(jìn)行大量數(shù)據(jù)分析時(shí)極容易對(duì)客觀地質(zhì)條件產(chǎn)生理解偏差。而在運(yùn)用GIS的數(shù)據(jù)處理與分析之后，工程技術(shù)人員只需要將所收集到的數(shù)據(jù)輸入到GIS系統(tǒng)中，并根據(jù)建模模塊對(duì)各參數(shù)進(jìn)行整定分析，從而模擬出該工程區(qū)域內(nèi)基本地質(zhì)結(jié)構(gòu)圖層，從而更直觀地反映實(shí)際工程地質(zhì)概況，提高工作的準(zhǔn)確性和效率。

3.2 GIS系統(tǒng)在優(yōu)化工程設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)方案的應(yīng)用對(duì)于巖土工程設(shè)計(jì)與施工方案設(shè)計(jì)來說，其設(shè)計(jì)的合理與科學(xué)性是工程施工能夠正常、有序、安全進(jìn)行的根本。存在重大紕漏的設(shè)計(jì)方案很容易使得工程施工在工作中存在有較大的質(zhì)量問題以及安全隱患。假設(shè)一個(gè)隧洞的施工方案選取了超越工程主體巖層所承受極限的爆破量，那么其施工必然伴隨著惡性坍塌事故的發(fā)生。

在工程設(shè)計(jì)與施工方案設(shè)計(jì)完成時(shí)，利用GIS系統(tǒng)的圖層疊加功能，可以清晰地表觀出工程建設(shè)與施工中需要重點(diǎn)考量的地質(zhì)參數(shù)，從而對(duì)檢查設(shè)計(jì)方案是否存在問題提供重要的基礎(chǔ)技術(shù)依據(jù)。另外，由于GIS系統(tǒng)存在有較大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與記憶功能，并且能夠通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)快速的數(shù)據(jù)共享與溝通，這就使得即便不限于同一人員組成的工程工作也可以在時(shí)空上實(shí)現(xiàn)同步進(jìn)行，從而解決階段工程建設(shè)中存在的工作銜接問題。

4 結(jié)語

對(duì)于所需工作量極大的巖土工程建設(shè)項(xiàng)目來說，即便能夠有效運(yùn)用到GIS系統(tǒng)對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的強(qiáng)大運(yùn)算分析功能，并且通過網(wǎng)絡(luò)將地質(zhì)勘測與工程設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起，但由于系統(tǒng)數(shù)據(jù)在處理中存在有內(nèi)置的數(shù)據(jù)整定，雖然它的存在使得工程勘測繪圖更加簡便高效，但也造成了對(duì)微小地質(zhì)異變狀況的把握不足，同時(shí)由于地勘工作者并不具備足夠的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，常會(huì)導(dǎo)致對(duì)部分地質(zhì)參數(shù)的勘測重視度的不足，由此引發(fā)設(shè)計(jì)中的問題。因此，即使是在GIS系統(tǒng)的幫助下能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)勘察與設(shè)計(jì)的相對(duì)一體化，但沒有完全實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場勘測、現(xiàn)場設(shè)計(jì)的一體化巖土工程工作依然是存在缺陷的，也是在未來的工作中需要重點(diǎn)討論的部分。

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