巖土工程中數(shù)字圖像及綠色技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

馬 欽

（中國(guó)化學(xué)工程重型機(jī)械化有限公司，北京 102600）

巖土工程是土木工程中的重要組成部分，因其幫助土木工程完成地下深入探究工作，所以成為所有土木建筑物修建必不可少的一項(xiàng)工程。也因其作業(yè)的不確定性，促使專業(yè)人員必須加強(qiáng)對(duì)巖土工程的深入探究。在傳統(tǒng)巖土工程中，利用試驗(yàn)勘察及監(jiān)測(cè)的方式能夠使工作人員了解及分析工程的地質(zhì)條件，起到預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的作用。但是巖體是十分復(fù)雜的，很多分析結(jié)果都是以假設(shè)巖土體均質(zhì)化為前提條件而得來(lái)的，甚至很多分析僅對(duì)巖體進(jìn)行了定性描述，這對(duì)建筑施工是十分不利的。而數(shù)字圖像處理技術(shù)的融入能有效幫助巖土工程進(jìn)行定量化分析與研究，這種非接觸、精確度高的光學(xué)測(cè)量方法進(jìn)一步推動(dòng)了巖土工程的發(fā)展。

1 數(shù)字圖像的概念

從字面意思來(lái)看，數(shù)字圖像就是將數(shù)字信息與圖像信息進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，主要分為圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息與數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為圖像信息兩種。（1）將圖像反饋的信息以數(shù)字的形式完整、全面地呈現(xiàn)，其中最常用的方式就是以二維數(shù)字組體現(xiàn)圖像內(nèi)容。通常情況下保存于計(jì)算機(jī)內(nèi)的圖像不能獨(dú)立完成信息反映及加工，它需要通過(guò)圖像數(shù)字化的方法實(shí)現(xiàn)圖像向圖像元素的轉(zhuǎn)化，使圖像格式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字格式。因?yàn)閳D像格式相對(duì)復(fù)雜，因此為更好地實(shí)現(xiàn)分析，需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)字程序的編寫(xiě)。（2）將數(shù)字信息以圖像的方式展示，如此能夠使數(shù)字信息以更加形象的方式呈現(xiàn)，這一轉(zhuǎn)化過(guò)程也需借助計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)首先將數(shù)字信息轉(zhuǎn)化為顏色，然后根據(jù)符號(hào)的組合將顏色匯聚為圖像。由此可見(jiàn)，數(shù)字圖像技術(shù)十分依賴于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只有在通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的分析及處理后，才能夠呈現(xiàn)出人們需要的信息。

2 數(shù)字圖像技術(shù)在巖土工程中的應(yīng)用

通過(guò)不斷的探索，數(shù)字圖像技術(shù)已逐漸融入巖土工程的各個(gè)領(lǐng)域，其應(yīng)用主要分為三個(gè)方面。

2.1 宏觀變形領(lǐng)域

數(shù)字圖像技術(shù)被應(yīng)用于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)的監(jiān)測(cè)提供有效的數(shù)據(jù)補(bǔ)充，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行完整的監(jiān)測(cè)，尤其是對(duì)巖土體材料剪切實(shí)驗(yàn)與三軸實(shí)驗(yàn)而言，能夠更加全面、直觀地觀測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，為研究人員提供全面的數(shù)據(jù)。同時(shí)，該技術(shù)在模型實(shí)驗(yàn)中也具有較佳的應(yīng)用效果。另外，利用數(shù)字圖像技術(shù)進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害檢測(cè)，與衛(wèi)星遙感的配合下，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)、高效的大規(guī)模監(jiān)測(cè)，這種監(jiān)測(cè)方法不僅降低了監(jiān)測(cè)工作的人力、物力的投入，同時(shí)不受地形與氣候的影響，能最大程度地保證信息的準(zhǔn)確性。

2.2 非可視領(lǐng)域

數(shù)字圖像技術(shù)在該領(lǐng)域的應(yīng)用可細(xì)分為以下三個(gè)方面：（1）在微觀結(jié)構(gòu)上，數(shù)字圖像技術(shù)可以更加清楚地觀測(cè)到巖土體顆粒的形態(tài)，清晰地體現(xiàn)出顆粒與孔隙的分布關(guān)系，從而更加透徹地解釋巖土體宏觀破壞的機(jī)理。（2）高速動(dòng)力學(xué)方面，利用數(shù)字圖像技術(shù)配合高速攝像機(jī)能夠具象觀察巖土體在遭受如其來(lái)的劇烈破壞時(shí)和在遭受沖擊荷載時(shí)，其破壞過(guò)程及變化情況。（3）聲學(xué)成像方面，數(shù)字圖像技術(shù)能夠準(zhǔn)確地探知巖土體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)樁基缺陷的監(jiān)測(cè)，協(xié)助鉆孔測(cè)井技術(shù)的作業(yè)，以及觀察單軸、三軸實(shí)驗(yàn)中巖土體內(nèi)部的破裂狀況。

2.3 應(yīng)力探測(cè)領(lǐng)域

數(shù)字圖像技術(shù)能夠?qū)r土工程相片進(jìn)行數(shù)字化分析，在此基礎(chǔ)上形成更符合實(shí)際的物理模型，更加準(zhǔn)確及真實(shí)的數(shù)值模擬能夠幫助工作人員進(jìn)行巖土體內(nèi)部應(yīng)力分布研究。另外，通過(guò)數(shù)字圖像技術(shù)與和相關(guān)測(cè)試技術(shù)的結(jié)合，能夠具體地探測(cè)出在遭受外力后巖土體應(yīng)力的分布與傳導(dǎo)，從而更好地解釋巖土體宏觀破壞現(xiàn)象。

3 綠色巖土工程發(fā)展存在的問(wèn)題

3.1 缺乏綠色巖土工程意識(shí)

現(xiàn)階段，涉及巖土工程的各領(lǐng)域人員普遍缺乏綠色巖土工程的意識(shí)。政府領(lǐng)導(dǎo)人員缺乏對(duì)巖土工程綠色發(fā)展的重視，導(dǎo)致巖土工程無(wú)法實(shí)現(xiàn)全壽命周期的綠色發(fā)展；開(kāi)發(fā)商過(guò)于重視盈利，不能正視綠色工程技術(shù)對(duì)巖土工程施工效果、成本及安全性的正向促進(jìn)作用；設(shè)計(jì)人員不具備綠色巖土工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)界缺乏對(duì)綠色巖土工程的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)；承包商及建筑單位通常情況下只有在政府有硬性要求時(shí)才會(huì)采取綠色施工技術(shù)，且應(yīng)用態(tài)度十分消極；大眾對(duì)綠色環(huán)保意識(shí)的認(rèn)知仍不足。

3.2 綠色巖土技術(shù)發(fā)展存在的問(wèn)題

綠色巖土工程技術(shù)在我國(guó)尚處于發(fā)展初期，關(guān)于該技術(shù)在研究上沒(méi)有過(guò)多的投入，因此缺少一定的支撐力，在發(fā)展過(guò)程中存在的問(wèn)題，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

（1）技術(shù)產(chǎn)業(yè)化、本土化有待加強(qiáng)。在工程中綠色巖土技術(shù)的應(yīng)用時(shí)間較短，沒(méi)有占據(jù)主導(dǎo)地位，因此在實(shí)踐過(guò)程中，該技術(shù)要想得到充分的認(rèn)可，仍需要進(jìn)一步推廣與實(shí)踐。該技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中需要考慮工程本身所處環(huán)境等問(wèn)題，因此只有實(shí)現(xiàn)其本土化，因地制宜，才能夠用最少的經(jīng)濟(jì)成本換來(lái)最大的效益。另外，當(dāng)前整個(gè)綠色巖土市場(chǎng)發(fā)展不夠成熟，關(guān)于該技術(shù)的自主研發(fā)程度不高，很多技術(shù)還沒(méi)有達(dá)到可以實(shí)施的階段，更重要的是作為一種綠色環(huán)保的技術(shù)，本應(yīng)該與節(jié)能環(huán)保以及綠色新能源等產(chǎn)業(yè)有著密切關(guān)系，但當(dāng)前這些產(chǎn)業(yè)之間的融合度相對(duì)較低。

（2）基礎(chǔ)性研究薄弱。綠色巖土技術(shù)的實(shí)施，除了巖土工程本身需要，在工程中涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)都可以發(fā)揮作用，但是當(dāng)前關(guān)于綠色巖土工程的基礎(chǔ)性研究相對(duì)薄弱，涉及其全生命周期能耗的數(shù)據(jù)較少，所以在技術(shù)由理論走向?qū)嵺`的過(guò)程中，還存在一些坎坷。除此以外，有學(xué)者在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)綠色巖土技術(shù)在應(yīng)用時(shí)對(duì)環(huán)境因素的影響缺少考慮，需要采取創(chuàng)新的研究方法，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境因素的研究，這些都是導(dǎo)致綠色巖土技術(shù)發(fā)展受限的原因。

3.3 綠色巖土技術(shù)制度發(fā)展存在的問(wèn)題

任何工程的發(fā)展都離不開(kāi)完善的制度，綠色巖土工程亦是如此，要想實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，完善制度的內(nèi)在支持格外重要，然而當(dāng)前綠色巖土技術(shù)制度發(fā)展上存在諸多問(wèn)題。

（1）缺乏綠色巖土標(biāo)準(zhǔn)體系。在綠色巖土中涉及大量的學(xué)科和環(huán)節(jié)，同時(shí)這些學(xué)科在綠色巖土發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，盡管當(dāng)下學(xué)科自身已經(jīng)形成了標(biāo)準(zhǔn)體系，但學(xué)科之間在協(xié)同上仍存在問(wèn)題。關(guān)于綠色建筑和綠色施工，國(guó)家已經(jīng)出臺(tái)了相關(guān)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但是由于這些標(biāo)準(zhǔn)的針對(duì)性較強(qiáng)，在綠色巖土工程上的適用性仍然不足。除此以外，在收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)上也存在問(wèn)題，綠色巖土技術(shù)設(shè)計(jì)的費(fèi)用標(biāo)準(zhǔn)不夠明確，開(kāi)發(fā)商的盲目壓價(jià)很容易導(dǎo)致設(shè)計(jì)者在綠色巖土工程中失去信心。

（2）綠色巖土法規(guī)制度不健全。關(guān)于綠色巖土，我國(guó)當(dāng)前尚沒(méi)有完整的法律制度體系，同時(shí)關(guān)于綠色巖土的定義與定位也沒(méi)有明確的劃分。政府對(duì)于巖土工程雖有一定的監(jiān)管制度，但這部分監(jiān)管制度主要針對(duì)的是傳統(tǒng)的巖土工程，時(shí)代的發(fā)展下，綠色巖土工程實(shí)施的質(zhì)量監(jiān)管仍需要一套更完善的監(jiān)管制度，包含工程的方方面面，對(duì)于過(guò)去不重視的環(huán)節(jié)，都要予以重視。

（3）發(fā)展綠色巖土的激勵(lì)政策不足。激勵(lì)政策有利于行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，對(duì)于建筑工程而言，我國(guó)雖然出臺(tái)了一系列的財(cái)稅激勵(lì)政策，但針對(duì)綠色巖土工程尚沒(méi)有明確的標(biāo)準(zhǔn)，這使得綠色巖土工程的內(nèi)生動(dòng)力存在不足。

4 綠色巖土工程可持續(xù)發(fā)展的策略

4.1 加強(qiáng)綠色巖土意識(shí)培養(yǎng)

為了使綠色巖土工程能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，需要加強(qiáng)綠色巖土意識(shí)的培養(yǎng)，通過(guò)多種方式大力宣傳綠色巖土所能夠帶來(lái)的生態(tài)效應(yīng)，積極向大眾推薦綠色生活方式，使社會(huì)能夠?qū)G色意識(shí)和行為給予認(rèn)可。針對(duì)行業(yè)人員要重視思想觀念的革新，特別是在設(shè)計(jì)工作中融入綠色巖土設(shè)計(jì)理念，使環(huán)保意識(shí)真正深入人心。

4.2 積極推進(jìn)綠色巖土技術(shù)研發(fā)

當(dāng)前我國(guó)綠色巖土技術(shù)在研發(fā)上仍需要進(jìn)一步探索，為了積極推進(jìn)技術(shù)的研發(fā)，可以對(duì)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)和消化。多學(xué)科、跨專業(yè)地對(duì)綠色巖土進(jìn)行深入研究，在工藝、工法上盡可能地采取環(huán)保手段，推動(dòng)綠色巖土技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

4.3 建立全壽命周期的整合性設(shè)計(jì)機(jī)制

綠色巖土技術(shù)要重視全壽命周期理念的樹(shù)立，這是整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)規(guī)劃階段的一個(gè)重點(diǎn)。從全壽命周期理念出發(fā)，可以探索綠色巖土技術(shù)與項(xiàng)目當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平、資源特點(diǎn)等因素的匹配度，進(jìn)而采取有效的技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。另外，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要對(duì)項(xiàng)目的周邊環(huán)境進(jìn)行綜合考量，確保在設(shè)計(jì)中能夠節(jié)約成本與資源。施工階段為了達(dá)到綠色施工，需要針對(duì)整個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行合理部署，將綠色巖土工程的理念推行到底，這樣工程經(jīng)濟(jì)才能夠與生態(tài)效益之間實(shí)現(xiàn)共贏。

4.4 健全法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立有效激勵(lì)機(jī)制

政府相關(guān)部門需要對(duì)綠色巖土技術(shù)中涉及的法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行完善，通過(guò)建立有效的激勵(lì)機(jī)制，號(hào)召各行業(yè)參與到綠色巖土技術(shù)發(fā)展的行列中來(lái)；政府部門還需要全面了解當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及整體資源情況，從而因地制宜地制定綠色巖土工程的標(biāo)準(zhǔn)。此外，為了對(duì)市場(chǎng)進(jìn)行積極引導(dǎo)，為綠色巖土的發(fā)展吸引更多的投資，在稅收和補(bǔ)貼政策上政府要給予一定的優(yōu)惠，發(fā)揮激勵(lì)機(jī)制的有效作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

巖土工程中數(shù)字圖像技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛，但作為一種新型的技術(shù)，某些方面在應(yīng)用過(guò)程中仍需要深入探索，特別是巖土工程的環(huán)保問(wèn)題。圖像技術(shù)的應(yīng)用除了在巖土工程施工、設(shè)計(jì)等階段發(fā)揮作用外，更要注重綠色環(huán)保，未來(lái)關(guān)于數(shù)字圖像在巖土工程中的應(yīng)用仍需進(jìn)一步研究，只有始終秉持綠色環(huán)保觀念，行業(yè)才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。