巖土工程中數(shù)字化勘察技術(shù)的應(yīng)用

姜偉坤

福建巖土工程勘察研究院有限公司 福建 廈門 361026

引言

巖土工程勘察是工程施工與設(shè)計(jì)開展的基礎(chǔ)，勘察結(jié)果的精準(zhǔn)性與可靠性至關(guān)重要。在傳統(tǒng)時(shí)期的巖土工程勘察當(dāng)中，所應(yīng)用的技術(shù)、工藝相對(duì)落后，只能保證某一施工方面的質(zhì)量，需要消耗大量的時(shí)間和人力。巖土工程勘察是一項(xiàng)非常復(fù)雜的內(nèi)容，勘察資料和相關(guān)數(shù)據(jù)有一定的離散型特點(diǎn)，這時(shí)就需要借助信息化技術(shù)來進(jìn)行輔助，進(jìn)而提高巖土工程勘察信息的精準(zhǔn)度，以及資料數(shù)據(jù)的可用價(jià)值，最終促進(jìn)巖土工程質(zhì)量的提升[1]。

1 巖土工程數(shù)字化勘察的概述與優(yōu)勢(shì)

1.1 巖土工程數(shù)字化勘察的概述

巖土工程勘察技術(shù)的主要應(yīng)用對(duì)象是施工場(chǎng)地的地質(zhì)環(huán)境、巖土工程條件等，具體值得是巖土的土層性質(zhì)、工程性質(zhì)以及空間分布，還包括地下水的補(bǔ)給、水位、排泄特征、水質(zhì)變化問題、不良地質(zhì)所產(chǎn)生的作用與地質(zhì)災(zāi)害問題。由此可見，巖土工程勘察的主要目的在于查明當(dāng)?shù)氐膸r土條件，提供相關(guān)的技術(shù)數(shù)據(jù)，分析巖土的工程條件，并找到、解決巖土工程問題，保障后續(xù)工程能夠可靠、科學(xué)、安全、高效的開展，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

數(shù)字化巖土工程勘察是新時(shí)代的產(chǎn)物，應(yīng)用了測(cè)繪技術(shù)、信息技術(shù)、CAD技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等，通過計(jì)算機(jī)和軟件，把與工程相關(guān)的所有信息數(shù)據(jù)集成到一起，其中包括勘察數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、工程變更數(shù)據(jù)等，以計(jì)算機(jī)來構(gòu)建輔助流程，讓勘察技術(shù)由傳統(tǒng)的人工手工化朝著CAD技術(shù)、信息技術(shù)的轉(zhuǎn)變，做到信息數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集，以及勘察數(shù)據(jù)的數(shù)字化和硬件系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，形成適應(yīng)多專業(yè)的智能化、綜合化工程的現(xiàn)代勘察設(shè)計(jì)體系。

1.2 巖土工程數(shù)字化勘察的優(yōu)勢(shì)

1.2.1 提高巖土工程勘察各部門的協(xié)調(diào)性。完善精準(zhǔn)的巖土工程勘察信息數(shù)據(jù)是保障后續(xù)工程設(shè)計(jì)工作順利開展的重要基礎(chǔ)。由于巖土工程勘察是一項(xiàng)極為復(fù)雜的工作，可能會(huì)有一些設(shè)計(jì)人員對(duì)勘察數(shù)據(jù)結(jié)果無法正確理解，難以應(yīng)用到參考中去，進(jìn)而增加了工程的設(shè)計(jì)難度，長此以往就會(huì)出現(xiàn)巖土工程設(shè)計(jì)部門與勘察部門配合不夠、協(xié)調(diào)工作質(zhì)量低下的問題。然而，通過數(shù)字化勘查技術(shù)的應(yīng)用，能夠改變傳統(tǒng)巖土工程勘察數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式，構(gòu)建在三維立體模型當(dāng)中的數(shù)據(jù)資料，讓設(shè)計(jì)人員更為靈活、便捷、清晰的查詢信息，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，保障后期工程的順利進(jìn)行[2]。

1.2.2 體現(xiàn)數(shù)字化與系統(tǒng)之間的連貫性。巖土工程勘察數(shù)據(jù)中的地形圖，所顯示的各項(xiàng)參數(shù)、信息，是整個(gè)巖土工程設(shè)計(jì)開展的基礎(chǔ)。在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)人員需要把地形圖中所呈現(xiàn)的信息數(shù)據(jù)與CAD設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行連接，才能完成后續(xù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。但是過往時(shí)期的巖土工程勘察技術(shù)在這一方面還不夠完善，存在很多缺陷，出現(xiàn)了CAD軟件與地形圖信息難以有效對(duì)接的問題。導(dǎo)致地形圖信息數(shù)據(jù)化中，存在信息失真、遺失的問題，影響巖土工程的順利推進(jìn)。在數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)應(yīng)用后，能迅速把地形圖中晦澀難懂的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)入到數(shù)據(jù)庫中去，設(shè)計(jì)人員在了解后可以直接進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，不僅提高了巖土工程勘察數(shù)據(jù)的有效性、設(shè)計(jì)工作的便捷性，還避免了數(shù)據(jù)失真等問題的發(fā)生。

2 傳統(tǒng)巖土工程勘察中存在的缺陷

2.1 勘測(cè)資料的地質(zhì)性較強(qiáng)

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及應(yīng)用上的普及，巖土工程勘察技術(shù)的先進(jìn)性迅速提升，科學(xué)應(yīng)用先進(jìn)的各項(xiàng)技術(shù)，能夠從根本上提高巖土工程設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性，促進(jìn)工程的順利推進(jìn)。但是在過往的一段時(shí)間當(dāng)中，巖土工程勘察工作可能還會(huì)沿用傳統(tǒng)的設(shè)備來完成，導(dǎo)致勘察部門在地質(zhì)分割、勘察設(shè)置等方面，地質(zhì)化水平不斷提高。進(jìn)而造成巖土工程勘察工作人員和設(shè)計(jì)工作人員在展開各自工作中，出現(xiàn)了分離的狀態(tài)，勘察工作和設(shè)計(jì)工作成為了兩個(gè)方面，甚至在工作開展中，二者之間關(guān)聯(lián)度較差，導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中難以對(duì)勘察資料形成正確的認(rèn)識(shí)。

2.2 巖土工程勘察的數(shù)字化水平較差

在巖土工程開展中，地形圖是工程設(shè)計(jì)中的基本內(nèi)容，但是在過往的巖土工程勘察技術(shù)應(yīng)用中，由于數(shù)字化水平較差，導(dǎo)致勘察結(jié)果不夠精準(zhǔn)，還會(huì)出現(xiàn)地形圖與CAD無法順利對(duì)接的情況，給設(shè)計(jì)人員展開后續(xù)工作造成了很多困難，甚至需要設(shè)計(jì)人員對(duì)勘察資料做出數(shù)字化處理之后才能應(yīng)用。在這樣的背景下，會(huì)直接影響勘察工作效率和質(zhì)量，無法體現(xiàn)CAD系統(tǒng)的真正價(jià)值，要想推動(dòng)工程的順利開展就成為了一件十分困難的事情[3]。

2.3 勘查技術(shù)、軟件相對(duì)單一

在過往的巖土工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，很多單位所應(yīng)用到的軟件無法滿足前沿的巖土工程勘察工作和后續(xù)的設(shè)計(jì)工作，再加上傳統(tǒng)工程設(shè)計(jì)軟件中的功能較為單一，難以實(shí)現(xiàn)資源共享，不僅耗時(shí)耗力，還會(huì)給單位增加大量的成本投入。

3 現(xiàn)代巖土工程中數(shù)字化勘察技術(shù)的應(yīng)用策略

3.1 巖土工程場(chǎng)地方域的數(shù)字化

具體來說，巖土工程場(chǎng)地方域的數(shù)字化就是巖土工程開展中所需要應(yīng)用到的地理信息系統(tǒng)（GIS），這一系統(tǒng)以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，具備訪問范圍廣、應(yīng)用結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)分布式、成本低廉、平臺(tái)獨(dú)立等特點(diǎn)。同時(shí)，地理信息系統(tǒng)中涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)、地理學(xué)等內(nèi)容，是在計(jì)算機(jī)軟件和系統(tǒng)信息的支持下，應(yīng)用綜合分析、物理力學(xué)、規(guī)范空間管理而形成的地理數(shù)據(jù)，能夠?yàn)閹r土工程科學(xué)規(guī)劃提供信息，對(duì)巖土工程勘察工作非常有利。值得注意的是，雖然在巖土工程勘察中，地理信息系統(tǒng)與其屬于不同的領(lǐng)域，但是巖土工程力學(xué)信息中卻包含了大量的地理信息，這些信息與工程區(qū)域的空間坐標(biāo)息息相關(guān)，設(shè)計(jì)工作則需要以空間信息為基礎(chǔ)進(jìn)行分析、評(píng)估、決策。簡(jiǎn)單來說，地理信息系統(tǒng)能夠?yàn)閹r土工程勘察和設(shè)計(jì)提供全面的地理信息支持，還能夠?qū)崿F(xiàn)高效的采集、分析、管理。為此，把地理信息系統(tǒng)融入到巖土工程勘察中，能夠借助GIS技術(shù)的強(qiáng)大效果，完成巖土工程勘察工作，并對(duì)各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)綜合、高效的管理。

相比起傳統(tǒng)巖土工程勘察技術(shù)，地理信息技術(shù)不僅滿足信息化特點(diǎn)，還有著明顯價(jià)值。首先，地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集速度快、采集質(zhì)量更高、數(shù)據(jù)來源也更為廣泛。另外，巖土工程勘察的內(nèi)容較為復(fù)雜，信息數(shù)據(jù)形式多樣，地理信息系統(tǒng)應(yīng)用以后，能夠描述空間實(shí)體，圖形、圖像屬性數(shù)據(jù)高度集成，為后續(xù)的巖土工程勘察設(shè)計(jì)、分析評(píng)價(jià)、決策等提供了全方位的支持。其次，GIS技術(shù)應(yīng)用到巖土工程勘察中以后，數(shù)字地形、緩沖區(qū)等功能也能發(fā)揮良好的分析效能。最后，GIS技術(shù)的可視化水平較高，為巖土工程勘察領(lǐng)域的智能化、數(shù)字化發(fā)展提供了可能[4]。

3.2 構(gòu)建巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)

巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)包括三個(gè)方面，分別是感應(yīng)系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。首先，在感應(yīng)系統(tǒng)當(dāng)中，由電子感應(yīng)器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制完成對(duì)工作范圍內(nèi)的調(diào)解執(zhí)行操作指令，進(jìn)而完成控制工作。另外，傳輸系統(tǒng)在通常情況下是巖土工程勘察數(shù)字化系統(tǒng)中的首要技術(shù)系統(tǒng)，以提高信號(hào)傳輸穩(wěn)定性為主，巖土工程勘察技術(shù)的數(shù)字化需要以高水平的通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為主，在傳輸系統(tǒng)應(yīng)用以后，能夠從根本上保證遠(yuǎn)程信號(hào)的可靠性，提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。最后，存儲(chǔ)系統(tǒng)能夠?qū)r土工程勘察過程中的相關(guān)地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與分類，無論是不同地區(qū)還是不同類型的地質(zhì)數(shù)據(jù)都能夠保障數(shù)據(jù)資料的有效性，為后續(xù)的巖土工程勘察設(shè)計(jì)和科學(xué)規(guī)劃的工作提供必要的數(shù)據(jù)支撐。為此，需要加強(qiáng)對(duì)巖土工程勘察數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型處理，才能提高信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果，這也就對(duì)系統(tǒng)中的存儲(chǔ)信息和地址信息數(shù)據(jù)條理性提出了一定要求。信息數(shù)據(jù)的質(zhì)量與效率直接關(guān)系到了數(shù)據(jù)處理后的真實(shí)情況，只有具備較高價(jià)值的信息數(shù)據(jù)，才會(huì)被保存在系統(tǒng)當(dāng)中，為巖土工程勘察提供真實(shí)有效的信息資料，其中包括環(huán)境特點(diǎn)，地質(zhì)條件，地層結(jié)構(gòu)等，形成巖土工程勘察的數(shù)字化技術(shù)體系。

3.3 數(shù)字化建模技術(shù)和地形建模技術(shù)

表面建模技術(shù)是巖土工程勘察工作中數(shù)字化技術(shù)的重點(diǎn)，這一方法已被行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，稱為數(shù)字化表面建模技術(shù)。表面建模的主要內(nèi)容是對(duì)巖土工程勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，隨后再通過計(jì)算機(jī)技術(shù)來進(jìn)行分析和整理，以建模技術(shù)信息數(shù)據(jù)可以精確的信息，再應(yīng)用數(shù)字化表面模型技術(shù)的過程當(dāng)中。主要步驟是應(yīng)用測(cè)點(diǎn)方式獲得離散型的數(shù)據(jù)資料，這些數(shù)據(jù)資料包括集合數(shù)據(jù)、信息屬性資料等，隨后結(jié)合計(jì)算機(jī)重新構(gòu)建地質(zhì)結(jié)構(gòu)，以此來清晰、精準(zhǔn)地掌握巖土工程所在區(qū)域的地質(zhì)空間屬性。借助數(shù)字化建模技術(shù)，不僅能夠解決傳統(tǒng)技術(shù)中存在的弊端，還能實(shí)現(xiàn)數(shù)字模型與圖示模型的結(jié)合，構(gòu)建高效的建模技術(shù)。此外，地形建模技術(shù)是以某一區(qū)域的DEM數(shù)據(jù)為主，隨后疊加遙感圖像，完成三維地形的構(gòu)建，稱為地形建模法。

3.4 勘察模擬技術(shù)

巖土工程數(shù)字化勘察技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中需要使工程呈現(xiàn)出模擬變化的形式，隨后處理巖土工程信息數(shù)據(jù)獲得與巖土工程項(xiàng)目所相關(guān)的真實(shí)信息數(shù)據(jù)。在過往巖土工程勘察工作開展中，一些存在特殊情況的巖土工程項(xiàng)目勘察數(shù)據(jù)可能無法通過勘察測(cè)量而獲取，在數(shù)字化勘察技術(shù)的應(yīng)用之后，可以充分模擬巖土工程環(huán)境，打造出一個(gè)概念性的巖土工程勘察系統(tǒng)，隨后從多個(gè)角度對(duì)于勘察流程中存在的技術(shù)問題進(jìn)行總結(jié)與分析，實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察的數(shù)字化管理目標(biāo)?？辈炷Ｐ偷目茖W(xué)應(yīng)用，模擬巖土工程，進(jìn)而獲得精準(zhǔn)可靠的模擬勘察量。

3.5 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用

巖土工程勘察當(dāng)中，積極設(shè)計(jì)先進(jìn)的信息化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是非常有必要的。首先，數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)主要包括巖土工程自然規(guī)劃圖、地形地貌圖以及河流治理數(shù)據(jù)信息、道路地理數(shù)據(jù)信息、自然地貌等。在相關(guān)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的支持下，這些寶貴的信息數(shù)據(jù)能夠獲得更多的探索價(jià)值。另外，在巖土工程勘察資料中，要對(duì)所有勘探點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)的篩選，得到具備價(jià)值的環(huán)境數(shù)據(jù)值、物理力學(xué)數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)值。在整個(gè)過程中，還需要收集施工現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)的底層數(shù)據(jù)，例如巖土工程施工中必須要依靠的液化指數(shù)、液化等級(jí)指數(shù)和特征周期指數(shù)等等，并保證這些指數(shù)能夠符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。隨后再開展科學(xué)的數(shù)字化處理。最后構(gòu)建數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概念模型，在模型的支撐下，數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)密集性得以體現(xiàn)，還能夠簡(jiǎn)化程序與處理模式。在數(shù)據(jù)庫概念模型中，屬性概念是模型的重要內(nèi)容，能夠反映更多巖土工程項(xiàng)目所要開展的信息數(shù)據(jù)，隨后結(jié)合數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和實(shí)體的分離，并通過數(shù)據(jù)庫，明確巖土工程勘察所要調(diào)查的對(duì)象與數(shù)據(jù)，支撐勘察工作的順利開展，改變傳統(tǒng)單一局限的工作模式。最后，在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)建以后要規(guī)范數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)的應(yīng)用，這也是巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)當(dāng)中最需要注意的問題，嚴(yán)格規(guī)范工作人員的工作行為，加強(qiáng)勘查技術(shù)的控制，從根本上減少誤差，提高勘察的精準(zhǔn)性。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著時(shí)代的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，巖土工程勘察中的傳統(tǒng)技術(shù)迎來了改革與創(chuàng)新，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)的日新月異，各類系統(tǒng)、軟件層出不窮。為此，巖土工程數(shù)字化勘查技術(shù)的轉(zhuǎn)變應(yīng)該從建模技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)字化系統(tǒng)構(gòu)建、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建為主，以此優(yōu)化巖土工程勘察質(zhì)量，體現(xiàn)行業(yè)的與時(shí)俱進(jìn)，才能滿足時(shí)代的發(fā)展腳步。