岩土工程勘察数字化技术与实现

朱怀斌吴明刚

（1.中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610000；2.四川秦巴诚达工程勘察有限公司，四川 巴中 636600）

岩土工程勘察数字化技术与实现

朱怀斌1吴明刚2

（1.中冶成都勘察研究总院有限公司，四川 成都 610000；2.四川秦巴诚达工程勘察有限公司，四川 巴中 636600）

在进行工程设计时，必须根据岩土性质的勘察结果有针对性地进行，才能保证工程的整体质量。在我国目前的岩土工程勘察过程中，数字化技术得到了广泛的应用。本文主要从岩土工程勘察概述、勘察所需资料的收集、传统的岩土工程勘察数字化技术存在的缺陷以及岩土工程勘察数字化的关键技术及实现等方面对岩土工程勘察数字化技术及其实现的相关问题进行了探讨。

岩土工程；勘察；数字化技术

在整个工程设计过程中，岩土工程勘察是最为首要和基础的工作。岩土工程勘察的对象主要包括地形地貌、地层界面、地下水位分布、断层等。勘察技术的先进与否能够对工程的整体质量、安全性能以及综合效益产生最为直接的影响。在传统的数字化勘察技术中，对这些资料的分析多是处于静态以及二维阶段，因而不能对信息之间的空间变化规律进行准确反映，也无法从中得出最为全面和科学的结论，由此对工程质量产生影响。

一、概述

伴随着GPS、GIS、RS技术的发展与在地理调查、地质勘探方面的应用获得了很好的反响，这些新型技术的应用与联合作用，能够改善工作效率、提高调研的精准性、并增加数据与信息传输的速度，一方面可以大大简化工作，另一方面，能够通过这种数字化的力量改善工作模式，或者提高工作效率等。因此，在这种新型技术的应用经验与成功先例面前，需要增加岩土工程勘察数字化技术与实现。

二、岩土工程勘察数字化技术现状和存在的问题

1.岩土工程勘察及其现状

岩土工程勘察大致可分为选址阶段、初步勘察阶段、详细勘察阶段。其中第一阶段的勘察工作应符合方案要求，第二阶段符合初步设计的要求，第三阶段符合施工设计的要求。根据勘察对象的不同，岩土工程勘察可分为多种类型，主要包括铁路工程、公路工程、水利水电工程、大型桥梁及工业、港口码头以及民用建筑等等。我国自改革开放以来，岩土工程勘察技术得到了明显的发展，尤其是计算机技术与岩土工程勘察技术的结合应用，使岩土工程工作迅猛发展。但是，虽然计算机技术与沿途勘察技术已经紧密结合，但是由于岩土工程勘察设计工作具有作业分散，手工操作，通过纸制文件来传递信息，效率低下，共享性差，并且资源无法多次使用等问题的存在，导致岩土工程勘察数字化仍然存在大量的问题需要克服。

2.存在的问题

首先，勘察资料过于地质化；岩土工程勘察工作需要通过长期的分散作业来进行条块分割、勘察，并且由于科技发展，岩土工程工作获得了大量的新技术与新方法。从而导致在设计方案与实际探勘过程中脱钩较多，使勘察过程中获得的信息通常以难以理解的形式出现，也使设计方案难以在实际工作中实现，降低工作效率。

其次，设计系统间较为封闭；在岩土工程勘察过程中，由于勘察资料多数是以书面形式进行传输与表达，极少使用储存工具或者网络传输文件方式，从而导致勘察大部分数据资料无法共享。在工作过程中，勘察数据无法得到良好的传输，勘察信息无法作为下一步工作的信息依据，需要重新输入信息，不但浪费了时间，而且在输入信息过程中容易出现错误。

第三，数字化技术综合能力较差；岩土工程勘察的工作设计信息具有多方位性，涉及到地质、地形、水文、水利设施、环境等多方面因素，导致岩土工程勘察信息具有一定的空间定位特性、又具备独立属性特征，不但具有定量指标，而且具有定性指标。当前岩土工程勘察信息技术系统缺乏对各种信息的全方位采集、分类、表示、分析方法，造成了设计方案的优化和岩土工程勘察的工作方位都缺乏全面的信息支持。

3.岩土工程勘察数字化技术应用方面的不足

首先，勘察资料的地质化程度过于严重，受到岩土工程的专业设置过细、对新规范、新技术、新方法应用的滞后性、部门之间被长期分割导致设计和勘察分散作业等因素的影响，使得设计和勘察之间的联系不够紧密，勘察人员无法参与设计过程，同时勘察人员所提供的数据通常也很难被设计人员理解，因此导致勘察成果转化为设计成果的效率较低，造成信息浪费。其次，数字化地图与数字化设计系统之间的对接难度较大；对于设计部门来说，地形图是设计的底图，是最基本的数据。由于数字化地图的部分环节中的技术还有待完善，导致其与CAD设计软件之间的正常匹配存在问题，对接难度较大，因此设计系统必须将勘察资料进行数字化。这一方面影响了对CAD的推广使用，另一方面也对设计工作的效率产生了影响。

第三，勘察信息的数字化程度不高；勘察部门所提供的信息中，定性描述的信息例如表格、文字、图表等较多。这不仅会增加设计人员对资料的理解难度，同时也会使对勘察资料进行处理、分析及利用的难度加大，从而有可能造成信息浪费。

三、数字化技术与实现的前期准备

首先，确定勘测的深度和间距；因为在不同地区、不同土层的距离不同，而同一土层中不同的土性参数之间则具有十分接近的相关距离。以我国某地的土层为例，不同土层之间的相关距离（m），见表1。

其次，科学划分野外地层；一般情况下，普通的大型工程施工采用的方式是钻机平行作业，这种方式需要大量的技术人员。但在进行实际施工中，各个勘探班组各自为政，将大量的资料汇集在一起。由于资料较为分散，因此整理难度非常大。解决方法是将技术人员分配到1～2个钻孔上共同勘探，对所得的资料进行统一编录，同时派专门人员对整体的野外分层连线进行勘测，当发现问题后及时汇报并采取有效的措施进行改进。

第三，做好对地下水位的观测；要保证各个点对地下水位的观测工作能够同时进行，并在最后一个钻孔结束后的24h后进行地下水的测量工作；对地下水的开采情况例如开采地点等进行深入了解和分析。例如如果进行测量的地点刚好是附近抽水井抽水下降漏斗，那么所测量到的数据会比实际水位的数值大；最后，将钻孔坐标以及标高回测结合起来测量。

四、岩土工程勘察数字化的关键技术及实现

首先，岩土工程数字化勘察能够将传统的手工形式向现代化的CAD技术转变，形成数据采集信息化、勘察资料处理数字化、硬件系统网络化、图文处理自动化的高效益的岩土工程勘察设计体系。岩土工程数字化勘查系统结构如图1所示。

其次，主要的实现方法为数字化建模图与数字化数据库系统的构建。具体是表面模型法。它通过对工程地质体的外表面进行精确地表示，以此来对均质地质体进行反映。这一方法的数据来源是通过对测点上的离散的测点资料进行分析，然后利用数据对结果进行解释，并对地质体的界面进行重构。表示表面的方法较多，例如数学模型法、图示模型法等等。常用的图示模型法也是多种多样的，例如等值线法、规则格网法、边界表示法以及不规则格网法等等。另一方面，基于地理信息系统的数字化岩土勘察工程数据库系统中的原始数据主要是地理信息层面的空间以及非空间数据。这些数据主要包括基础地理信息数据，例如自然区划图中的河流、道路、民居等等，以及岩土工程勘察数据，例如各建筑场地的地理信息等等。基于此，数据库系统可按照以下两个步骤进行构建：首先，建立岩土工程勘察数据库的概念模型设计。具体来说就是将与实体有关联的功能和行为分离出来，仅从现实世界中实体的数据侧面来建立模型，然后在此基础上建立与之相对应的数据库表结构。其次，完成数据库的建立。该系统的数据主要分为用户输入的原始数据、系统生成的数据以及最终数据。

表1　不同土层的相关距离

五、优势与实现前景可观

首先，从优势来看，这种数字化的革新或措施改进，能够通过“数字化管理”形式的技术型方法，改变原有的勘察模式；从根本上扭转传统技术方面的不足之处；通过数字化，重点在于数据的采集、信息的记录、数学形式的模型构建与分析，以及在模型阶段的论证，有效地提升了传弘勘察过程完成后对数据的处理方式，并且提高的精准性与速度；另一方面，可以通过这种模型式的图解分析，减少同类区域的劳动量。

其次，从具体的办法方面来看，这种技术主要将全球定位系统、地理信息系统、遥感技术等多种新型技术进行了综合利用，在定位、信息处理、测量方面，更加有效、科学，而且能够通过图形与颜色将其中的各个不同、差异进行区分与辨析。

第三，从实际的解决方面分析，当前岩土工程勘察最主要的问题是勘察资料过于地质化、设计系统间较为封闭、数字化技术综合能力较差。为了解决这一些系列问题，就必须建立一体化的岩土工程勘察数字化技术。将所有的勘察、设计通过计算机来完成，以网络传输的方式将工程信息共享化，使文件资料保存完整，工程作业加快，保证勘察效率，节省人力资源与工程资金，提高岩土工程勘察的工作效果，保证经济效益可以稳定的提升。

第四，对未来的发展与前景进行展望也可以认识到岩土工程勘察数字化技术的发展受当前科学水平发展的影响，在我国科技不断发展的过程中，新的岩土工程技术以及勘察数字化技术会不断出现。岩土工程勘察是一门应用科学，为工程建设提供可靠的基础，所以木土工程的建设的发展与工程勘察技术有着必然的联系，由于我国土木工程的发展规模与发展时间都远超于世界其他国家，通过岩土工程勘察正向功能化、城市立体化、交通高速化发展，岩土勘察工作的发展，来带动土木工程建设的发展，进而确保社会经济水平的平稳增长。

结语

综上所述，在岩土工程勘察中数字化技术的使用已经较为普遍。但就目前来说，由于传统的数字化勘察技术存在诸多问题，导致设计工作的效率受到影响，而且也造成信息和资源的浪费。因此应该不断对数字化技术进行强化，尤其对其关键技术进行不断革新，使其更好地为岩土工程勘察工作服务。

［1］李小林.浅谈城市工民建项目中岩土工程勘察技术的应用［J］.江西建材，2013（6）：178-179.

［2］孙明广.岩土工程勘察数字化技术应用及展望［J］.科技风，2010（11）：86-87.

［3］刘惠芳.浅谈我国岩土工程勘察技术现状及其改进措施［J］.建筑·建材·装饰，2015（22）：344-345.

TU412

A