岩土工程勘察设计数字化系统分析

万天佐

摘要:岩土工程地质勘察是工程设计的先决条件,但传统的岩土工程地质勘察资料不能充分揭示场地地质空间变化的规律,也越来越不能满足岩土工程的空间分析要求。如何突破传统岩土工程勘察的技术缺陷,如何利用岩土工程勘察资料来推断场地土的区域分布规律,如何利用岩土工程勘察资料来预测场地土的岩土工程性质,是岩土工程界一个古老而又有新意的问题。文章在分析、总结前人理论的基础上,提出并建立了岩土工程地质勘察设计数字化方法。

关键词:岩土工程;地质勘察;工程设计;数字化系统

中图分类号:TU751文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0020-02

理论、实验和学科计算机技术已成为今天学科发展的三大支柱。而学科计算机技术在学科中的应用使学科孕育着一场新的革命。这场革命势必波及到岩土工程勘察领域。

一、我国岩土工程勘察的现状及存在的问题

解放以来,我国的岩土工程勘察设计工作取得了长足的进步,特别是计算机技术和现代科技技术的应用,使岩土工程勘察、设计工作更是迅猛发展。因此我们需要发展和推广岩土工程勘察数字化和数字化技术。我们需要克服存在的问题,使我国岩土工程勘察数字化取得长足进展,存在的问题主要是:

1.勘察资料过于地质化。由于部门长期的条块分割,勘察、设计分散作业,加之岩土工程规范制定和新技术、新方法应用的滞后。以及专业设置过细,岩土工程本身的特殊性等原因,设计与勘察之间脱钩多,使得勘察提供的岩土工程信息通常以设计人员难以理解的形式出现,而且勘察也较难参与设计的全过程。设计人员也因知识的局限,很难深层次理解岩土工程勘察信息。因而勘察成果在设计中的转化率较低,造成许多不应有的浪费和损失。

2.系统综合能力差。岩土工程勘察设计所涉及的信息是多方位的,如地形、地质、水文、气象、村镇分布、农田、交通、水利设施、环境、经济、社会人文等,这些信息既有空间定位特征、又有属性特征,既有定量指标、又有定性指标,既有确定性因素、又有不确定性因素。现有的岩土工程勘察设计系统由于缺乏对各类信息全面采集、表达、识别、分析手段,造成设计方案的优化和综合决策缺乏全面的情报支持。

3.现有的岩土工程勘察设计系统基本不具有空间分析能力。使得勘察设计方案的优劣取舍在很大程度上取决于设计人员的实际经验和技术水平,缺乏科学的决策支持。

4.研究成果和软件与实际使用脱节。许多软件是在比较落后的软硬件环境下,利用比较落后的软件手段和工具开发的,加之这些软件在解决具体问题本身上也很不完善,所以研究成果和软件与实际使用还有一定距离。

二、数字化系统方案

1.岩土工程勘察数字化。按照Webster词典的定义,数字化就是将一些分散而多种多样的要素或单元合并组合成一个更加完整或协调的整体。由于数字化创造了一个更加完整或协调的整体,所以被认为是一种产生极大价值的变化过程。在岩土工程勘察设计中,数字化通常被认为是将不同的学科结合起来的一种方式,而这种方式有助于建立(或创造)一种全新的分析过程。

岩土工程勘察数字化系统是指应用当代测绘技术、数据库技术、计算机技术、网络通信技术和CAD技术,通过计算机及其软件,把一个工程项目的所有信息(勘察、设计、进度、计划、变更等数据)有机地集成起来,建立综合的计算机辅助信息流程,使勘察设计的技术手段从手工方式向现代化CAD技术转变,作到数据采集信息化、勘察资料处理数字化、硬件系统网络化、图文处理自动化,逐步形成和建立适应多专业、多工种生产的高效益、高柔性、智能化的工程勘察设计体系。岩土工程勘察数字化系统的概略工作流程见图1。

2.岩土工程数字化系统的组成。岩土工程勘察数字化系统涉及的地理信息系统(GIS )、数据库、计算机图形学、地质学、地质统计学、地质建模、AutoCAD和Word自动化等一系列技术,他们以岩土工程勘察、设计规范作为相互联系的基础组成一个系统工程,如图2所示:

这种数字化系统将以上诸多学科紧紧联系起来,改变了以往各学科独立工作,相互之间没有什么交流的工作方式。它促使各学科之间相互交流、反馈。

综合上面所述,要实现岩土工程勘察数字化,必须先实现岩土工程勘察数字化。岩土工程勘察数字化是实现数字化的先决条件。

三、数字化系统的实现

岩土工程地质勘察数字化主要要解决的是岩土工程勘察中场地方域的数字化、场地物性指标的数字化、场地地层的数字化和岩土工程勘察数据库的设计。

将岩土工程地质勘察与地理信息系统(GIS)结合起来,利用地理信息系统强大的数据采集、管理能力和空间查询、分析能力,解决了传统岩土工程勘察由于勘察数据内容上的复杂性和形式上的多样性而在数据处理上无能为力的状况,而且利用地理信息系统强大的可视化操作能力为岩土工程勘察提供了一个可视化的操作平台,即实现了岩土工程勘察数字化系统中场地方域的数字化。

利用地质统计学和相关距离的基本理论,并结合工程场地地质勘察资料对杭州市典型地层物理力学性质指标、相关距离和工程场地剪切波速进行了统计计算,即实现了岩土工程勘察数字化系统中物性指标的数字化。

对岩土工程地质建模的方法进行了研究,并详细说明了岩土工程勘察参数的数据结构设计以及基于Delaunay三角剖分的虚拟钻孔、虚拟岩土工程剖面、地质相关属性等计算的相关技术,即实现了岩土工程勘察数字化系统中的场地地层的数字化。

针对岩土工程勘察的数据特点,阐明了基于GIS的岩土工程勘察数据库建设的概念模型和结构设计,并对数据库的功能作了总结,即实现了岩土工程勘察数字化系统的数据库设计。

四、结语

岩土工程勘察设计数字化系统是一个多专业多学科的系统工程,是学科计算机技术的集成。集成即是创新,因此岩土工程勘察设计数字化建设是一项长期而艰巨的任务。要解决目前存在的问题,一方面需要建立一个统一的框架结构和协同工作环境,进行系统的总体设计和制定切合实际的实施方案,另一方面要充分利用大量的已经成熟的技术并寻求新的或有待于开发的先进技术的支持,如虚拟现实技术、专家系统、数据挖掘和知识发现技术,等等,虽然这些技术的出现只不过是几十年,甚至是十几年、几年的事情,但它们在岩土工程勘察的应用中已取得了许多长足的进展。

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