济南工程地质数据库的建设与应用

2014-06-28程爱华仝霄金

城市勘测 2014年6期

程爱华，仝霄金

(济南市勘察测绘研究院，山东济南 250013)

1 前言

工程地质数据库是图形管理系统和数据管理系统的有机结合，是对空间信息进行采集、处理、传输、储存、查询、管理、检索、分析、表达及应用的地理信息计算机系统。随着信息技术不断发展和完善，信息在社会中发挥着越来越重要的作用。数据库的开发应用，已经成为勘察设计与施工管理科学化的发展方向，为城市规划、项目选址、工程勘察、地基与基础设计、基坑开挖与支护设计、土地开发与地下空间利用等提供参考与决策依据，是现代城市建设管理发展的必然趋势［1］。

2 数据库建设目标和数据库基本结构

2.1 数据库建设目标

(1)数据标准化:制定统一的工程勘察数据标准，将各种工程勘察资料严格按标准进行整理和归一化。在统一的地理坐标基准下，将孤立、分散工程勘察资料，通过空间地理定位建立空间联系，使得分散的资料在空间上形成一个有机整体。并随着工程建设不断扩展、录入新的勘察资料，实现勘察数据库的动态更新和反馈［2］。

(2)服务城市规划建设:全面反映城市范围内工程地质条件和水文地质条件，展示岩土体的空间分布特征，为城市规划和建筑场地的选择提供依据。

(3)工程咨询:面向社会提供有偿咨询，为城市建设的决策提供可靠依据，增强经济建设的预见性。为建设项目的立项、选址、可行性论证、初步设计提供依据［3］。

2.2 数据库基本结构

图1 数据库基本结构图

3 工程地质数据库建设

3.1 济南市地层层序划分标准建立

建立工程地质数据库，首先必须确定数据标准化，没有标准，就很难将分散的数据统一起来，就无法实现不同格式的数据转换和重复利用。

制定“济南市地层层序划分标准”是解决与建筑地基相关的地层层序划分的统一标准，将原有的地质资料、水文资料、工程项目资料等进行统一管理，这也是工程地质数据库建设的基础。标准地层层序的划分以相关的技术标准及规范为基础，借鉴地层对比的研究方法，从区域地貌单元划分入手，采用了综合研究的方法确定。

第四系土层层序的划分主要考虑了其形成时代、成因类型、工程形状、包含物等因素，岩层层序的划分主要考虑了其成因时代、岩性、风化程度、完整程度等因素。综合考虑，将济南市地层自上而下划分了17 个大层。

图2 岩土层序列划分综合柱状图

3.2 原始工程数据录入

对于纸质原始数据资料，以单项工程为单位，采用理正勘察工具软件模块为平台，将工程基本信息、勘探点基本数据、地层数据、试验数据、图表等工程数据录入，经检查与修改后形成原始勘察数据库。

图3 原始工程数据录入界面

3.3 勘察数据导入

勘察数据导入是将工程勘察中的工程数据导入原始资料管理数据库中。在导入的过程主要分两部分来处理:

第一部分是保留一份原始工程钻孔的坐标，主要应用对象是在钻孔查询时，能够保持原来的工程数据不变化;第二部分是把钻孔坐标的属性数据转化为图形数据，在这个过程中，钻孔的坐标需要经过坐标的转化，通过统一坐标系、统一高程系的过程转换为统一的数据，产生一个新的钻孔图形层，对应到地形图上面。

3.4 归一化数据转化

数据转化也叫归一化数据处理，是指把原始资料库中不同工程的钻孔土层按济南标准地层进行合并转换。通过归一化数据转化，将各工程的地层数据转化为区域统一的标准地层数据，并将各工程的坐标、高程转化到区域统一的坐标系、高程系中，把原本各自独立工程，相对散乱的数据融合到一起，在空间上形成联系，使我们对整个济南地层有了比较直观的了解和认识。实现了大量分散、独立勘察资料的综合管理。

3.5 地形图更新

地形图作为“济南工程地质数据库建设”项目的重要组成部分，是系统建设的基础。为了能够准确的反映现状地形、地物，满足数据库应用要求，数据库所用地形图从1985年老版本更新为2005年新版本1∶10 000地形图，并且扩大了覆盖范围。

把各个图层分别分成159 幅，通过Windows 2000 系统下的SQL Server 进行合并、调色，所有图层叠加后，生成项目图，最后导入数据库，作为数据库的地形图。

图4 更新后的地形图

4 工程地理数据库功能实现

4.1 原始资料管理

系统通过原始资料管理模块，经对原始工程资料“按单个工程装入”、“按区域装入”、“按条件装入”实现工程的查找，工程基本信息，工程钻孔信息，工程剖面图，工程钻孔柱状图，工程成果表(包括勘探点一览表，地层统计表，指标汇总表，指标统计表)，工程文档管理，工程数据查询等功能。

4.2 区域分析

系统功能提供对新建任意区域内现有的工程数据自动形成一个新项目，利用新建区域内的资料数据进行岩上工程分析，通过区域分析工具箱的归一数据转换功能进行统一，实现新建区域内数据管理，剖面图、成果表格、等值线、场地分析评估、分区图的形成等几大功能，主要对归一化后的数据进行管理、地质分析及查询。实现新建区域内的拟建工程进行工程预测。

4.3 三维模型建立

地下三维根据钻孔平面、剖面等数据生成地下三维模型，在此基础上进行结构分析，实现各种剖分的处理及剖(断)面图显示，根据地表、地层构造进行任意角度旋转观测，任意剖切、剥离、抽取三维地质体，实现对图形元素及各种属性的查询、计算和分析。对于地下三维模型，简单地质情况的地区，可以自动在所划分的区域中形成三维模型;对于复杂的地质情况，在自动生成三维模型的同时，还可以手工干预生成的三维模型。三维模型的分析包括:查看各层信息、切剖面、平整场地(计算填挖方)、挖洞、计算体积、图形化指标分析等。

图5 切剖面、挖洞、挖方计算图

5 工程地质数据库在实际工作中的应用

5.1 规划选址

工程地质数据库的建设的最大潜能存在于工程建设的选址阶段，工程地质工作作为工程建设的前期工作，其不仅限于满足设计方面的设计要求，还须在了解工程规划设计意图的条件下，从工程地质与水文地质条件出发，考虑规划选址方案。针对规划范围，对各项因素进行综合分析，针对开发区域时可能遇到的工程地质状况，给予综合评价与建议。

5.2 工程地质条件评价

在规划方案编制过程中，系统可对区域进行工程地质分区分析、场地稳定性分析及工程建设适宜性分析，为详细规划提供工程地质评价，定性给出开发范围内工程地质条件适宜性和开发时可能会采取的工程地质处理方法。以济南市区为例:济南市地貌单元南部属于山前冲洪积平原，北部为黄河、小清河冲积平原，地形起伏大，南高北低，高差100 m左右，上部地层为第四系陆相沉积的松散沉积物，济南市区第四系厚度变化较大，反映了物质运移的总趋势是由高到低搬运、堆积的特点。地势越低、越平缓开阔，厚度越大，反之越薄。根据实际工程验证，对济南市区地层进行了适宜性分析评价，划分为3 个地基基础区，Ⅰ区一般为天然地基浅基础区域，主要分布在工业南路—二环东路—泺源大街—英雄山路—二环南路以南地带，Ⅲ区一般为复合地基与桩基础深基础区域，主要分布在小清河－清源路－南吴家堡－二环西路－张庄路－济齐路－无影山中路－济泺路－东西丹凤街－义和北街－明湖西路－顺河街－少年路－大明湖路－黑虎泉北路－明湖东路－历山路－胶济铁路－二环东路－工业北路－王舍人镇一线以北区域。Ⅱ区分布介于以上两个区域之间。

5.3 轨道交通、路网规划

数据库还可为轨道交通、人防工程、地下管线共同沟项目规划提供相关基础资料，供规划参考。如通过本系统生成地下水水位埋深水位线图与地下影响深度范围内地层分布图，为线路设计、基础选型、施工难度估计等提供可靠依据。

5.4 勘察纲要编制

在岩土工程勘察工作前，为勘察纲要编制提供依据。通过借鉴拟建场区附近的工程地质与水文地质资料(包括地下水位埋深、地下水性质、岩土层的分布、厚度及物理力学性质)，结合建(构)筑物性质，明确勘察目的，突出勘察重点，采取针对性的试验项目与勘察方法，布置合理的工作量。

5.5 科学研究

为科学研究工作提供基础数据资料，为地区性的工程地质专题报告编织、城市地质灾害防治、地质环境的保护、国土资源开发利用等提供服务。

6 前景展望

作为城市规划、发展系统的一部分，工程地质数据库将随着软件功能的不断完善、数据库内容的不断增加逐渐凸显出其巨大作用。伴随着互联网技术的不断进步和工程地质地理信息系统技术的日益成熟，工程地质数据库将服务于城市规划、勘察设计、土地评估、地方规范制定等社会各个领域。城市工程勘察信息系统会扩充为多层分布网络体系结构，实现工程勘察数据共享，提升工程勘察数据的利用价值。