数字化岩土工程勘察技术措施

苏燕奕

摘要：岩土工程勘察数据自身具备多元性及空间性的特点，并且目前已有的常规数据库已经不能满足处理数据的需要。岩土工程勘察工作自身具备一定的空间特性及结构属性，所以该工作在计算机可视化工作中显得十分复杂。怎样在利用数据库基础上使用计算机技术来完成勘察数据时空分析以及空间建模，便成了目前迫切需要解决的问题。本文主要从当前岩土工程勘察数字化存在的不足入手，从五个方面简要探讨了如何实现岩土工程勘察数字化技术的方法步骤，对于岩土工程数字化勘察技术进行研究。

关键词：岩土工程；勘察；数字化

一般岩土工程信息，包括地形地貌、地下水位置、断层、底层界面以及各种物探、化探资料，均是直接从野外测量或用于某一工程设计，在工程完成后，这些资料即被置之一旁，即使日后再被利用也只是一些离散数据，技术人员很难直接利用其再去分析工程地质参数的分布规律。且传统的岩土工程资料分析及解释往往局限于静态的、二维的表达，直观性较差，不能很好地揭示空间变化的规律，不能满足工程的空间分析要求。因此，随着计算机技术的发展及勘察技术手段的完善，如何有效地采集、存储、管理、利用、交流各岩土工程勘察项目中的基础数据，成为当今岩土工程勘察中的一个重要课题，笔者对此略谈己见。

一、数字化岩土工程勘察概述

数字化岩土工程勘察工作属于测绘技术的一种，并且需要结合计算机技术、CAD技术以及各种计算机软件，将整体工程中的信息进行有机结合，从而建立起整套计算机辅助的信息流程，让勘察设计方面的技术手段从之前的手工化逐渐走向信息化，向CAD转变，进一步完成图文自动化以及硬件网络化。并且建立多专业多工种并且高效益的勘察队伍。数字化勘察技术目前已经广泛应用于图纸、图像以及各种文字表述上，为专业设计工作提供参考数据。该技术体系用系统工程观点，把勘察、设计的图纸、图像、表格、文字等以数字化形式存贮，供各专业设计使用，达到快速、高效、准确的应用勘察成果目的，大幅度降低由于勘察成果的低效使用引起的设计变更，及其他工程质量问题，有效的节约社会成本资源。

二、当前岩土工程勘察数字化存在的不足

当前，随着3S技术的发展与集成，促使岩土工程勘察进入到以数据库为核心的勘察设计一体化产业体系，但值得注意的是，虽然目前计算机辅助设计（CAD）已广泛应用于岩土工程勘察设计中，功能日益完善，但由于种种因素，一部分地区岩土工程勘察数据的数字化程度相对较低，仍存在一些问题，如，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；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；数字化地图与数字化设计系统间接口不匹配，不同软件之间数据的传递不够贯通；勘察信息数字化程度低，勘察部门最终提交的勘察报告中以图纸、表格、文字等形式为主，内容上定性描述较多，既造成设计人员对勘察信息难于准确理解，又造成对勘察信息处理、利用上的困难。

如上问题的存在，原因概括起来主要為：一是施工现场环境恶劣。勘察工程施工现场多为粉尘、泥浆等不适合高精密电子仪器作业的恶劣环境，客观上限制了PDA、笔记本电脑及精密电子设备的应用。二是部分单位采用的传统岩土工程勘察设计软件功能单一。一些单位在勘察数据的统计处理及制表制图方面功能比较完备，但与CAD设计软件的接口匹配性低，影响了设计CAD的系统效率，有的更未引入GIS系统，使每个岩土勘察项目成为孤立的项目单元，料缺乏共享性，没有相互印证的作用，无法对较大规模的区域内的构造进行总体评估。三是由于室内资料整理缺乏专业人才，影响了后期资料的整理工作，结果往往是工程结束后，技术人员将资料装盒归档后即束之高阁，导致很多项目的宝贵资料失去了与相邻项目的资料进行对比的价值，技术人员对于计算机的处理水平，尤其是在GIS和数据库方面的操作水平有待提高。

三、岩土工程勘察数字化的实现

由上述可见，目前岩土工程中勘察与设计分离、设计软件功能不完善等问题较为突出，而要解决这些问题，迫切需要建立一体化的体系。所谓一体化，即是将一些分散而多种多样的要素或者单元合并组合成为一个更加晚上或者协调的整体，在岩土工程勘察设计中，一体化通常认为是将不同的学科结合起来的一种方式，这种方式有助于建立一种全新的分析过程。岩土工程勘察一体化系统主要设计地理信息系统（GIS）、计算机图形、数据库、地质学、地质统计学、地质建模、AutoCAD及Word自动化等，其特点是勘察、设计各环节使用计算机作业，勘察阶段为设计阶段，上道工序为下道工序以及各专业工种间提供接口数据文件以使数据传递流畅。而要实现岩土工程勘察设计的一体化，首先应该实现岩土工程勘察数字化，岩土工程勘察数字化是实现一体化的先决条件。要实现岩土工程勘察数字化，具体如下：

（一）分析岩土工程勘察对象的基本特征

岩土工程勘察对象构造的规模、起因、结构、形态差别较大，但所有复杂的地质构造都能抽象为点、线、面、体四种元素的集合。任何地质对象在空间上都占有一定的范围及位置，有一定的形态和性质特征，且与其他地质对象间存在一定的空间联系。因此，地质对象的基本特征可归结为空间特征、属性特征和空间关系特征三个方面。

（二）分析岩土工程勘察建模的依据

岩土工程地质模型是人们对客观事物认识的精炼和图示化。建模最基本的依据是观点及理论基础。岩土工程力学，其核心观点就是岩体，结构面起主导作用，软弱岩层（软岩）起着起始变形与突破的作用。结构面类型较多，性状复杂，不仅有软硬之分，还有大小之分和分布上的随机性。

（三）明确岩土工程勘察建模的过程

一是工程变量预测。岩土工程地质建模的主要目的之一就是预测一个或多个工程地质变量的空间变化。在工程地质中，变量则是地层、构造、断层等的空间分布特征及其物理力学性质；在污染评价中，变量是土壤或地下水的污染程度；在矿产评价中，变量是矿石品位；在地下水研究中，变量是水动力参数，如水流速度。对某些研究区域的相关地质变量由于不可能进行连续的量测，往往取一些有代表性的点，然后再利用各种不同的预测技术，来推测出整个研究区域的该地质变量的空间变化规律。二是岩土工程地质特征解释。一般包含条件化及离散化两方面，即以岩性或岩土类型等控制特征为条件，将工程地质信息进行离散化，从而确定工程地质边界和相关特征描述。

（四）基于GIS的岩土工程勘察数字化技术的实现

一是岩土工程勘察数据库的概念模型设计。岩土工程勘察数据库管理作为岩土工程勘察数字化系统的一项基础工作，是一个数据密集、处理复杂的数据库应用问题，为了能获得反映信息世界的概念性数据模型，将与实体和联系相关的功能与行为剥离出来，仅从现实世界中实体的数据侧面来建立模型即研究数据对象与属性及其关系，并在此基础上建立相对应的数据库表结构。

二是数据库建立实现。岩土工程一体化系统的数据有三类：用户输入的原始数据、系统生成的中间数据及最终数据。原始数据由测点数据组成，而测点数据又由测点几何属性数据（位置）和测点信息属性数据；中间数据包括根据原始数据系统自动生成的地层层面等值线模型、三维表面模型、剖面模型等，根据这些模型可以生成用户需要的各种图件，还可以进行各种信息查询操作；最终数据种类繁多，主要是根用户需要由中间数据生成，包括图形资料和文档资料（如地质勘察报告等）。

四、结束语

岩土工程勘察数字化工作含盖了许多方面的知识点，笔者通过总结自身在岩土工程勘察工作中的实际经验，结合当前国内该方面先进工作方式，主要从当前岩土工程勘察数字化存在的不足入手，从五个方面简要探讨了如何实现岩土工程勘察数字化技术的方法步骤，以期对于岩土工程数字化勘察技术的研究及应用有一定参考作用。

参考文献

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（作者单位：贺州市勘察测绘研究院有限公司）