基于数字化的岩土工程勘察技术分析

2022-02-10王春周

智能建筑与智慧城市 2022年1期

王春周

（荆门市规划勘测设计研究院）

1 引言

岩土工程勘察技术可为城市建设提供更加可靠的数据，如在城市地下水、城市地下岩层构造等基础上，保障城市地铁的高质量建设[1]。同时，数字化技术作为现代技术，可拓展岩土工程勘察方式，提升勘察数据质量，强化勘察效果。因此，有必要研究智慧城市背景下岩土工程勘察的数字化技术应用方式。

2 岩土工程中数字化技术应用基本内容

数字化岩土工程勘察主要指依靠现代感应、探测、数据显示、数据分析等设备和软件，对岩土情况进行全面而体系的分析，并得出具体模型数据。依据其现代构成看，主要包含计算机设备（移动）、各类感应探头、声波探测工具、数据存储设备等。在数字化技术渗透下的岩土工程的流程更加可靠（见图1）“收到岩土勘察任务——收集相关资料做好现场初期勘察——依据现有数字技术制订方案——勘察——收集、整理数据——数据审核、验收——回访、了解数据实用性”。

图1 数字化流程

3 数字化岩土工程勘察特点与其系统构成

3.1 特征

依据数字化技术在岩土工程勘察中的应用方式、方向等可以发现，主要有三类特点。

1）具有动态性

通过数字化技术的监控探头、感应探头、声波探头，可动态监测某一地域岩土季节性变化情况[2]，比如城市地下水等，可围绕其中关键任务跟踪勘察对象，并依据回收数据，动态分析勘察对象变化指标，继而为智慧城市建设等提供动态数据。

2）具有一定安全性

一方面，可避免勘察人员深入危险、复杂地质环境，保障岩土勘察安全。另一方面，数据安全性，在现代4G向5G通信技术转移的基础上，岩土工程勘察数据无传输、保存等均拥有非常高的安全性，即不容易“失真”或受到恶意攻击。

3）具有集群性

数字化技术可为岩土工程勘察提供更加可靠的数据库，更加立体的数据构成等。

3.2 构成

通过分析岩土工程勘察数字技术构成和原理可以发现，其由三个部分构成。

1）感应系统

该系统由系列感应元器件构成，如电子感应器等，同时感应系统由智能系统所控制，能依据岩土勘察实际内容进行智能化控制。同时，此感应系统还能依据勘察对象进行相应调整，具有较好的可靠性。

2）传输系统

受到特定环境或特殊勘察任务的影响，部分岩工程勘察需要搭建可靠的传输系统，将探头等感应器获取的数据及时传输到操作终端或存储设备，以供后续数据分析使用。

3）存储系统

存储系统主要针对部分有价值的勘察数据进行存储，以便后续数据使用，或现场数据存储以便后续分析工作的有效开展。

4 岩土工程勘察存在的问题

4.1 勘察资料地质化

部分单位未及时汲取新技术、新方式，且未依据自身情况，搭建高效、良性的勘察技术应用构架，使勘察实际情况同工程任务目标脱轨，不利于最终报告的可靠性。同时，部分设计人员对勘察的实际内容掌握度较低，仅利用报告得到目标信息，影响了各环节之间的转化、衔接。

4.2 地图与数字化设计缺乏匹配度

分析部分数字化设计可以看出，地图在数字化过程中存在一定缺陷，导致其难以匹配CAD软件格式或其它要求，影响了整个工程的实现或后续开展。

4.3 未充分利用数字技术

通过分析岩土工程勘察技术可以发现，部分单位在处理勘察资源上，仍以传统书面方式传递，影响了工作效率，降低了勘察资料的覆盖面。

4.4 较低的数字化应用水平

目前，部分勘察人员仍以传统方式进行图纸、表格等的设计，这种方式的缺点：对某些信息内容，进行了太多定性描述，而且在勘察报告的提交中，也缺乏自身判断和主观意识，使设计人员无法准确理解勘察信息，加大信息的处理和使用难度。

5 数字技术在岩土工程勘察中的应用措施

5.1 在数据建模板块

当前数字化建模在岩土工程中主要有两类用法，即数字表面技术和不规则网络法。

1）数字表面模型

此数字应用方式具有较早的历史，其在建模过程中能依据需求详细的展示勘察对象的外表，且具有较高的精准度，因此其应用范围较广[3]。其原理主要以某一勘察点为基点，向周围扩散，然后得到离散且具有属性特征和几何特征的数据，最终通过数据解释方式，勘察队形的地址情况以数据方式展示在相关系统中。简而言之，此类勘察方式将勘察对象中同属性的点以某一方式将其串联起来，并形成网络面状，用以展示勘察对象的构成属性、空间属性，见图2。

图2 岩土勘察数字表明模型

2）不规则网络法

不规则网络法岩土勘察数字技术主要基于数字高程模型，不仅可避免数据冗余，又拥有较好的运算效率，可用于复杂的地形下岩土的勘察，尤其是能保障某些特殊情况的勘察数据的准确性[4]，比如水域线、断裂线等环境。其原理主要是利用断裂线CDT构造算法，搭建Delaunay三角网，其中每个三角形不重叠且互为邻接，同时其他点并不会出现在这些三角形的外界圆中。其具体方式为，第一类将相关点缩小到一定范围，然后形成一个个三角形；第二类，数据点渐次插入算法，在剩余空隙处逐一插入三角形。

3）其他数据发展

目前，在智慧城市岩土勘察体系中，除了上述两种方式，常用方式还有地质三维数字法和地形建模法。前者主是利用岩土工程勘察内容的三维空间构成要素，搭建可视的三维模型，如在属性和特征基础上对城市地下废物、地下地层及地下水等进行三维空间描述；后者主要以某一地区为重点，立足数字DEM技术，然后再通过遥感影响等技术，系统展示勘察对象的三维模型。此方式在实际运用过程中，为得到具有纹理的三维城市模型，可利用PS软件将变换后的正射影像进行相应处理。

5.2 岩土工程勘察中数字技术数据库搭建

通过数字技术所得到的岩土工程勘察数据，数据来源是地理空间或非空间，将其细分又包含基础数据和勘察数据，前者主要包含两个维度。

1）地貌或地形图

主要反映数字化技术岩土工程勘察基础上所得到的该区域自然地貌状态。

2）自然规划图

主要是通过数字技术所得到的区域性信息，比如，公共设施、居民区、城市道路、城市河流等。

后者主要是勘察对象的相关资料，一方面指相关指标信息，比如，物理力学、自然环境、地理数据等，；另一方面，主要指具体地层信息，例如，年代沉积、数据周期、液化参数等。

通过这些分析内容可以发现，岩土工程在搭建数字化系统时，需要关注一些内容。首先，要明确数据库设计的相关概念，并据此搭建可靠的模型。岩土工程勘察数字化所形成的数据库一方面要密集处理一些基础工作，一方面要面向一些更加复杂的数据环境。据此，为了保障数据库的准确性、可靠性及实用性，更加真实地反映信息世界的概念性数据模型，要把同剥离实体和联系相关的行为、功能，即数据的来源必须是现实勘察，且必须同研究对象有一定关系。其次，搭建数据库。分析得知，数据化技术在岩土工程中主要有三类数据应用：①原始数据；②系统加工的中间数据；③最终数据。其中，原始数据由勘察数据构成，而测点属性数据与测点几何数据又构成勘察数据；中间数据围绕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，主要是根据用户需要由中间数据生成，包括图形资料和文档资料。