巖土工程信息技術初探

李盛斌，劉永行

（延安大學建筑學院，陜西延安 716000）

1 我國巖土工程行業信息技術發展歷程

從上世紀80年代開始，我國的巖土工程領域就開始運用計算機進行工程計算和數據處理，并能繪制相關的勘察圖片，編寫勘察報告，這些不能算是信息化，但是為以后的工程信息化打下了基礎。

1992年國家頒布了《關于大力協同開展計算機輔助設計（CAD）應用工程的報告》，眾多的工程勘察、土工試驗開始使用計算機輔助軟件，包括數據采集、存儲分析、繪圖軟件、編寫報告等隨后又明確了“計算機輔助巖土工程”中計算機在該工程領域的作用。指出該系統不僅應用于巖土、勘察、設計、施工，還包括規劃決策、區域性巖土的工程特性分析研究和技術標準制定、基礎工程的設計分析等。

決策、區域性巖土的工程特性分析研究和技術標準制定、基礎工程的設計分析等。近十年來，通過數據庫技術管理和開發利用勘察數據信息，經過最近十多年的發展，數據庫技術管理和勘查數據的整理引入了人工智能、專家系統和GIS 技術，并且許多勘察設計院都接入巖土工程資料局部網絡，實現資源的共享。一些巖土工程專業軟件也不短更新換代，采用的技術引入的理論也越來越先進。總的來說我國目前的巖土工程領域信息技術的商業化水平還比較低，數額少，產品更新換代的空間也很大，擁有的自主知識產權和掌握的核心技術也較少，這些缺點直接制約著信息技術的更新換代和創新性。目前我國的信息化商業軟件不斷取得進步，特別是引入GIS 和一些更強大的圖形處理功能的軟件，使得巖土工程的工程實際控制更智能更高效。目前我國的信息技術已經能夠達到一定程度一定范圍的資源共享，但是開放的空間還遠遠不夠，并且沒有一個統一的規劃和技術規范。

2 信息管理技術在巖土工程中重要性

信息管理技術不僅僅是對于工程數據信息的管理，而是服務于整個項目的實施過程中，通過對工程進行實時監測，并采集相關數據，對這些數據進行全方位的管理集成，并進行分析。信息管理要做到對數據嚴密的整理、科學的分析、提供方便的查詢服務、實用的工程指導等。在巖土工程中，主要通過各種傳感器、各種實驗方法采集搜集相關數據，并依靠相關的經驗依據、公式等對數據進行監測識別、處理、分析、儲存，最后以文本、圖像等多種形式直觀的表現出來，以方便管理者查詢、分析、評價巖土工程的設計與施工。

計算機子誕生以來，就有不少的巖土工作者把信息管理技術應用到巖土工程中，并且取得了不錯的成績，例如地理信息系統GIS、巖土可視化與計算機仿真技術、監測信息反饋與信息化施工、基于信息技術的巖土工程可靠度分析和風險決策等。這些技術是巖土工程信息管理技術的主要構成，通過信息技術的應用，其在巖土工程項目在勘察、設計、施工、竣工驗收等各個階段發貨著越來越重要的作用。伴隨著科技的進步，信息管理技術將朝著更加先進更加開放的方向發展，更好的為巖土工程項目服務。

3 巖土工程中的信息管理技術

隨著信息技術的迅猛發展，信息管理技術逐漸在巖土工程領域應用。信息管理技術的主要功能就是通過采集信息、搜集歸類信息、處理信息、解釋信息，并利用解釋的結果服務工程項目。巖土工程專業復雜多變，往往與地理位置和空間位置有密切關聯。因此巖土工程的信息管理，要求工作者不但要有信息管理技術的技能，還得把數據和地理位置、空間位置聯系在一起，通過相應的文本、直觀的影像結果供用戶查詢、使用。同時在施工過程中，通過對采集數據的實時分析，我們可以及時的做出方案調整和變更設計方案，真正做到信息化施工。下面介紹幾種常見的信息管理技術。

3.1 基于一般管理信息系統（MIS）的信息管理技術

管理信息系統（Management Information Systems，MIS）的概念最早起源于上世紀30年代，知道80年代才有了一個相對完整的定義“它是一個利用計算機硬件和軟件，運用分析、計劃、控制和決策模型，進行數據庫管理的用戶一機器系統，它能為企業或組織的運行、管理和決策提供信息支持。管理信息系統的產生的時候就已經開始在巖土工程領域應用，西方發達國家在這方面的應用較多，積累了豐富的經驗。我國的部分城市也建立了城市工程地質信息系統。許多在建的大型水利水電項目，也連帶產生了大量的巖土工程數據，這些信息管理系統的核心是數據管理軟件和應用軟件，主要有數據庫管理、信息檢索、信息統計分析與評價和成果輸出等幾個基本的功能模塊組成。

但是這些信息管理系統往往注重對原始數據的采集，對監測數據庫的建立，注重于數據檔案的建立，對于數據的加工處理不強，僅僅是對檢測結果進行統計分析、方便信息的檢索、結果的輸出，但是總得來說發展還不完善。

3.2 GIS 技術的應用

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS，產生于本世紀60年代。隨著人們對自然資源的開發和環境規劃的需要，加上計算機技術的輔助，地理信息系統應運而生。他是對大量的數據進行采集、存儲、管理、檢索、處理和綜合分析，并以多種形式輸出結果的計算機系統

1965年，地理信息系統這一專業術語第一次出現。70年代是GIS 發展的鞏固階段，一些發達國家先后建立了各種各樣的地理信息系統。如70年代日本建立的數字國土信息系統。該系統能夠提供處理和檢索的數據、航空相片、地形地質、行政區劃、土地利用情況等。80年代隨著計算機技術的不斷進步，地理信息系統逐步走向成熟。現在地理信息系統向著更加智能化集成化的方向發展。將GIS 與RS 等攝像機實時拍攝技術等先進的測量技術相結合，是其具有自動采集數據并準確處理數據的功能，通過先進的處理分析數據，能夠為決策者提供更多更科學的數據結果。目前比較有代表性的西方發達國家研制的地理信息系統有ESRI 公司的Arc/Info，ArcView 系列產品，In-tergraph 公司的MGE，GeoMedia，GeoMedia Web Map 等

我國地理信息技術方面的研究起步晚，但進步迅速，目前已經開發了多套基于GIS 平臺的工程軟件。日本大阪地區歷時十年，鉆孔30000，在該地區建立了地層數據庫信息系統。我國在這方面也有不錯的研究開發成果，如同濟大學的朱合華提出了三維地層信息管理系統的設計。并且國內的上海、北京、武漢等大城市也已經做了城市地質信息系統。北京理正軟件公司等單位正探索開發專用GIS 軟件。使得GIS 更好的在項目的勘察、設計、施工中取得廣泛的應用。

總的來說我國的GIS 應用于巖土工程較晚，我們和西方發達國家還有一定的差距，我們應根據自己的國情開發出一套是適用于中國的GIS 技術體系

3.3 巖土可視化與計算機仿真技術

對于巖土勘察和測量得到的一些離散數據來說，根據這些采集到的數據分析所研究區域的巖石分布情況，對于巖土信息的分布情況，圖形圖像是最直接的數據解釋。因此，空間地質模型及可視化系統的研究和應用是工程地質和巖土工程勘察評價領域計算機應用的必然趨勢。

近些年來，國外在地質信息可視化模型和系統研究發展較快。MINCOM，DGI 等公司分別在露天礦開采、石油物探和石油開采等領域進行了卓有成效的研究，他們開發了功臣軟件能夠建立空間地質可視化模型，并且已經在中國市場上銷售。DGI 公司的EarthVision 軟件包能夠清楚地模擬生成三維空間立體圖，該圖像能夠清楚地地層與地質結構的空間分布及其相互交切關系。

在國內沒有此類的三維軟件出現，但是我國的地學工作者已經在該領域展開研究，并取得了階段性的成果。許多研究者都提出研發了相應的工程軟件，但是這些軟件大都側重于單層地質巖土體的研究，對斷層、褶皺等構造研究較少，但是這些準備工作已經為三維可視化巖土模型打下了基礎。

3.4 監測信息反饋與信息化施工

監測信息反饋技術和信息化施工對巖土工程的順利施工有著重要的作用，巖土工程復雜多變，在施工過程中要遇到各種各樣的問題，因此在施工過程中必須要妥善解決施工中的問題及時的發現設計的不足。在整個施工過程中要控制好真個施工進度、把握好資金出入狀況、對中央地方的各種法律法規進行必要的了解。只有這樣才能更準確的掌握各類資源，為管理者提供更合理的決策。

在進行巖土工程建設時，必須要考慮每種方案所需的經費以及預期取得的收益，并且要分析工程項目對環境造成的影響，綜合分析各個指標，選出經濟效益好、對環境污染小的設計方案。我國巖土工程的評價主要是計算經濟效益費用比、凈現值、內部收益率、投資回報年限等指標的期望值，并據此進行方案優選。但是由于巖土工程施工過程中的各種不確定因素的干擾使得每種方案的效益和經費都是不確定的，效益和風險并存。不確定性指的就是問題的結果不確定，對工程項目的各種風險發生的概率以及帶來的后果必須做出相應的分析，對風險做出定量的估算。一般風險管理有以下五個步驟：

（1）風險的鑒別：鑒別風險的來源、特性及與行為或現象有關的不確定性；

（2）風險的量化與度量：利用概率論等數學知識，對可能發生的風險進行量化分析，找出風險發生的概率值，找出風險源，并理清楚各個風險之間的相互關系。

（3）風險評價：使整個風險評估與風險管理的過渡階段。

（4）風險接受和規避：這一步代表“風險決策”。對每一個決策，通過對成本的評估、對效益的估算、對風險對社會造成的影響，對環境造成的破壞進行詳細的分析，分析風險的可接受程度。

（5）風險管理：這一步代表在（4）基礎上進行的“執行”過程，簡言之，就是一套用來處理風險的方法（Mo-lak，1997）。

在以上的5個步驟中，一般把步驟（1），（2）稱為“風險評估”；（4）、（5）稱為“風險管理過程”。

4 結語

隨著信息技術的發展，簡單的數據存儲和處理已經不能滿足時代的要求，目前GIS，巖土工程可視化與計算機仿真分析、監測信息反饋、風險管理等一些列新技術新手段應用到巖土工程中，雖然我國的巖土工程信息技術起步較晚，但是發展迅速，未來信息技術的發展應該更趨向于智能化、信息化。

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