淺談數字化技術在工程勘察中的應用

王煒　黎艷

摘 要：一個工程的實施需要分工合作完成，而工程實施步驟眾多，即影響工程質量與效率的因素較多。工程勘察工作作為工程實施中的重要組成部分，工程勘察工作的順利進行與否，往往直接影響著工程的進程與質量安全，而數字化技術在工程勘察中的應用往往不可或缺。

關鍵詞：數字化技術；工程勘察；應用

工程勘察是研究和調查工程建設用地所處的地貌特征或地理環境特點，以及與工程建設相關的綜合性應用學科。工程勘察是工程建設前期的一個必備過程，他往往決定著該工程的實施可行性。以下就是對數字化技術在工程勘察中的應用進行具體的分析。

1 傳統工程勘測方法存在的問題

1.1 勘測設計分開作業

工程勘測一般用于巖土工程，在巖土工程的實施中，主要的兩大部分分為勘察和設計，通常勘察設計的人員不同，到這勘察和設計有脫鉤現象。往往設計人員在實施內業時，有看不懂勘察人員的工程信息，不夠全面的掌握地質的實際情況，出現成果的利用率較低。

1.2 勘察的信息數字化程度較低

工程勘察信息一般都以文字，圖紙的表現形式居多。在這樣的工程信息中，較為精準的數字化信息較少，這些都易對設計人員的理解上造成困難。

2 工程勘察中數字化技術應用的概述

數字化就是將一些復雜而又多變的信息轉變為可以度量的數字和數據，再通過這些數字和數據建立起適當的數字化模型，將那些信息轉變為一系列的二進制代碼，輸入編程引進到計算機內部，進行統一處理，這就是數字化的基本過程。由于數字化技術與數字的轉換、存取、處理表達、傳輸、控制這一系列的內容息息相關，所以在數字化技術應用的過程中，我們會經常與一些高新技術打交道。例如，在工程勘察中可使用的數字化技術儀器主要包括工程勘探儀器（如：靜力觸探儀、標準貫入器、動力觸探器、旁壓儀、十字板剪切儀、電法儀、波速測試儀、地微動測試儀等）；測量儀器（如：水準儀、地質羅盤儀、激光測距儀、全站儀等）；工程物探儀器（如：輕便測井儀、聲波測井儀、無線電波透視儀、地下水參數放射性測井儀等）；土工試驗儀器（如：全自動三軸壓縮儀、全自動固結儀、全自動剪切儀等） 。

3 工程勘察的內容分析

工程勘察的項目可以有以下幾個：工程地質勘察、工程測量、水文地質勘察和工程地球物理勘探等專業，我國的工程勘察專業體系是在中華人民共和國成立以后才漸漸形成和發展起來。

3.1 工程地質勘察

工程地質勘察是為調查清楚影響建設工程建筑物的地質因素而進行的地質研究調查工作。工程地質勘察所需勘察的地質因素包括地質構造或地質結構：地貌、水文地質條件、土和巖石的物理力學性質，自然（物理）地質現象和天然建筑材料等。

3.2 工程測量

對于工程測量的研究人員來說，地形測量技術、工程數學、控制測量技術、工程測量技術、地籍測量、測量平差、Auto CAD、遙感概論、GPS原理及應用、數字測圖技術、GIS技術、地圖學原理、數據庫原理、航空攝影測量技術等等學科知識都是必不可少的。因為這些學科知識都直接或間接與工程勘察測量的內容、形式及方法掛鉤，如果不能很好地掌握這些，就很難熟練地掌握工程勘察的方法，甚至是使用那些高科技數字化技術精密儀器。

其中的數據庫應用逐漸廣泛，工程勘察數據庫管理是工程勘察數字化中的一項基礎工作。它的原理是將與實體和聯系相關的功能與行為剝離出來，僅從現實世界中實體的數據側面來建立模型即研究數據對象與屬性及其關系，并在此基礎上建立相對應的數據庫表結構。

3.3 水文地質勘察

水文地質勘察是研究調查水文地質條件的主要方式是詳略程度不同的水文地質調查的總稱。水文地質勘察在工程勘察中非常重要，水文地質的資料都來自親自調查，他是一項理論與實踐相結合的費用高、且長期的工作。其目的在于查明水資源各部分水的形成，分布位置與變化的特點，以便于更好地保護地區的水資源，提高該地區水資源的綜合利用率，同時也是為了更好地統一規劃與管理該地區的水資源。

另外水文地質測繪的內容一般包括以下幾項：

地下水露頭的調查；基巖地質的調查 ；地貌及第四世紀地質調查；地表水體的調查；和地下水相關的地質環境狀況的調查；地下水指示植物的調查。

3.4 工程地球物理勘探

工程地球物理勘探是為了解決土木工程勘察中建設工程地質以及水文地質問題的一種物理勘探方法，其簡稱為工程物探。此外，它是以研究地下物理場（如重力場、電場以及磁場分布等）為基礎的。我們都知道不同的地質體，其在物理性質上具有的差異，一定會直接影響地表下物理場的分布規律。勘探人員通過使用數字化儀器來精確地且高效地觀測、分析和研究這些存在的物理場，并有效地結合相關的地質資料，來更加確定地判斷和解決與工程勘察有關的地質構造問題。

4 數字化技術在工程勘察中應用儀器分析

在工程勘察中，我們經常使用那些高科技的數字化技術儀器，如我們經常見的靜力觸探儀、旁壓儀、電法儀、波速測試儀、地質羅盤儀、全站儀、聲波測井儀、無線電波透視儀、地下水參數放射性測井儀與全自動固結儀等等，這些儀器在我們勘察工作中起著無可替代的作用，它使我們的勘察工作更為科學、準備、到位。為了更好的了解數字化技術儀器在工程勘察中的應用，下面將從工程勘探儀器、測量儀器、工程物探儀器、土工試驗儀器中選出幾個做具體分析。

4.1 靜力觸探儀

適用于在一般粘性土、軟土、黃土和密砂土地區的土木建筑工程、市政、公路、工程地基土原位測試。用于查明地層在垂直和水平方向的變化；進行力學分層；確定天然地基承載力和估算單樁承載力；判別砂土液化的可能性；確定軟土的不排水抗剪強度；提供軟土地基承載力和斜坡穩定性的計算指標。

4.2 旁壓儀

是將圓柱形旁壓器豎直放入土中，通過旁壓器在豎直的孔內加壓，使旁壓膜膨脹，并由旁壓膜將壓力傳給周圍的土體（巖體），使土體（巖體）產生變形直至破壞，通過量測施加的壓力和土變形之間的關系，可得到地基土在水平方向的應力應變關系。

4.3 電法儀

廣泛用于尋找地下水，解決人、畜飲用水及工農業用水問題，水文、工程、環境的地質勘探，找斷裂帶及陷落柱、山體滑坡、煤礦采空區等行業以及金屬與非金屬礦產資源勘探、能源勘探、城市物探、鐵道及橋梁工程勘探。電法儀的操作靈活方便，采用全數字化自動測量，可對自然電位、漂移及電極極化進行自動補償。

4.4 波速測試儀

波速測試儀是用來測試場地地基土壤剪切波速度和縱波速度的儀器，它適用于單孔，亦可用于跨孔法。本儀器具有性能穩定、操作方便、相對相位誤差小、分辨率高的特點；亦可與磁帶記錄器或數據采集器直接配接。

4.5 地質羅盤儀

地質羅盤儀是進行野外地質勘察工作中必不可少的一種測量工具。通常勘察人員可以借助它來定出方向，以及觀察點的所在位置，測量出任何一個觀察面的空間位置（如褶皺軸面、巖層層面、斷層面、節理面等構造面的空間位置），以及測定火成巖的各種構造要素，礦體的產狀等。

4.6 全站儀

全站儀是全站型電子速測儀的簡稱，它是一種集光、電、機為一體的高技術測量儀器，是集合水平角、直角、距離（斜距、平距）、高差測量功能于一體的測繪儀器系統。由于他一次性安置儀器就可以完成蓋測量站上的全部測量工作，極大地提高了工作效率，所以被稱作為全站儀。廣泛地運用在地下隧道施工和地面上大型建筑等等精密工程勘察測量或變形監測領域。

4.7 聲波測井儀

利用聲波在巖石中的傳播性質研究鉆井剖面的井下工程物探儀器。由聲波發射換能器和接收換能器、數據采集系統、記錄儀等組成。在測定方法上有單孔測試和跨孔測試。井下探頭有單發單收和單發雙收等種類，用以記錄由井壁反射的滑行波。所得到的聲波速度測井曲線，可用于劃分巖性剖面和求取巖石的孔隙度。

4.8 無線電波透視儀

在兩鉆孔之間進行電磁場測量的井下工程物探儀器。它主要由發射機（含發射機偶極天線）和接收機（含接收機鞭狀天線）、地面記錄儀、電纜絞車等組成。儀器的工作頻率為0.5MHz至數十MHz。它利用在不同介質中對電磁波的反射和吸收能力的差異所反映的場強大小，以探測均勻體中的異常體，如灰巖中的溶洞、基巖破碎帶等。

4.9 地下水參數放射性測井儀

用人工放射性同位素示蹤法測定含水層參數的井下工程物探儀器。它由地面控制記錄儀、井下閃爍探測器、電纜絞車、投源取水器等組成，可在小孔徑鉆孔中通過測定131I的濃度隨時間的變化規律，以取得地下水的滲透系數、滲透速度、流速、流向和彌散系數等參數。

4.10 全自動固結儀

全自動氣壓固結儀融合機械，電子技術，自動控制技術于一體，可進行各種固結試驗，自動完成加卸荷及數據采集功能，可以完全取代傳統杠桿式固結儀。試驗過程全電腦控制，儀器性能已全面超過國內同類儀器，達到和接近國際同類產品。新型精密氣壓力控制器，16位標準按鍵，能夠自動提供高精度壓力，為固結儀提供高中低壓力。

5 數字化技術在工程勘察中應用意義

數字化技術的應用對于工程勘察來說無疑是如魚得水。工程勘察的應用范圍十分廣泛，如巖石工程、水利工程、土木工程及建筑設計工程等等。綜合觀之工程勘察的工作量十分浩大，如果單純地是由人力去獨立完成作業與調查的話，其結果必將是耗費時日且勘察結果未必準確。數字化技術的出現，為工程勘察帶來了眾多的先進的高科技含量的儀器，不僅僅解決了上述問題，而且極大地推動了我國工程勘察體系的發展與完善，更有間接地促進了我國各行各業的發展，從而加快我國現代化建設的步伐，為我國經濟甚至是世界經濟的發展做出了杰出的貢獻。

6 結語

數字化勘察技術之路何其漫漫，將其推廣應用更是任重而道遠。目前我國在這方面的技術問題尚未完全解決，技術也不熟練，市場比較欠缺，專業人才也相當匱乏，因此，必須加大對工程勘察中數字化技術人才培養的力度，從而真正實現數字化技術在工程勘察中的廣泛應用。數字化技術尤其在工程中的應用更為廣泛，更有前景，將數字化技術在工程領域推廣開來，有利于提高工程勘測的效率。

參考文獻

[1] 包慧明，胡長順.GIS支持下巖石工程勘察設計一體化[J].水文地質工程地質，2007， 29（2）.

[2] 鐘登華，劉東海.工程可視化輔助設計理論方法與應用[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3] 沈芳，黃潤秋.地理信息系統與地質環境評價[J].地質災害與環境保護，2000（11）.

[4] 簡德超.巖土工程勘察準確性技術與探討[J].中國新技術新產品，2010（09）.