濟南工程地質數據庫的建設與應用

程愛華，仝霄金

(濟南市勘察測繪研究院，山東 濟南 250013)

1 前 言

工程地質數據庫是圖形管理系統和數據管理系統的有機結合，是對空間信息進行采集、處理、傳輸、儲存、查詢、管理、檢索、分析、表達及應用的地理信息計算機系統。隨著信息技術不斷發展和完善，信息在社會中發揮著越來越重要的作用。數據庫的開發應用，已經成為勘察設計與施工管理科學化的發展方向，為城市規劃、項目選址、工程勘察、地基與基礎設計、基坑開挖與支護設計、土地開發與地下空間利用等提供參考與決策依據，是現代城市建設管理發展的必然趨勢［1］。

2 數據庫建設目標和數據庫基本結構

2.1 數據庫建設目標

(1)數據標準化:制定統一的工程勘察數據標準，將各種工程勘察資料嚴格按標準進行整理和歸一化。在統一的地理坐標基準下，將孤立、分散工程勘察資料，通過空間地理定位建立空間聯系，使得分散的資料在空間上形成一個有機整體。并隨著工程建設不斷擴展、錄入新的勘察資料，實現勘察數據庫的動態更新和反饋［2］。

(2)服務城市規劃建設:全面反映城市范圍內工程地質條件和水文地質條件，展示巖土體的空間分布特征，為城市規劃和建筑場地的選擇提供依據。

(3)工程咨詢:面向社會提供有償咨詢，為城市建設的決策提供可靠依據，增強經濟建設的預見性。為建設項目的立項、選址、可行性論證、初步設計提供依據［3］。

2.2 數據庫基本結構

圖1 數據庫基本結構圖

3 工程地質數據庫建設

3.1 濟南市地層層序劃分標準建立

建立工程地質數據庫，首先必須確定數據標準化，沒有標準，就很難將分散的數據統一起來，就無法實現不同格式的數據轉換和重復利用。

制定“濟南市地層層序劃分標準”是解決與建筑地基相關的地層層序劃分的統一標準，將原有的地質資料、水文資料、工程項目資料等進行統一管理，這也是工程地質數據庫建設的基礎。標準地層層序的劃分以相關的技術標準及規范為基礎，借鑒地層對比的研究方法，從區域地貌單元劃分入手，采用了綜合研究的方法確定。

第四系土層層序的劃分主要考慮了其形成時代、成因類型、工程形狀、包含物等因素，巖層層序的劃分主要考慮了其成因時代、巖性、風化程度、完整程度等因素。綜合 考慮，將濟南市地層自上而下劃分了17 個大層。

圖2 巖土層序列劃分綜合柱狀圖

3.2 原始工程數據錄入

對于紙質原始數據資料，以單項工程為單位，采用理正勘察工具軟件模塊為平臺，將工程基本信息、勘探點基本數據、地層數據、試驗數據、圖表等工程數據錄入，經檢查與修改后形成原始勘察數據庫。

圖3 原始工程數據錄入界面

3.3 勘察數據導入

勘察數據導入是將工程勘察中的工程數據導入原始資料管理數據庫中。在導入的過程主要分兩部分來處理:

第一部分是保留一份原始工程鉆孔的坐標，主要應用對象是在鉆孔查詢時，能夠保持原來的工程數據不變化;第二部分是把鉆孔坐標的屬性數據轉化為圖形數據，在這個過程中，鉆孔的坐標需要經過坐標的轉化，通過統一坐標系、統一高程系的過程轉換為統一的數據，產生一個新的鉆孔圖形層，對應到地形圖上面。

3.4 歸一化數據轉化

數據轉化也叫歸一化數據處理，是指把原始資料庫中不同工程的鉆孔土層按濟南標準地層進行合并轉換。通過歸一化數據轉化，將各工程的地層數據轉化為區域統一的標準地層數據，并將各工程的坐標、高程轉化到區域統一的坐標系、高程系中，把原本各自獨立工程，相對散亂的數據融合到一起，在空間上形成聯系，使我們對整個濟南地層有了比較直觀的了解和認識。實現了大量分散、獨立勘察資料的綜合管理。

3.5 地形圖更新

地形圖作為“濟南工程地質數據庫建設”項目的重要組成部分，是系統建設的基礎。為了能夠準確的反映現狀地形、地物，滿足數據庫應用要求，數據庫所用地形圖從1985年老版本更新為2005年新版本1∶10 000地形圖，并且擴大了覆蓋范圍。

把各個圖層分別分成159 幅，通過Windows 2000 系統下的SQL Server 進行合并、調色，所有圖層疊加后，生成項目圖，最后導入數據庫，作為數據庫的地形圖。

圖4 更新后的地形圖

4 工程地理數據庫功能實現

4.1 原始資料管理

系統通過原始資料管理模塊，經對原始工程資料“按單個工程裝入”、“按區域裝入”、“按條件裝入”實現工程的查找，工程基本信息，工程鉆孔信息，工程剖面圖，工程鉆孔柱狀圖，工程成果表(包括勘探點一覽表，地層統計表，指標匯總表，指標統計表)，工程文檔管理，工程數據查詢等功能。

4.2 區域分析

系統功能提供對新建任意區域內現有的工程數據自動形成一個新項目，利用新建區域內的資料數據進行巖上工程分析，通過區域分析工具箱的歸一數據轉換功能進行統一，實現新建區域內數據管理，剖面圖、成果表格、等值線、場地分析評估、分區圖的形成等幾大功能，主要對歸一化后的數據進行管理、地質分析及查詢。實現新建區域內的擬建工程進行工程預測。

4.3 三維模型建立

地下三維根據鉆孔平面、剖面等數據生成地下三維模型，在此基礎上進行結構分析，實現各種剖分的處理及剖(斷)面圖顯示，根據地表、地層構造進行任意角度旋轉觀測，任意剖切、剝離、抽取三維地質體，實現對圖形元素及各種屬性的查詢、計算和分析。對于地下三維模型，簡單地質情況的地區，可以自動在所劃分的區域中形成三維模型;對于復雜的地質情況，在自動生成三維模型的同時，還可以手工干預生成的三維模型。三維模型的分析包括:查看各層信息、切剖面、平整場地(計算填挖方)、挖洞、計算體積、圖形化指標分析等。

圖5 切剖面、挖洞、挖方計算圖

5 工程地質數據庫在實際工作中的應用

5.1 規劃選址

工程地質數據庫的建設的最大潛能存在于工程建設的選址階段，工程地質工作作為工程建設的前期工作，其不僅限于滿足設計方面的設計要求，還須在了解工程規劃設計意圖的條件下，從工程地質與水文地質條件出發，考慮規劃選址方案。針對規劃范圍，對各項因素進行綜合分析，針對開發區域時可能遇到的工程地質狀況，給予綜合評價與建議。

5.2 工程地質條件評價

在規劃方案編制過程中，系統可對區域進行工程地質分區分析、場地穩定性分析及工程建設適宜性分析，為詳細規劃提供工程地質評價，定性給出開發范圍內工程地質條件適宜性和開發時可能會采取的工程地質處理方法。以濟南市區為例:濟南市地貌單元南部屬于山前沖洪積平原，北部為黃河、小清河沖積平原，地形起伏大，南高北低，高差100 m左右，上部地層為第四系陸相沉積的松散沉積物，濟南市區第四系厚度變化較大，反映了物質運移的總趨勢是由高到低搬運、堆積的特點。地勢越低、越平緩開闊，厚度越大，反之越薄。根據實際工程驗證，對濟南市區地層進行了適宜性分析評價，劃分為3 個地基基礎區，Ⅰ區一般為天然地基淺基礎區域，主要分布在工業南路—二環東路—濼源大街—英雄山路—二環南路以南地帶，Ⅲ區一般為復合地基與樁基礎深基礎區域，主要分布在小清河－清源路－南吳家堡－二環西路－張莊路－濟齊路－無影山中路－濟濼路－東西丹鳳街－義和北街－明湖西路－順河街－少年路－大明湖路－黑虎泉北路－明湖東路－歷山路－膠濟鐵路－二環東路－工業北路－王舍人鎮一線以北區域。Ⅱ區分布介于以上兩個區域之間。

5.3 軌道交通、路網規劃

數據庫還可為軌道交通、人防工程、地下管線共同溝項目規劃提供相關基礎資料，供規劃參考。如通過本系統生成地下水水位埋深水位線圖與地下影響深度范圍內地層分布圖，為線路設計、基礎選型、施工難度估計等提供可靠依據。

5.4 勘察綱要編制

在巖土工程勘察工作前，為勘察綱要編制提供依據。通過借鑒擬建場區附近的工程地質與水文地質資料(包括地下水位埋深、地下水性質、巖土層的分布、厚度及物理力學性質)，結合建(構)筑物性質，明確勘察目的，突出勘察重點，采取針對性的試驗項目與勘察方法，布置合理的工作量。

5.5 科學研究

為科學研究工作提供基礎數據資料，為地區性的工程地質專題報告編織、城市地質災害防治、地質環境的保護、國土資源開發利用等提供服務。

6 前景展望

作為城市規劃、發展系統的一部分，工程地質數據庫將隨著軟件功能的不斷完善、數據庫內容的不斷增加逐漸凸顯出其巨大作用。伴隨著互聯網技術的不斷進步和工程地質地理信息系統技術的日益成熟，工程地質數據庫將服務于城市規劃、勘察設計、土地評估、地方規范制定等社會各個領域。城市工程勘察信息系統會擴充為多層分布網絡體系結構，實現工程勘察數據共享，提升工程勘察數據的利用價值。

7 結 語

工程地質數據庫在各個領域的應用日趨普及并逐漸深入，特別是在工程地質領域更有無可替代的作用，建立工程地質數據庫可以將地質信息進行集中管理，全面共享。

目前，數據庫建設還處于初級階段，其發展是一項長期、復雜、艱巨的系統工程，需要不斷摸索、創新。從社會效益上來講，隨著它的不斷完善，信息共享將更方便地服務社會。

［1］張龍起．石家莊市工程地質地理信息系統建設與實現［J］．工程勘察，2008(2):212～215．

［2］劉軍，鞠建榮，劉清華．基于GIS 的地鐵工程勘察數據庫管理系統的設計與實現［J］．城市勘測，2012(1):167～169．

［3］李成軍．哈爾濱市巖土工程信息系統研究與應用［D］．哈爾濱:哈爾濱工業大學，2006:1～45．

［4］GB50021－2001．巖土工程勘察規范(2009年版)［S］．

［5］GB50007－2002．建筑地基基礎設計規范［S］．