談GIS支持下巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化

侯 嘉 豐

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

談GIS支持下巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化

侯 嘉 豐

(山西省勘察設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

針對(duì)巖土工程勘察設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，分析了巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化的優(yōu)勢(shì)，結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)在巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，給出了勘察資料具體化、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)GIS系統(tǒng)、將GIS系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)相結(jié)合的改進(jìn)優(yōu)化建議。

地理信息系統(tǒng)，巖土工程，勘察，一體化

我國(guó)的巖土工程已有20多年的發(fā)展歷史，無(wú)論是在工程勘察方面，還是在工程設(shè)計(jì)方面，巖土工程都已形成了比較成熟的運(yùn)作模式，為我國(guó)的工程建設(shè)做出了很大的貢獻(xiàn)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈，傳統(tǒng)的先勘察后設(shè)計(jì)的模式已經(jīng)無(wú)法滿足工程建設(shè)市場(chǎng)的需求，巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化成為巖土工程進(jìn)一步發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 概述

1.1 巖土工程勘察設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

1)巖土工程勘察與設(shè)計(jì)分離。我國(guó)巖土工程勘察與設(shè)計(jì)通常為分散式作業(yè)，各部門和各專業(yè)之間條塊分割現(xiàn)象嚴(yán)重，并且工程規(guī)范的制定和工程技術(shù)的更新相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較滯后，再加上巖土工程自身的特殊情況及其設(shè)置過(guò)細(xì)的專業(yè)情況，巖土工程的勘察者和設(shè)計(jì)者之間總是無(wú)法形成良好的合作關(guān)系?？辈煺邽樵O(shè)計(jì)者提供的勘察資料往往不是設(shè)計(jì)者想要的，也就是說(shuō)，勘察者不能給設(shè)計(jì)者提供所需的可用信息，完全與設(shè)計(jì)脫節(jié)[1]。設(shè)計(jì)者自然無(wú)法完全理解得到的勘察資料，設(shè)計(jì)作品有時(shí)不夠完善。整體來(lái)看，巖土勘察和設(shè)計(jì)過(guò)程中浪費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力，勘察結(jié)果轉(zhuǎn)換為設(shè)計(jì)成果的效率比較低，究其原因，主要是巖土工程勘察與設(shè)計(jì)嚴(yán)重分離造成的。

2)巖土工程設(shè)計(jì)軟件功能不完備。我國(guó)現(xiàn)階段巖土工程中使用的設(shè)計(jì)軟件多為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要功能是計(jì)算設(shè)計(jì)中的所有數(shù)值，編制所有設(shè)計(jì)文件，繪制工程圖。對(duì)于比較高端的問(wèn)題，例如綜合評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)問(wèn)題，設(shè)計(jì)方案，我國(guó)現(xiàn)階段巖土工程中使用的設(shè)計(jì)軟件還解決不了，使得巖土工程設(shè)計(jì)者不能充分地利用勘察信息來(lái)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，造成資源浪費(fèi)，同時(shí)，也降低了設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量。

3)各專業(yè)之間未能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。巖土工程不同專業(yè)之間交流資料信息的形式主要為書面?zhèn)鬟_(dá)，上一階段的數(shù)據(jù)信息不能自動(dòng)轉(zhuǎn)入下一階段，耗時(shí)的同時(shí)又提高了錯(cuò)誤率，基本上無(wú)法實(shí)現(xiàn)各個(gè)專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享。

1.2 巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化的優(yōu)勢(shì)

與普通巖土工程模式相比較，勘察設(shè)計(jì)一體化模式有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式中工程勘察和工程設(shè)計(jì)緊密聯(lián)系起來(lái)，便于工程承包方一同承包，能有效保證信息數(shù)據(jù)的流暢傳輸，從而加快工程完成速度，縮短工期；巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式中勘察者和設(shè)計(jì)者容易考慮到其他環(huán)節(jié)的工作，從而主動(dòng)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，提高工程質(zhì)量；巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化模式便于企業(yè)進(jìn)行造價(jià)控制，從而提高經(jīng)濟(jì)效益。

2 地理信息系統(tǒng)(GIS)在巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化中的應(yīng)用

2.1 地理信息系統(tǒng)在巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，地理信息系統(tǒng)在我國(guó)巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在：應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，具體由計(jì)算機(jī)技術(shù)相助，生成高技術(shù)模擬系統(tǒng)，也就是逼真的三維模型，隨著技術(shù)操作人員的位置移動(dòng)，電腦進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算，繪制精準(zhǔn)的3D影像[2]；利用地理信息系統(tǒng)存儲(chǔ)信息、查詢信息、空間疊加運(yùn)算的功能，采用定量分級(jí)法對(duì)土地等級(jí)進(jìn)行測(cè)定，對(duì)巖土的穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估；利用專業(yè)三維建模軟件，把地質(zhì)、測(cè)井、地球物理資料和各種解釋結(jié)果綜合在一起，生成三維模型，然后通過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，把模型置入地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)里，分析各項(xiàng)空間指標(biāo)，作為巖土工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。

就目前地理信息系統(tǒng)在巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化中的應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看，地理信息系統(tǒng)的功能局限于數(shù)據(jù)的處理和管理方面，不能很好地解決系統(tǒng)外部的軟件包和地理信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的接口問(wèn)題。

2.2 地理信息系統(tǒng)在巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化中的改進(jìn)措施

1)勘察資料具體化?，F(xiàn)階段我國(guó)巖土工程勘察結(jié)果多為對(duì)研究對(duì)象“質(zhì)”的描述，嚴(yán)重缺少研究對(duì)象的數(shù)量特征、數(shù)量關(guān)系和數(shù)量變化的資料，這使得巖土工程中的設(shè)計(jì)者找不到實(shí)用的資料，無(wú)法順暢地開(kāi)展設(shè)計(jì)工作。因此，在巖土工程勘察過(guò)程中，勘察者要應(yīng)用地理信息系統(tǒng)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)庫(kù)的功能，將勘察所得資料進(jìn)行數(shù)值化和數(shù)據(jù)庫(kù)化處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以方便巖土工程設(shè)計(jì)者直接使用勘察資料。另外，巖土工程設(shè)計(jì)者也要應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，借助其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析、綜合評(píng)價(jià)和疊加圖像的功能，按照要求處理勘察資料[3]。具體流程如圖1所示。

2)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。隨著科技的進(jìn)步和信息技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及，地理信息系統(tǒng)也應(yīng)順應(yīng)時(shí)代發(fā)展潮流，朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)應(yīng)成為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容?；ヂ?lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)可以共享地理信息和空間信息，這一功能對(duì)于建設(shè)巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)具有重大指導(dǎo)意義。巖土工程勘察和設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都使用計(jì)算機(jī)來(lái)作業(yè)，上一個(gè)階段為下一個(gè)階段以及其他階段提供好數(shù)據(jù)信息，并借助互聯(lián)網(wǎng)及時(shí)傳輸數(shù)據(jù)，在最短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高整體作業(yè)速度，縮短工作周期，提高工作效率。總之，以互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)服務(wù)器為中介，各個(gè)勘察單位和設(shè)計(jì)單位之間可以通過(guò)聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，各個(gè)專業(yè)和各個(gè)工種之間可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，達(dá)到數(shù)據(jù)的共享，從而實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察設(shè)計(jì)的一體化。

3)將地理信息系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)。地理信息系統(tǒng)是一種特定的空間信息系統(tǒng)，它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)地球表層空間中的地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、運(yùn)算、分析、管理、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的核心是用計(jì)算機(jī)來(lái)處理和分析地理信息。而計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)則是利用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。

從專業(yè)角度來(lái)看，地理信息系統(tǒng)有比較完善的處理數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)庫(kù)、疊加圖像功能，地理信息系統(tǒng)可以同時(shí)處理空間上的數(shù)據(jù)和實(shí)體質(zhì)量、數(shù)量特征的數(shù)據(jù)，并能根據(jù)其中一種數(shù)據(jù)的改變對(duì)另一種數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的調(diào)整[4]。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)雖然也有同地理信息系統(tǒng)一樣的處理數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)庫(kù)、繪制圖像的功能，但只是簡(jiǎn)單地用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)管理設(shè)計(jì)，再用圖像表達(dá)出來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)并不用對(duì)地圖進(jìn)行綜合性管理，也不用疊加圖像。簡(jiǎn)言之，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的連接只是初步的，其分析能力不強(qiáng)。要明確的是，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主要功能在于建立地理上的坐標(biāo)，并對(duì)建立的地理坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

總而言之，地理信息系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)有很多相似之處，但同時(shí)又具有各自的特色功能，在巖土工程勘察和設(shè)計(jì)中，應(yīng)該將地理信息系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的某些功能，使地理信息系統(tǒng)更好地為巖土工程所用，逐步實(shí)現(xiàn)巖土工程勘察、設(shè)計(jì)一體化目標(biāo)。

3 結(jié)語(yǔ)

目前我國(guó)巖土工程中比較突出的問(wèn)題就是工程勘察和工程設(shè)計(jì)分離、巖土工程設(shè)計(jì)軟件功能不完備、各單元之間不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，要解決這一問(wèn)題，就必須建立巖土工程勘察、設(shè)計(jì)一體化系統(tǒng)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，建立網(wǎng)絡(luò)化工作體系，將各部門、各工種緊密聯(lián)系起來(lái)，使勘察資料數(shù)據(jù)化、具體化，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，不斷推動(dòng)我國(guó)巖土工程的現(xiàn)代化進(jìn)程。

[1] 李茂柱.研究通用巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)[J].建設(shè)科技,2014(11):113.

[2] 王建明,張繼文,劉爭(zhēng)宏，等.基于GIS的工程勘察成果一體化管理[J].巖土工程技術(shù),2014,28(5):224-226,260.

[3] 楊映紅,李向新,任 磊，等.基于GIS的通用巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011,11(6):1363-1367.

[4] 遲保國(guó).巖土工程勘察數(shù)字化淺議[J].中華民居,2012(1):104.

Discussion on the geotechnical engineering investigation and design integration with GIS

Hou Jiafeng

(ShanxiSurveyandDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

In view of the existing problems in geotechnical engineering investigation and design, analyzed the advantages of geotechnical engineering investigation and design integration, combining with the application status of Geographic Information System(GIS) in geotechnical engineering investigation and design integration, gave the improvement optimization suggestions for investigation specific data, Web GIS system, combination of GIS system and computer aided system.

Geographic Information System, geotechnical engineering, exploration, integration

2015-06-01

侯嘉豐(1986- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)23-0075-03

TU195

A