基于GIS支持下巖土工程勘察設計一體化分析

李凌 王冰

(襄陽地質工程勘察院,湖北襄陽 441003)

基于GIS支持下巖土工程勘察設計一體化分析

李凌 王冰

(襄陽地質工程勘察院,湖北襄陽 441003)

隨著時代的發展和社會的進步,在當前的巖土工程施工中,保證巖土工程施工設計方案合理性的關鍵在于工程勘察與設計的一體化工作,而且,也已經成為現代巖石工程施工的共識。引入GIS系統而進行的巖土工程勘察與設計在地質勘測準確性和施工方案設計的合理性改進方面取得了不錯的效果,也逐漸成為巖土工程勘察設計一體化工作的主要技術支撐。

GIS 巖土工程 勘察設計一體化 效率 準確度

隨著時代的發展和社會的進步，基于各種功能應用和發展需求的土木工程項目不斷上馬，而其中所需施工工藝相對先進、施工過程相對復雜、施工技術相對困難的巖土工程，在施工中常由于施工設計方案的不合理而導致施工進度和施工質量受到巨大的影響。

1 巖土工程與巖土工程勘察設計一體化

由于巖土工程的施工設計方案大多是基于巖土地質勘測結果而來，在先勘測后設計的固有運作模式主導下的巖土工程項目建設常常會由于資料繪制、資料移交、資料重讀以及基于實際施工需求的二次勘測中存在的各種問題(如勘測資料數據的不準確、資料的缺失、資料精準度的不夠)而使得施工設計方案存在較大的紕漏。因此，推進巖土工程勘察設計一體化工作從而保證施工設計方案能夠得到足夠準確、詳實的技術參數支撐就成為了解決巖土工程施工設計方案不合理的主要工作方向。

2 目前巖土工程勘察與設計一體化工作中存在的問題

雖然我國巖土工程已經經過了三十多年的發展，其勘察、設計、施工等技術已經相對成熟，而且也在考量完善施工設計方案之后進行了巖土工程勘察設計一體化嘗試，并且在很多工程項目的建設方面取得了不錯的效果，但不可否認的是，由于勘察設計一體化推進工作在我國巖土工程中發展較晚，在當前的工程建設中依然存在有大量的問題。

2.1 勘察數據的精準性不夠高

在巖土工程施工方案設計中，對工程區域范圍內的自然條件如地質地理條件、水文地質條件、地層巖性及斷裂帶條件、自然天氣條件等的詳實勘察是其基礎技術支撐。沒有全面詳實準確的自然地質資料的施工設計方案必然是無法滿足實際的施工需求的。然而，在目前很多地區進行的巖土工程建設項目如水利水電項目、隧洞項目、地下程項目等在設計階段并沒有足夠全面而詳細準確的地質學資料，特別是對于野外巖土工程，由于缺乏對區域范圍內水文條件數據勘測(如地下河流的位置、流向、地質斷裂帶走向等)，常會使得在工程施工中由于爆破、沖擊等大能量高負荷作用下導致地下河改道，由此造成施工區域巖層由于受到大量流水的侵蝕而導致冒頂片幫、坍塌等事故。

2.2 地質勘察與工程施工方案設計銜接存在問題

雖然在很多地方已經開始了地質勘察與工程施工設計一體化的嘗試，但由于大多數巖土工程均在野外進行，在項目建設初期野外環境并不能提供足夠的基礎條件來進行工程施工方案設計，這就導致了地質勘察與施工設計的一體化事實上變成了作業人員的一體化但是時空方面的非一體化，也導致了實際上還是按照固有的先勘察再設計、再復勘優化設計的工作模式進行，并沒有起到很好的效果。

2.3 工程作業人員專業水平不夠高

由于同步推進地質勘察與工程施工方案設計工作，這就使得原本僅各自專業領域知識和技能的工程作業人員在進行工作時碰到大量的問題。一體化工作的推進使得工程作業人員必須要在工作中兼備兩方面的知識(事實上由于項目設計需要考量工程施工的客觀需求條件，這就使得工程作業人員必須兼備有地質勘測、項目工程設計、工程造價管理、施工方案設計、施工技術應用、工程進度管理等多方面知識和技能)，而原有的工程作業人員由于固有的稍顯單一的知識和技能水平限制，并不能滿足巖土工程勘察與設計一體化工作的客觀需要，由此引發一系列的問題。

2.4 工程勘察與設計一體化中對各階段工程質量的保障力下降

傳統的巖土工程建設項目，雖然在地質勘測、工程設計、施工組織等方面存在著周期過長、進度過緩、階段工作銜接較為困難等缺點，但其在各階段工作中的質量保障力卻是現階段勘察設計一體化工作所不具備的。這主要是由于在不同的分包商進行的勘察、設計、施工等工程階段，其各個分包商需要對各自階段工作進行質量保證，由于上下游的關系而監督其他分包商的工作質量，這就使得各個工程階段的工作質量能夠得到很好的保證。然而，工程勘察與設計一體化工作進行中，目前來看，由于一家單位(或幾家單位協同)共同進行工程建設工作，導致其階段工作中的許多關于經濟效益或者工程質量的抉擇中造成對業主產生不利的影響，即工作質量的下降。

3 GIS與GIS在巖土工程勘察設計一體化中的應用

GIS指的是地理信息系統，在計算機硬、軟件系統支持下，對整個或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述以幫助人們準確掌握即時的地理空間信息，為人們合理的運用地理空間信息進行相應的土地規劃、地質研究提供重要的信息參數。由于GIS系統包含了計算機軟硬件系統等多重技術支持，使得其不僅能夠對工程設計規劃提供地理地質參數，同時能夠基于GIS系統作業平臺對巖土工程勘察與工程設計方案進行改進。

GIS系統在巖土工程勘察與設計一體化的應用主要集中于利用該系統的各個功能模塊在已有地勘數據的基礎上進行地質建模或者演算，如利用GIS的信息存儲、管理、分析、顯示以及疊加運算等模擬區域內地層土地能力定量分級和斜坡穩定性綜合圖等，也可以運用其三維建模模塊來對采集到的地勘數據進行地下河流標高、走向的模擬勘測等，當然，利用GIS系統對工程設計方案進行地質符合性分析也是其主要應用方面之一。

3.1 對工程區域地質信息的采集與基本地質資料圖層的繪制

由于巖土工程施工對地質地理自然條件的敏感度較高，使得工程區域內所進行的地質勘察相對復雜而且數據采集點相對眾多。如某水利水電項目，在進行隧洞的設計時，由于考量到工程施工時巖層受到自然降水、山間水流以及地下河流等的影響會造成巖層結構整體性破壞、結構力學穩定性破壞等狀況，特別是在用到爆破、沖孔等大能量高負荷持續性工程施工技術的背景下，極容易引發惡性坍塌事故，產生大量的人員傷亡和經濟損失，因此需要對該工程區域內的巖層巖性、巖層斷裂帶走向、地層結構、巖間水流走向、巖間水流流量以及標高等進行全面而詳實的勘察。

由于所收集的資料較多，導致工程技術人員在進行大量數據分析時極容易對客觀地質條件產生理解偏差。而在運用GIS的數據處理與分析之后，工程技術人員只需要將所收集到的數據輸入到GIS系統中，并根據建模模塊對各參數進行整定分析，從而模擬出該工程區域內基本地質結構圖層，從而更直觀地反映實際工程地質概況，提高工作的準確性和效率。

3.2 GIS系統在優化工程設計與施工設計方案的應用對于巖土工程設計與施工方案設計來說，其設計的合理與科學性是工程施工能夠正常、有序、安全進行的根本。存在重大紕漏的設計方案很容易使得工程施工在工作中存在有較大的質量問題以及安全隱患。假設一個隧洞的施工方案選取了超越工程主體巖層所承受極限的爆破量，那么其施工必然伴隨著惡性坍塌事故的發生。

在工程設計與施工方案設計完成時，利用GIS系統的圖層疊加功能，可以清晰地表觀出工程建設與施工中需要重點考量的地質參數，從而對檢查設計方案是否存在問題提供重要的基礎技術依據。另外，由于GIS系統存在有較大的數據存儲與記憶功能，并且能夠通過網絡實現快速的數據共享與溝通，這就使得即便不限于同一人員組成的工程工作也可以在時空上實現同步進行，從而解決階段工程建設中存在的工作銜接問題。

4 結語

對于所需工作量極大的巖土工程建設項目來說，即便能夠有效運用到GIS系統對地質數據的強大運算分析功能，并且通過網絡將地質勘測與工程設計聯系在一起，但由于系統數據在處理中存在有內置的數據整定，雖然它的存在使得工程勘測繪圖更加簡便高效，但也造成了對微小地質異變狀況的把握不足，同時由于地勘工作者并不具備足夠的工程設計經驗，常會導致對部分地質參數的勘測重視度的不足，由此引發設計中的問題。因此，即使是在GIS系統的幫助下能夠實現地質勘察與設計的相對一體化，但沒有完全實現現場勘測、現場設計的一體化巖土工程工作依然是存在缺陷的，也是在未來的工作中需要重點討論的部分。

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