巖土工程中數字圖像及綠色技術的發展與應用

馬 欽

（中國化學工程重型機械化有限公司，北京 102600）

巖土工程是土木工程中的重要組成部分，因其幫助土木工程完成地下深入探究工作，所以成為所有土木建筑物修建必不可少的一項工程。也因其作業的不確定性，促使專業人員必須加強對巖土工程的深入探究。在傳統巖土工程中，利用試驗勘察及監測的方式能夠使工作人員了解及分析工程的地質條件，起到預防地質災害的作用。但是巖體是十分復雜的，很多分析結果都是以假設巖土體均質化為前提條件而得來的，甚至很多分析僅對巖體進行了定性描述，這對建筑施工是十分不利的。而數字圖像處理技術的融入能有效幫助巖土工程進行定量化分析與研究，這種非接觸、精確度高的光學測量方法進一步推動了巖土工程的發展。

1 數字圖像的概念

從字面意思來看，數字圖像就是將數字信息與圖像信息進行相互轉化，主要分為圖像信息轉化為數字信息與數字信息轉化為圖像信息兩種。（1）將圖像反饋的信息以數字的形式完整、全面地呈現，其中最常用的方式就是以二維數字組體現圖像內容。通常情況下保存于計算機內的圖像不能獨立完成信息反映及加工，它需要通過圖像數字化的方法實現圖像向圖像元素的轉化，使圖像格式轉變為數字格式。因為圖像格式相對復雜，因此為更好地實現分析，需結合實際情況進行數字程序的編寫。（2）將數字信息以圖像的方式展示，如此能夠使數字信息以更加形象的方式呈現，這一轉化過程也需借助計算機網絡系統來進行。計算機網絡系統首先將數字信息轉化為顏色，然后根據符號的組合將顏色匯聚為圖像。由此可見，數字圖像技術十分依賴于計算機系統，只有在通過計算機系統的分析及處理后，才能夠呈現出人們需要的信息。

2 數字圖像技術在巖土工程中的應用

通過不斷的探索，數字圖像技術已逐漸融入巖土工程的各個領域，其應用主要分為三個方面。

2.1 宏觀變形領域

數字圖像技術被應用于室內實驗中，能夠為實驗的監測提供有效的數據補充，對實驗過程進行完整的監測，尤其是對巖土體材料剪切實驗與三軸實驗而言，能夠更加全面、直觀地觀測實驗過程，為研究人員提供全面的數據。同時，該技術在模型實驗中也具有較佳的應用效果。另外，利用數字圖像技術進行地質災害檢測，與衛星遙感的配合下，可以進行實時、高效的大規模監測，這種監測方法不僅降低了監測工作的人力、物力的投入，同時不受地形與氣候的影響，能最大程度地保證信息的準確性。

2.2 非可視領域

數字圖像技術在該領域的應用可細分為以下三個方面：（1）在微觀結構上，數字圖像技術可以更加清楚地觀測到巖土體顆粒的形態，清晰地體現出顆粒與孔隙的分布關系，從而更加透徹地解釋巖土體宏觀破壞的機理。（2）高速動力學方面，利用數字圖像技術配合高速攝像機能夠具象觀察巖土體在遭受如其來的劇烈破壞時和在遭受沖擊荷載時，其破壞過程及變化情況。（3）聲學成像方面，數字圖像技術能夠準確地探知巖土體內部的結構，從而實現對樁基缺陷的監測，協助鉆孔測井技術的作業，以及觀察單軸、三軸實驗中巖土體內部的破裂狀況。

2.3 應力探測領域

數字圖像技術能夠對巖土工程相片進行數字化分析，在此基礎上形成更符合實際的物理模型，更加準確及真實的數值模擬能夠幫助工作人員進行巖土體內部應力分布研究。另外，通過數字圖像技術與和相關測試技術的結合，能夠具體地探測出在遭受外力后巖土體應力的分布與傳導，從而更好地解釋巖土體宏觀破壞現象。

3 綠色巖土工程發展存在的問題

3.1 缺乏綠色巖土工程意識

現階段，涉及巖土工程的各領域人員普遍缺乏綠色巖土工程的意識。政府領導人員缺乏對巖土工程綠色發展的重視，導致巖土工程無法實現全壽命周期的綠色發展；開發商過于重視盈利，不能正視綠色工程技術對巖土工程施工效果、成本及安全性的正向促進作用；設計人員不具備綠色巖土工程設計經驗，設計界缺乏對綠色巖土工程的統一認識；承包商及建筑單位通常情況下只有在政府有硬性要求時才會采取綠色施工技術，且應用態度十分消極；大眾對綠色環保意識的認知仍不足。

3.2 綠色巖土技術發展存在的問題

綠色巖土工程技術在我國尚處于發展初期，關于該技術在研究上沒有過多的投入，因此缺少一定的支撐力，在發展過程中存在的問題，主要表現在以下兩個方面。

（1）技術產業化、本土化有待加強。在工程中綠色巖土技術的應用時間較短，沒有占據主導地位，因此在實踐過程中，該技術要想得到充分的認可，仍需要進一步推廣與實踐。該技術在應用過程中需要考慮工程本身所處環境等問題，因此只有實現其本土化，因地制宜，才能夠用最少的經濟成本換來最大的效益。另外，當前整個綠色巖土市場發展不夠成熟，關于該技術的自主研發程度不高，很多技術還沒有達到可以實施的階段，更重要的是作為一種綠色環保的技術，本應該與節能環保以及綠色新能源等產業有著密切關系，但當前這些產業之間的融合度相對較低。

（2）基礎性研究薄弱。綠色巖土技術的實施，除了巖土工程本身需要，在工程中涉及的各個環節都可以發揮作用，但是當前關于綠色巖土工程的基礎性研究相對薄弱，涉及其全生命周期能耗的數據較少，所以在技術由理論走向實踐的過程中，還存在一些坎坷。除此以外，有學者在研究過程中發現綠色巖土技術在應用時對環境因素的影響缺少考慮，需要采取創新的研究方法，加強對環境因素的研究，這些都是導致綠色巖土技術發展受限的原因。

3.3 綠色巖土技術制度發展存在的問題

任何工程的發展都離不開完善的制度，綠色巖土工程亦是如此，要想實現長遠發展，完善制度的內在支持格外重要，然而當前綠色巖土技術制度發展上存在諸多問題。

（1）缺乏綠色巖土標準體系。在綠色巖土中涉及大量的學科和環節，同時這些學科在綠色巖土發展中發揮著重要作用，盡管當下學科自身已經形成了標準體系，但學科之間在協同上仍存在問題。關于綠色建筑和綠色施工，國家已經出臺了相關的評價標準，但是由于這些標準的針對性較強，在綠色巖土工程上的適用性仍然不足。除此以外，在收費標準上也存在問題，綠色巖土技術設計的費用標準不夠明確，開發商的盲目壓價很容易導致設計者在綠色巖土工程中失去信心。

（2）綠色巖土法規制度不健全。關于綠色巖土，我國當前尚沒有完整的法律制度體系，同時關于綠色巖土的定義與定位也沒有明確的劃分。政府對于巖土工程雖有一定的監管制度，但這部分監管制度主要針對的是傳統的巖土工程，時代的發展下，綠色巖土工程實施的質量監管仍需要一套更完善的監管制度，包含工程的方方面面，對于過去不重視的環節，都要予以重視。

（3）發展綠色巖土的激勵政策不足。激勵政策有利于行業的創新與發展，對于建筑工程而言，我國雖然出臺了一系列的財稅激勵政策，但針對綠色巖土工程尚沒有明確的標準，這使得綠色巖土工程的內生動力存在不足。

4 綠色巖土工程可持續發展的策略

4.1 加強綠色巖土意識培養

為了使綠色巖土工程能夠實現可持續發展，需要加強綠色巖土意識的培養，通過多種方式大力宣傳綠色巖土所能夠帶來的生態效應，積極向大眾推薦綠色生活方式，使社會能夠對綠色意識和行為給予認可。針對行業人員要重視思想觀念的革新，特別是在設計工作中融入綠色巖土設計理念，使環保意識真正深入人心。

4.2 積極推進綠色巖土技術研發

當前我國綠色巖土技術在研發上仍需要進一步探索，為了積極推進技術的研發，可以對國外先進的技術進行引進和消化。多學科、跨專業地對綠色巖土進行深入研究，在工藝、工法上盡可能地采取環保手段，推動綠色巖土技術的進一步發展。

4.3 建立全壽命周期的整合性設計機制

綠色巖土技術要重視全壽命周期理念的樹立，這是整個項目建設規劃階段的一個重點。從全壽命周期理念出發，可以探索綠色巖土技術與項目當地經濟發展水平、資源特點等因素的匹配度，進而采取有效的技術進行設計。另外，在具體設計過程中，還需要對項目的周邊環境進行綜合考量，確保在設計中能夠節約成本與資源。施工階段為了達到綠色施工，需要針對整個項目進行合理部署，將綠色巖土工程的理念推行到底，這樣工程經濟才能夠與生態效益之間實現共贏。

4.4 健全法規和技術標準體系，建立有效激勵機制

政府相關部門需要對綠色巖土技術中涉及的法律法規和技術標準進行完善，通過建立有效的激勵機制，號召各行業參與到綠色巖土技術發展的行列中來；政府部門還需要全面了解當地的經濟發展水平以及整體資源情況，從而因地制宜地制定綠色巖土工程的標準。此外，為了對市場進行積極引導，為綠色巖土的發展吸引更多的投資，在稅收和補貼政策上政府要給予一定的優惠，發揮激勵機制的有效作用。

5 結束語

巖土工程中數字圖像技術的應用已經越來越廣泛，但作為一種新型的技術，某些方面在應用過程中仍需要深入探索，特別是巖土工程的環保問題。圖像技術的應用除了在巖土工程施工、設計等階段發揮作用外，更要注重綠色環保，未來關于數字圖像在巖土工程中的應用仍需進一步研究，只有始終秉持綠色環保觀念，行業才能實現可持續發展。