淺談大數(shù)據(jù)時代巖土工程勘察的發(fā)展前景

徐其士，姜新慧

（1.建材廣州工程勘測院有限公司，廣東 廣州 510403；2.廣東珠榮工程設(shè)計有限公司，廣東 廣州 510610）

隨著電子信息技術(shù)、科學(xué)研究與工程實(shí)踐的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)已經(jīng)滲透到當(dāng)今每個行業(yè)和領(lǐng)域，成為重要的生產(chǎn)因素。數(shù)字化、建模等技術(shù)日益深刻地影響著人類的工作、生活以及思想，為各行各業(yè)帶來了很多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

巖土工程勘察的目的是查明工程地質(zhì)條件，分析存在的地質(zhì)問題，為工程建設(shè)做出地質(zhì)評價，是建設(shè)項目設(shè)計、施工的重要前提。然而相對而言，巖土工程迄今仍是一門不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹虢?jīng)驗半理論的科學(xué)技術(shù)，勘察技術(shù)手段、技術(shù)人員的綜合能力等明顯影響著勘察成果的質(zhì)量。隨著BIM、大數(shù)據(jù)、云計算等新計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展完善，為巖土工程勘察的發(fā)展提供了巨大的機(jī)遇[1]。

1 巖土工程勘察的發(fā)展前景

1.1 數(shù)據(jù)采集技術(shù)的應(yīng)用

巖土工程勘察設(shè)計涉及多方位的大量數(shù)據(jù)，如地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、氣象水文、市政設(shè)施、管線分布、工程周邊環(huán)境等，勘察過程中還會產(chǎn)生工程測量信息、物探數(shù)據(jù)、地質(zhì)鉆孔資料、地下水分布以及大量的室內(nèi)試驗、原位測試等數(shù)據(jù)。

目前工程勘察中，大多數(shù)單位的地質(zhì)調(diào)繪及鉆孔數(shù)據(jù)采集需要現(xiàn)場紙質(zhì)記錄，且同一項目的鉆探班報表和地質(zhì)編錄重復(fù)記錄內(nèi)容較多，采集過程耗時、費(fèi)力、成果零散。內(nèi)業(yè)再重復(fù)錄入一遍，手工操作，分散作業(yè)，成果圖紙、表格、文字等資料以紙質(zhì)媒介為主，傳抄傳遞，效率低，錯漏時有發(fā)生。通過室內(nèi)土工試驗、現(xiàn)場原位測試等來評價巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)是工程勘察中關(guān)鍵的一環(huán)，直接影響巖土工程設(shè)計計算的準(zhǔn)確性和可靠性。然而目前在鉆探取樣、樣品制備和原位測試過程中都有一定程度的擾動，對測試成果影響較大[2]。

隨著計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展，目前市場上已出現(xiàn)了基于互聯(lián)網(wǎng)+信息化版本的勘察數(shù)據(jù)信息化采集系統(tǒng)，利用手持移動設(shè)備，實(shí)現(xiàn)野外調(diào)繪、鉆孔編錄過程數(shù)字化，利用移動互聯(lián)網(wǎng)，將編錄數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸至云平臺，可實(shí)現(xiàn)工程勘察信息化、高效、快捷為內(nèi)業(yè)資料整理及最終報告編制提供系統(tǒng)而全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具有廣泛的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用前景 [3，4]。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以在巖土體室內(nèi)及原位測試時布置更多的傳感器，開發(fā)測試數(shù)據(jù)自動采集和錄入系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)測試數(shù)據(jù)的自動采集、數(shù)據(jù)處理，自動生成成果圖表，利用互聯(lián)網(wǎng)與云平臺無縫對接，使得試驗人員在一個平臺內(nèi)完成接收試驗任務(wù)、試驗數(shù)據(jù)采集與處理及試驗數(shù)據(jù)發(fā)布的工作。這些將大大減小人為影響，提高工作效率及成果質(zhì)量，是今后巖土工程勘察發(fā)展的一個重要方向。

1.2 數(shù)據(jù)建模技術(shù)的應(yīng)用

“Building Information Modeling”即建筑信息模型（簡稱BIM），可以幫助實(shí)現(xiàn)從建筑的設(shè)計、施工、運(yùn)營，直至建筑生命周期終結(jié)的信息的集成[5，6]。它將各種信息整合于一個三維模型數(shù)據(jù)庫中，具多維化、協(xié)同性、模擬性等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計團(tuán)隊、施工單位，運(yùn)營部門以及業(yè)主等各方人員的協(xié)同工作，避免了信息孤島的存在，有效提高效率、節(jié)省資源、降低成本[7]。

巖土工程勘察的對象在場地空間上是連續(xù)分布的，但實(shí)際得到的鉆孔信息都是離散的，且勘察信息內(nèi)容上定性描述較多，數(shù)字化的程度較低。這就造成了設(shè)計人員可能對勘察信息的理解不到位，導(dǎo)致勘察信息的處理不及時、不能靈活應(yīng)用等問題。通過BIM技術(shù)建立地質(zhì)模型，使用插值算法和巖土工程空間統(tǒng)計技術(shù)，就可以根據(jù)需要模擬出研究區(qū)域任意點(diǎn)的虛擬鉆孔土層情況，方便描述其空間分布規(guī)律，能有效地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有二維成果資料的三維化、可視化[8]。目前BIM技術(shù)主要應(yīng)用于水利水電行業(yè)，并逐步推廣應(yīng)用于鐵路、橋梁、市政管道等工程建設(shè)中。隨著相關(guān)BIM標(biāo)準(zhǔn)的日益完善，其在工程勘察中將大有可為。各從業(yè)單位及相關(guān)管理部門，應(yīng)突破傳統(tǒng)的思維方式，加強(qiáng)BIM技術(shù)的深入應(yīng)用，通過促進(jìn)新技術(shù)與現(xiàn)行行業(yè)技術(shù)規(guī)范的融合來推動行業(yè)的發(fā)展[9]。

1.3 數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)分析方法也發(fā)生了嶄新的變革，為各個領(lǐng)域很多難題的解決提供了更精準(zhǔn)高效的新途徑。大數(shù)據(jù)分析技術(shù)相比于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)根據(jù)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對海量數(shù)據(jù)的快速處理和價值挖掘[10]，以關(guān)聯(lián)分析、成因分析及決策支持為核心的深入分析能力日益突出，當(dāng)前已經(jīng)應(yīng)用于醫(yī)療、能源等行業(yè)。目前巖土工程中大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用還處于起步階段，巖土工程勘察成果既然屬于信息產(chǎn)品，也應(yīng)該向互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)的方向轉(zhuǎn)變思維。

巖土工程勘察成果報告質(zhì)量的優(yōu)劣，主要在于巖土工程參數(shù)的選取與建議是否合理，巖土體的分析評價是否客觀，是否具有針對性。傳統(tǒng)的工程資料主要局限在一維、靜態(tài)的表達(dá)空間中，一般工程勘察人員很難直接利用收集來的零散數(shù)據(jù)對工程的地質(zhì)參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確的分析，更難掌握其分布規(guī)律。而現(xiàn)有的巖土工程勘察設(shè)計系統(tǒng)基本不具有空間分析能力，使勘察設(shè)計方案的優(yōu)劣取舍在很大程度上取決于技術(shù)人員的工程經(jīng)驗和理論基礎(chǔ)，缺乏科學(xué)的決策支持。不同單位、不同技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)參差不齊，導(dǎo)致報告質(zhì)量良莠不齊。

然而在大數(shù)據(jù)時代，通過收集各類工程的勘察信息，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)進(jìn)行相互比對，可以多角度驗證數(shù)據(jù)的可靠性，以便更好地把握巖土體的工程特性。另外，加強(qiáng)技術(shù)人員的經(jīng)驗交流、分享也是提高從業(yè)單位整體勘察水平的有效途徑，目前該工作多是以技術(shù)交流會、培訓(xùn)等方式來完成，而不能隨時隨地進(jìn)行共享借鑒。為此，借助大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，建立勘察經(jīng)驗共享或協(xié)同的模式，可以促進(jìn)勘察綜合研究經(jīng)驗的即時借鑒[11]，不斷完善和創(chuàng)新巖土工程勘察工作，從而提高整體勘察技術(shù)水平。

1.4 數(shù)據(jù)共享技術(shù)的應(yīng)用

工程勘察取得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是相對不變的，它們的有效期幾乎是無限的，然而數(shù)據(jù)海量、碎片分散、應(yīng)用低效是當(dāng)前面臨的主要問題。因此如何有效地存儲、管理、充分開發(fā)利用這些數(shù)據(jù)，是國內(nèi)外學(xué)者、技術(shù)工作者共同關(guān)心的問題[8]。

早在1986年的《建筑技術(shù)政策》中即提出工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫概念，1998年顧寶和先生指出，數(shù)據(jù)庫可加速工程前期進(jìn)度，保障工程建設(shè)過程中對巖土工程數(shù)據(jù)的需求和資源共享，便于進(jìn)行科研及地區(qū)經(jīng)驗的總結(jié)，對充分開發(fā)利用信息資源很有意義[2]。二十多年過去了，城市工程地質(zhì)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)進(jìn)展依然很慢，分析其中的原因，主觀、客觀因素并存。一方面，有些數(shù)據(jù)屬于科研成果的一部分，有些數(shù)據(jù)因涉及國家安全或國家秘密等確實(shí)不宜公開；另一方面，建立數(shù)據(jù)庫需投入大量人力財力，而經(jīng)濟(jì)效益又不明顯，各單位積極性不高，此外還存在有些科研人員或機(jī)構(gòu)還未形成將自己的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)拿來共享的意識。實(shí)現(xiàn)高水平的數(shù)據(jù)共享，不僅能避免數(shù)據(jù)采集和生產(chǎn)等大量重復(fù)性勞動和經(jīng)費(fèi)投入，有效地縮短工程周期，也保障了數(shù)據(jù)的規(guī)范性和科學(xué)性，讓技術(shù)人員的精力更高效地投入到數(shù)據(jù)的分析、應(yīng)用和科學(xué)發(fā)現(xiàn)中[12]。

為實(shí)現(xiàn)勘察資料的資產(chǎn)化管理與應(yīng)用，各從業(yè)單位應(yīng)重視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集匯總，建立起自身數(shù)據(jù)庫，完善內(nèi)部數(shù)據(jù)整合，充分利用勘察成果；行業(yè)主管部門應(yīng)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫建立標(biāo)準(zhǔn)，在更高的層面上促進(jìn)各從業(yè)單位勘察信息資源的整合與共享，逐漸消除企業(yè)、地域間的技術(shù)壁壘。然而在數(shù)據(jù)共享的機(jī)制與政策的研究中還要充分考慮互聯(lián)網(wǎng)中信息安全性問題。

2 結(jié)語

在大數(shù)據(jù)時代，計算機(jī)技術(shù)的深入應(yīng)用為巖土工程勘察提供了新的方向，從數(shù)據(jù)采集、空間建模、數(shù)字化、空間分析和預(yù)測到數(shù)據(jù)共享等多方面改變了傳統(tǒng)的工程勘察模式，這將為未來的工程建設(shè)提供新的活力，各從業(yè)單位及主管部門應(yīng)共同努力促進(jìn)行業(yè)的信息化變革。