GlS技術(shù)在巖土工程勘察中的運(yùn)用實(shí)踐探究

甘 珂

（江西省勘察設(shè)計(jì)研究院，江西 南昌 330000）

需要加快區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，避免寶貴的空間資源被過(guò)渡占用。因此，對(duì)于現(xiàn)有的工程項(xiàng)目，在推進(jìn)期間需要針對(duì)邊緣區(qū)域進(jìn)行拓展，以契合到國(guó)家宏觀發(fā)展戰(zhàn)略之中。巖土工程勘察是工程建設(shè)中的基礎(chǔ)所在，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境進(jìn)行全方位的測(cè)量，結(jié)合前期設(shè)計(jì)、勘察、工程施工基準(zhǔn)等，預(yù)測(cè)出工程開(kāi)展期間可能面臨的一系列問(wèn)題，為后期工程總體規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支撐。在此過(guò)程中GIS技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐，可以提高巖土工程勘察精度，全方位地展現(xiàn)出工程建設(shè)中的各類影響指標(biāo)，為巖土工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。本文針對(duì)GIS技術(shù)在巖土工程勘察中的運(yùn)用進(jìn)行探討，僅供參考。

1 GIS技術(shù)及巖土工程勘察的重要性

（1）GIS技術(shù)基本概述。GIS技術(shù)是指地理信息系統(tǒng)技術(shù)，在工程勘察中運(yùn)用時(shí)，可以依據(jù)精度化測(cè)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)巖土地質(zhì)的多結(jié)構(gòu)化解析，有效規(guī)避信息回傳過(guò)程中產(chǎn)生的各類干擾問(wèn)題，精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地顯示出地質(zhì)信息。整個(gè)系統(tǒng)處理模式是依據(jù)外界傳感器以及相關(guān)探測(cè)技術(shù)等，對(duì)區(qū)域內(nèi)的空間及地質(zhì)信息采取全方位的采集，避免數(shù)據(jù)傳輸丟失的現(xiàn)象發(fā)生。除此之外，GIS技術(shù)的空間定位功能不僅可以對(duì)地址信息進(jìn)行采集，還可以同步采集相關(guān)區(qū)域的水文信息、生態(tài)信息等，將各類信息羅列成指標(biāo)參數(shù)，衡量出當(dāng)前區(qū)域內(nèi)是否具備施工差異性的問(wèn)題，可以更為全面地掌控到巖土工程勘察之間參數(shù)關(guān)聯(lián)性。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)講，地理信息技術(shù)依托于操作設(shè)備以及技術(shù)工藝等，可對(duì)整個(gè)地質(zhì)信息進(jìn)行縱向截面的查證，且勘察結(jié)果可作為后期工程施工的重要衡量點(diǎn)，進(jìn)而全面服務(wù)于整個(gè)工程設(shè)計(jì)及建設(shè)中。

（2）巖土工程勘察的重要性。巖土工程勘察是針對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目進(jìn)行前期預(yù)測(cè)處理，依據(jù)工程設(shè)計(jì)及施工中所涉及到的各類參數(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察，結(jié)合數(shù)據(jù)信息的基準(zhǔn)值，逐一比對(duì)出工程建設(shè)中應(yīng)當(dāng)遵循的各類基準(zhǔn)，保證工程建設(shè)的持續(xù)性與完整性。從工程建設(shè)角度而言，需要通過(guò)前期全方面的數(shù)據(jù)檢測(cè)，分析出當(dāng)前區(qū)域否具備相應(yīng)的工程開(kāi)展基礎(chǔ)，才可以明晰下一步工作的計(jì)劃及落實(shí)。通常情況下，巖土工程勘察是對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行立體化的分析，保證巖土土質(zhì)、地表結(jié)構(gòu)等是符合工程建設(shè)以及基建設(shè)施運(yùn)行訴求的。從實(shí)際開(kāi)采形式來(lái)講，通過(guò)設(shè)備以及技術(shù)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行分析。例如，利用鉆探將傳感設(shè)備打入到地層深處，利用設(shè)備傳感了解到地層中的各類地質(zhì)信息；利用井碳和槽碳等供應(yīng)形式，對(duì)施工區(qū)域的地質(zhì)條件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察處理，查找出地址對(duì)于工程建設(shè)所產(chǎn)生的干預(yù)因素；利用物理探測(cè)法對(duì)在施工區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)條件水溫條件等進(jìn)行全方位的衡量，保證每一區(qū)域所呈現(xiàn)出的地質(zhì)構(gòu)造及結(jié)構(gòu)屬性是符合工程建設(shè)需求的。

（3）基于GIS技術(shù)的巖土工程勘察系統(tǒng)。基于GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的巖土工程勘察系統(tǒng)，融合信息技術(shù)、測(cè)繪技術(shù)、傳感技術(shù)等，通過(guò)數(shù)據(jù)信息模型為巖土工程勘察工作提供全面化的數(shù)據(jù)支撐，且在數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性共享以及數(shù)據(jù)精準(zhǔn)化羅列功能下，有效規(guī)避數(shù)據(jù)傳輸中的不對(duì)稱性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)多個(gè)機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)化運(yùn)作。如圖1所示，為巖土工程勘察信息系統(tǒng)的主體架構(gòu)。

圖1 巖土工程勘察信息系統(tǒng)的主體架構(gòu)

從具體功能方面，GIS技術(shù)支撐下的巖土工程勘察系統(tǒng)，將原有的二維圖紙進(jìn)行三維立體化、四維動(dòng)態(tài)化的轉(zhuǎn)變，充分利用工程中的各類地形圖、地形資料等，進(jìn)行全域化的數(shù)字管理，且整個(gè)設(shè)計(jì)及規(guī)劃流程不僅可以通過(guò)三維立體化分析，還可以通過(guò)各類圖形功能的闡述，將工程勘察階段、工程設(shè)計(jì)階段與工程建設(shè)階段進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，提供數(shù)字化服務(wù)。

整個(gè)系統(tǒng)是依據(jù)不同子模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分化型運(yùn)作的。首先，地形圖子模塊中，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)顯示，保證每一類屬性信息，區(qū)域圖以及單體圖信息之間傳輸?shù)木珳?zhǔn)性，然后通過(guò)地形圖分析出整個(gè)施工區(qū)域內(nèi)的各類特征機(jī)制，通過(guò)單體圖之間的拼接，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)地形圖總量的劃分與處理，例如，通訊機(jī)制、電力機(jī)制、供水機(jī)制等，通過(guò)地圖無(wú)縫拼接的形式，保證每一個(gè)專業(yè)級(jí)可以呈現(xiàn)出子模塊之中的效果特征，同時(shí)也可以通過(guò)彼此之間的關(guān)聯(lián)，對(duì)整個(gè)區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)圖示進(jìn)行表述，進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)處理質(zhì)量。例如，鉆探技術(shù)。巖土工程勘察是針對(duì)待施工區(qū)域內(nèi)的土層及土壤進(jìn)行深入分析，鉆探技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)則是利用鉆探設(shè)備鉆入到地層深處，依據(jù)地質(zhì)情況以及勘察工序等設(shè)定好鉆探參數(shù)，例如，回旋鉆探、震動(dòng)鉆探以及沖洗鉆探技術(shù)等，每一類鉆探技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要分析出不同設(shè)備工藝在實(shí)際契合過(guò)程中的參數(shù)，如圖2所示為鉆探技術(shù)示意圖，鉆架、泥石泵、鉆桿、液動(dòng)錘、巖心管、鉆頭等設(shè)施的組成下，確保鉆探精度。此類勘察過(guò)程可與GIS系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，利用出傳感器分析出鉆探區(qū)域的深度值以及各類地質(zhì)情況。

圖2 鉆探技術(shù)示意圖

其次，在巖土工程測(cè)量子模塊中，利用各類測(cè)量技術(shù)以及設(shè)備等，選好整個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的控制點(diǎn)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行集中化處理，例如，針對(duì)GPS點(diǎn)、水文監(jiān)測(cè)點(diǎn)、導(dǎo)線點(diǎn)等信息進(jìn)行采集時(shí)，既可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的同步存儲(chǔ)，也可以通過(guò)計(jì)算機(jī)設(shè)備對(duì)各類數(shù)據(jù)模型進(jìn)行模擬，令工作人員明細(xì)到當(dāng)前工程勘察中的地質(zhì)橫截面、縱斷面之間的表述關(guān)系。

最后，在巖土地質(zhì)子模塊中，針對(duì)巖土工程勘察中各類地質(zhì)資料進(jìn)行整合處理，將資料與采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)與歸檔，結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)成型的地質(zhì)信息進(jìn)行復(fù)核處理，通過(guò)數(shù)據(jù)模型全方位映射出地質(zhì)勘察工作中的數(shù)據(jù)列表以及立體化信息等，輔助工作人員進(jìn)行決策處理。

2 GIS技術(shù)在巖土工程勘察中的運(yùn)用

（1）巖土工程勘察設(shè)計(jì)一體化。巖土工程勘察體系中，GIS技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)，可增強(qiáng)勘察與設(shè)計(jì)階段的數(shù)據(jù)對(duì)接質(zhì)量，降低信息孤島問(wèn)題的產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)。與此同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)化比對(duì)，有效減輕資源的耗損率，通過(guò)數(shù)據(jù)信息的一體化勘察，對(duì)當(dāng)前勘察區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行一體化映射，通過(guò)多個(gè)因子疊加，分析出巖土物質(zhì)以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的穩(wěn)定性。通過(guò)綜合化的評(píng)測(cè)，為工程設(shè)計(jì)階段提供數(shù)據(jù)支撐，提高前期工程設(shè)計(jì)規(guī)劃的精準(zhǔn)性。

（2）城市地下空間管理。GIS技術(shù)在城市地下空間管理方面的應(yīng)用，搭載終端信息采集設(shè)備，針對(duì)地下空間環(huán)境的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行信息表述，多維度的數(shù)據(jù)框架可輔助設(shè)計(jì)人員分析出工程建設(shè)中存在的隱性問(wèn)題，適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地下工程施工。此外，在GIS可視化功能的支撐下，可將系統(tǒng)子模塊與主模塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)，通過(guò)數(shù)據(jù)信息多方位核驗(yàn)，描述出相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)載體，例如，地下管線布置、空間資源耗用等，在多方位的數(shù)據(jù)羅列與分析下，可輔助工程人員，預(yù)測(cè)出工程施工中易出現(xiàn)問(wèn)題的環(huán)節(jié)，提高工程建設(shè)的可靠性。

（3）地質(zhì)災(zāi)害。利用GIS技術(shù)可對(duì)巖土工程施工區(qū)域的地質(zhì)信息進(jìn)行全方位評(píng)測(cè)，評(píng)估指標(biāo)可以綜合顯示出地質(zhì)災(zāi)害屬性，例如，GIS技術(shù)在采集信息時(shí)，自動(dòng)與數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史災(zāi)害信息進(jìn)行對(duì)比，分析出時(shí)間段內(nèi)呈現(xiàn)出的地質(zhì)變化特征，結(jié)合區(qū)域水文因素、生態(tài)因素等，測(cè)定出地質(zhì)災(zāi)害的隱藏性及預(yù)期性。在GIS技術(shù)的支撐下，對(duì)巖土工程勘察得到的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，通過(guò)不同因子之間的羅列與對(duì)比，生成災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)表，為地質(zhì)災(zāi)害防控體系的建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。此外，GIS技術(shù)可起到災(zāi)害預(yù)警的效果，通過(guò)地質(zhì)因子之間的比對(duì)與交互，立體化分析出區(qū)域內(nèi)場(chǎng)景信息的危險(xiǎn)概率，并與預(yù)警系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)，一旦出現(xiàn)信息異常問(wèn)題時(shí)，則是觸發(fā)相應(yīng)的警報(bào)，令設(shè)計(jì)及施工人員了解到區(qū)域內(nèi)地質(zhì)變化情況，為工程項(xiàng)目的開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支撐，保證前期規(guī)劃設(shè)計(jì)的可靠性。

3 GIS技術(shù)在巖土工程勘察中應(yīng)用案例

某工程使用鋼結(jié)構(gòu)類型的廠房建筑，其總面積是58.9萬(wàn)m2，其結(jié)構(gòu)跨度為19.8m，地下室對(duì)應(yīng)標(biāo)高為-5.9m，地面荷載65kN/m2。按照勘察測(cè)量以及建設(shè)需要，應(yīng)于施工場(chǎng)地進(jìn)行329個(gè)孔位的布設(shè)，并且主廠房車間對(duì)應(yīng)的孔位間距是35m，勘察孔對(duì)應(yīng)深度為30m以及25m，而通常孔深為15m。利用GIS技術(shù)進(jìn)行勘察時(shí)，主要是采取一體化系統(tǒng)，對(duì)區(qū)域內(nèi)巖土工程進(jìn)行勘察，測(cè)定出平行荷載值、動(dòng)力變化值，分析出區(qū)域內(nèi)天然承載力是否達(dá)到實(shí)際使用基準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)區(qū)域內(nèi)部的密實(shí)度、含水量等進(jìn)行分析，確定區(qū)域是否達(dá)到施工指標(biāo)。待勘察系統(tǒng)安裝完畢以后，按照所測(cè)定的數(shù)據(jù)，分析出區(qū)域的土質(zhì)，并可按照工程量，分析出土層回填的各類參數(shù)，層標(biāo)高是20.5m～23.1m，層厚度則是5.5m～8.2m，地基土壤則是粉質(zhì)黏土，并且分布上存有局部形式的不連續(xù)性，其底層標(biāo)高則是18.2m～19.3m，埋深則是9.1m～12.3m。本次勘察表明，粉質(zhì)黏土物理性質(zhì)：壓縮系數(shù)是0.44，含水量33.22%，飽和度96%。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，巖土工程勘察工作中，GIS技術(shù)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)，為整項(xiàng)勘察工作提供數(shù)據(jù)支撐，自動(dòng)化、智能化的操控環(huán)節(jié)，規(guī)避勘察數(shù)據(jù)誤差問(wèn)題的產(chǎn)生，提高數(shù)據(jù)頂層與基層的對(duì)接性。對(duì)此，在后續(xù)發(fā)展過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)先進(jìn)技術(shù)、設(shè)備的應(yīng)用力度，提高數(shù)據(jù)信息的表述能力，為巖土工程勘察工作的開(kāi)展提供數(shù)據(jù)支撐。