巖土工程中數字化勘察技術的應用

姜偉坤

福建巖土工程勘察研究院有限公司 福建 廈門 361026

引言

巖土工程勘察是工程施工與設計開展的基礎，勘察結果的精準性與可靠性至關重要。在傳統時期的巖土工程勘察當中，所應用的技術、工藝相對落后，只能保證某一施工方面的質量，需要消耗大量的時間和人力。巖土工程勘察是一項非常復雜的內容，勘察資料和相關數據有一定的離散型特點，這時就需要借助信息化技術來進行輔助，進而提高巖土工程勘察信息的精準度，以及資料數據的可用價值，最終促進巖土工程質量的提升[1]。

1 巖土工程數字化勘察的概述與優勢

1.1 巖土工程數字化勘察的概述

巖土工程勘察技術的主要應用對象是施工場地的地質環境、巖土工程條件等，具體值得是巖土的土層性質、工程性質以及空間分布，還包括地下水的補給、水位、排泄特征、水質變化問題、不良地質所產生的作用與地質災害問題。由此可見，巖土工程勘察的主要目的在于查明當地的巖土條件，提供相關的技術數據，分析巖土的工程條件，并找到、解決巖土工程問題，保障后續工程能夠可靠、科學、安全、高效的開展，促進當地經濟發展和社會的可持續發展。

數字化巖土工程勘察是新時代的產物，應用了測繪技術、信息技術、CAD技術、網絡通信技術等，通過計算機和軟件，把與工程相關的所有信息數據集成到一起，其中包括勘察數據、設計數據、工程變更數據等，以計算機來構建輔助流程，讓勘察技術由傳統的人工手工化朝著CAD技術、信息技術的轉變，做到信息數據的自動采集，以及勘察數據的數字化和硬件系統的網絡化，形成適應多專業的智能化、綜合化工程的現代勘察設計體系。

1.2 巖土工程數字化勘察的優勢

1.2.1 提高巖土工程勘察各部門的協調性。完善精準的巖土工程勘察信息數據是保障后續工程設計工作順利開展的重要基礎。由于巖土工程勘察是一項極為復雜的工作，可能會有一些設計人員對勘察數據結果無法正確理解，難以應用到參考中去，進而增加了工程的設計難度，長此以往就會出現巖土工程設計部門與勘察部門配合不夠、協調工作質量低下的問題。然而，通過數字化勘查技術的應用，能夠改變傳統巖土工程勘察數據的表現方式，構建在三維立體模型當中的數據資料，讓設計人員更為靈活、便捷、清晰的查詢信息，提高設計質量，保障后期工程的順利進行[2]。

1.2.2 體現數字化與系統之間的連貫性。巖土工程勘察數據中的地形圖，所顯示的各項參數、信息，是整個巖土工程設計開展的基礎。在實際應用中，設計人員需要把地形圖中所呈現的信息數據與CAD設計軟件進行連接，才能完成后續的系統設計。但是過往時期的巖土工程勘察技術在這一方面還不夠完善，存在很多缺陷，出現了CAD軟件與地形圖信息難以有效對接的問題。導致地形圖信息數據化中，存在信息失真、遺失的問題，影響巖土工程的順利推進。在數字化巖土工程勘察技術應用后，能迅速把地形圖中晦澀難懂的信息數據轉入到數據庫中去，設計人員在了解后可以直接進行工程設計，不僅提高了巖土工程勘察數據的有效性、設計工作的便捷性，還避免了數據失真等問題的發生。

2 傳統巖土工程勘察中存在的缺陷

2.1 勘測資料的地質性較強

隨著我國科學技術的不斷發展，以及應用上的普及，巖土工程勘察技術的先進性迅速提升，科學應用先進的各項技術，能夠從根本上提高巖土工程設計方案的科學性，促進工程的順利推進。但是在過往的一段時間當中，巖土工程勘察工作可能還會沿用傳統的設備來完成，導致勘察部門在地質分割、勘察設置等方面，地質化水平不斷提高。進而造成巖土工程勘察工作人員和設計工作人員在展開各自工作中，出現了分離的狀態，勘察工作和設計工作成為了兩個方面，甚至在工作開展中，二者之間關聯度較差，導致設計人員在設計中難以對勘察資料形成正確的認識。

2.2 巖土工程勘察的數字化水平較差

在巖土工程開展中，地形圖是工程設計中的基本內容，但是在過往的巖土工程勘察技術應用中，由于數字化水平較差，導致勘察結果不夠精準，還會出現地形圖與CAD無法順利對接的情況，給設計人員展開后續工作造成了很多困難，甚至需要設計人員對勘察資料做出數字化處理之后才能應用。在這樣的背景下，會直接影響勘察工作效率和質量，無法體現CAD系統的真正價值，要想推動工程的順利開展就成為了一件十分困難的事情[3]。

2.3 勘查技術、軟件相對單一

在過往的巖土工程結構設計方面，很多單位所應用到的軟件無法滿足前沿的巖土工程勘察工作和后續的設計工作，再加上傳統工程設計軟件中的功能較為單一，難以實現資源共享，不僅耗時耗力，還會給單位增加大量的成本投入。

3 現代巖土工程中數字化勘察技術的應用策略

3.1 巖土工程場地方域的數字化

具體來說，巖土工程場地方域的數字化就是巖土工程開展中所需要應用到的地理信息系統（GIS），這一系統以互聯網技術為基礎，具備訪問范圍廣、應用結構呈現分布式、成本低廉、平臺獨立等特點。同時，地理信息系統中涵蓋了計算機科學技術、地理學等內容，是在計算機軟件和系統信息的支持下，應用綜合分析、物理力學、規范空間管理而形成的地理數據，能夠為巖土工程科學規劃提供信息，對巖土工程勘察工作非常有利。值得注意的是，雖然在巖土工程勘察中，地理信息系統與其屬于不同的領域，但是巖土工程力學信息中卻包含了大量的地理信息，這些信息與工程區域的空間坐標息息相關，設計工作則需要以空間信息為基礎進行分析、評估、決策。簡單來說，地理信息系統能夠為巖土工程勘察和設計提供全面的地理信息支持，還能夠實現高效的采集、分析、管理。為此，把地理信息系統融入到巖土工程勘察中，能夠借助GIS技術的強大效果，完成巖土工程勘察工作，并對各項信息數據進行一個綜合、高效的管理。

相比起傳統巖土工程勘察技術，地理信息技術不僅滿足信息化特點，還有著明顯價值。首先，地理信息系統的數據采集速度快、采集質量更高、數據來源也更為廣泛。另外，巖土工程勘察的內容較為復雜，信息數據形式多樣，地理信息系統應用以后，能夠描述空間實體，圖形、圖像屬性數據高度集成，為后續的巖土工程勘察設計、分析評價、決策等提供了全方位的支持。其次，GIS技術應用到巖土工程勘察中以后，數字地形、緩沖區等功能也能發揮良好的分析效能。最后，GIS技術的可視化水平較高，為巖土工程勘察領域的智能化、數字化發展提供了可能[4]。

3.2 構建巖土工程勘察數字化系統

巖土工程勘察數字化系統的建設包括三個方面，分別是感應系統、傳輸系統和存儲系統。首先，在感應系統當中，由電子感應器實現系統控制完成對工作范圍內的調解執行操作指令，進而完成控制工作。另外，傳輸系統在通常情況下是巖土工程勘察數字化系統中的首要技術系統，以提高信號傳輸穩定性為主，巖土工程勘察技術的數字化需要以高水平的通信網絡服務為主，在傳輸系統應用以后，能夠從根本上保證遠程信號的可靠性，提升網絡質量。最后，存儲系統能夠對巖土工程勘察過程中的相關地質數據進行分析與分類，無論是不同地區還是不同類型的地質數據都能夠保障數據資料的有效性，為后續的巖土工程勘察設計和科學規劃的工作提供必要的數據支撐。為此，需要加強對巖土工程勘察數據的數據模型處理，才能提高信息數據的應用效果，這也就對系統中的存儲信息和地址信息數據條理性提出了一定要求。信息數據的質量與效率直接關系到了數據處理后的真實情況，只有具備較高價值的信息數據，才會被保存在系統當中，為巖土工程勘察提供真實有效的信息資料，其中包括環境特點，地質條件，地層結構等，形成巖土工程勘察的數字化技術體系。

3.3 數字化建模技術和地形建模技術

表面建模技術是巖土工程勘察工作中數字化技術的重點，這一方法已被行業內廣泛應用，稱為數字化表面建模技術。表面建模的主要內容是對巖土工程勘察數據進行收集，隨后再通過計算機技術來進行分析和整理，以建模技術信息數據可以精確的信息，再應用數字化表面模型技術的過程當中。主要步驟是應用測點方式獲得離散型的數據資料，這些數據資料包括集合數據、信息屬性資料等，隨后結合計算機重新構建地質結構，以此來清晰、精準地掌握巖土工程所在區域的地質空間屬性。借助數字化建模技術，不僅能夠解決傳統技術中存在的弊端，還能實現數字模型與圖示模型的結合，構建高效的建模技術。此外，地形建模技術是以某一區域的DEM數據為主，隨后疊加遙感圖像，完成三維地形的構建，稱為地形建模法。

3.4 勘察模擬技術

巖土工程數字化勘察技術在實際應用中需要使工程呈現出模擬變化的形式，隨后處理巖土工程信息數據獲得與巖土工程項目所相關的真實信息數據。在過往巖土工程勘察工作開展中，一些存在特殊情況的巖土工程項目勘察數據可能無法通過勘察測量而獲取，在數字化勘察技術的應用之后，可以充分模擬巖土工程環境，打造出一個概念性的巖土工程勘察系統，隨后從多個角度對于勘察流程中存在的技術問題進行總結與分析，實現巖土工程勘察的數字化管理目標。勘察模型的科學應用，模擬巖土工程，進而獲得精準可靠的模擬勘察量。

3.5 數據庫系統的構建與應用

巖土工程勘察當中，積極設計先進的信息化數據庫系統是非常有必要的。首先，數據庫當中的基礎信息數據主要包括巖土工程自然規劃圖、地形地貌圖以及河流治理數據信息、道路地理數據信息、自然地貌等。在相關數據庫系統的支持下，這些寶貴的信息數據能夠獲得更多的探索價值。另外，在巖土工程勘察資料中，要對所有勘探點進行科學的篩選，得到具備價值的環境數據值、物理力學數據和地理數據值。在整個過程中，還需要收集施工現場相關的底層數據，例如巖土工程施工中必須要依靠的液化指數、液化等級指數和特征周期指數等等，并保證這些指數能夠符合相關標準。隨后再開展科學的數字化處理。最后構建數據庫系統概念模型，在模型的支撐下，數據庫的數據密集性得以體現，還能夠簡化程序與處理模式。在數據庫概念模型中，屬性概念是模型的重要內容，能夠反映更多巖土工程項目所要開展的信息數據，隨后結合數據模型，實現數據和實體的分離，并通過數據庫，明確巖土工程勘察所要調查的對象與數據，支撐勘察工作的順利開展，改變傳統單一局限的工作模式。最后，在數據庫系統的構建以后要規范數字化巖土工程勘察技術的應用，這也是巖土工程勘察數字化技術當中最需要注意的問題，嚴格規范工作人員的工作行為，加強勘查技術的控制，從根本上減少誤差，提高勘察的精準性。

4 結束語

綜上所述，隨著時代的進步和科學技術的發展，巖土工程勘察中的傳統技術迎來了改革與創新，隨著計算機技術、數字化技術的日新月異，各類系統、軟件層出不窮。為此，巖土工程數字化勘查技術的轉變應該從建模技術、GIS技術、數字化系統構建、數據庫構建為主，以此優化巖土工程勘察質量，體現行業的與時俱進，才能滿足時代的發展腳步。