GIS技術在巖土工程勘察中的應用探究

摘" 要：巖土工程勘察作業的開展可以有效把握工程地質情況，為工程設計施工提供有力的數據支持。在實際勘察作業中加強對GIS技術的運用，可以提高實際勘察工作效率，確保勘察數據結果的準確性。該文聯系GIS技術和巖土工程勘察的基本概述，從前期準備、現場布設、安裝工藝、系統構建、數據庫建立和制作三維地質界面圖等方面入手，細致闡述GIS技術在巖土工程勘察中的具體應用，并圍繞實際工程案例詳盡探討GIS技術的實踐應用，以供參考。

關鍵詞：GIS技術；巖土工程勘察；制圖；數據庫；信息系統

中圖分類號：P208" " " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）21-0189-04

Abstract： The development of geotechnical engineering investigation can effectively grasp the engineering geological situation and provide strong data support for engineering design and construction. Strengthening the application of GIS technology in the actual investigation operation can improve the efficiency of the actual investigation work and ensure the accuracy of the survey data results. In connection with the basic overview of GIS technology and geotechnical engineering investigation， this paper expounds in detail the specific application of GIS technology in geotechnical engineering investigation from the aspects of preliminary preparation， site layout， installation technology， system construction， database establishment， making three-dimensional geological interface map， etc.， and discusses in detail the practice of GIS technology around practical engineering cases for reference.

Keywords： GIS technology; geotechnical engineering investigation; mapping; database; information system

隨著城鎮現代化進程的不斷加快，各種巖土工程施工項目也越來越多，為保證工程施工安全與質量，加強巖土工程勘察作業則顯得十分有必要。采用傳統方式進行巖土工程勘察工作，容易出現工作效率低下、勘察結果準確度低等問題，利用GIS技術開展巖土工程勘察工作，可以快速完成對巖土工程信息的收集，同時將得到的數據信息轉換為地理圖形，為深入分析巖土工程地質情況、制訂科學施工決策提供強有力支撐[1]。" "1" GIS技術和巖土工程勘察的基本概述

1.1" GIS技術

GIS技術是一門發展較快的空間信息分析技術，在資源與環境應用領域發揮著重要作用。依托該項技術借助計算機硬件和軟件的系統支持開展勘察工作，能實現對整個或部分空間地理分布數據的采集和處理，并根據實際要求生成需要的地理圖件。將之運用到巖土工程勘察中，可以以地理空間為基礎，采用地理模型分析的方法，有效獲取多種空間和動態地理信息，然后根據建立的勘察信息數據庫，在程序中輸入相關信息得到地理圖形，為巖土工程地質評價和施工設計提供有力支持[2]。

1.2" 巖土工程勘察

巖土工程勘察是根據建設工程實際要求，對施工場地地質環境特征及巖土工程條件進行勘察、分析和評價的過程。施工中需要合理利用測試手段及方法，查明建筑區域地形地貌、氣候水文等自然條件，深入研究施工地是否存在崩塌、滑坡等不良地質現象，然后根據調查所得基巖土層構造信息資料，細致掌握地下水水質、分布變化等內容，最終形成對建筑工程建設場地的整體性巖土勘察結果評價，為工程建設施工和安全防護奠定良好基礎。

2" GIS技術在巖土工程勘察工作中的應用

2.1" 做好前期準備

依托GIS技術開展巖土工程勘察作業，容易受地質、水文、自然環境等因素的影響，出現采集處理數據信息結果準確性較低的情況，為了杜絕這些問題的發生，同時在巖土工程勘察中有效應用GIS技術，則必須做好前期準備工作，涉及內容有以下方面：①根據巖土工程勘察作業實際需要，準確選擇相應設施設備，安排專業人員管理這些設施、設備，確保最終的使用性能。②勘察作業開展要以當地環境為出發點，通過對區域環境進行防潮、防風、防塵等處理，為后續安裝作業創造良好環境。③在作業范圍內設置專用的電源箱，注意在帶電設備之間設置相應的間隔保護圍欄，必要情況下還可以掛上醒目的標志牌，以防止人員誤入發生觸電情況[3]。

2.2" 現場科學布設

GIS技術在巖土工程勘察現場進行布置時，需要處理好元件配件。而要提高GIS技術應用的實際效果，需要在開展安裝作業之前做好GIS技術調整工作。勘察工作中可以先安排技術人員對GIS設備進行安裝，控制好GIS設備的安裝精度，防止因為人為操作誤差而出現安裝質量無法保障的情況，防止對GIS設備實際應用帶來不利影響。與此同時，對GIS設備布設和安裝進行系統分析，準確把握操作流程及實施要點，仔細調控每個環節，保證現場布置符合GIS技術的使用要求。除此之外，在完成GIS技術現場布置以后，還要對現場實施徹底清理工作，在減少各種干擾的基礎上，為后續使用奠定良好基礎[4]。

2.3" 器具安裝作業

在對GIS設備進行正式安裝之前，要認真閱讀廠家提供的安裝程序和操作步驟，嚴格遵照相應編號及要求進行安裝作業，以防止出現安裝錯誤影響GIS技術的應用。與此同時，對GIS器具進行吊裝施工，還應保證吊裝點與產品要求達到規定標準，作業過程中若發現存在不平衡情況，要根據實際作出相應調整，待達到平衡狀態后再進行吊裝施工。對于安裝作業人員也無法解決的問題，要及時聯系生產廠家，及時解決這些安裝問題。

2.4" 信息系統建立

在完成設備安裝作業后，就可以構建勘察信息系統，要將注意力放在數據錄入、軟件應用和二次開發上。其中，數據錄入是引入大量巖土勘察鉆孔信息內容，實現對系統輪廓及目標的確定，要將這些信息資料直接輸入到表格中，為后續轉化利用奠定良好基礎；軟件應用則是在獲得工程本地地圖和相關信息后，借助MapX、Arcview等軟件在地圖上開展應用分析；二次開發則需要選擇合適的軟件進行，完成巖土工程勘察作業所需的地圖制作成果展示工作[5]。

2.5" 勘察數據庫構建

在利用GIS技術開展巖土工程勘察工作時，為保證勘察所得數據信息真實性、準確性和完整性，通常需要對巖土工程進行多次勘察。完成第一次工程勘察工作時，需要儲存勘察所獲得的數據信息，然后在第二次勘察作業以后，將得到的勘察數據信息作為第一次勘察獲得數據的參照對象，并利用GIS技術實現對歷史勘察數據庫的有效構建，為后續勘察數據信息查詢、導出和利用提供有力支持，經過勘察數據信息對比后，也能及時發現勘察失誤情況，進而提高勘察作業效率與質量。

2.6" 制作平面圖和地質圖

在完成巖土工程勘察工作后，要對工程所在區域的平面圖和地理模型進行繪制，以往多是借助CAD制圖軟件完成，操作中CAD會借助點和線實現對圖案的填充處理，最終得到想要的圖形。而依托GIS技術可以直接在圖形上進行色彩填充，整個過程會應用到對鉆孔和實驗得到的結果，因此對圖件進行繪制精確度會更高[6]。另外，利用GIS技術繪制出的剖面圖，可以在圖中顯示出地勢的起伏與地形特征，支持圖形旋轉、平移，圖形中的每個橫切面都能直接觀察到。

2.7" 應用注意事項

巖土工程勘察作業中，若想利用GIS技術取得理想的勘察作業效果，還需要注意以下事項。

1）了解工程情況。在利用GIS技術進行巖土工程勘察之前，最好深入到地區實地，全面系統地了解工程建設區域、周圍環境等，還可以與當地國土資源部門取得溝通聯系，獲得更詳細具體的區域地質勘察資料，為全面了解工程實地情況，開展巖土勘察作業提供詳細資料。

2）做好前期規劃。GIS技術在巖土工程勘察中應用，涉及的工作內容及環節非常多，各項操作聯系較為緊密，若勘察作業中出現某一環節操作失誤，會影響最終勘察結果。為此在依托GIS技術開展巖土勘察作業之前，要圍繞主要工作內容做好前期規劃設計工作，使各項操作銜接更為合理與緊密，最終使巖土工程勘察質量也能得到極大保障。

3）把握勘察重點。GIS技術支持下的巖土工程勘察工作要點是建立勘察信息系統，導入處理各項數據信息。實踐應用中要細致把握各項工作要點，嚴格遵照規定程序及流程進行操作，充分發揮GIS技術的應用優勢，保證勘察所獲得巖土信息真實準確。

4）加強信息處理。為了能使利用GIS技術所獲得的巖土勘察數據信息有效運用到工程項目施工中，需要根據勘察工作開展的實質需要對獲得的數據信息進行有效處理，可以借助各種軟件導入勘察所得數據信息，然后在分析處理和生成圖件成果后，準確把握工程項目實施面臨的地質環境、巖土情況，在此基礎上制訂科學合理的項目建設決策，促進工程項目順利執行。

3" 實際工程案例分析

3.1" 工程概況

某建筑工程的總面積約為43.2萬m2，建筑主體結構主要為鋼結構形式，建筑跨度尺寸為15.2 m，地下室對應標高為-4.2 m。為了更好把握工程所處地區地質情況，推動整個建筑工程施工順利安全的完成，需要深化落實好前期勘察作業，將該建筑工程的勘察設計與施工要求相結合。根據實際工作開展需要，該項目總共設置了310個鉆探孔位，其中孔深度尺寸和勘測點間距分別為15 m、24 m，整個勘探作業使用的核心設備為全站儀、經緯儀等[7]。為促進勘探所得結果在該建筑工程實施中得到科學運用，決定依托GIS技術進行勘察信息系統構建，并借助Map-info滿足勘察數據信息分析處理要求。

3.2" GIS技術應用過程

在該建筑工程項目中，利用GIS技術進行巖土勘察作業，需要經歷創建系統數據庫—劃分巖組—航空攝影—像控測量—空中三角測量—三維建模—更新巖土勘察數據庫—繪制地質剖面圖等工作流程。在創建系統數據庫工作環節，需要錄入空間數據和屬性數據，實現對圖形及制圖特征具體位置的有效標識。對于屬性數據的錄入，可以借助相應軟件，節省更多數據錄入時間。在巖組劃分工作環節，根據工程實際對所處地區的巖組進行劃分，可以起到方便探究地層結構具體變化規律、分析評估土體品質、為創建數據庫奠定重要基礎等作用，施工中要系統按照地層巖性特征、成因類型、風化特征等，將沿線巖土層劃分為礫石層、黏土層、砂土層、粉土層等9層，為細致勘察和巖性評價打好基礎。在航拍攝影工作環節，會采用無人機搭載專業傾斜攝影模塊進行傾斜攝影，涉及的航飛重疊度按照航向80%和旁向70%進行設計，航空攝影地面分辨率設定為5 cm，覆蓋工程左右各500 m，相關參數見表1。

在像控測量工作環節，為了實現三維GIS模型能夠準確統一到工程坐標，需要對其實施控制測量，將像控點選在空曠和特征反映明顯的位置，其中測量精度平面要優于2 cm，高程優于5 cm。在空中三角測量工作環節，完成航空攝影和像控測量工作后，就可以將獲得的原始航片和像控點輸入到Photoscan軟件中，通過光束法平差計算得到相片準確的內外方位元素，最后將空三結果導入到ContextCapture軟件中進行三維建模，得到的GIS模型精度優于10 cm，通過建立的模型對工程巖土特征進行深入分析[8]。在更新巖土勘察數據庫工作環節，要將上述建立的系統數據庫與外部勘察獲得信息相互聯系起來，借助GIS進一步組成鉆孔歷史數據庫，以實現對全部勘察信息與數據的有效管理，然后利用GIS工具，比如MapGIS創建相應文件，在轉換地理坐標系中融入勘察部位的具體性質，使之完全展現在一張地圖上，針對緩沖部位可以利用GIS工具來確定緩沖區的半徑，在獲得一定范圍歷史鉆孔信息數據后，將新圖層添加到地圖中，全面反映出工程巖土勘察信息結果。在繪制地質剖面圖工作環節，可以在圖形上直接填充色彩，利用鉆孔和實驗得到的數據結果，豐富并完善圖件，最終得到三維地質剖面圖（圖1），圖件的精確度也能得到切實保障。

3.3" 勘察結果

利用GIS技術開展建筑工程巖土勘察工作后，得到許多工程勘察數據信息，依托信息系統和相應軟件進行分析處理發現，該工程存在的粉質黏土物理特性是壓縮系數達到0.33，飽和度和含水量分別為94%和32.1%。另外，巖土核心成分主要為石英和礫石，整體上呈現出連續分布態勢，埋深介于12.2～15.3 m之間，密度屬于中等類型[9]。針對獲得的信息，通過勘察信息系統對其進行綜合總結，得到建筑工程巖土勘察專題圖，還可以圍繞得到圖形來判斷、分析巖土現場構造及性質，為該建筑工程項目的實施提供勘察數據信息支持，有助于科學制訂建設施工方案，提高最終工程建設質量[10]。

3.4" 勘察精度保證

為了在該建筑工程巖土勘察工作切實發揮GIS技術的應用優勢，在實際操作中還要對以下工作引起重視。①掌握工程實際情況。在開展工程巖土勘察工作之前，最好能夠深入到實地對建筑工程情況進行全面細致了解，結合現有的建筑圖件對具體施工要求進行標注分析，然后收集以往該地區所得的勘察測繪信息資料，并在此基礎上制訂科學合理的巖土勘察工作方案，使該建筑工程巖土勘察作業有條不紊地實施，保障所獲勘察結果能夠為建筑工程施工提供有力支持。②融入多種技術應用。雖然GIS技術在巖土勘察工作中運用優勢顯著，但是在對勘察獲得的數據進行處理分析，結合數據庫生成相應圖件時，要保證最終結果精準性，則需要在GIS技術應用時注意結合現代計算機、云計算、大數據處理等技術軟件，在提高數據計算分析效率的同時，確保勘察結果質量。③加強數據信息復核。針對巖土勘察所獲得的數據信息，還要做好數據信息準確性的復核工作，操作中可以從增加鉆探孔位、優化勘測點距離等層面入手，及時發現點位數據存在的差異情況，在加強勘察復核中將誤差控制在合理范圍內，保證最終勘察結果的精度。

4" 結束語

隨著建筑事業不斷發展，巖土工程勘察作業也越發受到關注，并對巖土勘察所使用的技術方法提出更高的要求，實際作業中運用GIS技術，可以推進巖土勘察自動化、信息化發展進程，確保勘察所獲得數據信息準確性。為了保證這一技術的應用效果，需要細致了解GIS技術，然后根據巖土工程勘察實際需要，積極做好前期準備、現場布設、系統建立和制作圖件等工作，在全面反映巖土工程地質情況的基礎上，為巖土工程順利實施提供有力的參考。

參考文獻：

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