談GIS支持下巖土工程勘察設(shè)計一體化

侯 嘉 豐

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

談GIS支持下巖土工程勘察設(shè)計一體化

侯 嘉 豐

(山西省勘察設(shè)計研究院，山西 太原 030013)

針對巖土工程勘察設(shè)計中存在的問題，分析了巖土工程勘察設(shè)計一體化的優(yōu)勢，結(jié)合地理信息系統(tǒng)(GIS)在巖土工程勘察設(shè)計一體化中的應(yīng)用現(xiàn)狀，給出了勘察資料具體化、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)GIS系統(tǒng)、將GIS系統(tǒng)與計算機輔助系統(tǒng)相結(jié)合的改進優(yōu)化建議。

地理信息系統(tǒng)，巖土工程，勘察，一體化

我國的巖土工程已有20多年的發(fā)展歷史，無論是在工程勘察方面，還是在工程設(shè)計方面，巖土工程都已形成了比較成熟的運作模式，為我國的工程建設(shè)做出了很大的貢獻。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部的競爭愈演愈烈，傳統(tǒng)的先勘察后設(shè)計的模式已經(jīng)無法滿足工程建設(shè)市場的需求，巖土工程勘察設(shè)計一體化成為巖土工程進一步發(fā)展的必然趨勢。

1 概述

1.1 巖土工程勘察設(shè)計中存在的問題

1)巖土工程勘察與設(shè)計分離。我國巖土工程勘察與設(shè)計通常為分散式作業(yè)，各部門和各專業(yè)之間條塊分割現(xiàn)象嚴(yán)重，并且工程規(guī)范的制定和工程技術(shù)的更新相對來說都比較滯后，再加上巖土工程自身的特殊情況及其設(shè)置過細(xì)的專業(yè)情況，巖土工程的勘察者和設(shè)計者之間總是無法形成良好的合作關(guān)系?？辈煺邽樵O(shè)計者提供的勘察資料往往不是設(shè)計者想要的，也就是說，勘察者不能給設(shè)計者提供所需的可用信息，完全與設(shè)計脫節(jié)[1]。設(shè)計者自然無法完全理解得到的勘察資料，設(shè)計作品有時不夠完善。整體來看，巖土勘察和設(shè)計過程中浪費了大量的人力、物力、財力，勘察結(jié)果轉(zhuǎn)換為設(shè)計成果的效率比較低，究其原因，主要是巖土工程勘察與設(shè)計嚴(yán)重分離造成的。

2)巖土工程設(shè)計軟件功能不完備。我國現(xiàn)階段巖土工程中使用的設(shè)計軟件多為計算機輔助設(shè)計軟件。計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的主要功能是計算設(shè)計中的所有數(shù)值，編制所有設(shè)計文件，繪制工程圖。對于比較高端的問題，例如綜合評價設(shè)計問題，設(shè)計方案，我國現(xiàn)階段巖土工程中使用的設(shè)計軟件還解決不了，使得巖土工程設(shè)計者不能充分地利用勘察信息來進行工程設(shè)計，造成資源浪費，同時，也降低了設(shè)計工作的質(zhì)量。

3)各專業(yè)之間未能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。巖土工程不同專業(yè)之間交流資料信息的形式主要為書面?zhèn)鬟_(dá)，上一階段的數(shù)據(jù)信息不能自動轉(zhuǎn)入下一階段，耗時的同時又提高了錯誤率，基本上無法實現(xiàn)各個專業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享。

1.2 巖土工程勘察設(shè)計一體化的優(yōu)勢

與普通巖土工程模式相比較，勘察設(shè)計一體化模式有其獨特的優(yōu)勢：巖土工程勘察設(shè)計一體化模式中工程勘察和工程設(shè)計緊密聯(lián)系起來，便于工程承包方一同承包，能有效保證信息數(shù)據(jù)的流暢傳輸，從而加快工程完成速度，縮短工期；巖土工程勘察設(shè)計一體化模式中勘察者和設(shè)計者容易考慮到其他環(huán)節(jié)的工作，從而主動進行技術(shù)創(chuàng)新，提高工程質(zhì)量；巖土工程勘察設(shè)計一體化模式便于企業(yè)進行造價控制，從而提高經(jīng)濟效益。

2 地理信息系統(tǒng)(GIS)在巖土工程勘察設(shè)計一體化中的應(yīng)用

2.1 地理信息系統(tǒng)在巖土工程勘察設(shè)計一體化中的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，地理信息系統(tǒng)在我國巖土工程勘察設(shè)計一體化中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在：應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，具體由計算機技術(shù)相助，生成高技術(shù)模擬系統(tǒng)，也就是逼真的三維模型，隨著技術(shù)操作人員的位置移動，電腦進行復(fù)雜的運算，繪制精準(zhǔn)的3D影像[2]；利用地理信息系統(tǒng)存儲信息、查詢信息、空間疊加運算的功能，采用定量分級法對土地等級進行測定，對巖土的穩(wěn)定性進行評估；利用專業(yè)三維建模軟件，把地質(zhì)、測井、地球物理資料和各種解釋結(jié)果綜合在一起，生成三維模型，然后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，把模型置入地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫里，分析各項空間指標(biāo)，作為巖土工程設(shè)計的依據(jù)。

就目前地理信息系統(tǒng)在巖土工程勘察設(shè)計一體化中的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，地理信息系統(tǒng)的功能局限于數(shù)據(jù)的處理和管理方面，不能很好地解決系統(tǒng)外部的軟件包和地理信息系統(tǒng)轉(zhuǎn)換的接口問題。

2.2 地理信息系統(tǒng)在巖土工程勘察設(shè)計一體化中的改進措施

1)勘察資料具體化?，F(xiàn)階段我國巖土工程勘察結(jié)果多為對研究對象“質(zhì)”的描述，嚴(yán)重缺少研究對象的數(shù)量特征、數(shù)量關(guān)系和數(shù)量變化的資料，這使得巖土工程中的設(shè)計者找不到實用的資料，無法順暢地開展設(shè)計工作。因此，在巖土工程勘察過程中，勘察者要應(yīng)用地理信息系統(tǒng)儲存數(shù)據(jù)和管理數(shù)據(jù)庫的功能，將勘察所得資料進行數(shù)值化和數(shù)據(jù)庫化處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)計數(shù)據(jù)，以方便巖土工程設(shè)計者直接使用勘察資料。另外，巖土工程設(shè)計者也要應(yīng)用地理信息系統(tǒng)，借助其強大的數(shù)據(jù)分析、綜合評價和疊加圖像的功能，按照要求處理勘察資料[3]。具體流程如圖1所示。

2)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)。隨著科技的進步和信息技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)普及，地理信息系統(tǒng)也應(yīng)順應(yīng)時代發(fā)展潮流，朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)應(yīng)成為重點研究內(nèi)容?；ヂ?lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)可以共享地理信息和空間信息，這一功能對于建設(shè)巖土工程勘察設(shè)計一體化系統(tǒng)具有重大指導(dǎo)意義。巖土工程勘察和設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)都使用計算機來作業(yè)，上一個階段為下一個階段以及其他階段提供好數(shù)據(jù)信息，并借助互聯(lián)網(wǎng)及時傳輸數(shù)據(jù)，在最短時間內(nèi)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提高整體作業(yè)速度，縮短工作周期，提高工作效率?？傊曰ヂ?lián)網(wǎng)地理信息系統(tǒng)服務(wù)器為中介，各個勘察單位和設(shè)計單位之間可以通過聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，各個專業(yè)和各個工種之間可以通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，達(dá)到數(shù)據(jù)的共享，從而實現(xiàn)巖土工程勘察設(shè)計的一體化。

3)將地理信息系統(tǒng)與計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)結(jié)合起來。地理信息系統(tǒng)是一種特定的空間信息系統(tǒng)，它是在計算機硬、軟件系統(tǒng)支持下，對整個地球表層空間中的地理分布數(shù)據(jù)進行采集、儲存、運算、分析、管理、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)的核心是用計算機來處理和分析地理信息。而計算機輔助設(shè)計則是利用計算機及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計人員進行設(shè)計工作。

從專業(yè)角度來看，地理信息系統(tǒng)有比較完善的處理數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)庫、疊加圖像功能，地理信息系統(tǒng)可以同時處理空間上的數(shù)據(jù)和實體質(zhì)量、數(shù)量特征的數(shù)據(jù)，并能根據(jù)其中一種數(shù)據(jù)的改變對另一種數(shù)據(jù)作出相應(yīng)的調(diào)整[4]。計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)雖然也有同地理信息系統(tǒng)一樣的處理數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)庫、繪制圖像的功能，但只是簡單地用數(shù)據(jù)庫來管理設(shè)計，再用圖像表達(dá)出來，計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)并不用對地圖進行綜合性管理，也不用疊加圖像。簡言之，計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫之間的連接只是初步的，其分析能力不強。要明確的是，計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的主要功能在于建立地理上的坐標(biāo)，并對建立的地理坐標(biāo)進行轉(zhuǎn)換。

總而言之，地理信息系統(tǒng)與計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)有很多相似之處，但同時又具有各自的特色功能，在巖土工程勘察和設(shè)計中，應(yīng)該將地理信息系統(tǒng)與計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)有機結(jié)合起來，在計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)中實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的某些功能，使地理信息系統(tǒng)更好地為巖土工程所用，逐步實現(xiàn)巖土工程勘察、設(shè)計一體化目標(biāo)。

3 結(jié)語

目前我國巖土工程中比較突出的問題就是工程勘察和工程設(shè)計分離、巖土工程設(shè)計軟件功能不完備、各單元之間不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，要解決這一問題，就必須建立巖土工程勘察、設(shè)計一體化系統(tǒng)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)與計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，建立網(wǎng)絡(luò)化工作體系，將各部門、各工種緊密聯(lián)系起來，使勘察資料數(shù)據(jù)化、具體化，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，增強企業(yè)的競爭力，不斷推動我國巖土工程的現(xiàn)代化進程。

[1] 李茂柱.研究通用巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫建設(shè)[J].建設(shè)科技,2014(11):113.

[2] 王建明,張繼文,劉爭宏，等.基于GIS的工程勘察成果一體化管理[J].巖土工程技術(shù),2014,28(5):224-226,260.

[3] 楊映紅,李向新,任 磊，等.基于GIS的通用巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2011,11(6):1363-1367.

[4] 遲保國.巖土工程勘察數(shù)字化淺議[J].中華民居,2012(1):104.

Discussion on the geotechnical engineering investigation and design integration with GIS

Hou Jiafeng

(ShanxiSurveyandDesignInstitute,Taiyuan030013,China)

In view of the existing problems in geotechnical engineering investigation and design, analyzed the advantages of geotechnical engineering investigation and design integration, combining with the application status of Geographic Information System(GIS) in geotechnical engineering investigation and design integration, gave the improvement optimization suggestions for investigation specific data, Web GIS system, combination of GIS system and computer aided system.

Geographic Information System, geotechnical engineering, exploration, integration

2015-06-01

侯嘉豐(1986- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)23-0075-03

TU195

A