基于數(shù)字化的巖土工程勘察技術(shù)探討

成 亮，李金城

（重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局107 地質(zhì)隊；重慶一零七工程勘察設計院有限公司，重慶 401120）

0 引言

確保巖土工程勘查的精確性，可以有效地改善建筑配套設施的質(zhì)量。如果這些地質(zhì)勘查的數(shù)據(jù)精確度過低，就會對建筑及其配套設施設計施工造成帶來消極影響。所以，在具體的建筑施工作業(yè)過程，通過合理的巖土工程地質(zhì)勘查，結(jié)合數(shù)字化技術(shù)來輔助巖土工程勘察工作，可以有效地改善巖土工程勘查的工作效率及工作質(zhì)量。

1 基于數(shù)字化的巖土工程勘察技術(shù)概述

建設工程項目的數(shù)量日益增加，任何一個工程建造前，都必須對工程項目進行勘查，并利用勘察數(shù)據(jù)深入掌握工程現(xiàn)場的地貌狀況和巖石類型，為建設工程施工單位提出必要的技術(shù)依據(jù)。我國不同地區(qū)地形條件千差萬別，一些特殊性巖石類型較多，建設工程難度加大。所以必須通過進行大量巖土工程勘查工作，處理因各種地質(zhì)問題所產(chǎn)生的嚴重環(huán)境影響，及時消除隱患，防止工程發(fā)生安全事故，保證建設工程的順利。在巖土工程勘查過程中，重點針對巖塊和土體開展勘查，具體巖土工程勘察過程如圖1 所示。

圖1 巖土工程勘察過程流程控制

數(shù)字化巖土工程勘查技術(shù)有著關(guān)鍵性意義，在巖土工程勘查中不斷引進數(shù)字化模型，并融入數(shù)字化系統(tǒng)過程，能使數(shù)字化巖土工程勘查技術(shù)更加具有前瞻性、準確性。所謂現(xiàn)代數(shù)字化巖土項目勘察，是指利用測量技術(shù)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡通信技術(shù)和CAD信息等，通過電子計算機軟件平臺，將一個工程項目勘察的所有信息進行科學的整合，進而建立起綜合的計算機輔助信息程序。正是這種現(xiàn)代數(shù)字化勘察信息，將以往的傳統(tǒng)工作形式徹底改變了，并朝著CAD 技術(shù)方向發(fā)展，完成了數(shù)據(jù)采集的信息化、勘察資料的數(shù)字化、圖文信息的自動化。另一方面，不同的地質(zhì)條件對工程建設的承受能力與建設需求存在差異，建設工程應當以非破壞性建設為前提，保證整體工程的實施不會對地質(zhì)環(huán)境帶來長期的不利影響，巖土工程勘察是技術(shù)人員對現(xiàn)場實地踏勘的重要前提，通過對地質(zhì)環(huán)境與實際工程的符合性進行分析和評價，對工程進行調(diào)整，以滿足工程的安全性與穩(wěn)定性建設。數(shù)字化巖土勘察技術(shù)通過將地質(zhì)條件與建設內(nèi)容的信息數(shù)字化后進行儲存、處理和分析，從而提高地質(zhì)評價的準確性[1]。

2 基于數(shù)字化的巖土工程勘察技術(shù)特點

2.1 動態(tài)化

在巖土工程勘察中運用數(shù)字化技術(shù)，可以說是時代發(fā)展的要求，同時也是該行業(yè)整體發(fā)展的必然趨勢。利用數(shù)字化技術(shù)來構(gòu)建勘察系統(tǒng)，能隨時隨地勘察，使巖土勘察工作的動態(tài)化特點得到提高。除此之外，合理的數(shù)字化技術(shù)與監(jiān)控技術(shù)的融合，可實現(xiàn)各項信息的實時跟蹤，及時發(fā)現(xiàn)和處理隱患。在具體進行巖土工程勘察的時候，大部分數(shù)據(jù)往往是會變化的，整體規(guī)劃的改變以及場地經(jīng)過人為平整等原因?qū)е碌匦螠y繪與實際鉆探時存在差異。所以在目前的巖土工程數(shù)字化技術(shù)應用過程中，所采集到的數(shù)據(jù)會以動態(tài)的形式呈現(xiàn)。建筑工程項目的規(guī)模也在逐漸擴大，所涉及的數(shù)據(jù)信息量也越來越多。除此以外，傳統(tǒng)的研究技術(shù)手段非常容易受到氣候、地形地段、設備等條件的干擾，從而影響工作效率，阻礙了巖土工程的進展。巖土工程數(shù)字化技術(shù)在巖土工程勘察中的有效應用，大大的提高了動態(tài)化數(shù)據(jù)勘察的工作效率。并且結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)可以快速高效的將采集到的動態(tài)數(shù)據(jù)信息上傳到相應的處理系統(tǒng)，這樣一來相關(guān)的技術(shù)工作人員就可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)對建筑工程項目進行合理規(guī)劃，提高工程的穩(wěn)定性。

2.2 安全性

數(shù)字化的發(fā)展使人類信息傳遞模式發(fā)生變革，可以通過應用靜態(tài)監(jiān)控方式提高數(shù)據(jù)安全防護工作質(zhì)量。使用者透過在靜態(tài)的程序下進行掃描數(shù)字操作系統(tǒng)，將可以準確找到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的惡意代碼，并即時跟蹤相關(guān)信息。在靜態(tài)監(jiān)測掃描完畢后，信息系統(tǒng)會及時地向使用者傳送異常信號和安全隱患信息，并協(xié)助使用者進行安全防范。經(jīng)過實踐證明，進行動態(tài)檢測和靜態(tài)監(jiān)測的融合，可以使數(shù)字化工程技術(shù)的優(yōu)越性得以進一步發(fā)揮，從而使得數(shù)字化的巖土施工勘察技術(shù)精確度更高。高速的網(wǎng)絡傳輸速度不僅給人們的生活帶來了便利，也給信息的訪問和傳輸帶來了泄露的風險，因此，在對數(shù)據(jù)信息進行采集的時候注意信息傳輸?shù)陌踩苑浅ｊP(guān)鍵。

2.3 集群性

集群性是數(shù)字化巖土工程勘察技術(shù)最基本的特點。多功能化是該項的關(guān)鍵，用分布方式進行日常資料檢查，但會隨著問題程度的增加使勘察難度增加。為更好的推動工作實施，還需要在集群性階段進行平臺擴展，以有效應用計算機系統(tǒng)[2]。該模式的主要工作原理是運用多個子系統(tǒng)來統(tǒng)一管理建筑工地上所采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，從而可以有效地避免系統(tǒng)運行帶來的風險。在數(shù)字技術(shù)的具體應用中，分布式處理模式以及集中式處理模式都是兩種較為常見的處理技術(shù)。就分布式處理模式而言，在建筑工程施工的時候，把建筑工地劃分為幾個區(qū)域，將每個區(qū)域中所勘察到的數(shù)據(jù)在該系統(tǒng)中集中處理，并且分布式處理模式，還能較好的進行整體管理。

3 巖土工程勘察技術(shù)現(xiàn)存問題

在巖土工程勘查中，因為勘查單位通常采用分割條塊的形式開展施工作業(yè)，使得工程勘查施工作業(yè)常常需要分散進行，而對于在巖土工程勘查方面的標準建立以及新工藝技術(shù)的運用發(fā)展也相對遲緩。加之工程勘查領(lǐng)域自身設置的相對細化，特別是由于巖土自身的特殊性，極大的造成了工程設計和勘查之間存在脫節(jié)的狀況，從而導致了工程設計部門往往無法掌握工程勘查人員所提交的資料，而工程勘查技術(shù)人員也就無法參與到整個施工作業(yè)當中[3]。工程設計技術(shù)人員也因為本身專業(yè)技術(shù)的限制，要想轉(zhuǎn)換工程勘查結(jié)果為設計工作所需要的資料較為困難。究其根源，主要還是因為工程勘查技術(shù)人員所提交的資料存在著地質(zhì)化強的問題，而也就難以實現(xiàn)資料的轉(zhuǎn)化和設計作業(yè)的高效開展。

盡管目前計算機輔助設計技術(shù)已應用到巖土工程勘察設計工作中，服務功能日益完善，但鑒于各種原因，在一些地方巖土工程勘察數(shù)據(jù)的數(shù)字化水平仍較低，面臨著多種問題。例如部分單位所使用的傳統(tǒng)巖土工程勘查設計軟件系統(tǒng)功能太過簡單，與CAD 工程設計軟件系統(tǒng)的界面相符性較低，也會影響工程設計中CAD 的系統(tǒng)效能[4]。還有的單位更未引進GIS 軟件系統(tǒng)，使得每個傳統(tǒng)巖石勘查工程項目都形成了孤立的項目單位，缺少數(shù)據(jù)共享，也無法對在較大面積的實際工作范圍內(nèi)的構(gòu)造情況作出總體評價。此外，工程項目內(nèi)部資料整理崗位缺少人才，也會嚴重影響巖土勘察工作。除上述問題外還有數(shù)字化地圖和數(shù)字化設計軟件系統(tǒng)間接口不配套，各種軟件系統(tǒng)間信息的傳輸沒有溝通?？辈閱挝凰鼍叩目辈閳蟊韮?nèi)容以圖畫、數(shù)據(jù)、圖像的表現(xiàn)形式居多，信息的定性描述過多，也導致工程設計人員對勘查資料難以正確掌握，又造成對勘察信息處理、利用上的困難。總結(jié)起來大致為項目施工現(xiàn)場環(huán)境惡劣，不適宜于高精密電子儀器作業(yè)，客觀上影響了精密電子產(chǎn)品的使用。

4 基于數(shù)字化的巖土工程勘察技術(shù)應用

4.1 分析數(shù)字化建模方式

一般情形下，利用數(shù)字化手段需要建立起一種全新的模式，最常見的模式就是表面建模，這種方法在很早以前就出現(xiàn)過。但是為了可以對離散點的資料進行更為精確的觀測，從而得到相關(guān)的數(shù)值結(jié)果，透過使用這種數(shù)據(jù)分析架構(gòu)，就能夠完成對地質(zhì)體截面的更進一步建構(gòu)。由于可以比較精確的獲取物地質(zhì)體的表面空間屬性，所以必須選擇更多的方法。比較常用的方法有數(shù)字模型法，甚至是圖示模型法等，將會提高運算效果。除表面建模技術(shù)以外，工程技術(shù)人員還能夠利用地質(zhì)模型技術(shù)（圖2）對待所測定范圍內(nèi)的三維地貌加以確認，并由此增強了勘察報告的精細性，使其在后續(xù)應用中起到了更大的效果。首先，通過合理運用地質(zhì)建模技術(shù)，能夠提高了數(shù)據(jù)信息資料的集成效能，從而使得巖土工程勘測報告可以在設計與施工過程當中起到更大的作用，克服了傳統(tǒng)巖土工程勘測技術(shù)中出現(xiàn)的各種問題，徹底改變數(shù)據(jù)資料不能使用的問題，使得勘測作業(yè)的使用價值得以提高。其次，通過合理運用地形建模高新技術(shù)，可以提高正射影像圖的合理性與精確度。技術(shù)人員還可以利用圖像處理軟件對正影像圖形進行加工處理，并由此得到三維圖像底圖，使巖土工程勘查工作得以更深入。不難看出，地形建?？萍际枪こ虜?shù)字化過程中至關(guān)重要的技術(shù)手段之一，它可以全面提高巖土工程勘測工作的水平和工作效率，為今后建筑設計與工程施工奠定了扎實的科技基礎。

圖2 地質(zhì)模型技術(shù)

4.2 構(gòu)建數(shù)字化系統(tǒng)

在工程勘察過程中，最主要的利用數(shù)字化信息技術(shù)的方法便是設計數(shù)字化信息系統(tǒng)。在設計數(shù)字化信息系統(tǒng)時，由于需要充分整合許多有關(guān)的現(xiàn)代化科學技術(shù)手段，如計算機系統(tǒng)和信息技術(shù)等，因此需要科學合理的把各種信息技術(shù)集成在一起，并以此為主要方法，形成一個更加符合工程實際需要的數(shù)字化體系，使之可以在巖土工程的勘查工作中更加合理的發(fā)揮作用。詳細而言，運用數(shù)字化信息技術(shù)如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等能夠更好的分析數(shù)據(jù)處理，在工作中整合有關(guān)的數(shù)據(jù)，更有效的提升施工效果，最大化地使用有關(guān)信息技術(shù)，使巖土工程施工良好的開展。這既可以減少不必要的工作環(huán)節(jié)，增加工程勘查的準確率。在應用數(shù)據(jù)庫的處理過程中，唯有做到數(shù)據(jù)處理技術(shù)的多樣性，方可同時適應各種條件下的工作需要，從而提高了數(shù)字化技術(shù)的現(xiàn)實使用價值。

4.3 規(guī)范數(shù)字化巖土勘察工作

根據(jù)行業(yè)來分類，巖土勘查大致有公路、工民建以及鐵道和航空運輸?shù)龋煌袠I(yè)都有著自身的勘查標準。在實際施工活動中，勘察設計院都有著自身的成圖數(shù)字化軟件和體系，但在不同時期或相同的區(qū)域中，同一產(chǎn)業(yè)或不同業(yè)務單位對巖土工程勘查結(jié)果在數(shù)字化方面的需求、程序、流程等方面，都有著很大不同。這些前提都直接造成了同行業(yè)標準化環(huán)境下產(chǎn)生的結(jié)果都很難與現(xiàn)在的標準化設計環(huán)境銜接[5]。所以，對各個行業(yè)的巖土勘查工作在結(jié)果數(shù)字化方面必須采用統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，并委托唯一組織單位及人員對勘查結(jié)果的數(shù)字化軟件和程序進行統(tǒng)一編寫，并廣泛聘請了社會各界人員加入其中，在此基礎上編寫出了一套統(tǒng)一的勘察結(jié)果數(shù)字化編程軟件系統(tǒng)，由各個行業(yè)和單位在實際應用時進選用與本行業(yè)或本單位情況相適應的規(guī)范進行，即使使用了相應的勘察方法也能夠獲取一定的參數(shù)，并與現(xiàn)行設計化編程軟件系統(tǒng)耦合，這樣就能夠?qū)辈榻Y(jié)果實現(xiàn)更有效的運用，進而帶動了勘查工程生產(chǎn)質(zhì)量的整體提升。

5 結(jié)語

在先進科學技術(shù)的影響下，巖土項目勘察方法獲得持續(xù)的改進，并漸漸過渡到數(shù)字化勘察技術(shù)中，完成其普遍的運用與推廣。巖土項目的數(shù)字勘察進程也在信息時代的大潮中，不斷向前發(fā)展，取得了不錯的成績。處于一線的勘察技術(shù)人員，必須根據(jù)企業(yè)的需求，建立相應的數(shù)字化運用體系，才能夠確保數(shù)字化技術(shù)發(fā)揮應有的價值。