岩土工程信息技术初探

李盛斌，刘永行

（延安大学建筑学院，陕西延安 716000）

1 我国岩土工程行业信息技术发展历程

从上世纪80年代开始，我国的岩土工程领域就开始运用计算机进行工程计算和数据处理，并能绘制相关的勘察图片，编写勘察报告，这些不能算是信息化，但是为以后的工程信息化打下了基础。

1992年国家颁布了《关于大力协同开展计算机辅助设计（CAD）应用工程的报告》，众多的工程勘察、土工试验开始使用计算机辅助软件，包括数据采集、存储分析、绘图软件、编写报告等随后又明确了“计算机辅助岩土工程”中计算机在该工程领域的作用。指出该系统不仅应用于岩土、勘察、设计、施工，还包括规划决策、区域性岩土的工程特性分析研究和技术标准制定、基础工程的设计分析等。

决策、区域性岩土的工程特性分析研究和技术标准制定、基础工程的设计分析等。近十年来，通过数据库技术管理和开发利用勘察数据信息，经过最近十多年的发展，数据库技术管理和勘查数据的整理引入了人工智能、专家系统和GIS 技术，并且许多勘察设计院都接入岩土工程资料局部网络，实现资源的共享。一些岩土工程专业软件也不短更新换代，采用的技术引入的理论也越来越先进。总的来说我国目前的岩土工程领域信息技术的商业化水平还比较低，数额少，产品更新换代的空间也很大，拥有的自主知识产权和掌握的核心技术也较少，这些缺点直接制约着信息技术的更新换代和创新性。目前我国的信息化商业软件不断取得进步，特别是引入GIS 和一些更强大的图形处理功能的软件，使得岩土工程的工程实际控制更智能更高效。目前我国的信息技术已经能够达到一定程度一定范围的资源共享，但是开放的空间还远远不够，并且没有一个统一的规划和技术规范。

2 信息管理技术在岩土工程中重要性

信息管理技术不仅仅是对于工程数据信息的管理，而是服务于整个项目的实施过程中，通过对工程进行实时监测，并采集相关数据，对这些数据进行全方位的管理集成，并进行分析。信息管理要做到对数据严密的整理、科学的分析、提供方便的查询服务、实用的工程指导等。在岩土工程中，主要通过各种传感器、各种实验方法采集搜集相关数据，并依靠相关的经验依据、公式等对数据进行监测识别、处理、分析、储存，最后以文本、图像等多种形式直观的表现出来，以方便管理者查询、分析、评价岩土工程的设计与施工。

计算机子诞生以来，就有不少的岩土工作者把信息管理技术应用到岩土工程中，并且取得了不错的成绩，例如地理信息系统GIS、岩土可视化与计算机仿真技术、监测信息反馈与信息化施工、基于信息技术的岩土工程可靠度分析和风险决策等。这些技术是岩土工程信息管理技术的主要构成，通过信息技术的应用，其在岩土工程项目在勘察、设计、施工、竣工验收等各个阶段发货着越来越重要的作用。伴随着科技的进步，信息管理技术将朝着更加先进更加开放的方向发展，更好的为岩土工程项目服务。

3 岩土工程中的信息管理技术

随着信息技术的迅猛发展，信息管理技术逐渐在岩土工程领域应用。信息管理技术的主要功能就是通过采集信息、搜集归类信息、处理信息、解释信息，并利用解释的结果服务工程项目。岩土工程专业复杂多变，往往与地理位置和空间位置有密切关联。因此岩土工程的信息管理，要求工作者不但要有信息管理技术的技能，还得把数据和地理位置、空间位置联系在一起，通过相应的文本、直观的影像结果供用户查询、使用。同时在施工过程中，通过对采集数据的实时分析，我们可以及时的做出方案调整和变更设计方案，真正做到信息化施工。下面介绍几种常见的信息管理技术。

3.1 基于一般管理信息系统（MIS）的信息管理技术

管理信息系统（Management Information Systems，MIS）的概念最早起源于上世纪30年代，知道80年代才有了一个相对完整的定义“它是一个利用计算机硬件和软件，运用分析、计划、控制和决策模型，进行数据库管理的用户一机器系统，它能为企业或组织的运行、管理和决策提供信息支持。管理信息系统的产生的时候就已经开始在岩土工程领域应用，西方发达国家在这方面的应用较多，积累了丰富的经验。我国的部分城市也建立了城市工程地质信息系统。许多在建的大型水利水电项目，也连带产生了大量的岩土工程数据，这些信息管理系统的核心是数据管理软件和应用软件，主要有数据库管理、信息检索、信息统计分析与评价和成果输出等几个基本的功能模块组成。

但是这些信息管理系统往往注重对原始数据的采集，对监测数据库的建立，注重于数据档案的建立，对于数据的加工处理不强，仅仅是对检测结果进行统计分析、方便信息的检索、结果的输出，但是总得来说发展还不完善。

3.2 GIS 技术的应用

地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS，产生于本世纪60年代。随着人们对自然资源的开发和环境规划的需要，加上计算机技术的辅助，地理信息系统应运而生。他是对大量的数据进行采集、存储、管理、检索、处理和综合分析，并以多种形式输出结果的计算机系统

1965年，地理信息系统这一专业术语第一次出现。70年代是GIS 发展的巩固阶段，一些发达国家先后建立了各种各样的地理信息系统。如70年代日本建立的数字国土信息系统。该系统能够提供处理和检索的数据、航空相片、地形地质、行政区划、土地利用情况等。80年代随着计算机技术的不断进步，地理信息系统逐步走向成熟。现在地理信息系统向着更加智能化集成化的方向发展。将GIS 与RS 等摄像机实时拍摄技术等先进的测量技术相结合，是其具有自动采集数据并准确处理数据的功能，通过先进的处理分析数据，能够为决策者提供更多更科学的数据结果。目前比较有代表性的西方发达国家研制的地理信息系统有ESRI 公司的Arc/Info，ArcView 系列产品，In-tergraph 公司的MGE，GeoMedia，GeoMedia Web Map 等

我国地理信息技术方面的研究起步晚，但进步迅速，目前已经开发了多套基于GIS 平台的工程软件。日本大阪地区历时十年，钻孔30000，在该地区建立了地层数据库信息系统。我国在这方面也有不错的研究开发成果，如同济大学的朱合华提出了三维地层信息管理系统的设计。并且国内的上海、北京、武汉等大城市也已经做了城市地质信息系统。北京理正软件公司等单位正探索开发专用GIS 软件。使得GIS 更好的在项目的勘察、设计、施工中取得广泛的应用。

总的来说我国的GIS 应用于岩土工程较晚，我们和西方发达国家还有一定的差距，我们应根据自己的国情开发出一套是适用于中国的GIS 技术体系

3.3 岩土可视化与计算机仿真技术

对于岩土勘察和测量得到的一些离散数据来说，根据这些采集到的数据分析所研究区域的岩石分布情况，对于岩土信息的分布情况，图形图像是最直接的数据解释。因此，空间地质模型及可视化系统的研究和应用是工程地质和岩土工程勘察评价领域计算机应用的必然趋势。

近些年来，国外在地质信息可视化模型和系统研究发展较快。MINCOM，DGI 等公司分别在露天矿开采、石油物探和石油开采等领域进行了卓有成效的研究，他们开发了功臣软件能够建立空间地质可视化模型，并且已经在中国市场上销售。DGI 公司的EarthVision 软件包能够清楚地模拟生成三维空间立体图，该图像能够清楚地地层与地质结构的空间分布及其相互交切关系。

在国内没有此类的三维软件出现，但是我国的地学工作者已经在该领域展开研究，并取得了阶段性的成果。许多研究者都提出研发了相应的工程软件，但是这些软件大都侧重于单层地质岩土体的研究，对断层、褶皱等构造研究较少，但是这些准备工作已经为三维可视化岩土模型打下了基础。

3.4 监测信息反馈与信息化施工

监测信息反馈技术和信息化施工对岩土工程的顺利施工有着重要的作用，岩土工程复杂多变，在施工过程中要遇到各种各样的问题，因此在施工过程中必须要妥善解决施工中的问题及时的发现设计的不足。在整个施工过程中要控制好真个施工进度、把握好资金出入状况、对中央地方的各种法律法规进行必要的了解。只有这样才能更准确的掌握各类资源，为管理者提供更合理的决策。

在进行岩土工程建设时，必须要考虑每种方案所需的经费以及预期取得的收益，并且要分析工程项目对环境造成的影响，综合分析各个指标，选出经济效益好、对环境污染小的设计方案。我国岩土工程的评价主要是计算经济效益费用比、净现值、内部收益率、投资回报年限等指标的期望值，并据此进行方案优选。但是由于岩土工程施工过程中的各种不确定因素的干扰使得每种方案的效益和经费都是不确定的，效益和风险并存。不确定性指的就是问题的结果不确定，对工程项目的各种风险发生的概率以及带来的后果必须做出相应的分析，对风险做出定量的估算。一般风险管理有以下五个步骤：

（1）风险的鉴别：鉴别风险的来源、特性及与行为或现象有关的不确定性；

（2）风险的量化与度量：利用概率论等数学知识，对可能发生的风险进行量化分析，找出风险发生的概率值，找出风险源，并理清楚各个风险之间的相互关系。

（3）风险评价：使整个风险评估与风险管理的过渡阶段。

（4）风险接受和规避：这一步代表“风险决策”。对每一个决策，通过对成本的评估、对效益的估算、对风险对社会造成的影响，对环境造成的破坏进行详细的分析，分析风险的可接受程度。

（5）风险管理：这一步代表在（4）基础上进行的“执行”过程，简言之，就是一套用来处理风险的方法（Mo-lak，1997）。

在以上的5个步骤中，一般把步骤（1），（2）称为“风险评估”；（4）、（5）称为“风险管理过程”。

4 结语

随着信息技术的发展，简单的数据存储和处理已经不能满足时代的要求，目前GIS，岩土工程可视化与计算机仿真分析、监测信息反馈、风险管理等一些列新技术新手段应用到岩土工程中，虽然我国的岩土工程信息技术起步较晚，但是发展迅速，未来信息技术的发展应该更趋向于智能化、信息化。

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