浅谈数字化技术在工程勘察中的应用

王炜　黎艳

摘 要：一个工程的实施需要分工合作完成，而工程实施步骤众多，即影响工程质量与效率的因素较多。工程勘察工作作为工程实施中的重要组成部分，工程勘察工作的顺利进行与否，往往直接影响着工程的进程与质量安全，而数字化技术在工程勘察中的应用往往不可或缺。

关键词：数字化技术；工程勘察；应用

工程勘察是研究和调查工程建设用地所处的地貌特征或地理环境特点，以及与工程建设相关的综合性应用学科。工程勘察是工程建设前期的一个必备过程，他往往决定着该工程的实施可行性。以下就是对数字化技术在工程勘察中的应用进行具体的分析。

1 传统工程勘测方法存在的问题

1.1 勘测设计分开作业

工程勘测一般用于岩土工程，在岩土工程的实施中，主要的两大部分分为勘察和设计，通常勘察设计的人员不同，到这勘察和设计有脱钩现象。往往设计人员在实施内业时，有看不懂勘察人员的工程信息，不够全面的掌握地质的实际情况，出现成果的利用率较低。

1.2 勘察的信息数字化程度较低

工程勘察信息一般都以文字，图纸的表现形式居多。在这样的工程信息中，较为精准的数字化信息较少，这些都易对设计人员的理解上造成困难。

2 工程勘察中数字化技术应用的概述

数字化就是将一些复杂而又多变的信息转变为可以度量的数字和数据，再通过这些数字和数据建立起适当的数字化模型，将那些信息转变为一系列的二进制代码，输入编程引进到计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。由于数字化技术与数字的转换、存取、处理表达、传输、控制这一系列的内容息息相关，所以在数字化技术应用的过程中，我们会经常与一些高新技术打交道。例如，在工程勘察中可使用的数字化技术仪器主要包括工程勘探仪器（如：静力触探仪、标准贯入器、动力触探器、旁压仪、十字板剪切仪、电法仪、波速测试仪、地微动测试仪等）；测量仪器（如：水准仪、地质罗盘仪、激光测距仪、全站仪等）；工程物探仪器（如：轻便测井仪、声波测井仪、无线电波透视仪、地下水参数放射性测井仪等）；土工试验仪器（如：全自动三轴压缩仪、全自动固结仪、全自动剪切仪等） 。

3 工程勘察的内容分析

工程勘察的项目可以有以下几个：工程地质勘察、工程测量、水文地质勘察和工程地球物理勘探等专业，我国的工程勘察专业体系是在中华人民共和国成立以后才渐渐形成和发展起来。

3.1 工程地质勘察

工程地质勘察是为调查清楚影响建设工程建筑物的地质因素而进行的地质研究调查工作。工程地质勘察所需勘察的地质因素包括地质构造或地质结构：地貌、水文地质条件、土和岩石的物理力学性质，自然（物理）地质现象和天然建筑材料等。

3.2 工程测量

对于工程测量的研究人员来说，地形测量技术、工程数学、控制测量技术、工程测量技术、地籍测量、测量平差、Auto CAD、遥感概论、GPS原理及应用、数字测图技术、GIS技术、地图学原理、数据库原理、航空摄影测量技术等等学科知识都是必不可少的。因为这些学科知识都直接或间接与工程勘察测量的内容、形式及方法挂钩，如果不能很好地掌握这些，就很难熟练地掌握工程勘察的方法，甚至是使用那些高科技数字化技术精密仪器。

其中的数据库应用逐渐广泛，工程勘察数据库管理是工程勘察数字化中的一项基础工作。它的原理是将与实体和联系相关的功能与行为剥离出来，仅从现实世界中实体的数据侧面来建立模型即研究数据对象与属性及其关系，并在此基础上建立相对应的数据库表结构。

3.3 水文地质勘察

水文地质勘察是研究调查水文地质条件的主要方式是详略程度不同的水文地质调查的总称。水文地质勘察在工程勘察中非常重要，水文地质的资料都来自亲自调查，他是一项理论与实践相结合的费用高、且长期的工作。其目的在于查明水资源各部分水的形成，分布位置与变化的特点，以便于更好地保护地区的水资源，提高该地区水资源的综合利用率，同时也是为了更好地统一规划与管理该地区的水资源。

另外水文地质测绘的内容一般包括以下几项：

地下水露头的调查；基岩地质的调查 ；地貌及第四世纪地质调查；地表水体的调查；和地下水相关的地质环境状况的调查；地下水指示植物的调查。

3.4 工程地球物理勘探

工程地球物理勘探是为了解决土木工程勘察中建设工程地质以及水文地质问题的一种物理勘探方法，其简称为工程物探。此外，它是以研究地下物理场（如重力场、电场以及磁场分布等）为基础的。我们都知道不同的地质体，其在物理性质上具有的差异，一定会直接影响地表下物理场的分布规律。勘探人员通过使用数字化仪器来精确地且高效地观测、分析和研究这些存在的物理场，并有效地结合相关的地质资料，来更加确定地判断和解决与工程勘察有关的地质构造问题。

4 数字化技术在工程勘察中应用仪器分析

在工程勘察中，我们经常使用那些高科技的数字化技术仪器，如我们经常见的静力触探仪、旁压仪、电法仪、波速测试仪、地质罗盘仪、全站仪、声波测井仪、无线电波透视仪、地下水参数放射性测井仪与全自动固结仪等等，这些仪器在我们勘察工作中起着无可替代的作用，它使我们的勘察工作更为科学、准备、到位。为了更好的了解数字化技术仪器在工程勘察中的应用，下面将从工程勘探仪器、测量仪器、工程物探仪器、土工试验仪器中选出几个做具体分析。

4.1 静力触探仪

适用于在一般粘性土、软土、黄土和密砂土地区的土木建筑工程、市政、公路、工程地基土原位测试。用于查明地层在垂直和水平方向的变化；进行力学分层；确定天然地基承载力和估算单桩承载力；判别砂土液化的可能性；确定软土的不排水抗剪强度；提供软土地基承载力和斜坡稳定性的计算指标。

4.2 旁压仪

是将圆柱形旁压器竖直放入土中，通过旁压器在竖直的孔内加压，使旁压膜膨胀，并由旁压膜将压力传给周围的土体（岩体），使土体（岩体）产生变形直至破坏，通过量测施加的压力和土变形之间的关系，可得到地基土在水平方向的应力应变关系。

4.3 电法仪

广泛用于寻找地下水，解决人、畜饮用水及工农业用水问题，水文、工程、环境的地质勘探，找断裂带及陷落柱、山体滑坡、煤矿采空区等行业以及金属与非金属矿产资源勘探、能源勘探、城市物探、铁道及桥梁工程勘探。电法仪的操作灵活方便，采用全数字化自动测量，可对自然电位、漂移及电极极化进行自动补偿。

4.4 波速测试仪

波速测试仪是用来测试场地地基土壤剪切波速度和纵波速度的仪器，它适用于单孔，亦可用于跨孔法。本仪器具有性能稳定、操作方便、相对相位误差小、分辨率高的特点；亦可与磁带记录器或数据采集器直接配接。

4.5 地质罗盘仪

地质罗盘仪是进行野外地质勘察工作中必不可少的一种测量工具。通常勘察人员可以借助它来定出方向，以及观察点的所在位置，测量出任何一个观察面的空间位置（如褶皱轴面、岩层层面、断层面、节理面等构造面的空间位置），以及测定火成岩的各种构造要素，矿体的产状等。

4.6 全站仪

全站仪是全站型电子速测仪的简称，它是一种集光、电、机为一体的高技术测量仪器，是集合水平角、直角、距离（斜距、平距）、高差测量功能于一体的测绘仪器系统。由于他一次性安置仪器就可以完成盖测量站上的全部测量工作，极大地提高了工作效率，所以被称作为全站仪。广泛地运用在地下隧道施工和地面上大型建筑等等精密工程勘察测量或变形监测领域。

4.7 声波测井仪

利用声波在岩石中的传播性质研究钻井剖面的井下工程物探仪器。由声波发射换能器和接收换能器、数据采集系统、记录仪等组成。在测定方法上有单孔测试和跨孔测试。井下探头有单发单收和单发双收等种类，用以记录由井壁反射的滑行波。所得到的声波速度测井曲线，可用于划分岩性剖面和求取岩石的孔隙度。

4.8 无线电波透视仪

在两钻孔之间进行电磁场测量的井下工程物探仪器。它主要由发射机（含发射机偶极天线）和接收机（含接收机鞭状天线）、地面记录仪、电缆绞车等组成。仪器的工作频率为0.5MHz至数十MHz。它利用在不同介质中对电磁波的反射和吸收能力的差异所反映的场强大小，以探测均匀体中的异常体，如灰岩中的溶洞、基岩破碎带等。

4.9 地下水参数放射性测井仪

用人工放射性同位素示踪法测定含水层参数的井下工程物探仪器。它由地面控制记录仪、井下闪烁探测器、电缆绞车、投源取水器等组成，可在小孔径钻孔中通过测定131I的浓度随时间的变化规律，以取得地下水的渗透系数、渗透速度、流速、流向和弥散系数等参数。

4.10 全自动固结仪

全自动气压固结仪融合机械，电子技术，自动控制技术于一体，可进行各种固结试验，自动完成加卸荷及数据采集功能，可以完全取代传统杠杆式固结仪。试验过程全电脑控制，仪器性能已全面超过国内同类仪器，达到和接近国际同类产品。新型精密气压力控制器，16位标准按键，能够自动提供高精度压力，为固结仪提供高中低压力。

5 数字化技术在工程勘察中应用意义

数字化技术的应用对于工程勘察来说无疑是如鱼得水。工程勘察的应用范围十分广泛，如岩石工程、水利工程、土木工程及建筑设计工程等等。综合观之工程勘察的工作量十分浩大，如果单纯地是由人力去独立完成作业与调查的话，其结果必将是耗费时日且勘察结果未必准确。数字化技术的出现，为工程勘察带来了众多的先进的高科技含量的仪器，不仅仅解决了上述问题，而且极大地推动了我国工程勘察体系的发展与完善，更有间接地促进了我国各行各业的发展，从而加快我国现代化建设的步伐，为我国经济甚至是世界经济的发展做出了杰出的贡献。

6 结语

数字化勘察技术之路何其漫漫，将其推广应用更是任重而道远。目前我国在这方面的技术问题尚未完全解决，技术也不熟练，市场比较欠缺，专业人才也相当匮乏，因此，必须加大对工程勘察中数字化技术人才培养的力度，从而真正实现数字化技术在工程勘察中的广泛应用。数字化技术尤其在工程中的应用更为广泛，更有前景，将数字化技术在工程领域推广开来，有利于提高工程勘测的效率。

参考文献

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