岩土工程勘察的数字化技术与应用浅析

李朋飞

摘 要：在岩土工程勘察中，数字化技术的应用成为一种趋势，弥补着传统勘察技术的不足之处，满足着岩土工程的空间分析需求，推动着工程勘察事业发展。本文首先分析了岩土工程勘察内涵，然后分析了传统勘察方法存在的问题，最后探讨了数字化技术的具体应用，供同行学习和参考。

关键词：岩土工程;勘察工作;数字化技术;应用

中图分类号：P63 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）04-0139-02

在工程设计中，岩土工程勘察是一项重要工作，其内容为地下水位、地形地貌、断层、风化层厚度等。工程安全、施工质量和勘察技术相关，好的勘察技术能清晰、准确的反映出工程地质特征，为工程施工提供保障。但是在以往的岩土工程勘察技术中，多使用二维、静态形式分析和表现这些材料，无法准确描述信息变化和空间形态，也就无法准确指导工程。而数字化技术的使用，则能准确获得岩土特性和性状，改进勘察方法，提高建筑工程的施工质量。

1 岩土工程勘察概述

在工程项目建设之前，需要勘察所在地情况，根据勘察结果了解岩土种类、地质状况，从而为工程施工提供可靠参考。我国地域广阔，地形千差万别，再加上特殊岩土种类多，增加岩土工程的复杂程度。因此，需要开展岩土工程的勘察工作，来解决地质问题带来的影响，及时消除安全隐患，确保工程安全、高效的施工。一般来讲，岩土工程勘察主要包括土体勘察、岩体勘察两个部分，在地质形成、演变的过程中，岩体会在地质作用下成为结构复杂的岩体。由于工程所处地区、地质作用不同，给工程带来的影响也就不同。

2 传统岩土工程勘察方法存在的问题

2.1 勘察资料地质化

一直以来，岩土工程勘察工作的分工都比较细，使得专业间、室内外配合偏差，影响勘察结果。而且，岩土工程勘察新方法、新技术少，未建立科学、合理的勘察技术应用体系，勘察专业设置过细，导致工程设计和勘察脱钩，影响勘察报告结果的准确性。另外，设计人员不熟悉勘察工作，只是从勘察报告中获得相关信息和数据，使其无法很好的理解岩土工程信息，影响着勘察工作、设计工作的衔接和转化，造成不必要的浪费[1]。

2.2 数字化设计和地图贯通不足

在整个设计系统中，地形图是最为基础的数据。由于数字化地图在某些环节不够成熟，使其无法和CAD软件接口相匹配，妨碍着对接工作的开展和实现。对此，需要重新数字化岩土工程的勘察资料，从某种程度上影响着CAD软件在岩土工程中的应用和推广。

2.3 设计系统间封闭

在岩土工程勘察过程中，勘察资料多以书面的形式传输，不仅影响着相关资料的共享，也影响着下步工作的进行。而且，各项工作的开展，需要重复输入相同的信息，浪费人力、物力和财力，甚至还会影响着信息输入的完整性、准确性，不利于工程的正常施工。

2.4 数字化水平低，綜合能力差

以往工作中，勘察部门主要向设计部门提供设计图纸、表格等信息，但是这种方式的缺点是：对于某些信息内容，进行了太多定性描述，而且在勘察报告的提交中，也缺乏自身判断和主观意识，使得设计人员无法准确理解勘察信息，加大信息的处理和使用难度。另一方面，岩土工程勘察涉及水利设施、地形、环境、水文等方面，因此勘察信息具备独立性和空间定位性。现阶段，岩土工程勘察信息系统对信息的采集、分析、分类等方面不够完善，导致设计方案优化、勘察工作缺乏信息支持，降低整个系统的综合能力。

3 岩土工程勘察的数字化技术与应用

3.1 数字化勘察技术概述

在岩土工程数字化勘察中，主要依托测绘技术、计算机技术、CAD技术、数据库技术等，有效的整合工程设计、勘察、计划等内容，实现工程数据采集数字化、勘察资料数字化的目标。在整个勘察过程中，构建功能全面、智能化的勘察体系，不但能合理使用工程观念，还能利用数字化的形式存储设计和勘查图纸、文字、表格等，为工程的专业设计提供参考。

3.2 数字化勘察技术的应用

3.2.1 岩土工程的数字化建模方法

岩土工程勘察工作中，由于数字表面模型法能真实、准确的表达地面起伏，使得工程勘察建模时常选用这种方法。该建模方法使用过程中，能按照相应规则有效连接同属性的点，并将其构成网状曲面片，使抽象的点更加形象，从而满足准确确定地质体属性的需求。而且，该方法在表现地质体外面情况时，也有着良好的准确性，因此其是均质地质体主要的表示方法。

除数字表面模型法外，地形建模法、地质三维数字法也是常用方法。其中，地形建模法通过将地区DEM数据作为基础，使用叠加遥感影像显示三维地形。具体应用中，通过变换正射影像，使用、结合PS软件进行调色，作为三维城市或地形纹理的底图。所谓的地质三维数字化，通过将地球三维空间中的内容，如天然气、地下水、地层、废物、石油等，对此类对象所对应的三位空间各点特征、属性等，建立三维数字化系统，并进行统一的描述。

在岩土工程勘察过程中，所获得的数据主要包括属性特征数据、集合特征数据两种，得到这些数据后，解释地质体的界面结果。对地质体空间属性的明确，就是依据所得的相似电，然后对这些点进行规律性的连接，从而构成网状面的空间属性。实际勘察中，表面展示的方法比较多，最常用的是图示模型法、数字模型法，其中图示模型法类型丰富，包括不规则网法、边界表示法、等线值法等。

3.2.2 数字化岩土勘察数据库系统

岩土工程勘察工作涉及很多原始数据，比如非空间数据、空间数据等。通常情况下，数据多来源于这样几个方面：第一方面，基础地理数据。以自然区域图、地形地貌图为主。第二方面，勘察数据[2]。也就是工程区域内的地层信息、勘探点信息、勘察资料等。在构建数据库系统时，首先要设计数据库的概念模型，然后再建立和实现数据库，具体表现如下。

（1）数据库概念模型设计。在岩土工程勘数字化系统中，勘察数据库管理是一项非常重要的工作，涉及到数据的处理和应用，因此为了更好获得更多能够反映信息概念的模型，就要必须将其从相关功能和实体中剥离出，仅从现实实体数据侧面来建立数据库模型，研究数据对象、属性间的关系，并在该基础上建立数据库结构。实际工作中，勘察人员要想准确表达数据要求是存在一定难度的，简单来讲就是将面向问题的模型用于具体工作中，然后再结合用户观点，完成信息、数据的建模工作。其中，实体-联系是常用方法，岩土工程勘察数据管理实体包括勘探信息、录像、文档、照片等。而实体-联系E-R方法，则是对现实世界进行描述的工具，用E-R图来表示数据库概念模型，能独立于DBMS所支持的模型。勘察单位在实际运用中，必须将物理力学表、地层分层表结合在一起，从而为钻孔岩土提供强有力的数据支持。

（2）数据库的建立。一般情况下，岩土工程一体化系统数据包括原始数据、中间数据、最终数据。就查询系统而言，操作人员所获得的数据较为繁杂，且多由中间数据生成，包括柱状图、剖面图、勘察报告等。出于对岩土工程复杂性的考虑，操作人员需要严格管理数据库，按照数据间的关系对时间进行排列，其数据来源为：1）基础区划数据。通过对区划、规划图的分析，准确掌握所在地的地理规划、居民区、道路、公共设施等信息。地貌、地形图能归纳所在地的地貌情况，经由上级批准的总体规划、分类规划图件。2）工程勘察数据。工程所在地的地质勘探资料，和已处理、筛选的勘探点，主要包括环境指标、地理指标等，年代感显著。建筑工程室内外的试验信息，如岩土物性参数、特征周期等。可见，岩土工程数据库的原始数据包括物理属性、几何属性数据，其中钻孔属性数据包括钻孔物理属性、几何属性数据，比如顶面标高、含水率、抗压强度、地层厚度等，在Access中能用两张表表现出来。

（3）数据库的主要功能。数据库的建立，能提高工作效率，保证勘察信息的完整性、准确性，具体表现为：1）数据输入功能。为保证数据库范围、精度满足需求，为工程设计和施工人员提供帮助。最初输入数据时，除要保证數据有效外，还要确保处理程序的规范性。多数情况下，只要在数据输入中满足这样两个条件，就能帮助勘察人员获得有效信息。2）数据库检索功能。在实体信息中，属性数据、空间位置数据是重要内容，所以数据库检索也从这两个方面进行。对于空间位置而言，检索方式比较多，如区域检索、图示点检索等。对属性检索而言，其方法主要包括交叉检索、条件检索两种，操作人员通过相关的检索功能，来提取勘察信息，从而提高工作效率和数据检索的准确性。3）空间分析功能[3]。数据库的空间分析功能，分为叠加分析、缓冲区分区、多层立体叠加分析三个部分，其中叠加分析包括对线叠加分析、点对线叠加分析、区对区叠加分析等类型。缓冲区的分析，包括点缓冲区分析、区缓冲区分析等类型。4）属性分析功能。岩土工程数据库对属性的分析，分为单属性基本初等函数变换、双属性累计频率直方图、双属性四则运算、单属性累计直方图属性分类等类型。总之，岩土工程数据库作为数字化系统的重要组成，通过和GIS的联结，将物理属性、几何属性结合在一起，能有效、快速的创建虚拟场地。

4 结语

随着科学技术的发展，岩土工程勘察技术在取得进步的同时，也改进着勘察方法，使得数字化勘察技术得以广泛应用和推广。为实现数字化勘察技术的作用，需要加大勘察人员的培训力度，深入分析相关技术，采用有效措施加强数字化技术的使用和推广工作，从而提高勘察结果的准确性，保证施工质量。同时，相关人员还要结合部门实际和自身特点，建立与之相适应的数字化应用系统，优化和升级内部结构，并创新传统的勘察技术，以此满足市场需求，实现真正意义上的现代化、信息化勘察，推动岩土工程行业发展。

参考文献

[1] 赵金雄，陈玲俊，张绍清，等.岩土工程勘察中数字化技术与实现[J].建筑工程技术与设计，2017，25（31）：293.

[2] 李静.岩土工程勘察中数字化技术的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2016，36（29）：199.

[3] 李志华.浅谈岩土工程勘察数字化技术与实现[J].江西建材，2014，14（24）：242.