岩土工程中数字图像及绿色技术的发展与应用

马 钦

（中国化学工程重型机械化有限公司，北京 102600）

岩土工程是土木工程中的重要组成部分，因其帮助土木工程完成地下深入探究工作，所以成为所有土木建筑物修建必不可少的一项工程。也因其作业的不确定性，促使专业人员必须加强对岩土工程的深入探究。在传统岩土工程中，利用试验勘察及监测的方式能够使工作人员了解及分析工程的地质条件，起到预防地质灾害的作用。但是岩体是十分复杂的，很多分析结果都是以假设岩土体均质化为前提条件而得来的，甚至很多分析仅对岩体进行了定性描述，这对建筑施工是十分不利的。而数字图像处理技术的融入能有效帮助岩土工程进行定量化分析与研究，这种非接触、精确度高的光学测量方法进一步推动了岩土工程的发展。

1 数字图像的概念

从字面意思来看，数字图像就是将数字信息与图像信息进行相互转化，主要分为图像信息转化为数字信息与数字信息转化为图像信息两种。（1）将图像反馈的信息以数字的形式完整、全面地呈现，其中最常用的方式就是以二维数字组体现图像内容。通常情况下保存于计算机内的图像不能独立完成信息反映及加工，它需要通过图像数字化的方法实现图像向图像元素的转化，使图像格式转变为数字格式。因为图像格式相对复杂，因此为更好地实现分析，需结合实际情况进行数字程序的编写。（2）将数字信息以图像的方式展示，如此能够使数字信息以更加形象的方式呈现，这一转化过程也需借助计算机网络系统来进行。计算机网络系统首先将数字信息转化为颜色，然后根据符号的组合将颜色汇聚为图像。由此可见，数字图像技术十分依赖于计算机系统，只有在通过计算机系统的分析及处理后，才能够呈现出人们需要的信息。

2 数字图像技术在岩土工程中的应用

通过不断的探索，数字图像技术已逐渐融入岩土工程的各个领域，其应用主要分为三个方面。

2.1 宏观变形领域

数字图像技术被应用于室内实验中，能够为实验的监测提供有效的数据补充，对实验过程进行完整的监测，尤其是对岩土体材料剪切实验与三轴实验而言，能够更加全面、直观地观测实验过程，为研究人员提供全面的数据。同时，该技术在模型实验中也具有较佳的应用效果。另外，利用数字图像技术进行地质灾害检测，与卫星遥感的配合下，可以进行实时、高效的大规模监测，这种监测方法不仅降低了监测工作的人力、物力的投入，同时不受地形与气候的影响，能最大程度地保证信息的准确性。

2.2 非可视领域

数字图像技术在该领域的应用可细分为以下三个方面：（1）在微观结构上，数字图像技术可以更加清楚地观测到岩土体颗粒的形态，清晰地体现出颗粒与孔隙的分布关系，从而更加透彻地解释岩土体宏观破坏的机理。（2）高速动力学方面，利用数字图像技术配合高速摄像机能够具象观察岩土体在遭受如其来的剧烈破坏时和在遭受冲击荷载时，其破坏过程及变化情况。（3）声学成像方面，数字图像技术能够准确地探知岩土体内部的结构，从而实现对桩基缺陷的监测，协助钻孔测井技术的作业，以及观察单轴、三轴实验中岩土体内部的破裂状况。

2.3 应力探测领域

数字图像技术能够对岩土工程相片进行数字化分析，在此基础上形成更符合实际的物理模型，更加准确及真实的数值模拟能够帮助工作人员进行岩土体内部应力分布研究。另外，通过数字图像技术与和相关测试技术的结合，能够具体地探测出在遭受外力后岩土体应力的分布与传导，从而更好地解释岩土体宏观破坏现象。

3 绿色岩土工程发展存在的问题

3.1 缺乏绿色岩土工程意识

现阶段，涉及岩土工程的各领域人员普遍缺乏绿色岩土工程的意识。政府领导人员缺乏对岩土工程绿色发展的重视，导致岩土工程无法实现全寿命周期的绿色发展；开发商过于重视盈利，不能正视绿色工程技术对岩土工程施工效果、成本及安全性的正向促进作用；设计人员不具备绿色岩土工程设计经验，设计界缺乏对绿色岩土工程的统一认识；承包商及建筑单位通常情况下只有在政府有硬性要求时才会采取绿色施工技术，且应用态度十分消极；大众对绿色环保意识的认知仍不足。

3.2 绿色岩土技术发展存在的问题

绿色岩土工程技术在我国尚处于发展初期，关于该技术在研究上没有过多的投入，因此缺少一定的支撑力，在发展过程中存在的问题，主要表现在以下两个方面。

（1）技术产业化、本土化有待加强。在工程中绿色岩土技术的应用时间较短，没有占据主导地位，因此在实践过程中，该技术要想得到充分的认可，仍需要进一步推广与实践。该技术在应用过程中需要考虑工程本身所处环境等问题，因此只有实现其本土化，因地制宜，才能够用最少的经济成本换来最大的效益。另外，当前整个绿色岩土市场发展不够成熟，关于该技术的自主研发程度不高，很多技术还没有达到可以实施的阶段，更重要的是作为一种绿色环保的技术，本应该与节能环保以及绿色新能源等产业有着密切关系，但当前这些产业之间的融合度相对较低。

（2）基础性研究薄弱。绿色岩土技术的实施，除了岩土工程本身需要，在工程中涉及的各个环节都可以发挥作用，但是当前关于绿色岩土工程的基础性研究相对薄弱，涉及其全生命周期能耗的数据较少，所以在技术由理论走向实践的过程中，还存在一些坎坷。除此以外，有学者在研究过程中发现绿色岩土技术在应用时对环境因素的影响缺少考虑，需要采取创新的研究方法，加强对环境因素的研究，这些都是导致绿色岩土技术发展受限的原因。

3.3 绿色岩土技术制度发展存在的问题

任何工程的发展都离不开完善的制度，绿色岩土工程亦是如此，要想实现长远发展，完善制度的内在支持格外重要，然而当前绿色岩土技术制度发展上存在诸多问题。

（1）缺乏绿色岩土标准体系。在绿色岩土中涉及大量的学科和环节，同时这些学科在绿色岩土发展中发挥着重要作用，尽管当下学科自身已经形成了标准体系，但学科之间在协同上仍存在问题。关于绿色建筑和绿色施工，国家已经出台了相关的评价标准，但是由于这些标准的针对性较强，在绿色岩土工程上的适用性仍然不足。除此以外，在收费标准上也存在问题，绿色岩土技术设计的费用标准不够明确，开发商的盲目压价很容易导致设计者在绿色岩土工程中失去信心。

（2）绿色岩土法规制度不健全。关于绿色岩土，我国当前尚没有完整的法律制度体系，同时关于绿色岩土的定义与定位也没有明确的划分。政府对于岩土工程虽有一定的监管制度，但这部分监管制度主要针对的是传统的岩土工程，时代的发展下，绿色岩土工程实施的质量监管仍需要一套更完善的监管制度，包含工程的方方面面，对于过去不重视的环节，都要予以重视。

（3）发展绿色岩土的激励政策不足。激励政策有利于行业的创新与发展，对于建筑工程而言，我国虽然出台了一系列的财税激励政策，但针对绿色岩土工程尚没有明确的标准，这使得绿色岩土工程的内生动力存在不足。

4 绿色岩土工程可持续发展的策略

4.1 加强绿色岩土意识培养

为了使绿色岩土工程能够实现可持续发展，需要加强绿色岩土意识的培养，通过多种方式大力宣传绿色岩土所能够带来的生态效应，积极向大众推荐绿色生活方式，使社会能够对绿色意识和行为给予认可。针对行业人员要重视思想观念的革新，特别是在设计工作中融入绿色岩土设计理念，使环保意识真正深入人心。

4.2 积极推进绿色岩土技术研发

当前我国绿色岩土技术在研发上仍需要进一步探索，为了积极推进技术的研发，可以对国外先进的技术进行引进和消化。多学科、跨专业地对绿色岩土进行深入研究，在工艺、工法上尽可能地采取环保手段，推动绿色岩土技术的进一步发展。

4.3 建立全寿命周期的整合性设计机制

绿色岩土技术要重视全寿命周期理念的树立，这是整个项目建设规划阶段的一个重点。从全寿命周期理念出发，可以探索绿色岩土技术与项目当地经济发展水平、资源特点等因素的匹配度，进而采取有效的技术进行设计。另外，在具体设计过程中，还需要对项目的周边环境进行综合考量，确保在设计中能够节约成本与资源。施工阶段为了达到绿色施工，需要针对整个项目进行合理部署，将绿色岩土工程的理念推行到底，这样工程经济才能够与生态效益之间实现共赢。

4.4 健全法规和技术标准体系，建立有效激励机制

政府相关部门需要对绿色岩土技术中涉及的法律法规和技术标准进行完善，通过建立有效的激励机制，号召各行业参与到绿色岩土技术发展的行列中来；政府部门还需要全面了解当地的经济发展水平以及整体资源情况，从而因地制宜地制定绿色岩土工程的标准。此外，为了对市场进行积极引导，为绿色岩土的发展吸引更多的投资，在税收和补贴政策上政府要给予一定的优惠，发挥激励机制的有效作用。

5 结束语

岩土工程中数字图像技术的应用已经越来越广泛，但作为一种新型的技术，某些方面在应用过程中仍需要深入探索，特别是岩土工程的环保问题。图像技术的应用除了在岩土工程施工、设计等阶段发挥作用外，更要注重绿色环保，未来关于数字图像在岩土工程中的应用仍需进一步研究，只有始终秉持绿色环保观念，行业才能实现可持续发展。