工程勘察内外业资料信息化的应用

陈 干，李小虎，黄金龙，张 赟

（1、华南理工大学土木与交通学院 广州 510640；2、广州市设计院集团有限公司 广州 510620）

0 引言

目前，随着我国大城市人口急剧增加，环境保护与社会生产生活发展需求之间的矛盾逐渐加剧，如何在有限的土地资源下，合理开发和利用城市空间已然成为了发展的必然趋势。这其中，在地质条件复杂，号称“地质博物馆”的广东省，各类超高、超大、超高难度的建筑群和地下空间等大型工程层出不穷，各类重大建设工程正如火如荼地开展，粤港澳大湾区的建设方兴未艾，如何对各类地质灾害和断裂活动等重大地质环境问题进行规避、建筑主体结构基础的选型、基坑工程的支护方案、软弱地基的处理方法等等，均需要岩土工程勘察提供准确、详实的地质资料。新颖的设计理念、先进的施工技术，如果没有最基础、详尽、准确的勘察资料，一切均回到原点。因此，岩土工程勘察的质量和效率，对于工程建设项目的设计、施工及工程质量、施工安全、成本控制、信息管理等具有重要的意义。

岩土工程勘察作为传统行业，其技术水平发展相对比较缓慢，多年来的纸质化作业累计的资料越来越多，不利于保存、归档、查阅与应用。随着近年来大量工程建设项目的持续开展，现场编录效率低、数据质量参差不齐、检验校核相对滞后、数据资料调用困难、现场监管难度大等问题日益凸显。这些问题的存在，不仅造成了勘察成本及后续数据管理成本的增加，同时抑制了勘察设计人员专业水平的提升，严重制约了岩土勘察行业的可持续发展。面对技术革新的冲击，传统勘察行业也遇到了亟需突破的瓶颈。

开展内外业资料信息化的建设则可以从根本上解决纸质档案的先天缺陷，为勘察行业的可持续发展提供有力支持。信息化也是当今社会经济发展的大趋势，大数据、云计算等信息技术应用服务是我国产业升级和实现工业化、现代化的新引擎，已经在商业零售、智能出行、电子政务等行业取得了巨大的成功。利用信息化、可视化等高新技术改造勘察设计行业，是传统行业可持续发展的必经之路。为了顺应信息化的发展趋势，中国勘察设计协会研究制定了《工程勘察设计行业“十四五”信息化工作指导意见》，研讨会中指出勘察行业的信息化仍然存在许多不足，信息化的发展空间依旧比较大，例如：企业信息系统信息孤岛问题，勘查设计、施工和运维数据无法高效共享等。同时，基于数字化、网络化、智慧化的新城建，也为行业的发展带来了新的市场机会，拥有广阔的应用场景。会议还提出了到2025年，大型骨干企业基本实现数字化转型，有条件的中小企业数字化转型取得明显进展，部分龙头企业达到国际先进水平的信息化工作总体目标，势将推动数据赋能全产业链协同发展，初步实现全生命周期数字化协同工作模式。

1 工程勘察信息化软件发展现状

1.1 信息化的定义

企业的信息化是指利用计算机、“互联网+”等一系列现代技术对信息资源的深度开发和广泛利用，在此基础上不断提升企业的生产、经营、管理、决策的效率和水平，从而提升企业的核心竞争力。目前，信息化已经成为全球公认的企业现代化转型的发展途径［1-2］。

1.2 国内外信息化发展历程

西方发达国家早在20 世纪70 年代就意识到信息化管理的重要性，并开始投资建设覆盖全社会的国民个人信息管理系统，从而推进西方社会的工业化和城市化进程［3-5］。以美国为例，在20 世纪80 年代末开始大规模投资信息技术，使得美国在接下来长达10年的过程中实现了经济的飞速增长。美国经济中信息技术行业的占比从1990 年的5.8%上升到了2000 年的8.3%。在20世纪90年代末期，约1/3的美国经济增长均来源于信息化的拉动，超过了其他任何行业［6-7］。日本政府于2000 年提出了以网络基础设施建设为中心的国家信息化发展战略，其建筑业于2004年开始大力推广三维的CAD 开发，随后基于BIM（Building Information Modeling）的三维CAD 开发也被政府列入信息化规范，并开发了勘察资料信息化系统［8-9］。时至今日，发达国家的企业信息化已经达到了相当高的水平，已经基本实现了企业业务全流程的信息化运作［10］。

我国的勘察设计企业信息化建设起步于“八五”期间，当时国家重在推广计算机辅助设计（CAD 技术）。到了“九五”期间则在继续加强推广CAD的同时开始探索集成应用系统的建设和开发。自21 世纪以来，我国工程勘察信息化开始了快速的发展，“十五”期间原建设部发布了《建设事业信息化“十五”计划》《全国工程勘察设计行业2000-2005 年计算机应用工程及信息化发展规划纲要》等政策之后，经历了“十一五”的信息基础设施建设、“十二五”企业电子化管理转变、“十三五”大数据、云计算与“互联网+”等信息技术在勘察设计行业的开发与应用、以及正在进行的“十四五”加快数字化发展、建设智慧城市、数字中国5个阶段［11-14］。

伴随着国家大力推广勘察信息化的进程，各省市以及企业已逐渐开始重视信息化在实际工作中的应用。重庆市勘测院通过向工程勘察单位推广自主研发的《CGB 交互式工程勘察设计云平台》，解决了许多企业的工程勘察、设计和决策等难题，取得直接经济效益超过1.5亿元。武汉市城乡建设局于2020年立项建立了武汉市建设工程勘测质量监管系统，包括有“易勘通”和“勘察随身行”微信小程序用于勘察技术人员外业工作数据的录入，“智勘通”集合地形地貌、地质构造、钻孔资料等相关岩土工程资料，进行汇总和数字化的展示。合肥市城乡建设局开发了合肥市工程勘察信息化管理平台，目前已经正式上线并开始试运行。建设局要求辖区内的各建设单位自2022 年4 月1 日以后全部通过该平台办理工程勘察线上登记，同时对建设主管部门工程勘察相关负责人进行了专题培训，后续计划对企业分批次组织业务培训，方便企业熟悉平台操作。广州市城市规划勘测设计研究院联合广州市地质调查院和上海城勘信息技术有限公司基于移动客户端开发了“地质随身行”移动设备APP。该软件将高德地图、地质图、地形图、勘察外业记录、钻孔分布、钻孔剖面图、地灾信息等相关报告信息进行了整合。北京市勘察设计研究院、江苏省测绘院和深圳市勘察研究员也都研发了“勘察信息化”内外业数据系统的相关软件，取得了很多成果［15-18］。

1.3 工程勘察内外业资料信息化的模式

随着云计算、大数据、信息化技术和移动互联等技术的快速发展，勘察信息化逐渐朝着“外业数据采集移动端+勘察数据管理平台+岩土勘察数据处理系统+三维地质系统+数据交付系统等”模式发展。在实际工作中针对内外业资料信息化的模式基本如下：首先对单位账号和项目进行初始化配置，通过移动设备上的APP 采集野外的基础地质数据，管理者可以对全过程的信息数据进行实时监管；数据管理平台负责将野外的数据实时上传、储存和管理，同时可上传至监督平台，实行有效的监管；内业数据整理则是基于基础勘查数据以及其他软件平台的地质信息，对数据进行进一步的处理，构建二维剖面以及三维地质模型，上传土工试验结果，实现可视化展示、自由剖切、地层剥离、渗流分析等功能；基于数据交付系统，使用者则根据需求选择勘察成图软件对应的数据接口，导出合适的格式，利用成图软件进行图件的绘制，实现真正的无纸化操作，最终将勘察成果回传至软件平台进行统一归档管理（见图1）。

图1 工程勘察内外业资料信息化作业流程Fig.1 Informationization Process for Internal and External Geotechnical Investigation Data

为了测试在此模式下，工程勘察内外业资料是否能够高效且高质量的产出，本论文通过岩土工程勘察项目，将勘察信息化软件同传统人工编录进行优缺点对比，同时对勘察信息化软件的推广和未来的发展方向展开了讨论。

2 工程勘察信息化软件的应用

2.1 项目场地基本概况

此次进行实验测试的项目位于广州市花都区，该项目主要进行房建类的岩土工程勘察工作。场地属于冲击平原地貌，场地内的岩体主要为第四系人工填土层、冲洪积层（细砂、中砂、粗砂、砾砂、粉质黏土）、残坡积层（粉质黏土、角砾），石炭系灰岩（强风化、中风化、微风化）、石炭系砂岩（全风化、强风化、中风化、微风化）等。区域地质构造上看，场地位于华南褶皱系（一级单元）粤中拗陷（三级单元）的中部的广花凹褶断群（四级单元）内，受控于广花复向斜的构造骨架，表现为由上古生界构造组成的一系列北北东向褶皱及其伴生断裂控制了该区的地质构造格局。

2.2 试验测试方案

该项目需要在多地块开展岩土工程勘察的工作，本论文选择了其中两个勘探孔数皆约为1 000 个钻孔的地块进行测试试验。研究使用的岩土工程勘察信息化软件为“云勘”应用软件，该软件主要适用于岩土工程勘察的外业数据采集和内页信息的处理与导出，可以直接在手机的应用市场进行下载，免费使用的期限为90 d。移动端支持安卓与IOS系统的手机和平板设备进行外业信息（位置、岩芯编录、拍照、采样、原位测试等）的采集，如图2⒜～图2⒞所示，网页（Web）端具备项目管理、成员管理、标准地层录入、内页处理、数据导出等功能，如图2⒟所示。

图2 云勘移动端和Web端操作界面Fig.2 Mobile and Web Operating Interfaces of Yunkan

本研究在该项目的地块1采用了传统的人工编录方式，多名记录人员通过纸质记录本对每个钻孔的岩芯进行描述。水位、采样、原位测试等相关信息皆记录在钻探班报表及班组日志上。当完成了地块1的工作后，在地块2采用“云勘”软件进行信息采集，标准地层信息、钻孔编号和标高等相关信息提前通过网页端进行导入，外业资料利用移动端的APP进行采集。

2.3 试验测试结果

地块1 和地块2 在编录及后续资料提交过程中的对比情况如下：

⑴编录速度：纸质编录流程为手写岩芯编录，岩芯拍照是直接使用相机进行拍摄，其他信息由现场管理人员记录在钻探班报表及班组日志上。APP 编录首先需要在项目中领取编录钻孔，进行开孔定位，依次输入不同地层的孔深、岩性、采样、水位、原位测试等信息，岩芯拍照分箱多次进行，完成后进行封孔定位，可以进行完成上传。由于采用APP 软件输入的信息较多，编录人员在编录现场需要消耗相对更多的时间，因此在编录速度上纸质编录具备一定的优势。

⑵错误率：纸质编录常见的错误为钻孔编号出现笔误，编录过程中难发觉，直至编录发现重复孔号，则需要去核对报表修改错误。在地块1 约1 000 个孔的编录过程中出现了近10 次的编录错误。使用APP编录钻孔编号已经提前导入，在编录目标钻孔时直接领取编录即可，偶尔出现领取错误的情况也可以及时退还给系统，重新进行领取，方便快捷。在地块2的编录过程中出现了3次钻孔领取错误的情况。结果显示采用APP编录的错误率更低。

⑶编录内容的统一性：纸质编录不同的编录人员由于水平的差异等因素对于岩芯的描述，甚至是岩性的鉴别都存在的一定的差异。因此多名编录人员的编录记录往往出现五花八门的结果，后期资料整合时费时费力。APP 编录则采用预先导入的该地区标准地层，在编录的过程中编录人员只需要点选对应的岩性和描述即可，资料整合方便快捷，具有很好的统一性。

⑷资料查询的便捷性：由于工期进度紧凑，在勘察的过程中经常出现设计部门提前需要钻孔资料的情况。针对本项目，在勘察实施的过程中就出现了基坑周缘钻孔资料的需求。针对地块1只能根据基坑孔标号，依次在记录本上寻找基坑孔的资料。在地块2则可以直接输入需要的孔号，自动搜索获取目标钻孔的资料，方便快捷。

⑸工作内容统计的准确性：勘察作业每天都需要对当日的工作量进行统计总结，地块1 每日工作总结需根据记录资料将钻孔编号、深度、个数、总进尺等电子化形成报告留存并提交给业主单位，消耗时长约为40 min。地块2通过编录软件Web端的工程进度功能，可以试试查看每日钻孔个数，进尺等相关信息，整理生成电子版的报告只需要几分钟的时间。使用软件进行钻孔统计增加了统计效率的同时，也避免了人工统计时容易出现的错误。

⑹钻孔资料的输出效率：纸质记录需要在电脑端利用理正勘察软件重新对每个钻孔的相关资料进行输入，地块1 约1 000 个钻孔的资料消耗了5 d 进行钻孔资料的录入。地块2 在所有钻孔完成后，可直接导出Txt.格式的文件，导入理正勘察软件即可生成所有钻孔的钻孔柱状图。利用软件减少了人工的重复输入，提升了工作的效率。

3 勘察信息化软件应用分析

本研究基于广州市花都区的岩土工程项目，在两个地块采用不同编录方式对比发现勘察信息化软件在多方面都具有传统纸质编录所不具备的优点，包括：低错误率、高统一性、高查询便捷度、高准确性和高输出效率等。尽管在使用信息化软件的初期，工程资料的获取流程上相对纸质编录较为繁琐，但是每日实际钻孔编录数量上基本能够保持一致，同时室内的重复性工作的显著减少，项目的工作效率便得以显著提升。

由于大部分的岩土工程勘察从业人员多年以来已经习惯了利用纸质编录的方式来获取相关工程信息，在不清楚信息化软件的实际作用时，突然改变他们获取资料的方式方法，必然会存在着一定的抵触心里。本研究在地块2 工作开始的初期，也遇到了这样的阻碍，编录人员反映勘察信息化软件费时费力，不如手写编录方便，用起来很不习惯。随着项目的不断推进，编录人员逐渐适应了勘察软件的操作流程，编录效率便有了一定的提升。再后来，经历了资料的处理流程之后，编录人员便能深刻体会到外业编录电子化的高效性和准确性，主动提出“早点将编录电子化多方便”。在此次测试试验的过程中还有一点对于提升勘察的质量具有很大的帮助，及编录过程中可以实时上传资料给技术主管，从而实时有效的沟通，确保勘察工作的准确无误。当工作人员们切实体会到了信息化软件所带来的便利之后，信息化软件的推行也将会变得顺理成章。

综合前期调研结果和本研究测试，认为勘察信息化的推行需要注意以下3点：

⑴ 提升勘察设计单位对信息化作业的重视程度。目前很多勘察设计单位还停留在传统的纸质记录工作模式，在该模式下小批量的工程项目看似影响不大，但是在日积月累下浪费的人力物力还是会达到相当可观的数值。另外，在经济快速发展的当下，各类大型工程的建设会越来越多，大批量的岩土工程勘察项目，仅仅通过纸质资料进行作业已经远远不能满足项目的进度、质量等指标。因此，无论是大型企业还是中小型企业都需要切实加大信息化的投入，信息化是未来各行各业发展的方向，只有紧跟行业的发展趋势，才不会被时代的浪潮所淘汰。

⑵增强勘察信息化软件的宣传和推广力度。尽管在国家政策的强烈号召下，大部分的企业已经意识到了信息化的重要性，但是忌于信息化软件存在的“不好用”问题，不少中小型企业由于资金相对紧缺的问题，在行业转型的过度期往往保持观望的态度。这确实是一个必须经历的阶段，根据本次实验测试结果，免费的勘察信息化软件已经可以大幅度的降低人工成本并提升生产效率和质量，该项技术已经基本成熟。如果和开发商进行深度合作，还可以根据企业需求量身定做更加适用的版本，让信息化软件真正变得“好用”。对此建议相关勘察信息化软件商都可以推出免费的试用版本，同时加大宣传力度，只有让勘察设计企业体会到信息化所带来的便利才会想要投入，敢于投入，从而加快信息化的推行进程。

⑶ 加强软件开发商与勘察设计人员的深度合作。本研究主要涉及的勘察类型为房屋建筑和构筑物，岩土工程勘察的类型还有地下洞室、岸边工程、管线和架空线路工程等等，不同类型的工程标准要求各不相同，因此需要制定不同的模板以适应不同类型的工程需要。软件开发商对不同类型的岩土工程勘察不甚了解，勘察设计人员的软件开发能力有限，因此加强双方的合作，取长补短便显得尤为重要。在本测试过程中勘察设计人员在使用信息化软件的过程中所遇到的问题和想法，皆及时向软件技术人员进行了反馈，便于软件技术人员理解勘察设计人员的真实需求，促进信息化软件的逐步优化。

4 结语及展望

本研究通过两个地块的岩土工程勘察工作测试分析了现有勘察信息化软件的实用程度，结果表明目前勘察信息化的相关软件确实可以大幅度的提升勘察项目的工作效率、降低人力成本、提高成果质量，且该技术手段和工作模式已经较为成熟，可以大面积的推广到各类型的勘察设计企业中去，具有很高的实用性。本文认为勘察信息化的顺利推进需要重视以下3点：①提升勘察设计单位对信息化作业的重视程度；②增强勘察信息化软件的宣传和推广力度；③加强软件开发商与勘察设计人员的深度合作。

勘察信息化的发展路径为数字化、信息化及智能化。随着勘察信息化在企业中的逐步推广与应用，勘察作业已经逐渐规范化、数字化，数据的后期处理也更加高效，朝着信息化快速发展，最终将实现智能化。相信在国家政策的逐步推行和相关勘察设计单位与软件开发企业的共同努力下，我国信息化的建设一定能够势如破竹。