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        巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)與實現(xiàn)

        2016-09-28 10:21:08朱懷斌吳明剛
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年18期
        關(guān)鍵詞:工程信息設(shè)計

        朱懷斌吳明剛

        (1.中冶成都勘察研究總院有限公司,四川 成都 610000;2.四川秦巴誠達(dá)工程勘察有限公司,四川 巴中 636600)

        巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)與實現(xiàn)

        朱懷斌1吳明剛2

        (1.中冶成都勘察研究總院有限公司,四川 成都 610000;2.四川秦巴誠達(dá)工程勘察有限公司,四川 巴中 636600)

        在進行工程設(shè)計時,必須根據(jù)巖土性質(zhì)的勘察結(jié)果有針對性地進行,才能保證工程的整體質(zhì)量。在我國目前的巖土工程勘察過程中,數(shù)字化技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。本文主要從巖土工程勘察概述、勘察所需資料的收集、傳統(tǒng)的巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)存在的缺陷以及巖土工程勘察數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)等方面對巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)及其實現(xiàn)的相關(guān)問題進行了探討。

        巖土工程;勘察;數(shù)字化技術(shù)

        在整個工程設(shè)計過程中,巖土工程勘察是最為首要和基礎(chǔ)的工作。巖土工程勘察的對象主要包括地形地貌、地層界面、地下水位分布、斷層等。勘察技術(shù)的先進與否能夠?qū)こ痰恼w質(zhì)量、安全性能以及綜合效益產(chǎn)生最為直接的影響。在傳統(tǒng)的數(shù)字化勘察技術(shù)中,對這些資料的分析多是處于靜態(tài)以及二維階段,因而不能對信息之間的空間變化規(guī)律進行準(zhǔn)確反映,也無法從中得出最為全面和科學(xué)的結(jié)論,由此對工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。

        一、概述

        伴隨著GPS、GIS、RS技術(shù)的發(fā)展與在地理調(diào)查、地質(zhì)勘探方面的應(yīng)用獲得了很好的反響,這些新型技術(shù)的應(yīng)用與聯(lián)合作用,能夠改善工作效率、提高調(diào)研的精準(zhǔn)性、并增加數(shù)據(jù)與信息傳輸?shù)乃俣?,一方面可以大大簡化工作,另一方面,能夠通過這種數(shù)字化的力量改善工作模式,或者提高工作效率等。因此,在這種新型技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗與成功先例面前,需要增加巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)與實現(xiàn)。

        二、巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)現(xiàn)狀和存在的問題

        1.巖土工程勘察及其現(xiàn)狀

        巖土工程勘察大致可分為選址階段、初步勘察階段、詳細(xì)勘察階段。其中第一階段的勘察工作應(yīng)符合方案要求,第二階段符合初步設(shè)計的要求,第三階段符合施工設(shè)計的要求。根據(jù)勘察對象的不同,巖土工程勘察可分為多種類型,主要包括鐵路工程、公路工程、水利水電工程、大型橋梁及工業(yè)、港口碼頭以及民用建筑等等。我國自改革開放以來,巖土工程勘察技術(shù)得到了明顯的發(fā)展,尤其是計算機技術(shù)與巖土工程勘察技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用,使巖土工程工作迅猛發(fā)展。但是,雖然計算機技術(shù)與沿途勘察技術(shù)已經(jīng)緊密結(jié)合,但是由于巖土工程勘察設(shè)計工作具有作業(yè)分散,手工操作,通過紙制文件來傳遞信息,效率低下,共享性差,并且資源無法多次使用等問題的存在,導(dǎo)致巖土工程勘察數(shù)字化仍然存在大量的問題需要克服。

        2.存在的問題

        首先,勘察資料過于地質(zhì)化;巖土工程勘察工作需要通過長期的分散作業(yè)來進行條塊分割、勘察,并且由于科技發(fā)展,巖土工程工作獲得了大量的新技術(shù)與新方法。從而導(dǎo)致在設(shè)計方案與實際探勘過程中脫鉤較多,使勘察過程中獲得的信息通常以難以理解的形式出現(xiàn),也使設(shè)計方案難以在實際工作中實現(xiàn),降低工作效率。

        其次,設(shè)計系統(tǒng)間較為封閉;在巖土工程勘察過程中,由于勘察資料多數(shù)是以書面形式進行傳輸與表達(dá),極少使用儲存工具或者網(wǎng)絡(luò)傳輸文件方式,從而導(dǎo)致勘察大部分?jǐn)?shù)據(jù)資料無法共享。在工作過程中,勘察數(shù)據(jù)無法得到良好的傳輸,勘察信息無法作為下一步工作的信息依據(jù),需要重新輸入信息,不但浪費了時間,而且在輸入信息過程中容易出現(xiàn)錯誤。

        第三,數(shù)字化技術(shù)綜合能力較差;巖土工程勘察的工作設(shè)計信息具有多方位性,涉及到地質(zhì)、地形、水文、水利設(shè)施、環(huán)境等多方面因素,導(dǎo)致巖土工程勘察信息具有一定的空間定位特性、又具備獨立屬性特征,不但具有定量指標(biāo),而且具有定性指標(biāo)。當(dāng)前巖土工程勘察信息技術(shù)系統(tǒng)缺乏對各種信息的全方位采集、分類、表示、分析方法,造成了設(shè)計方案的優(yōu)化和巖土工程勘察的工作方位都缺乏全面的信息支持。

        3.巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用方面的不足

        首先,勘察資料的地質(zhì)化程度過于嚴(yán)重,受到巖土工程的專業(yè)設(shè)置過細(xì)、對新規(guī)范、新技術(shù)、新方法應(yīng)用的滯后性、部門之間被長期分割導(dǎo)致設(shè)計和勘察分散作業(yè)等因素的影響,使得設(shè)計和勘察之間的聯(lián)系不夠緊密,勘察人員無法參與設(shè)計過程,同時勘察人員所提供的數(shù)據(jù)通常也很難被設(shè)計人員理解,因此導(dǎo)致勘察成果轉(zhuǎn)化為設(shè)計成果的效率較低,造成信息浪費。其次,數(shù)字化地圖與數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)之間的對接難度較大;對于設(shè)計部門來說,地形圖是設(shè)計的底圖,是最基本的數(shù)據(jù)。由于數(shù)字化地圖的部分環(huán)節(jié)中的技術(shù)還有待完善,導(dǎo)致其與CAD設(shè)計軟件之間的正常匹配存在問題,對接難度較大,因此設(shè)計系統(tǒng)必須將勘察資料進行數(shù)字化。這一方面影響了對CAD的推廣使用,另一方面也對設(shè)計工作的效率產(chǎn)生了影響。

        第三,勘察信息的數(shù)字化程度不高;勘察部門所提供的信息中,定性描述的信息例如表格、文字、圖表等較多。這不僅會增加設(shè)計人員對資料的理解難度,同時也會使對勘察資料進行處理、分析及利用的難度加大,從而有可能造成信息浪費。

        三、數(shù)字化技術(shù)與實現(xiàn)的前期準(zhǔn)備

        首先,確定勘測的深度和間距;因為在不同地區(qū)、不同土層的距離不同,而同一土層中不同的土性參數(shù)之間則具有十分接近的相關(guān)距離。以我國某地的土層為例,不同土層之間的相關(guān)距離(m),見表1。

        其次,科學(xué)劃分野外地層;一般情況下,普通的大型工程施工采用的方式是鉆機平行作業(yè),這種方式需要大量的技術(shù)人員。但在進行實際施工中,各個勘探班組各自為政,將大量的資料匯集在一起。由于資料較為分散,因此整理難度非常大。解決方法是將技術(shù)人員分配到1~2個鉆孔上共同勘探,對所得的資料進行統(tǒng)一編錄,同時派專門人員對整體的野外分層連線進行勘測,當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題后及時匯報并采取有效的措施進行改進。

        第三,做好對地下水位的觀測;要保證各個點對地下水位的觀測工作能夠同時進行,并在最后一個鉆孔結(jié)束后的24h后進行地下水的測量工作;對地下水的開采情況例如開采地點等進行深入了解和分析。例如如果進行測量的地點剛好是附近抽水井抽水下降漏斗,那么所測量到的數(shù)據(jù)會比實際水位的數(shù)值大;最后,將鉆孔坐標(biāo)以及標(biāo)高回測結(jié)合起來測量。

        四、巖土工程勘察數(shù)字化的關(guān)鍵技術(shù)及實現(xiàn)

        首先,巖土工程數(shù)字化勘察能夠?qū)鹘y(tǒng)的手工形式向現(xiàn)代化的CAD技術(shù)轉(zhuǎn)變,形成數(shù)據(jù)采集信息化、勘察資料處理數(shù)字化、硬件系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、圖文處理自動化的高效益的巖土工程勘察設(shè)計體系。巖土工程數(shù)字化勘查系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        其次,主要的實現(xiàn)方法為數(shù)字化建模圖與數(shù)字化數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)建。具體是表面模型法。它通過對工程地質(zhì)體的外表面進行精確地表示,以此來對均質(zhì)地質(zhì)體進行反映。這一方法的數(shù)據(jù)來源是通過對測點上的離散的測點資料進行分析,然后利用數(shù)據(jù)對結(jié)果進行解釋,并對地質(zhì)體的界面進行重構(gòu)。表示表面的方法較多,例如數(shù)學(xué)模型法、圖示模型法等等。常用的圖示模型法也是多種多樣的,例如等值線法、規(guī)則格網(wǎng)法、邊界表示法以及不規(guī)則格網(wǎng)法等等。另一方面,基于地理信息系統(tǒng)的數(shù)字化巖土勘察工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的原始數(shù)據(jù)主要是地理信息層面的空間以及非空間數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù),例如自然區(qū)劃圖中的河流、道路、民居等等,以及巖土工程勘察數(shù)據(jù),例如各建筑場地的地理信息等等?;诖?,數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可按照以下兩個步驟進行構(gòu)建:首先,建立巖土工程勘察數(shù)據(jù)庫的概念模型設(shè)計。具體來說就是將與實體有關(guān)聯(lián)的功能和行為分離出來,僅從現(xiàn)實世界中實體的數(shù)據(jù)側(cè)面來建立模型,然后在此基礎(chǔ)上建立與之相對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。其次,完成數(shù)據(jù)庫的建立。該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要分為用戶輸入的原始數(shù)據(jù)、系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)以及最終數(shù)據(jù)。

        表1 不同土層的相關(guān)距離

        五、優(yōu)勢與實現(xiàn)前景可觀

        首先,從優(yōu)勢來看,這種數(shù)字化的革新或措施改進,能夠通過“數(shù)字化管理”形式的技術(shù)型方法,改變原有的勘察模式;從根本上扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)技術(shù)方面的不足之處;通過數(shù)字化,重點在于數(shù)據(jù)的采集、信息的記錄、數(shù)學(xué)形式的模型構(gòu)建與分析,以及在模型階段的論證,有效地提升了傳弘勘察過程完成后對數(shù)據(jù)的處理方式,并且提高的精準(zhǔn)性與速度;另一方面,可以通過這種模型式的圖解分析,減少同類區(qū)域的勞動量。

        其次,從具體的辦法方面來看,這種技術(shù)主要將全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙感技術(shù)等多種新型技術(shù)進行了綜合利用,在定位、信息處理、測量方面,更加有效、科學(xué),而且能夠通過圖形與顏色將其中的各個不同、差異進行區(qū)分與辨析。

        第三,從實際的解決方面分析,當(dāng)前巖土工程勘察最主要的問題是勘察資料過于地質(zhì)化、設(shè)計系統(tǒng)間較為封閉、數(shù)字化技術(shù)綜合能力較差。為了解決這一些系列問題,就必須建立一體化的巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)。將所有的勘察、設(shè)計通過計算機來完成,以網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞綄⒐こ绦畔⒐蚕砘?,使文件資料保存完整,工程作業(yè)加快,保證勘察效率,節(jié)省人力資源與工程資金,提高巖土工程勘察的工作效果,保證經(jīng)濟效益可以穩(wěn)定的提升。

        第四,對未來的發(fā)展與前景進行展望也可以認(rèn)識到巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展受當(dāng)前科學(xué)水平發(fā)展的影響,在我國科技不斷發(fā)展的過程中,新的巖土工程技術(shù)以及勘察數(shù)字化技術(shù)會不斷出現(xiàn)。巖土工程勘察是一門應(yīng)用科學(xué),為工程建設(shè)提供可靠的基礎(chǔ),所以木土工程的建設(shè)的發(fā)展與工程勘察技術(shù)有著必然的聯(lián)系,由于我國土木工程的發(fā)展規(guī)模與發(fā)展時間都遠(yuǎn)超于世界其他國家,通過巖土工程勘察正向功能化、城市立體化、交通高速化發(fā)展,巖土勘察工作的發(fā)展,來帶動土木工程建設(shè)的發(fā)展,進而確保社會經(jīng)濟水平的平穩(wěn)增長。

        結(jié)語

        綜上所述,在巖土工程勘察中數(shù)字化技術(shù)的使用已經(jīng)較為普遍。但就目前來說,由于傳統(tǒng)的數(shù)字化勘察技術(shù)存在諸多問題,導(dǎo)致設(shè)計工作的效率受到影響,而且也造成信息和資源的浪費。因此應(yīng)該不斷對數(shù)字化技術(shù)進行強化,尤其對其關(guān)鍵技術(shù)進行不斷革新,使其更好地為巖土工程勘察工作服務(wù)。

        [1]李小林.淺談城市工民建項目中巖土工程勘察技術(shù)的應(yīng)用[J].江西建材,2013(6):178-179.

        [2]孫明廣.巖土工程勘察數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用及展望[J].科技風(fēng),2010(11):86-87.

        [3]劉惠芳.淺談我國巖土工程勘察技術(shù)現(xiàn)狀及其改進措施[J].建筑·建材·裝飾,2015(22):344-345.

        TU412

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