陳建輝，王晨浩，郭抒燕

（1.中水北方勘測設計研究有限責任公司，300222，天津；2.天津市龍網(wǎng)科技發(fā)展有限公司，300181，天津）

我國現(xiàn)有已建和在建水庫98 000多座， 其中壩高超過100 m 的已建和在建水庫達191 座， 壩高200 m 以上20 座。

高壩大庫前期勘察自然環(huán)境惡劣、地形地貌復雜、工作條件艱苦；生產過程中勘察資料整理內業(yè)繁瑣，傳統(tǒng)二維成果不形象、不具體，成果表達形式難以適應與時俱進的設計、業(yè)主及審查需求。 在各行各業(yè)都在發(fā)展智慧化的背景下，急需以數(shù)字化技術解放傳統(tǒng)勘察生產力。 隨著數(shù)字化技術快速發(fā)展， 一方面無人機、RTK 等終端數(shù)據(jù)采集、 定位設備向便攜、易操作、低成本、多功能方向發(fā)展，一定程度上為高壩大庫的地表測量、地質測繪工作提供了基礎支撐；另一方面高性能軟件使BIM、GIM、數(shù)值分析及效果模型向簡單、高效、智能方向快速普及，為高壩大庫地質基礎資料整理、水利工程設計及成果展現(xiàn)提供了技術支撐。

高壩大庫的勘察工作往往存在工作周期歷時數(shù)年、設計調整優(yōu)化、多階段逐步深入的特點。 通過分析勘察各階段任務重點以及各專業(yè)對地質資料需求， 提出對高壩大庫各勘察階段數(shù)字化應用任務重點及技術要求，既滿足生產需求，又避免過度投入， 提高勘察成果精準度及勘察生產效率， 推動勘測全過程數(shù)字化應用的正向設計， 再循序漸進推動高質量發(fā)展。

高壩大庫樞紐工程區(qū)范圍小，建設周期往往數(shù)年甚至數(shù)十年，后期隨著勘測的深入， 數(shù)字化成果多次應用、復核、完善后，更加系統(tǒng)化、合理化、精準化，相對于其他地質條件簡單、范圍廣的水利工程，數(shù)字化技術應用投入價值優(yōu)勢更加明顯。

一、高壩大庫勘察各階段重點

參照水利行業(yè)及水利勘察設計單位高壩大庫工程勘察設計流程，一般分為規(guī)模論證、方案設計、可行性研究、初步設計、招標設計、施工詳圖設計6個階段。

①規(guī)模論證階段主要了解各壩址的基本地質條件，初步評價樞紐區(qū)工程地質條件和工程地質問題，初步提出巖土體主要物理力學參數(shù)建議值，提出壩址、壩型比選的地質初步建議。

②方案設計階段勘測設計任務為論證設計方案的可行性，并基本確定設計方案，避免可研階段出現(xiàn)重大調整。 地質方面重點關注影響工程建設和方案比選的重大工程地質問題，以及是否存在制約因素；對影響工程建設和方案比選的主要工程地質問題進行勘察、論證；基本查明制約工程建設和方案比選的主要工程地質條件，評價重大工程地質問題。

③可行性研究階段是在方案設計階段的基礎上，對選定壩址和推薦建筑物進行論證。 初步查明樞紐區(qū)及建筑物的工程地質條件、存在的主要工程地質問題，并作出初步評價。

④初步設計階段在可行性研究基礎上，查明各類建筑物的工程地質條件，為選定建筑物形式、軸線、工程總布置提供地質依據(jù)。 對選定的各類建筑物的主要工程地質問題進行評價，并提供工程地質資料。

⑤招標設計階段在審查批準初步設計報告的基礎上，復核初步設計階段的地質資料和結論，查明遺留工程地質問題，為完善和優(yōu)化設計及編制招標文件提供地質資料。

⑥施工詳圖設計階段工程地質勘察應在招標設計階段基礎上，檢驗、 核定前期勘察的地質資料與結論， 補充論證專門性工程地質問題，進行施工地質工作， 為施工詳圖設計、優(yōu)化設計、建設實施、竣工驗收等提供工程地質資料。

二、高壩大庫勘察對數(shù)字化技術的需求

1.外業(yè)方面

傳統(tǒng)地表地質測繪工作受惡劣自然環(huán)境、復雜地形地貌及艱苦工作條件的影響，存在勘察精度及工作效率低、外業(yè)危險性大的問題。 因而勘察前期可能對工程區(qū)地質情況整體性、系統(tǒng)性把控不夠，可能遺漏部分重要地質信息或造成工作重復。 數(shù)字化技術利用航測獲得高清影像資料及精準三維定位模型， 實現(xiàn)地形、地表地質信息空間數(shù)字化采集， 實現(xiàn)“把外業(yè)工作搬到家”的初步目標。

傳統(tǒng)勘探鉆孔、平硐、探井等野外勘察數(shù)據(jù)采集廣泛采用 “鉛筆＋記錄紙”的作業(yè)方式，后期手工錄入成較簡單的文字信息，最終以二維剖面圖形式展現(xiàn)。 傳統(tǒng)模式中往往存在查詢存儲前期資料不便、重復整理錄入工作量大、二維剖面難以真正直觀系統(tǒng)等問題。 數(shù)字化技術可利用靈活的電子移動終端實現(xiàn)地質勘察工作一次電子化， 減少重復整理錄入工作量，提高數(shù)據(jù)采集、整理效率。

2.內業(yè)方面

現(xiàn)狀傳統(tǒng)鉆孔水文試驗（壓水試驗、注水試驗）、原位測試（標準貫入試驗、圓錐動力觸探試驗等）、水土常規(guī)室內試驗（巖土室內試驗、水土腐蝕性試驗等）等計算過程通常為人工批量、多層次、分別計算統(tǒng)計，同時還需對整理結果進行二次計算統(tǒng)計（如各巖土層透水性判別、物理力學指標建議值選取、液化判別）、三次計算統(tǒng)計（滲漏計算、滲透穩(wěn)定計算、抗滑穩(wěn)定計算、抗傾覆穩(wěn)定計算、不均勻沉降計算等）， 計算統(tǒng)計多利用零散統(tǒng)計表，難以做到規(guī)范化、標準化和流程化，數(shù)據(jù)整理過程易錯漏，數(shù)據(jù)成果校審困難。 數(shù)字化技術匯總標準化生產軟件，將無紙化、數(shù)字化外業(yè)采集成果快速獲得各種數(shù)據(jù)計算統(tǒng)計成果，甚至接入相關專業(yè)（鉆探編錄表、巖土試驗成果、物探各類測試成果）錄入成果，經(jīng)簡單地質分析處理，可獲得供報告使用的數(shù)據(jù)成果。

在“大數(shù)據(jù)”的背景下，企業(yè)應該學會將新興的互聯(lián)網(wǎng)技術同人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型的建立相結合。依據(jù)大數(shù)據(jù)的ANN模型，把獲得的數(shù)據(jù)同企業(yè)內部審計預警機制相結合，并通過實際運用的結果的分析，測試數(shù)據(jù)的準確性和完整性及企業(yè)風險內部的審計過程。

報告編制過程需自動化、標準化模板，使報告編制成為填空式、流水線式作業(yè)。 各種地質參數(shù)建議值的獲取，以大數(shù)據(jù)作為驅動，結合試驗成果及經(jīng)驗修正，快速獲得合理的參數(shù)建議值。

3.設計配合方面

現(xiàn)狀設計配合過程中，提供的勘察成果多為剖面圖、平切圖，而在設計方案布置過程中希望有和建筑物相關的三維地質信息，這樣在布置建筑物過程中更能充分考慮地質條件，避免設計后期因考慮不充分導致建筑物布置調整。

三維正向設計正在快速普及，計算開挖量、土石方平衡等均需以三維地質模型為基礎模型， 數(shù)值分析、效果模型的建立如果以地質模型為基礎，可大大簡化建模流程，提高產品質量及效果。

4.成果的延續(xù)性

高壩大庫自勘察至完工往往數(shù)年甚至數(shù)十年，需綜合性的軟件及數(shù)據(jù)存儲平臺，使數(shù)據(jù)可溯源、可延續(xù)，不受人員更替影響。

三、各勘察階段數(shù)字化技術應用分析

①規(guī)模論證階段重點關注區(qū)域構造及穩(wěn)定。 可利用LocaSpace Viewer 查詢工程區(qū)附近主要構造，結合區(qū)域影像初步分析構造應力場、區(qū)域構造穩(wěn)定性。

②方案設計階段外業(yè)以地表測繪為主，輔以必要的勘探工作。 可基于傾斜模型，利用IDATE-3D 提取基巖覆蓋層界線、地層界線、不良物理地質現(xiàn)象等地質信息， 經(jīng)現(xiàn)場復核后， 導入GeoStation 快速建立地質三維模型，為報告編制提供支撐。

④初步設計階段外業(yè)工作針對建筑物，對壩基滲漏、邊坡穩(wěn)定等重要問題進行研究。 以地質三維模型為基礎，根據(jù)規(guī)范要求，有目的有重點地優(yōu)化外業(yè)勘探布置，為設計優(yōu)化建筑物布置提供支撐。 以地質三維模型為基礎，利用GTX、NX 等數(shù)值分析軟件快速建立數(shù)值分析模型，對重要工程地質問題進行模擬分析，并提出工程處理措施建議。 以地質三維模型及傾斜模型為基礎， 利用Supermap、SketchUp、Lumion 等效果制作軟件建立開挖后實景地質模型及效果模型，滿足審查、參觀展示需求。

高壩大庫勘察各階段對數(shù)字化技術的應用應根據(jù)勘察深度，采用相應技術手段，循序漸進、逐漸深入，滿足各階段工作需求，提高工作質量及效率，見圖1。根據(jù)項目進展進行正向設計和持續(xù)更新，避免重復工作。 地質模型應用于數(shù)值分析模型及效果模型，延長地質模型壽命。 外業(yè)采集、地質三維模型、數(shù)值分析模型、效果模型相互配合， 簡化各模型基礎工作，提高效率。 在傳統(tǒng)地質三維建模軟件GeoStation 基礎上，利用itasCAD提高建模效率，在傳統(tǒng)效果模型制作基礎上結合傾斜模型，更加真實地反映工程現(xiàn)場。

圖1 數(shù)字化技術在高壩大庫勘察各階段應用流程

四、工程應用

數(shù)字化技術在四川高橋水庫及西藏多個高壩大庫項目勘察過程中進行了不同程度的應用，得到了優(yōu)越的效果和反饋。 其中西藏兩座水庫海拔均在4 000 m 以上， 通過傾斜模型進行數(shù)字化外業(yè)信息采集，地表測繪工作時間能節(jié)省約70%，在提高測繪精度及產品質量的同時，減少了高海拔對勘察人員的影響；利用地質三維模型切制工程地質剖面圖，比傳統(tǒng)方法節(jié)省制圖時間約80%；利用地質三維模型生成數(shù)值分析模型，或利用傾斜模型生成效果模型，在模型精度及效率上均有質的提高。 自實景三維模型進行數(shù)字化外業(yè)信息采集，到地質三維模型建立、二維出圖、工程地質分析和評價、數(shù)值分析及效果模型建立，數(shù)字化技術切實提高了生產效率及產品質量。

五、結 語

數(shù)字化技術在高壩大庫勘察中可減少外業(yè)勘察工作量，提高勘察精度、效率、產品及服務質量，推動勘察過程中數(shù)字化應用的正向設計，工作逐漸深入、互為基礎、循序漸進，可避免大量的重復工作。 高壩大庫建設周期長，數(shù)字化技術相對其他水利工程可用性更高。

與此同時，數(shù)字化技術在實踐中也存在一些不足之處， 如數(shù)字化技術發(fā)展速度跟不上與時俱進的勘察需求，受勘察專業(yè)性強限制，軟件開發(fā)人員要求高， 受植被茂密影響部分地區(qū)定位困難， 在線狀工程勘察中運用效率較低等， 相信隨著計算機及網(wǎng)絡行業(yè)的進一步發(fā)展， 此類問題也會逐步解決， 數(shù)字化技術的應用將給高壩大庫勘察帶來越來越多的效益。 ■