1鐵路工程地質勘察流程
實現集成化，首先要了解鐵路行業工程地質勘察特點和工作程序。圖1比較客觀地反映了鐵路工程地質勘察所要經過的工作流程。它包含了外業調查和內業整理兩部分工作，兩者有時需要交叉進行。圖1中顯示，鐵路工程地質勘察涉及的工序較多，過程較爲複雜，服務的專業較多，滿足的要求也不一樣。
2工程地質勘察資訊
集成化的前提應是資訊化。實現系統集成化的途徑就是要以資訊爲紐帶，透過資訊的傳遞和作用，貫穿勘察整個週期。因此，資訊的組織和管理在集成化中起着關鍵作用。一般工程地質資訊包含的內容是多方面的。就鐵路工程地質勘察而言，按工序可分爲前期資訊、中期資訊和後期資訊。前期資訊多爲指定性和任務性資訊，包括勘察大綱、各種勘探點事前指導書(任務書)、岩土水試樣試驗委託書等;中期資訊一般爲中間成果資訊和過程資訊，有勘探點成果圖表、野外調查的觀測點表、岩土水試驗報告、物探報告等;後期資訊以成果檔案爲主，含工程地質平面圖、工程地質縱斷面圖、各種類型的彙總表、計算表單、各類工程勘察報告或說明、工程地質勘察總說明等。總之，資訊十分龐雜也十分多樣化。集成化的目的就是爲了資訊的有效利用、有效管理。爲了達到集成化，就必須實現鐵路工程地質勘察過程資訊化，資訊化的前提顯然就是資訊必須存儲。因此，首先着重考慮了各期資訊存儲的方式和內容、資訊傳遞途徑以及資訊作用的方式。
2.1資訊存儲
工程地質勘察有關資訊類型無外乎有3種:文字型資訊、數值型資訊和圖形資訊。不同資訊存儲的格式和目的有所不同。而且實際工作中，需要將不同類型資訊整合在一張表上，如勘探事前指導書，既含文字型資訊，如技術要求，又有數值型資訊，如孔深、里程、座標;觀測點表和岩心鑑定表中既含文字資訊，如地層描述，又含圖形資訊，如素描圖和岩心柱狀圖。
2.1.1文字型資訊
文字型資訊包括word、excel及txt格式檔案，多是一些描述性和說明性的資訊，它必須與其他數值型和圖形資訊一起使用纔有意義。存儲的目的主要是便於以後查詢、瀏覽以及與其他資訊合併組成一種規定的格式，以便整體輸出。
2.1.2數值型資訊
數值型資訊主要包括數字、術語、符號和excel格式檔案，這類資訊用途最廣。存儲的目的是爲了後期查詢、覈對、糾錯、調用、彙總、統計、計算時方便調用。哪些資訊需要按數值型資訊存儲是根據後期需要來確定的。
2.1.3圖形資訊
圖形資訊包括照片、CAD圖等。存儲的目的是爲了後期調用、修改，同時也爲了與數值型資訊和文字型資訊有關聯性，如一張照片的里程位置，CAD圖中所涉及的勘探資訊、計算結果等。
2.2資訊傳遞
各部分相互間的聯繫就是透過資訊傳遞來完成的。資訊傳遞既有單向的，又有雙向的。需要資訊傳遞的內容均設爲單獨字段。單向傳遞的多爲文字資訊，如描述性的內容;雙向傳遞的多爲數值型資訊，如里程、座標、試驗數據等。圖形資訊既有單向的，如平面圖中的符號、小柱狀圖等;也有雙向的，斷面圖中的靜探分層等。單向資訊傳遞按工作流程設計，其目的就是爲了簡化人工干預、提高工作效率和準確性，爲此，可以設定資訊字段的繼承性、遞增性，避免重複輸入。雙向傳遞是根據後期資訊結果反饋給前期資訊庫進行覈對和修改，然後再返回到後期資訊。如砂土的定名、黏性土的稠度、粉土的密實程度和潮溼程度等，野外定名和試驗室定名有時不一致，就需要根據試驗室定名來修改野外定名，即根據試驗室定名自動修改前期相應字段內容。平面圖勘察點的里程、座標換算、順號、換號等也是資訊雙向傳遞的典型例子。
2.3資訊作用
資訊作用和資訊傳遞是分不開的。大部分字段都是根據資訊作用設定的，如鑽探事前指導書中設定孔深、是否取樣等爲單獨字段，就是爲了實際完成後進行覈對是否按指導書要求的孔深進行，是否進行了取樣。資訊的主要作用反映在後期資訊處理上，如統計、彙總、滑坡計算、沉降計算、溼陷計算、節理統計、赤平投影等。
3系統介紹
3.1系統概述
系統建設的目標是建立和鐵路勘察工作業務流程相符合的工程地質資訊管理與應用系統，以數據管理爲核心，包含野外勘察、資料整理、資料提交等內容，實現項目內數據庫管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、統計分析、計算評價、專業接口等功能，使系統實現集成化、資訊化和智能化，提高工作效率和工作質量。
3.2系統功能架構
本系統包括了工程地質勘察所需的大部分功能，從數據錄入到提交相關專業的數據接口，都在本系統內完成。爲保證與項目有關的內容都能方便管理和查詢利用，系統設計時就按上節討論的資訊內容依據不同的目的和用途放入數據庫中進行管理。基於集成化的考慮，本系統主要包含了項目管理、數據錄入、數據管理、平面圖編輯、斷面圖編輯、計算分析、統計彙總、輔助工具、出圖管理、接口管理等模組組成(圖2)。其中的計算分析工具也將大部分常用的工程地質計算方法，如赤平投影圖，納入到系統中，以便充分利用數據庫進行有關分析計算(圖3)。
3.3系統集成特點
3.3.1勘察管理功能的集成
(1)項目管理系統實現對項目內的資訊按勘察設計階段、勘察起始時間、勘察分段、方案勘察進行分類管理，具體的應用都是在方案下進行的。同時考慮了其他項目資料、其他段落資料、其他方案資料的引用管理。也考慮了不同段落、不同人員、不同方案下資料的歸併管理。透過各種項目管理方式，可以實現一條鐵路線的工程地質勘察資訊一體化，方便勘察資訊的歸檔管理。該系統的項目管理方式也是類似軟件中首次使用。(2)數據管理系統基本將整個勘察過程中發生的所有資料進入數據庫並進行有效的管理，數據庫包括了現場資訊數據庫、勘察點數據庫、土工試驗數據庫、設計檔案數據庫、工點資料數據庫、平面圖和斷面圖數據庫等。值得一提的是，系統首次將現場管理、內業資料整理、分析計算、統計彙總、出圖管理、數據接口等進行了集成。實現了對野外勘察工作中有關工序檔案的管理，包括鑽探事前指導書、試坑事前指導書、原位測試事前指導書、物探事前指導書、土巖水試驗委託書等;實現了各種圖的圖紙選擇、自動分頁、批量出圖的管理。
3.3.2圖形編輯的集成
系統中設計圖形編輯的內容很多，包括巖芯鑑定表、原位測試成果表、觀測點表、平面圖、斷面圖、剖面圖等。前兩種在自主平臺上實現圖形編輯和生成，徹底避免了過去在AutoCAD下出圖順序難調、批量出圖困難的缺點，也方便了資料的順序歸檔。觀測點因編輯量較大，主要依託AutoCAD進行編輯，然後依靠系統生成pdf圖，實現批量生成和出圖。平面圖和斷面圖編輯主要是利用AutoCAD功能，充分利用勘察點數據庫，實現圖形的部分內容自動填繪，圖上查詢數據庫，智能連層，併到達斷面圖接口數據生成的目的。總之，圖形編輯的集成是資訊化的基礎上進行的，是靠資訊的傳遞實現了圖與數據庫的有效串通。
3.3.3分析工具的集成
分析工具由計算、統計、彙總、分析四部分組成。計算包括滑坡計算、地基沉降計算、樁基計算、黃土溼陷計算、液化判定、鹽漬土計算等功能，後三種能實現成批計算，並將計算結果放入相應勘探點數據庫，以便後期統計、彙總。統計有工作量統計、節理統計、地基土的物理力學參數統計等。分析主要爲赤平投影圖。
3.3.4專業協作功能的集成
(1)與勘探和土工試驗的協作勘探包括鑽探、試坑、原位測試等內容。勘探作業人員可以只錄入最原始的數據，後期由地質人員根據需要進行整理，這樣就保證了數據的真實性，也方便了在此基礎上的二次分析整理。更重要的是提供了各種勘探成果圖表的生成和輸出功能。地質人員可根據實際需要，調整靜探分層位置，重新計算各層參數等。系統明確了土工試驗數據的接口標準，依據試驗結果，自動對勘探數據進行校覈。依據事前指導書和試驗委託書，對勘探取樣數量和質量進行比對，以方便地質人員監控勘探質量。(2)與上、下游專業的協作系統提供了對其他專業提供圖紙的一系列數字化處理功能，從而使地質專業在同一張圖紙上進行本專業的工作，並確保空間上的統一。同時，隨着上游專業圖形的變動而變動，如線路方案的.調整引起的各種地質內容里程的變化。地質專業產生的成果提交給其他專業時，同時提交標準格式的數據接口檔案。
3.3.5行業標準的集成
鐵路工程地質勘察不僅要執行鐵路行業制定的規範標準，而且還要針對改移公路、房屋建築執行公路行業和工民建地基勘察相應的規範和標準。因此，本系統在基礎數據錄入、圖形的生成也一併進行了考慮，用戶使用時根據需要選擇即可，無需再用其他軟件完成。最重要的是實現了數據的共用。
3.3.6系統設定的模板化
模板化也是系統集成化的一種體現。本系統秉承系統設定模板化的先進做法，把一些通用的圖表、符號設定爲標準模板，集成在系統中，使整個系統圖表輸出和符號標註保持統一，也爲用戶個性修改提供了條件。如巖芯鑑定表，試坑鑑定表，原位測試成果表，各種統計彙總表，地層時代符號標註、各種計算表單等，用戶可以根據自己的需要設定編輯，而不用再修改程序代碼。
3.3.7功能實現的靈活性
長大鐵路線的工程地質勘察，會遇到各種各樣的問題，即使同一類問題因條件不一樣也會出現不同的情況，要求採取不同的解決方式。如果有線路的中線數據和斷鏈數據，在圖下即可完成座標里程換算;如果沒有中線數據，則可利用CAD圖進行。平面圖上的地質小柱狀圖填繪既可人機交互完成，也可利用既有勘探資料自動生成。地質產狀既能人機交互標註，也能讀數據庫自動解決。最具特色的就是在系統的任何位置都可很方便地查詢到勘察數據中的內容。
3.3.8輔助工具的集成自然界地層種類繁多，因工程目的，命名和表示方式也不盡相同，系統不可能開發出所有地層花紋、地層時代成因符號、巖性符號、地質線型、不良地質和特殊岩土符號等。本系統以集成輔助工具的方式有效地解決了系統符號、線型、花紋不足的問題。這也是同類軟件中的首創。
3.3.9對BIM技術的支援隨着BIM技術在各個領域的持續走紅，近年來鐵路行業也在大力推廣BIM技術的應用。作爲最重要的基礎資訊，鐵路工程地質資訊模型的建立也勢在必行。本系統爲實現鐵路工程地質資訊模型建立已經打下了堅實的基礎，其龐大的數據庫爲模型建立提供了強有力的支撐，資訊化的二維斷面圖爲模型資訊的傳遞提供了有力的幫助。一旦三維地質建模技術成熟，將具備快速建立地質BIM模型的能力。
4應用實例
本系統不僅已在多個鐵路項目中得到應用，而且還在公路項目勘察中發揮了巨大作用，尤其是系統中的里程、座標換算，自動順號、統計彙總、計算等使地質人員從繁瑣的數字處理中解脫出來，極大地提高了工作效率。下面以西安至銅川城際鐵路可研勘察爲主，介紹系統使用效果。西安至銅川城際鐵路長110km左右，可研階段的項目管理結構如圖4所示。由圖4中可以看出，項目管理是以設計階段爲一個完整週期考慮的。這樣考慮的原因是鐵路工程地質勘察涉及的數據量非常巨大，如果將各個勘察階段放在一個庫裏管理，會影響計算機處理速度，甚至無法啓動。可研(初測)階段就劃分爲一個段落，主要有3個方案，每個方案下包括從任務下達到資料提交整個週期內的各種勘察內容。所以，勘察數據是以方案爲依託進行管理的，所有勘察資訊都是基於線路方案進行存儲和管理的。圖4項目管理結構西銅城際鐵路從西安北客站引出，與鄭西、大西客運專線鐵路並行幾公里後跨渭河北上。所以，需要大量引用鄭西、大西客運專線的勘察資料。本系統匯入其他線路勘察資料功能就提供了很大的方便，使我們順利地將鄭西、大西客運專線勘察資料匯入到西銅城際鐵路勘察數據庫中。大量的鑽孔、靜力觸探、試坑等勘探任務都是透過該系統直接生成下達，基本是一氣呵成，並存入系統，後期很方便地查閱。觀測點、鑽探、試坑、靜力觸探等輸入基本符合規範要求和單位工作習慣，重複內容的繼承性和遞增性極大地減少了操作人員的工作量，尤其是自主平臺的成果圖表輸出更是克服了過去不能成批完成的缺點，最重要的是可以人爲控制排列順序，使輸出按用戶要求的順序完成，大大降低了工作強度，提高了工作質量。此外，分離出來的一些內容，如黏性土的塑性狀態、粉土的密實程度和潮溼程度、砂土及碎石類的潮溼程度和密實程度、岩石的層理產狀和節理產狀，以及溼陷性、液化判定結果等都爲後期資訊的分析、計算提供了必要條件。西安至銅川城際鐵路主要走行於黃土塬上，黃土溼陷是其遇到的主要工程地質問題，所以，針對大批量的溼陷計算，該系統只一鍵完成鐵路工程地質勘察最爲繁瑣的是各種勘察點和地質產狀的標註。本系統充分發揮了集成化的優勢，一鍵完成從數據庫調用勘察點、地質產狀，並自動按座標標註到平圖上。同時完成順號、里程計算等回饋到數據庫。僅此一項，提高工作效率達70%以上。此外，本系統在廣西資興高速公路詳勘項目的應用也集中體現了標準集成的好處。資興高速公路全長82km，詳勘加上利用的初勘資料共計有1200多個鑽探、500餘個觀測點、100多個試坑、千餘張照片，涉及的工程有500多個橋、隧道、路基工點等。系統對此都進行了有效管理，實現了里程座標換算、編號順號、紙上布孔、平面圖勘察點及產狀標註、斷面圖勘探點標註、工作量統計等自動化。實現了各種地質符號標註、斷面圖地層連層及標註等的智能化。節理統計和赤平投影的功能爲地質人員分析巖體穩定性提供了有力的幫助，極大地提高了工作效率和質量。在此公路上的應用也充分說明了該系統標準集成的成功。
5結語
(1)集成化使資訊管理和應用有機地結合在一起，避免了資訊的重複輸入，提高了資訊的利用效率，保證了資訊的通暢交流，減輕了地質人員的工作量。
(2)資訊的集成化有助於對鐵路工程地質巨大資訊量的有效管理，使不同段落、不同人員的工作得到合理的歸併成爲一個整體，爲單位勘察資訊的有效管理提供了有利的條件。
(3)工程地質勘察資訊的分門別類管理特別適合於鐵路行業線長、分段實施、參加的人員衆多、勘探種類繁雜的特點。
(4)圖形資訊化和數據接口的形成，都爲工程地質BIM應用提供了堅實的基礎。