2022年12月8日~9日，由中国建筑学会工程勘察分会和中国勘察设计协会岩土工程与工程测量分会联合主办的第十届岩土工程信息化交流会在线上隆重召开。中国科学院大学客座教授暨加华地学（武汉）数字技术有限公司技术顾问朱焕春博士参会，向与会者分享了加华地学的最新研发成果：“岩土工程互联网+的实现与初步应用——“e_岩土”-岩土工程数字化服务平台”。报告中，朱焕春教授首先阐述了岩土工程数字化建设需要经历的三个历程：业务数字化、流程数字化和产业数字化。其中的业务数字以地质、岩土设计专业成果的三维交付为典型标志，往往需要投入大量的资金和人力资源。流程数字化以业务数字化为基础，采用以互联网等新基建技术将专业流程各环节的数字技术“串”成整体，完成从基础数据采集、融合与储存、加工处理到成果交付全流程的数字化，从而提高工作效率和成果质量的管理水平。产业数字化是集成各专业数字化流程，形成依赖统一数据源、与现实世界具有孪生关系的数字模型，以创新的可视化、数字化、乃至智能化方式实现岩土工程前期阶段的跨专业协同设计、施工建设和运维过程的安全、质量和进度管理。
图1：岩土工程数字化建设的三个历程：业务数字化~流程数字化~产业数字化
同时，朱焕春教授简要回顾了我国基础建设领域勘察数字化的发展历程和现状，大型水电站的建设要求、资金投入、人才资源对三维地质建模技术的发展和应用起到了引领作用，目前水电和水利大型企业已经普及性地实行勘察成果的三维交付。勘察流程数字化建设，以及建立在地质风险智能诊断基础上的设计优化和施工过程安全管控，是目前阶段的重点任务，已经取得了应用成果，为岩土工程数字技术产业化奠定了坚实基础。水电和水利行业数字化建设的基本特点是以专业业务为核心，利用数字手段自然携带管理要素（人员、时间、地点）的特点使得业务流程“透明化”，同时实现业务流程信息化管理（即业务和管理）的一体化。与之不同地，受工程规模、资金、人才要求等现实条件的影响，住建等行业侧重岩土工程勘察流程管理信息化，以三维交付为标志的业务转型发展相对滞后，主要集中在质量监管，发展空间巨大。岩土工程领域数字化的有效发展途径是利用好水电等行业发展起来的高端技术，根据行业特点进行定制改造，重点是大幅降低应用成本。业务数字化
在岩土工程数字化建设的三个阶段中，以基础性的业务数字化技术要求最高，其中三维地质建模对建模算法、网格技术、软件数据结构等关键技术具有严苛要求，迄今为止，以离散数学的DSI插值算法为核心技术的产品GoCAD和CnGIM-ma（原ItasCAD）显示了其独特优势，唯一性地满足地质建模的三大要求：(1)基于任意数据类型的复杂地质体快速建模,
(2)勘探点部位100%精度和推测部位符合地质规律和(3)地质模型的动态更新。
图2：CnGIM_ma动态更新三维模型的二、三维联动功能
基础建设领域现有的商业三维软件全部基于单一类型对象，如BIM针对规则的结构和机电设备等规则对象，以连续函数为核心技术，并以此区别于针对不规则地质体、基于离散数学的三维建模GIM技术，使得BIM与GIM之间存在基础理论层面的不兼容性。岩土体结构轮廓具有总体不规则和局部规则的特点，轮廓三维设计要求实现GIM与BIM的耦合应用，超出了现有商业软件的能力范围，成为岩土工程设计专业数字化转型的卡脖子环节；此外，轮廓形态和支护合理性需要采用交互式的力学计算进行复核，要求在完成GIM+BIM耦合基础上，实现与力学计算CAE的融合，是实现岩土工程设计的另一个技术瓶颈。朱焕春教授在报告中展示了加华地学在地质、结构、力学三个专业数字技术相互耦合的最新成果和应用案例，在相关环节突破了岩土工程设计业务数字化的技术瓶颈。
图3：离散拓扑与连续参数化耦合的实现及其在边坡轮廓设计的应用
图4：完全基于离散关系的三维切割封闭技术实现基于三维模型的块体稳定分析
“e-岩土”互联网平台
“e_岩土”（岩土工程数字化服务平台）按照“岩土互联网+”方式打造，其中的“岩土”采用水电行业发展起来的数字化技术，在进行网络化改造和“上网”后，利用互联网平台的“共享”和“协同”技术分别降低采购成本和学习成本，解决岩土工程行业数字化发展存在的现实问题。“e_岩土”包括勘察、设计、监测等三个专业系统和一个综合系统，其中三个专业系统实现各专业流程的数字化，综合系统实现多专业集成后的跨专业协同和以地质风险智能诊断为核心的工程建设及运维过程管理。由此可见，“e_岩土”包括了业务数字化和流程数字化，实现了以产业化为目标的顶层设计，并通过包括架构设计等在内的技术手段，满足推广应用过程面临的开放性（支持第三方专业软件）、兼容性（适应多种技术标准）、全面性（业务与管理一体化）、先进性（真三维数据全流程覆盖）和持续性（所有关键技术自主、可控）等方面的要求。
图5：“e_岩土”互联网平台的组成与特点
2.1 “e-岩土”勘察系统
“e_岩土”勘察系统是岩土工程数字化平台的组成之一，面向岩土工程行业的勘察设计企业、部门、项目三级机构的专业技术和管理人员开发（小微企业合并成企业、项目两级），分别由专业模块和管理模块组成。其中的专业模式实现传统二维成果的网络化生成和输出，网络化的三维模块提供三维分层、三维建模和二维图剖切等功能，提供自主完成和“下单采购”两种方式，满足全行业勘察成果三维交付的要求。数字化实现了生产流程每个环节的数据留痕，即每条业务数据（试件）附着了人员、时间、地点信息，使得项目管理（人员、合同、项目文件、绩效等）和技术管理（技术文档、校审等）成为业务数字化过程中数据挖掘应用的“副产品”，自然实现业务与管理的一体化。
图6：“e_岩土”勘察系统组成
“e_岩土”勘察系统由多个软件组成，划分为四类：移动端数据采集APP、数据库、桌面端软件、WEB软件，岩土工程领域勘察企业一般仅需要使用其中的APP和WEB软件。WEB软件(CnGIM_ms v1.0）：由基本模块、管理模块、二维模块（业内整理）和三维模块共4个模块组成，其中的基本模块主要面向企业高级岗位，完成人员权限、标准术语的配置等工作；二维和三维模块采用完全相同的数据，分别以传统二维和现代三维方式完成内业工作，支持基于平台的远程服务，为从业人员创造“数据加工”新岗位，控制企业用人风险和成本。2.2 “e-岩土”综合系统
“e_岩土”平台即插即用的模块化架构能够按照实际需要将综合系统分解成独立的单工程或专题性应用系统，是数字化建设从投入（业务数字化）到增效（流程数字化）发展到数字服务（业务增长点）的实现。朱教授在会议上展示的“乌东德水电站地下渗流场三维数字化系统”、“洞室块体失稳风险智能诊断系统”，分别是“e_岩土”综合系统利用“可视化”和“智能化”特点服务工程具体问题，通过提高工程质量和地质风险管控能力、开拓新业务的具体案例。
图7：乌东德水电站地下渗流场三维数字化系统
乌东德地下渗流场系统特点：针对渗流和渗透稳定问题，由地质、结构、监测、计算四个细分专业数字化成果集成形成的数字孪生模型，利用其可视化特点实现“隐蔽工程透视化”，提高非专业人员对专业信息的理解和利用和提高工程决策能力。
图8：洞室块体失稳风险智能诊断系统
洞室块体失稳风险智能诊断系统：将前期阶段测绘、地质、结构数字化成果进行集成管理，并根据施工期的地质、施工和监测数据进行动态更新，采用更新的模型数据开展数值模拟计算，并根据计算得到的位移等安全性指标诊断块体稳定，是静态模型+动态数据+数值模拟的集成和综合应用，实现洞室开挖过程块体失稳风险的动态、快速诊断，规避块体失稳导致的安全和进度风险，并通过设计与施工措施优化提供相关增幅服务。
“e-岩土”动态
除上述勘察系统和综合系统外，依托中国电建贵阳院、成都院、西北院等单位委托的边坡和地下工程数字系统开发工作，目前加华地学团队正投入大量资源开展“e_岩土”设计系统和“e_岩土”监测系统的研发工作。其中，“e_岩土”设计系统是岩土工程数字化服务平台中针对常规岩质边坡的设计专业系统，在三维地质模型基础上完成边坡轮廓设计、稳定分析、加固布置和成果输出。“e_岩土”监测系统是一款基于WEB技术的监测全流程数字化系统，是地质~轮廓设计~监测设计流程中的“下游”环节，建立在地质和岩土结构三维模型基础上。该系统包括监测仪器配置、布置设计、监测施工、监测数据管理、数据整理和成果展示等功能，预计在2023年3月底完成开发、进入测试阶段。
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“e_岩土”：加华地学献礼第十届岩土工程信息化交流会
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