地工平台-地質鑽探及液化潛能模組
一、關鍵挑戰Challenge
說明關鍵技術之研發緣起與應用目標
1. 大地工程分析與設計工作，通常因需考慮之變因眾多，需針對各種課題，分階段逐一進行系列分析運算。在縱向(各種課題)與橫向(採用的分析方法)間，資料的準備、轉換、銜接等工作，往往佔據工程師大量的時間。因此，如欲進一步提升工程設計之品質與效率，必先有一套能協助工程師處理資料與分析方法的整合性平台，使資料處理所需的時間及可能錯誤減少，並盡可能增加工程師探討其他潛在解決方案的時間。
2. 著眼於此，本研究利用網路服務技術及軟體工程方法開發地工分析網路作業平台(以下簡稱地工平台)，將各種分析程序與對應之地工資訊結合為具相互溝通能力之物件(Object)，讓這些物件能在作業平台上根據各自資料屬性之描述(MetaData)，自行交換資料與計算結果，同時，工程師可監控其過程，並根據相關計算結果進行研判比較。
3. 地質探勘資料是工程建設、資源開發、環境保育、地質災害防治、土地利用及學術研究等方面不可或缺的基本資料，但資料的調查與蒐集，卻是一項昂貴且費時的工作。為求節約和時效，避免有限資源因重複建置而浪費，因此相關探勘資料的互通、共享，顯然是一實際而迫切之需求。所以將以往鑽探紙本資料數化後建立一標準儲存格式並於地工平台上建立一查詢模組，將可符合上述需求並能達到鑽探資料快速查詢的目的。
4. 液化潛能分析為大部份土壤基礎工程規劃設計階段必先檢討的問題之一。因此以地質鑽探資料庫作為基礎，並選擇簡易液化潛能分析法於地工平台開發分析模組當能達到簡易、快速及先行評估之目標。
5. 網路技術日新月異，運用最新ASP.NET語言來完成模組開發將可達到未來擴充更多、更強的功能。但在無充分經費購買商業GIS圖台的情況下，建置Web-based GIS平台將是一大挑戰。
二、流程Process
1. 地工平台係以多人協同作業的方式進行規劃，以C#.NET及VB.NET配合Microsoft .Net Framework相關技術，採分散式多層次(Multi-Tier) 架構的方式建置；所有程式的使用者介面及資料交換介面均採取Web-Base方式並使用ASP.NET配合Javascript技術開發。資料庫管理系統及網頁伺服器採用SQL Server 及Internet Information Server (IIS) 建置。資料庫之存取、維護以及數值運算以XML Web Service方式建立。其整體架構，以系統服務及硬體結構來區分，可分為客戶端及伺服器端兩個部分，如圖1中所示。
圖1 地工平台硬體與服務架構圖
2. 本研究於民國93年取得經濟部地質調查所數化之11,981孔地質資料，除納入作為資料庫外，另將中興公司從民國60年到92年共5,214孔之鑽探報告書予以數化進資料庫，且此數化資料皆已進行過正確性檢核，包括基本幾何位置檢核、基本物理性質檢核及試驗資料檢核，以確保輸入資料的正確性。
3. 地調所所建立的「工程地質探勘資料庫」資料範圍涵蓋鑽孔資料、鑽孔試驗資料，以及地表地質調查之露頭等現場調查資料。但因該格式資料表分類過多，試驗資料儲存過於零亂，不利資料編輯及查詢，因此本研究將GEO2000的資料表整合成本模組專屬的GeoData資料庫格式(表1)，將同屬性項目或同深度的資料歸屬於同一資料表內，有利於原始資料的閱讀及維護。
表1 地質鑽探資料庫資料表
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項 目
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資料表名稱
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說 明
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內 容
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基本資料
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Project
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鑽探計畫基本資料
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計畫編號、計畫名稱、計畫地點、計畫目的、執行單位、計畫開始/結束時間。
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Hole
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鑽孔基本資料
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鑽孔編號、鑽孔名稱、鑽孔位置、鑽孔座標、鑽孔開始/結束時間、鑽孔總深度。
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Drill_Image
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鑽孔影像
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影像編號、影向路徑、影像描述。
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Icon_Code
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地質圖元代號
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圖元代號、圖元中英文名。
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鑽孔方法
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BHR
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鑽孔方法
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鑽孔編號、鑽孔上下限、鑽孔方法、沖洗介質、岩心回收率。
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取樣方法
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Sampling
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取樣方法
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鑽孔編號、取樣編號、取樣上下限、取樣方法、SPT-N值。
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目視地質
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BHPC
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岩石顏色
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鑽孔編號、鑽孔上下限、岩石明暗、岩石色度、岩石色彩。
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BHPD
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岩石不連續面
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鑽孔編號、鑽孔上下限、不連續面種類、不連續面夾角。
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BHPR
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RQD、FI
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鑽孔編號、鑽孔上下限、岩石RQD、岩心破裂指數。
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BHPS
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岩心形狀
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鑽孔編號、鑽孔上下限、岩心形狀。
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BHPT
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岩石強度
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鑽孔編號、鑽孔上下限、岩石強度。
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BHPW
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岩心風化程度
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鑽孔編號、鑽孔上下限、岩心風化程度。
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分層描述
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Geo_Log
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分層描述
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鑽孔編號、分層上下限、圖元代號、分層描述。
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試驗
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Test
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土壤或岩石試驗
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鑽孔編號、取樣編號、試驗編號、試驗上下限、試驗種類代號、試驗值。
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Water_Table
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地下水位
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鑽孔編號、觀察日期、地下水位。
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三、成果Result
重要計畫成果內容與工程應用價值
1. 鑽探查詢模組係將所需引用之地圖，切割為許多能在網路上迅速傳輸之小方格(使用影像金字塔)，引用了AJAX技術及JavaScript語言來完成鑽探模組Web GIS圖台之開發。滑鼠於地圖上進行平移、放大、縮小、框選、點選等動作，皆能平順的執行。該模組有三種查詢條件可來查詢鑽孔資料，分別為(1)鑽孔座標範圍、(2)鑽孔試驗項目及(3)鑽孔計畫名稱關鍵字。此三個查詢條件可任意組合，若無輸入查詢條件，則查詢結果將列出在資料庫裡所有的鑽探計畫。若要觀看某一鑽孔，則點選某一鑽孔編號可顯示該鑽孔的詳細資料如柱狀圖、基本資料、鑽孔方法、取樣方法、目視地質紀錄、地下水位、試驗紀錄及岩心箱照片等，如此可讓使用者迅速掌握區域範圍內土層狀況與力學特性。其模組畫面如圖2所示。
圖2 鑽探查詢模組
2. 液化潛能分析模組採用三種常用之方法(1)修正Seed法(2)JRA96及(3)T&Y法來進行土壤液化潛能評估。此三種簡易的方法僅需鑽探資料內的SPT-N值、基本物理性質試驗即能作液化潛能分析，非常符合本模組所需。使用者可點選地質鑽探資料庫查詢模組之鑽孔，本模組即可快速地至鑽探資料庫內讀取該鑚孔深度20米內之所有取樣結果及試驗資料將該鑽孔之柱狀圖、SPT-N值、細粒料含量以及三種液化評估法計算所得之安全係數對土層深度之關係，以圖形方式顯示，如圖3所示；當某深度之安全係數小於1，表此深度之土壤於設計地震規模下有液化的可能，可提供使用者於後續的工程規劃設計中採取必要的經費估算及工程措施來因應。
圖3 液化潛能分析模組
四、與其他核心技術關連性
1. 地工平台-基礎分析設計模組
五、重要發表文獻
1. 冀樹勇,王天佑,洪世勳,譚志豪,陳錦清,侯秉承, "大地工程網路作業平台初步開發研究" (94年 土木水利第三十二卷第二期)
2. 洪世勳,王天佑,譚志豪,冀樹勇,侯秉承,陳錦清,"大地工程網路作業平台初步開發研究" (94年 電子計算機於土木水利工程應用研討會,成大)
3. Tian-yu Wang,Shih-Hsun Hung,Chin-Hao Tan,Shu-Yeong Chi,Jin-Ching Chern, "Development of Web-based Analysis and Design System for Geotechnical Engineering" (95年 Proceeding of GeoCongress 2006,Geo Institute, ASCE,Atlanta,U.S.A)
4. 王天佑,洪世勳,冀樹勇, "大地工程網路作業平台之開發" (96/10 中興工程季刊第97期,中興工程顧問社發行)
5. 洪世勳,王天佑,冀樹勇 "地工分析網路作業平台發展" (99/04 中興工程40週年工程技術論文集,中興工程顧問社發行)
6. 洪世勳,王天佑,俞旗文, "工程地質鑽探資料庫應用於土壤液化潛能分析" (97/11 2008工程地質探勘資料庫系統成果發表暨研討會,台北)
7. 洪世勳,王天佑,冀樹勇 "Google Earth結合大地工程網路作業平台之應用" (99/07 中興工程季刊第108期,中興工程顧問社發行)
