地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫的建設

周京春，黃　瑾

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 昆明市城市地下空間規(guī)劃管理辦公室，云南 昆明 650041)

?

地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫的建設

周京春1,2，黃瑾2

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 昆明市城市地下空間規(guī)劃管理辦公室，云南 昆明 650041)

Construction of General Survey Database for Underground Building and Structure

ZHOU Jingchun,HUANG Jin

摘要：地下建(構(gòu))筑物信息的數(shù)據(jù)管理是城市地下空間整體信息化管理必不可少的一部分。地下建(構(gòu))筑物設施的一些獨特特性決定了其在空間形態(tài)和空間關(guān)系上較地上建(構(gòu))筑物更為復雜，也決定了對其信息化管理時要更側(cè)重其空間位置和應急防災信息的翔實程度。本文針對地下建(構(gòu))筑物信息的特點、分類、信息普查的目的、需求及其地下建(構(gòu))筑物的語義等方面，從地下建(構(gòu))筑物的語義模型、幾何形態(tài)和空間拓撲關(guān)系的存儲上詳細地探討了其普查成果數(shù)據(jù)庫的建設，并將其用于昆明市地下空間設施普查項目的實踐中，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：地下建(構(gòu))筑物；普查；數(shù)據(jù)庫；建設；語義

21世紀初期，隨著城市城鎮(zhèn)化進程的加速、人口環(huán)境壓力的增長，長期“重地上、輕地下”的城市規(guī)劃、建設和管理模式所帶來的弊病越來越制約著城市的可持續(xù)發(fā)展。為了緩解城市建設用地不足、交通擁擠不堪、環(huán)境日益惡化、抗災自救能力降低等種種城市綜合征，人們開始把焦點聚集在了城市地下空間的開發(fā)利用上。城市地下空間是指城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)地表以下的空間[1]，其開發(fā)利用是擴充城市空間容量、調(diào)節(jié)城市土地利用強度分布、城市空間資源有序化配置的重要手段，是確保城市可持續(xù)發(fā)展，解決和緩解城市發(fā)展與空間資源矛盾的重要途徑之一。為了合理、有效、有序地開發(fā)利用和科學管理城市的地下空間資源，建立城市地下空間信息數(shù)據(jù)庫，就成為一項十分重要的基礎工作。

地下空間信息是一種戰(zhàn)略資源的科學數(shù)據(jù)，按其類型可劃分為地層信息、地質(zhì)信息、地下管線信息和地下建(構(gòu))筑物信息4大類[2]。各大類所包含的各種實體對象在空間特征、性質(zhì)形態(tài)和數(shù)據(jù)獲取手段上都有著很大的不同，且由于目前地下空間數(shù)據(jù)尚處于條塊分割、分散管理的狀態(tài)，因此導致現(xiàn)有的地下空間信息化的研究是在地層、地質(zhì)、地下管線、地下建(構(gòu))筑物4類獨立信息基礎上分別進行的，將地下空間信息作為一個整體來規(guī)劃和建設的還非常少見[3-4]，且目前的研究工作還主要集中在地下管線和地質(zhì)方面[5-7]，對地下建(構(gòu))筑物信息的空間數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)管理等方面的研究則一直較為落后，甚至在我國大多數(shù)城市還沒有開展[8]。為了科學高效地開發(fā)利用城市的地下空間信息資源，提高地下建(構(gòu))筑物信息化管理水平，本文以昆明市重點區(qū)域地下空間普查項目為基礎，針對地下建(構(gòu))筑物信息的特點、信息的分類、地下建(構(gòu))筑物的語義模型、信息普查的目的和需求等方面，將對地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫的設計和建設進行深入思考和研究。

一、地下建構(gòu)筑物信息的特點

與地上建(構(gòu))筑物相比，地下建(構(gòu))筑物的建設有著開發(fā)無限性與制約性相結(jié)合、層次性、不可逆性、致密性、穩(wěn)定性和單一性內(nèi)部空間的環(huán)境特性等特點，因此地下建(構(gòu))筑物信息具有以下特點：

1. 種類繁多

地下建(構(gòu))筑物設施種類繁多。隨著地下空間的開發(fā)利用，很多地面上的設施都被納入地下，致使地下建(構(gòu))筑物的種類越來越多，且其種類在不同時期還會發(fā)生演變，如平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程設施在和平時期變成了地下停車場或地下商場。

2. 覆蓋區(qū)域廣

隨著城市擴張速度的加快，地上空間的極度緊缺導致不斷向地下延伸，各種功能設施如停車、商業(yè)、倉儲、防災減災等多種設施被不斷地放置于地下，日積月累的建設使得形態(tài)各異的地下建構(gòu)筑物所覆蓋的范圍越來越廣。

3. 空間關(guān)系復雜

由于地下建(構(gòu))筑物設施的開發(fā)建設有淺層、中層、深層之分，又受到地質(zhì)情況、已有地下建(構(gòu))筑物，或其基礎、施工技術(shù)、經(jīng)濟能力、開發(fā)后的綜合效益等多種條件的限制，且目前城市地下空間的規(guī)劃設計和建設比較雜亂，因此具有不同功能的地下建構(gòu)筑物設施在地下空間中的分布形態(tài)多種多樣，地下交通設施、地下建(構(gòu))筑物的主體設施、附屬設施之間交錯形成了不同的網(wǎng)絡，其空間關(guān)系錯綜復雜。

4. 信息普查難度大

由于地下建(構(gòu))筑物設施的資料分散且殘缺，協(xié)調(diào)工作巨大；地下環(huán)境惡劣，照明、通風、通信等條件較差；地下建(構(gòu))筑物內(nèi)部空間狹窄、結(jié)構(gòu)復雜、拐角較多、地下標志難設立、邊界難界定，內(nèi)部及外圍層次較難區(qū)分，具有較強的隱蔽性、不確定性和不可見性，因此地下建(構(gòu))筑物信息的普查工作難度大，必須采用專門的儀器和測量方法，測量效率低，工作量大。

二、地下建(構(gòu))筑物信息的分類

基于不同的使用目的和研究方向，地下建(構(gòu))筑物信息的分類方法各異，主要包括以下幾種分類方法：①按照地下建(構(gòu))筑物的形成原因分類，分為自然地下建(構(gòu))筑物和人工地下建(構(gòu))筑物兩類；②按照地下建(構(gòu))筑物的開發(fā)深度分類，分為淺層空間(地表至-30 m)、中層空間(-30 m至-100 m)和深層空間(-100 m以下)3類[9]；③按照地下建(構(gòu))筑物的幾何布局形式分類，分為點狀、線狀和面狀地下建(構(gòu))筑物設施3大類；④按照地下建(構(gòu))筑物的功能用途分類，即采用線分類法，根據(jù)地下建(構(gòu))筑的主要功能及主特征進行分類，此種分類方法更適宜地下建(構(gòu))筑物信息的數(shù)字化管理和應用，可以為城市地下空間的規(guī)劃設計和規(guī)劃管理提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

本文采用第④種分類方法，并根據(jù)《城市地下空間設施分類與代碼》(GB/T 28590—2012)[10]將地下建(構(gòu))筑物設施分為了7大類，并進行了向下的子類和設施實體擴充，如圖1所示。

三、地下建(構(gòu))筑物普查的成果數(shù)據(jù)庫設計

城市地下空間資源作為一種新興的國土資源，其開發(fā)利用的目的和意義在于能夠推動城市空間的立體化發(fā)展，促使土地節(jié)約、集約化利用，提升城市功能，提高城市的防災能力。因此，為了摸清地下空間設施的各種屬性而開展地下建(構(gòu))筑物設施的普查，并基于普查數(shù)據(jù)建設地下建(構(gòu))筑物信息數(shù)據(jù)庫，就成為現(xiàn)代化城市建設的一項重要內(nèi)容和將來的發(fā)展方向，這對城市的建設和管理有著積極的意義[11]。

圖1　地下建(構(gòu))筑物信息分類

為了實現(xiàn)上述目的，地下建(構(gòu))筑物普查的成果數(shù)據(jù)庫建設應該著重包含地下建構(gòu)筑物的三維空間位置信息、層次關(guān)系、功能類型、應急防災的出入口、通道的設置，以及內(nèi)部環(huán)境調(diào)節(jié)方式、環(huán)衛(wèi)功能設置等生理環(huán)境，以利于城市地上、地下空間資源合理有序的開發(fā)利用和科學的管理。本節(jié)將從地下建(構(gòu))筑物的語義概念模型出發(fā)，給出整個地下建(構(gòu))筑普查成果數(shù)據(jù)庫的設計方案。

1. 語義概念模型

從語義方面來看，地下建(構(gòu))筑物一般由具有多層次結(jié)構(gòu)的建構(gòu)筑物主體、地下基礎、出入口及其地下通道組成，同時，這些實體對象之間還存在著不同的空間關(guān)系，主要有以下4種空間關(guān)系：

1) 從屬關(guān)系：說明組成地下建(構(gòu))筑物的各實體對象在空間位置上存在著包含或位于的關(guān)系，用來表達地下建(構(gòu))筑物與整體地塊之間的依存關(guān)系，每個出入口與地下建構(gòu)筑或地下建構(gòu)筑層之間的包含關(guān)系。

2) 關(guān)聯(lián)關(guān)系：強調(diào)實體對象之間的相互關(guān)系，如地下、地上建(構(gòu))筑物之間存在的多對多的關(guān)聯(lián)關(guān)系，地下建(構(gòu))筑物主體與地下基礎存在一對一的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3) 組成關(guān)系：表達部分實體對象是整體實體對象的直接組成單元，但兩者分別具有各自的幾何特征，如地下建(構(gòu))筑物主體與建構(gòu)筑物各層、與豎向設施之間存在的關(guān)系。

4) 連通關(guān)系：說明實體對象之間可以相互連接，形成網(wǎng)絡路徑，用來表達出入口與地下通道、地下通道與地下通道之間的連接關(guān)系。

除了上述4種空間關(guān)系之外，基于空間分析運算而得出的其他拓撲關(guān)系，如實體—鄰接、實體—相離、實體—相交等空間關(guān)系，因不需要在數(shù)據(jù)庫中顯式地存儲，本文將不再贅述。根據(jù)上述地下建(構(gòu))筑物的各種實體對象和對象之間的空間關(guān)系，本文設計了地下建(構(gòu))筑物的語義概念模型，如圖2所示。

圖2　地下建(構(gòu))筑物的語義概念模型

2. 普查成果數(shù)據(jù)庫的設計

針對上述地下建(構(gòu))筑物的語義概念模型，為了便于外業(yè)普查記錄和成果圖的自動化生成，本文根據(jù)每大類地下建(構(gòu))筑物設施的實體對象、空間關(guān)系及其幾何特征，設計了普查成果數(shù)據(jù)庫的層次結(jié)構(gòu)，見表1。

表1　地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫的層次結(jié)構(gòu)

續(xù)表

地下建(構(gòu))筑物各大類設施要素的共性屬性存儲在xxxx_Overview表中；幾何信息按照點、線、面幾何類型統(tǒng)一存儲在xxxx_Geometry表中；各對象之間的從屬、關(guān)聯(lián)和組成關(guān)系顯式地存儲在各自的關(guān)系數(shù)據(jù)表中，對象之間的連通關(guān)系顯式地存儲在DXKJ_Connectivity表中。整個地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　地下建構(gòu)筑物的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

四、結(jié)束語

地下建(構(gòu))筑物信息的數(shù)據(jù)管理是城市地下空間整體信息化管理必不可少的一部分，在地下建(構(gòu))筑物普查中，若僅僅將其信息按照點、線、面分類存儲于3大類數(shù)據(jù)表內(nèi)是遠遠不夠的。地下建(構(gòu))筑物設施的一些獨特特性決定了其在空間形態(tài)和空間關(guān)系上較地上建(構(gòu))筑物更為復雜，也決定了對其信息化管理時要更側(cè)重其空間位置和應急防災信息的翔實程度。本文從地下建(構(gòu))筑物的語義模型、幾何形態(tài)和空間拓撲關(guān)系3個方面詳細地考慮了地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫的建設，并已將其用于昆明市地下空間設施普查項目的實踐中，取得了良好的效果。

但是，可以預見4大類地下空間信息的綜合管理和集成應用還將對地下建構(gòu)筑的數(shù)據(jù)管理提出更復雜的要求，還需在現(xiàn)今的數(shù)據(jù)庫模型上進一步深化研究，使之能夠切實地滿足城市地上、下資源統(tǒng)籌管理、有序開發(fā)利用的迫切需求，為城市未來的發(fā)展帶來有益的作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部．城市地下空間開發(fā)利用管理規(guī)定[Z]．2001-11-20．

[2]江貽芳，王勇．城市地下空間信息化建設探討[J]．河南理工大學學報，2006，25(5)：377-382．

[3]朱合華，鄭國平，張芳．城市地下空間信息系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．地下空間，2004，24(5)：589-595．

[4]周翠英，陳恒，黃顯藝，等．重大工程地下空間信息系統(tǒng)開發(fā)應用及其發(fā)展趨勢[J]．中山大學學報(自然科學版)，2004，43(4)：28-32．

[5]畢天平，周京春．昆明三維地下管線系統(tǒng)應用與研究[J]．測繪通報，2014 (2)：93-96．

[6]史廷玉，黃勇，張志全．面向多種應用主題的地下綜合管線數(shù)據(jù)組織方法的研究[J]．測繪通報，2005(1)：35-38．

[7]朱良峰，吳信才，劉修國．城市三維地質(zhì)信息系統(tǒng)初探[J]．地理與地理信息科學，2004，20(5)：36-40．

[8]郭鵬，王超，夏吉祥，等．多層次地下建構(gòu)物三維數(shù)據(jù)模型與應用[J]．地下空間與工程學報，2013，9(2)：309-313．

[9]陳偉，仝洪昌，焦永軍．如何成功開發(fā)利用城市的地下空間資源[C]∥礦山建設工程新進展——2006全國礦山建設學術(shù)會議文集(下冊)．合肥：合肥工業(yè)大學出版社，2006：556-560．

[10]中國國家標準化管理委員會．城市地下空間設施分類與代碼：GB/T 28590—2012[S]．北京：中國標準出版社，2012．

[11]酈璐，徐瑞龍．上海市地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀及建議[J]．上海建設科技，2010(5)：26-27．

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)04-0110-04

作者簡介：周京春(1972—)，女，碩士，教授級高級工程師，研究方向為空間信息服務與地下空間測繪。E-mail：zhoujingchun@hotmail.com

收稿日期：2016-01-29

引文格式： 周京春，黃瑾. 地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫的建設[J].測繪通報，2016(4)：110-113.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0135.