中國城市地下空間研究發(fā)展分析

黃 莉，王直民

（浙江財經(jīng)大學(xué)公共管理學(xué)院，浙江·杭州 310018）

21世紀(jì)是人類開發(fā)利用地下空間的世紀(jì)。開發(fā)利用城市地下空間（以下簡稱地下空間）是提高土地利用效率、擴大空間容量、優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)、增強城市綜合承載能力、促進城市可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[1]。當(dāng)前，開發(fā)利用地下空間已成為我國城市建設(shè)和城市更新的重要組成部分，并呈現(xiàn)出大規(guī)模、高速度、多層次和多類別的發(fā)展趨勢。大規(guī)模的地下空間開發(fā)利用實踐需要相關(guān)學(xué)科理論予以指導(dǎo)。地下空間開發(fā)利用涉及多個學(xué)科，學(xué)者們從土木工程、規(guī)劃學(xué)、法學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、管理學(xué)等不同學(xué)科視角對地下空間開發(fā)利用問題進行研究并積累了一定的研究成果。但是，現(xiàn)有研究大多是從地下空間開發(fā)利用中某一局部問題展開，研究成果相對獨立且碎化片[2]，無法回應(yīng)大規(guī)模地下空間開發(fā)利用實踐的現(xiàn)實需求。為此，有必要梳理城市地下空間研究的演化以及發(fā)展脈絡(luò)，從科學(xué)學(xué)視角審視城市地下空間研究的現(xiàn)狀及探討未來研究的發(fā)展方向。

本文以中國學(xué)術(shù)期刊網(wǎng)絡(luò)出版總庫（CNKI）收錄的地下空間相關(guān)期刊論文為研究對象，采用科學(xué)計量軟件CiteSpace統(tǒng)計分析期刊論文信息，形成地下空間研究的知識圖譜，并結(jié)合地下空間開發(fā)利用實踐發(fā)展歷程，梳理中國地下空間研究的發(fā)展、審視研究現(xiàn)狀以及探究發(fā)展趨勢，旨為地下空間研究和開發(fā)利用實踐提供學(xué)術(shù)參考。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

地下空間開發(fā)利用涉及多個學(xué)科，為全面獲取相關(guān)領(lǐng)域的研究文章，在CNKI中以“地下空間”為主題詞檢索期刊文獻，檢索時間為2018年11月20日。首先，設(shè)定文獻來源為“核心期刊”，時間段為1992-2018，檢索顯示1992-2018年期間的核心期刊文章。去除書評、聲明、譯文、通訊報道等非學(xué)術(shù)性文章，以及缺乏關(guān)鍵詞、摘要等數(shù)據(jù)信息的研究論文，共獲得期刊文章1086篇。由于中國1992年才推出《中文核心期刊目錄總覽》，因此，仍以“地下空間”為主題詞，不設(shè)文獻來源檢索1992年之前的期刊文章，同樣去除非學(xué)術(shù)文章和缺乏關(guān)鍵詞等數(shù)據(jù)信息文章后，獲得1981-1991年時間段內(nèi)期刊文章42篇。最終，共獲得1128篇論文作為本次科學(xué)計量分析的研究對象，時間年限為1981-2018年。

1.2 方法與工具

科學(xué)計量學(xué)是運用統(tǒng)計數(shù)學(xué)方法分析科學(xué)活動投入產(chǎn)出，探討科學(xué)內(nèi)在演進機制，刻畫科學(xué)發(fā)展特征，揭示社會大背景下科學(xué)活動定量規(guī)律性的一門科學(xué)分支學(xué)科[3]?？茖W(xué)計量學(xué)用定量方法處理科學(xué)信息的產(chǎn)生、流行、傳播和利用，研究結(jié)論較為客觀，更有助于加深對科學(xué)發(fā)展內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識。因而，近年來科學(xué)計量學(xué)被廣泛應(yīng)用于研究發(fā)展分析。

本文采用適用于文獻數(shù)據(jù)信息計量分析的CiteSpace軟件進行地下空間領(lǐng)域研究的分析。其是基于共引分析理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法等的信息可視化軟件，對特定領(lǐng)域文獻進行計量，以探尋出學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及知識轉(zhuǎn)折點，并通過一系列可視化圖譜的繪制來形成對學(xué)科演化潛在動力機制的分析和學(xué)科發(fā)展前沿的探索[4]。采用CiteSpace計量分析和可視化的知識圖譜展示，有助于更好地理解城市地下空間研究，尋找研究主流主題、演變趨勢以及各研究領(lǐng)域間的關(guān)聯(lián)。

2 城市地下空間研究的知識圖譜

關(guān)鍵詞能夠反映研究領(lǐng)域和論文內(nèi)容的精髓，高頻關(guān)鍵詞則反映出該領(lǐng)域的研究熱點和核心。因此，本文通過分析數(shù)據(jù)信息的關(guān)鍵詞來了解城市地下空間領(lǐng)域的研究發(fā)展動向。

2.1 研究熱點演變趨勢

首先對獲取的期刊論文數(shù)據(jù)信息進行規(guī)范化預(yù)處理，包括合并同義關(guān)鍵詞、去掉泛義關(guān)鍵詞等。鑒于CiteSpace軟件計算原理，關(guān)鍵詞中的“地下空間”、“城市地下空間”和“地下工程”不計入統(tǒng)計分析。再將處理好的數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入CiteSpace 5.1進行關(guān)鍵詞提取和分析。設(shè)置時間閾值為1981-2018，時間分片為1年，節(jié)點閾值為每時間分片中出現(xiàn)前30%的關(guān)鍵詞。經(jīng)運算，共提取出關(guān)鍵詞節(jié)點125個，其中具有中介中心性的關(guān)鍵詞36個（表1），突現(xiàn)詞4個（表2）。CiteSpace中具有中介中心性的節(jié)點表示連接不同聚類（研究主題或領(lǐng)域）的節(jié)點，可能是某個研究熱點轉(zhuǎn)向另一研究熱點的重要拐點 ；突現(xiàn)詞是指特定年代（突變時間）有突發(fā)驟然增多的關(guān)鍵詞，其代表該時間段內(nèi)的研究熱點。

表1 地下空間研究熱點關(guān)鍵詞Table 1 The hotspot keywords of research in urban underground space

關(guān)鍵詞時區(qū)圖能清楚地展示研究熱點的變化趨勢（圖1）。由于關(guān)鍵詞數(shù)量較多圖中僅顯示出具有中介中心性的部分關(guān)鍵詞名稱。關(guān)鍵詞所在時點為關(guān)鍵詞提取的初現(xiàn)時間，兩節(jié)點間連線表示兩關(guān)鍵詞存在共現(xiàn)關(guān)系，兩時區(qū)間連線越多則表明兩時區(qū)間的傳承關(guān)系越緊密。從圖1中可以看出，2005年以后關(guān)鍵詞數(shù)量開始迅速增多、關(guān)鍵詞內(nèi)容也不斷豐富，表明研究主題、研究對象和研究內(nèi)容在不斷拓展。

表2 地下空間研究突現(xiàn)詞Table 2 The burst keyword of research in urban underground space

圖1 關(guān)鍵詞時區(qū)圖Fig.1 The timezone drawing of keyword

通過對關(guān)鍵詞詞義、出現(xiàn)頻次以及突現(xiàn)詞的分析發(fā)現(xiàn)：

（1）地下工程領(lǐng)域是地下空間研究最早開展的內(nèi)容也是最重要組成部分。提取的125個中地下空間工程領(lǐng)域相關(guān)關(guān)鍵詞27個，約占全部關(guān)鍵詞的22%；具有中介中心性的熱點關(guān)鍵詞36個中，除去名詞性關(guān)鍵詞外，與地下工程領(lǐng)域相關(guān)的關(guān)鍵詞11個，約占全部熱點關(guān)鍵詞的31%；地下工程領(lǐng)域關(guān)鍵詞中的40%為熱點關(guān)鍵詞。

（2）地下空間資源受關(guān)注的時間較早但研究發(fā)展較慢。地下空間資源出現(xiàn)頻次19，其突現(xiàn)時間為1994-2010年，但其中介中心性僅0.01，表明地下空間資源相關(guān)研究開展較早但相較于其它領(lǐng)域或主題其研究展開不多。

（3）地下空間規(guī)劃和地下空間權(quán)受關(guān)注的時間較晚且研究展開不多。地下空間規(guī)劃和地下空間權(quán)受關(guān)注或研究熱潮時段分別為2008-2010和2010-2011年，而兩者的中介中心性值較小，分別為0.06和0.04，表明兩者相關(guān)研究展開不多。

（4）“可持續(xù)發(fā)展”成為城市地下空間開發(fā)方向，相關(guān)研究也逐漸展開?？沙掷m(xù)發(fā)展作為關(guān)鍵詞在時區(qū)圖中出現(xiàn)于2004年，而其突現(xiàn)時間為2013-2015年，表明近年來城市地下空間可持續(xù)發(fā)展研究成是關(guān)注熱點。

2.2 研究內(nèi)容聚類分析

CiteSpace采用聚類來分析研究主題的演變，聚類圖能體現(xiàn)研究主題間的結(jié)構(gòu)特征，突出關(guān)鍵節(jié)點及重要連接。地下空間研究關(guān)鍵詞的聚類分析結(jié)果如圖2所示。節(jié)點和字體大小表示關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻次，節(jié)點采用年輪樣式（年輪節(jié)點能展現(xiàn)關(guān)鍵詞出現(xiàn)的歷史，顏色表示出現(xiàn)年份，厚度則與該年出現(xiàn)次數(shù)成正比），節(jié)點間連線表示關(guān)鍵詞間共現(xiàn)關(guān)系，連線粗線則表示節(jié)點間連接強度。明顯可以看出，“地下空間開發(fā)利用”和“地下軌道交通”是關(guān)鍵節(jié)點，“隧道”、“數(shù)值模擬”“地下空間資源”、“基坑”和“地下綜合管廊”等是重要連接節(jié)點。

圖2 關(guān)鍵詞聚類圖譜Fig.2 The cluster atlas of keywords

根據(jù)地下空間研究的知識圖譜分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)：

（1）“地下空間開發(fā)利用”出現(xiàn)頻次最高、中介中心性最大且為核心連接節(jié)點，這表明地下空間研究圍繞著“地下空間開發(fā)利用”展開，因此保證、促進和指導(dǎo)地下空間開發(fā)利用是地下空間研究的根本目的和最終目標(biāo)。

（2）從研究內(nèi)容和對象上，地下空間熱點研究領(lǐng)域有5個，分別為“地下空間工程”、“地下空間資源”、“地下空間權(quán)”、“地下空間規(guī)劃”和“地下空間管理”。其中，“地下空間管理”研究通常與其它領(lǐng)域相結(jié)合，涉及內(nèi)容較多、研究成果較分散，因此其不具有明確的中介中心性。

最終，根據(jù)知識圖譜分析結(jié)果以及文獻研究成果，梳理出地下空間熱點研究領(lǐng)域及各領(lǐng)域的研究對象和研究主題，詳見表3。

表3 地下空間的研究領(lǐng)域和主題Table 3 The fi elds and topics of research in urban underground space

2 基于實踐的地下空間研究發(fā)展脈絡(luò)

2.1 地下空間開發(fā)實踐歷程

地下空間研究與開發(fā)利用實踐密切相關(guān)，厘清地下空間開發(fā)利用實踐歷程以及開發(fā)戰(zhàn)略變化有助于梳理地下空間研究發(fā)展脈絡(luò)。

我國地下空間開發(fā)利用始于20世紀(jì)60年代中后期的人防工程建設(shè)。是在“深挖洞，廣積糧”號召下，為防備戰(zhàn)爭和保護戰(zhàn)爭潛力所開展的群眾性地道建設(shè)活動。1978年，第三次全國人民防空會議確立了“平戰(zhàn)結(jié)合”的人防建設(shè)方針。此后，城市建設(shè)開始結(jié)合民用建筑修建防空地下室（結(jié)建人防工程），以及地下街、地下商城等商業(yè)用途的地下工程，北京、上海等核心城市開始探索地下軌道交通建設(shè)。21世紀(jì)，地下空間開發(fā)的戰(zhàn)略由“平戰(zhàn)結(jié)合”轉(zhuǎn)變?yōu)椤芭c城市發(fā)展緊密結(jié)合”，提出多元化、綜合化、集約化的開發(fā)利用地下空間，以提高土地利用效率、緩解交通擁堵等“城市病”、增強城市綜合承載能力，實現(xiàn)城市可持續(xù)和集約化發(fā)展。地下空間開發(fā)類型拓展為地下軌道交通、地下停車場、地下快速路、地下過街隧道、地下交通樞紐等交通設(shè)施以及地下倉庫、地下綜合體等商業(yè)設(shè)施。截至目前，開發(fā)利用地下空間是我國城市建設(shè)和城市更新的重要組成部分，地下空間開發(fā)總量位居全球前列。

2.2 地下空間研究發(fā)展脈絡(luò)

2.2.1 研究文獻分析

年際文獻數(shù)量分布能展現(xiàn)地下空間研究隨時間的整體狀態(tài)。本文所針對的1128篇研究文獻的年際數(shù)量分布如圖3所示。論文數(shù)量整體呈現(xiàn)年際指數(shù)增長的趨勢，局部上2000年之前論文數(shù)量較少且呈現(xiàn)波動狀態(tài)，2000-2005年論文數(shù)量平衡，2005年之后論文數(shù)量迅速增加，這與前述時區(qū)圖（圖1）中2005年之后關(guān)鍵詞數(shù)量迅速增長相對應(yīng)。

事實上，由于冶金采礦、水利工程等需要，巖石力學(xué)、開挖技術(shù)、洞體穩(wěn)定、工程防水等屬于地下空間開發(fā)的地下工程領(lǐng)域研究在上世紀(jì)60年代已經(jīng)開展。由于這些研究針對的山區(qū)采礦、水壩建設(shè)等地下空間開挖，而非開發(fā)利用地下空間開展城市建設(shè)，因此本文不予考慮。但是，這些研究為開發(fā)利用地下空間建設(shè)城市提供了相關(guān)力學(xué)理論基礎(chǔ)和開挖技術(shù)。1980年，“地下空間開發(fā)與利用”被列為國家“建筑科學(xué)技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要”的方向預(yù)測性研究課題之一[5]，標(biāo)志著城市地下空間開發(fā)利用研究工作正式啟動。

圖3 1981-2017年際論文數(shù)量Fig.3 The annual number of research paper in 1981-2017

2.2.2 研究發(fā)展脈絡(luò)

根據(jù)我國城市地下空間開發(fā)利用方針變化、實踐發(fā)展歷程、研究熱點演變及研究內(nèi)容演進，從研究圍繞的核心問題和目標(biāo)可將城市地下空間研究劃分為兩大階段：

（1）1980-1999年：以解決地下空間開發(fā)技術(shù)問題為目標(biāo)的研究

20世紀(jì)80年代初，受美日等國地下空間綜合利用案例影響，以及我國城市建設(shè)面臨的用地不足、交通組織困難、房屋過分擁擠等現(xiàn)實問題，利用地下空間開展地上與地下相結(jié)合的城市建設(shè)模式被提出[6]。利用地下空間開展城市建設(shè)的技術(shù)經(jīng)濟可行性[5]，以及如何結(jié)合城市建設(shè)開發(fā)利用地下空間[7]，成為城市地下空間開發(fā)利用最早的研究內(nèi)容。由于地下空間開發(fā)實踐的現(xiàn)實需要，解決地下空間開發(fā)工程技術(shù)問題、指導(dǎo)和促進地下工程建設(shè)的地下工程技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工技術(shù)、施工工藝及建筑材料等地下工程領(lǐng)域研究成為關(guān)注重點并迅速發(fā)展[8-12]。整體而言，這一時期的地下空間開發(fā)利用主要類型為建筑物基礎(chǔ)、地下管線等建筑附屬物，研究關(guān)注重點和主要內(nèi)容為土木工程學(xué)科體系下解決技術(shù)問題的地下工程領(lǐng)域，地下空間研究范式屬于建筑附屬物范式[2]。

（2）2000年至今：以促進地下空間資源利用為目標(biāo)的研究

新世紀(jì)，地下空間開發(fā)利用對城市建設(shè)的重要性越來越明顯，地下空間研究內(nèi)容也進一步拓展：保證高層（超高層）建筑基礎(chǔ)、隧道、基坑等大型地下工程的承載力、穩(wěn)定性及安全性的設(shè)計原理、施工技術(shù)、項目管理、環(huán)境影響、施工安全等方面研究[13-16]；解決地下空間使用過程中暴露的矛盾和問題以及保證地下空間的安全使用的地下空間行政管理、安全管理、防災(zāi)減災(zāi)、應(yīng)急管理、運營管理等研究[17-24]；提高地下空間資源利用效率和促進可持續(xù)開發(fā)的地下空間權(quán)屬[25-28]、地下空間資源的特征分析[29]、資源評價與評估[30-31]、地下空間規(guī)劃[32-34]、地下空間投融資[35]、地下空間開發(fā)利用法制[36]與監(jiān)管[37]等研究相繼展開。這一時期，隨著地下工程領(lǐng)域研究進一步拓展和深化并在技術(shù)水平上達到國際領(lǐng)先水平，地下空間開發(fā)實踐面臨的主要矛盾轉(zhuǎn)變?yōu)槌鞘薪ㄔO(shè)對空間的高需求與地下空間資源利用低效率之間的矛盾。因此，研究開始轉(zhuǎn)向以實現(xiàn)土地的立體化開發(fā)以及地下空間資源利用為目標(biāo)的相關(guān)領(lǐng)域，研究范式也從土木工程學(xué)科體系下、以工程技術(shù)為核心的建筑附屬物范式逐漸轉(zhuǎn)移到土地科學(xué)學(xué)科和資源學(xué)學(xué)科體系下、以地下空間資源利用為核心的資源利用范式[2]。實踐表明，城市地下空間開發(fā)利用涉及眾多學(xué)科，需要建立“地下空間學(xué)”促進地下空間開發(fā)利用[38]。

2.3 地下空間研究發(fā)展特征

為更加清楚地展現(xiàn)地下空間研究發(fā)展脈絡(luò)與內(nèi)容演進，以及總結(jié)研究發(fā)展特點和探討研究未來發(fā)展方向，歸納提煉出各階段地下空間開發(fā)利用實踐與研究的主要內(nèi)容和特征，如表4所示。地下空間研究及其發(fā)展具有如下特點：

（1）形成了以開發(fā)利用地下空間促進城市建設(shè)為目標(biāo)的研究框架。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，地下空間研究由最初的土木工程學(xué)科拓展到資源學(xué)、法學(xué)、規(guī)劃學(xué)、管理學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，各學(xué)科從各自的視角對工程技術(shù)、空間資源、空間權(quán)屬、空間規(guī)劃、使用管理等方面展開了研究與探討。

（2）研究內(nèi)容的演進過程與開發(fā)利用實踐發(fā)展歷程相契合。開發(fā)實踐由群眾活動到“平戰(zhàn)結(jié)合”指導(dǎo)下結(jié)合民用建筑開發(fā)利用空間再到“多元化、集約化利用空間資源”的大規(guī)模開發(fā)利用地下空間，研究則經(jīng)歷了解決開發(fā)實踐需求與工程技術(shù)之間矛盾的初始期和城市建設(shè)發(fā)展對空間的高需求與空間資源利用低效率之間矛盾的發(fā)展期，兩者相呼應(yīng)且都與社會背景相對應(yīng)。

（3）研究屬于“問題導(dǎo)向型”和“實踐推動型”發(fā)展模式。大規(guī)模開發(fā)利用實踐暴露出越來越多的矛盾和問題，為解決這些問題與矛盾研究領(lǐng)域和內(nèi)容不斷拓展，的重點在于解決開發(fā)實踐中暴露出的問題和矛盾，研究滯后于開發(fā)利用實踐，而實踐則推動研究內(nèi)容和方向的演變，屬于研究發(fā)展模式。

（4）研究重點開始轉(zhuǎn)向地下空間資源可持續(xù)利用。隨著地下工程技術(shù)水平的不斷提高，工程技術(shù)不再是地下空間研究關(guān)注重點。而地下空間資源對于城市建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展的重要性越加越突顯，如何提高地下空間資源利用效率和實現(xiàn)資源的可持續(xù)利用是開發(fā)利用實踐的最終目標(biāo)也是研究的最后目標(biāo)。

表4 地下空間開發(fā)實踐與研究發(fā)展歷程Table 4 The development history of practice and research of urban underground space

3 結(jié)論與展望

3.1 研究結(jié)論

（1）地下空間研究發(fā)展態(tài)勢穩(wěn)健。新世紀(jì)以來地下空間研究論文數(shù)量增長態(tài)勢良好，研究領(lǐng)域、主題和內(nèi)容不斷拓展，形成了以開發(fā)利用地下空間促進城市建設(shè)為目標(biāo)的研究框架以及該研究框架下的多學(xué)科研究體系。

（2）理論研究仍落后于開發(fā)實踐。地下空間研究與實踐的發(fā)展歷程相契合，研究重在解決開發(fā)實踐中暴露出的問題和矛盾，實踐則推動研究領(lǐng)域、方向和內(nèi)容演進，屬于“問題導(dǎo)向型”和“實踐推動型”研究發(fā)展模式。

3.2 研究展望

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，地下空間研究取得了一定的研究成果，但仍存在理論落后于實踐、各學(xué)科研究視角單一、研究成果分散等不足之處，為促進地下空間資源的可持續(xù)利用與開發(fā)，提出以下研究建議：

（1）構(gòu)建地下空間時空發(fā)展研究范式。資源的可持續(xù)利用需要從時空角度來審視，地下空間開發(fā)與研究也需要放置于時間系統(tǒng)之下，構(gòu)建一個以系統(tǒng)發(fā)展觀、動態(tài)發(fā)展觀、可持續(xù)發(fā)展觀、人本發(fā)展觀為基礎(chǔ)，以時空分析、行為分析等方法為手段，以地下空間資源的可持續(xù)利用為目標(biāo)的研究范式才能實現(xiàn)可持續(xù)利用。

（2）開展多學(xué)科交叉研究。系統(tǒng)總結(jié)和整合集成地下空間各相關(guān)學(xué)科的研究成果，圍繞地下空間資源的可持續(xù)開發(fā)，開展多學(xué)科協(xié)作與協(xié)同創(chuàng)新，突破單一學(xué)科研究的局限，形成一個完善的地下空間理論框架，不斷深入、廣泛地探索地下空間開發(fā)利用的內(nèi)在規(guī)律性以及科學(xué)合理的方法和技術(shù)，提高研究成果的理論指導(dǎo)意義和實際應(yīng)用價值。