城市地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李鵬岳, 韓浩東, 王東輝, 王春山

(中國地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心, 四川 成都 610081)

前言

國外城市地下空間的開發(fā)利用較早,成就較高的是日本、美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家[1]。 21 世紀(jì),我國地下空間開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期,“十二五”時(shí)期,我國城市地下空間年均增速達(dá)到20%以上[2-3]。 大規(guī)模的地下空間開發(fā)利用在滿足城市發(fā)展需要的同時(shí),也引發(fā)了一系列問題[4-9]。 因此,地下空間開發(fā)利用的合理性、安全性、可持續(xù)性成為人們研究的熱點(diǎn)[10-13],其中,地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià),被認(rèn)為有利于城市進(jìn)行地下空間規(guī)劃,愈發(fā)受到關(guān)注[14]。

地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)是一個(gè)綜合性強(qiáng)、復(fù)雜度高的問題,其不僅涉及地質(zhì)、構(gòu)造、地貌、地理等地學(xué)因素,也涉及人口、經(jīng)濟(jì)、交通、區(qū)位等社會(huì)因素[15-17]。 國內(nèi)外專家學(xué)者進(jìn)行了大量的研究[18-24],取得了較好的成果。 但由于缺乏統(tǒng)一、系統(tǒng)的理論支撐,研究成果較為分散,缺乏系統(tǒng)、成熟的解決方案,導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果的普適性和實(shí)用性較差,適宜性評(píng)價(jià)體系也亟待深入研究。

本文通過系統(tǒng)梳理國內(nèi)外城市地下空間資源開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、權(quán)重確定、評(píng)價(jià)模型及評(píng)價(jià)系統(tǒng)等方面的研究現(xiàn)狀,圍繞地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)體系建立的科學(xué)性、評(píng)價(jià)方法的合理性、評(píng)價(jià)結(jié)果的應(yīng)用性等方面,探討了城市地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)的未來發(fā)展趨勢,以期推動(dòng)適宜性評(píng)價(jià)工作的進(jìn)步,進(jìn)而為城市地下空間規(guī)劃提供指導(dǎo)。

1 適宜性評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀

1.1 適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)

國內(nèi)外學(xué)者對評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇大多建立在對研究區(qū)影響因素分析的基礎(chǔ)上,采用層次分析法等決策方法,綜合研究者的經(jīng)驗(yàn)而確定。

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)的Sterling 等人[25]在明尼阿波利斯-圣保羅市做的一項(xiàng)城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃中,根據(jù)明尼阿波利斯市砂巖為主體的地質(zhì)條件,將巖石層、土層分布、水文地質(zhì)分布以及地形坡度與地下空間開發(fā)利用的空間形式作為適宜性評(píng)價(jià)的影響因素,給出了可開發(fā)利用的地下空間資源的分布范圍和適宜的開發(fā)利用空間形式。Boivin[26]把沉積物厚度、地面起伏度、基巖地質(zhì)等因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo),獲得了加拿大魁北克市的開發(fā)難度分級(jí)。 Ronka 等人[27]對芬蘭的一項(xiàng)名為“Underground Space in the Planning and Land Use”的研究中,根據(jù)巖石區(qū)建設(shè)難度的地下空間分類,建立了巖層區(qū)的地下空間資源開發(fā)利用適宜性的評(píng)價(jià)模型。 Wang 等人[28]通過研究表明,影響城市地下空間潛力評(píng)價(jià)的5 個(gè)主要影響因素是地質(zhì)特征、地價(jià)和位置條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、地下空間的開發(fā)優(yōu)勢,以及“與城市規(guī)劃的兼容性”。 歐剛[29]運(yùn)用層次分析法從地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地形地貌、巖土體特征、水文地質(zhì)條件、地質(zhì)災(zāi)害與環(huán)境地質(zhì)等5 方面為準(zhǔn)則層建立地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)模型。 曹亮[30]利用地形地貌、建筑場地類別、不良巖土體條件,水文地質(zhì)特征和地質(zhì)災(zāi)害等5 個(gè)方面為評(píng)價(jià)因素,基于目標(biāo)加權(quán)函數(shù)建立了數(shù)學(xué)評(píng)估模型。 江思義[31]使用巖土體特征、地下水情況、特殊地質(zhì)條件、區(qū)域地殼穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性,以及地面建(構(gòu))筑物和淺部已開發(fā)地下空間等作為評(píng)價(jià)指標(biāo),對南寧市(西津幅)地下空間開發(fā)適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 張璐[32]通過分析可能出現(xiàn)的工程地質(zhì)問題,建立地形地貌、地層巖性及工程地質(zhì)特性、水文地質(zhì)條件和地質(zhì)構(gòu)造等4 方面的指標(biāo)體系,對研究區(qū)進(jìn)行了適宜性評(píng)價(jià)。

然而,地下空間開發(fā)利用的影響因素繁多,現(xiàn)在選取評(píng)價(jià)指標(biāo)往往依賴評(píng)估者的經(jīng)驗(yàn),根據(jù)研究對象的不同、開發(fā)利用方式的不同、服務(wù)對象的不同而采用不同的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。 迄今為止,有關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取在學(xué)術(shù)界尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的確定是多目標(biāo)決策的一個(gè)重要環(huán)節(jié),權(quán)重的賦值合理與否,對評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)合理性起著至關(guān)重要的作用;若某一因素的權(quán)重發(fā)生變化,將會(huì)影響整個(gè)評(píng)判結(jié)果。 因此,權(quán)重的賦值必須做到科學(xué)和客觀,這就要求尋求合適的權(quán)重確定方法。 國內(nèi)外專家學(xué)者采用層次分析法、專家調(diào)查法(Delphi)等方法進(jìn)行了賦權(quán)方面的研究。

彭俊婷[33]、彭建等[34]采用專家問卷調(diào)查法和層次分析法進(jìn)行權(quán)重確定,對某地級(jí)市地下空間開發(fā)利用適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。 張曉峰[35]結(jié)合專家意見構(gòu)建城市地下空間安全評(píng)價(jià)體系,運(yùn)用層次分析法確定指標(biāo)體系的權(quán)重,然后運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)模型對北京市地下空間進(jìn)行評(píng)價(jià)。 劉健等[36]采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重,采用多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)建立評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型,利用GIS 疊加生成適宜性評(píng)價(jià)圖對蘇州城市規(guī)劃區(qū)淺層和次淺層地下空間資源開發(fā)適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)。 夏友等[37]采用層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重,對鄭州市城市地下空間進(jìn)行了評(píng)價(jià)。甄艷等[38]采用層次分析法建立了一套基于地理國情的地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與模型,借助GIS 空間分析功能,對研究區(qū)的地下空間資源開發(fā)利用適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 彭建兵[39]提出了中國城市地下空間地質(zhì)結(jié)構(gòu)的分類方法,為地下空間適宜性評(píng)價(jià)時(shí)指標(biāo)分層賦權(quán)提供了一種新的思路。 陳緒鈺[40]采用模糊賦權(quán)法和層次分析法相結(jié)合的方法計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,對瀘州市規(guī)劃中心城區(qū)工程建設(shè)適宜性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

以上研究者大多采用主觀賦權(quán)法進(jìn)行了評(píng)價(jià),其賦權(quán)方法較為單一,較少涉及到客觀賦權(quán)法,例如,最大熵技術(shù)法[41]、主成分分析法[42]、變異系數(shù)法[43]、簡單關(guān)聯(lián)函數(shù)法[44]、可拓理論[45]等。 此外,針對主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法的優(yōu)缺點(diǎn),學(xué)者又提出了主客觀綜合集成賦權(quán)法,這類方法將主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法結(jié)合在一起使用,從而充分利用各自的優(yōu)點(diǎn),是一種較為科學(xué)合理的方法。

地下空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)時(shí),還應(yīng)該考慮不同區(qū)位、層位和不同服務(wù)對象等情況,采取相應(yīng)的賦權(quán)方式。 如:地下水對地下空間開發(fā)利用的影響,其主要的指標(biāo)為富水性以及水壓,在淺層富水性指標(biāo)權(quán)重較水壓大,隨著深度的增加,水壓的權(quán)重應(yīng)逐漸增大。 因此,在對地下空間適宜性分層進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重應(yīng)隨深度發(fā)生變化,在地下空間適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)過程中,應(yīng)結(jié)合研究對象和評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)υu(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析。

1.3 適宜性評(píng)價(jià)方法及模型

近年來,國內(nèi)外研究人員將模糊數(shù)學(xué)、灰色關(guān)聯(lián)度、可拓學(xué)等模型應(yīng)用于地下空間適宜性評(píng)價(jià)當(dāng)中,增加了評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性。 姜云[46]基于可變模糊集理論建立了地下空間資源質(zhì)量可變模糊評(píng)估模型,以北京中央商務(wù)區(qū)為例,對地下空間資源質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)估。 鄭強(qiáng)[47]基于區(qū)位理論、土地系統(tǒng)理論、土地可持續(xù)利用理論及可拓理論,以地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效應(yīng)等因素為切入點(diǎn),構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型,對城市地下空間開發(fā)潛力展開實(shí)證研究,并提出城市地下空間合理開發(fā)對策。 吳炳華等[48]采用模糊綜合評(píng)判法,以地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件為評(píng)價(jià)指標(biāo),對寧波地下城市地下空間(0 ～30m)進(jìn)行了適宜性評(píng)價(jià)。 王振宇等[49]利用層次分析法和專家調(diào)查法確定各指標(biāo)因素權(quán)重的基礎(chǔ)之上,還運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法,以城市條件、自然條件、區(qū)域條件、經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件為評(píng)價(jià)指標(biāo),對長沙城市地下空間開發(fā)利用進(jìn)行了適宜性評(píng)價(jià)。 王寓霖[50]采用熵權(quán)法和可拓物元理論建立了地下空間火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的熵權(quán)可拓評(píng)價(jià)模型。 張晶晶等[51]建立了基于變權(quán)理論的地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)模型,即敏感因子- 綜合指數(shù) - 變權(quán)評(píng)價(jià)模型,對鄭州市地下空間開發(fā)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)價(jià),取得了較好的評(píng)價(jià)效果。 劉昆等[52]提出了新的評(píng)價(jià)模型結(jié)構(gòu)——地質(zhì)評(píng)價(jià)和建設(shè)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)模型,建立了一套適用于中國東部沿海地區(qū)的地下空間資源開發(fā)利用適宜性的評(píng)價(jià)模型。

然而,層次分析法模型雖然計(jì)算簡單,但是權(quán)重確定人為性大,模糊綜合評(píng)價(jià)方法計(jì)算復(fù)雜,對指標(biāo)權(quán)重矢量的確定依賴評(píng)估者經(jīng)驗(yàn),因此主觀性較強(qiáng)。 可拓模型在評(píng)價(jià)過程中對指標(biāo)取值較為敏感,在數(shù)據(jù)差別較大時(shí),容易導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)偏差,變權(quán)模型的評(píng)價(jià)結(jié)果雖然離散性較好,易于分級(jí)評(píng)價(jià),但其是否符合客觀實(shí)際尚未在學(xué)術(shù)界得到統(tǒng)一的肯定。 運(yùn)用模糊集層次分析(FAHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型[53],能夠較好地解決指標(biāo)的隨機(jī)性和模糊性問題,有一定的參考意義。

1.4 適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)

在經(jīng)歷評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取,指標(biāo)權(quán)重的確定以及評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建后,選擇一個(gè)合適的評(píng)價(jià)系統(tǒng)對于是否能夠快速有效的完成評(píng)價(jià)工作尤為重要。 大量學(xué)者進(jìn)行了嘗試。 Boivin 總結(jié)了加拿大 Québec城市的一項(xiàng)規(guī)劃期限為四年的地下空間規(guī)劃,把沉積物厚度、地面坡度、下伏巖石地質(zhì)情況等因素基于透明度疊加起來,最終確定了開發(fā)難度分級(jí)并計(jì)算了相應(yīng)的容量。 胡學(xué)祥[54]利用ArcGIS 和C#程序,開發(fā)了基于Fuzzy-AHP 的寧波市地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng),針對寧波市地質(zhì)環(huán)境條件,利用層次分析法和模糊綜合評(píng)判方法,開展了寧波市地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)研究。 劉運(yùn)來[55]結(jié)合MAPGIS 平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)對武漢市主城區(qū)淺層(0～15m)地下空間開發(fā)利用地質(zhì)環(huán)境適宜性展開綜合評(píng)價(jià)。 方寅琛[56]系統(tǒng)介紹了嘉興城市地質(zhì)調(diào)查工作中地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)新思路,對如何利用三維地質(zhì)模型進(jìn)行評(píng)價(jià)做了比較深入的探討,取得了較好的效果,但其評(píng)價(jià)指標(biāo)中三維數(shù)據(jù)較少,評(píng)價(jià)結(jié)果精度有待考證。

現(xiàn)階段的城市地下空間適宜性評(píng)價(jià)系統(tǒng)并沒形成一套完整、成熟的系統(tǒng),評(píng)價(jià)結(jié)果的精確性、可靠性有待進(jìn)一步發(fā)掘。 未來可考慮將龐大的地質(zhì)數(shù)據(jù)置于云端,利用服務(wù)器強(qiáng)大的運(yùn)算功能,并結(jié)合大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)(AI)進(jìn)行自動(dòng)化的成圖和評(píng)價(jià)。

2 適宜性評(píng)價(jià)需關(guān)注的關(guān)鍵問題

2.1 評(píng)價(jià)體系的科學(xué)性

評(píng)價(jià)體系的科學(xué)性依賴于評(píng)價(jià)指標(biāo)量化的科學(xué)性、評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性以及評(píng)價(jià)系統(tǒng)的普適性等方面。

指標(biāo)量化是評(píng)價(jià)過程中最基礎(chǔ)也是最重要的一個(gè)環(huán)節(jié),指標(biāo)取值的大小將直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果,因此,如何科學(xué)的進(jìn)行指標(biāo)取值成為適宜性評(píng)價(jià)首當(dāng)其沖的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題。 現(xiàn)階段的指標(biāo)取值多依賴于規(guī)范、指南等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),其量化取值大多適用于地表建筑,是否適用于地下空間評(píng)價(jià)尚無定論。 以地鐵施工為例,其主要風(fēng)險(xiǎn)因素為易發(fā)生變形的軟土、易產(chǎn)生突涌水的地下水以及活動(dòng)斷層等。 現(xiàn)有的評(píng)價(jià)指標(biāo)多適用于淺表層基坑開挖。為了定量分析其對地下隧道的影響,可以采用ANSYS、FLAC 3D、PFC 等數(shù)值模擬的方法進(jìn)行研究,并結(jié)合已有監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行約束分析,從而實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的科學(xué)量化工作。

現(xiàn)有評(píng)價(jià)大多數(shù)將地下空間開發(fā)人為劃分為多個(gè)層位,按照不同層位進(jìn)行“切片式”評(píng)價(jià),其評(píng)價(jià)的過程是將某個(gè)層位地質(zhì)體“壓縮”成一個(gè)面進(jìn)行2D 計(jì)算,其過程損失了地質(zhì)體三維信息,評(píng)價(jià)結(jié)果僅可作為粗略的規(guī)劃參考,無法滿足詳細(xì)規(guī)劃的需求[57]。 從2D 評(píng)價(jià)的實(shí)例不難看出,要想得到準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果依賴于三維地質(zhì)模型,且受限于三維地質(zhì)模型的精度,模型的準(zhǔn)確度將直接影響地下空間適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。 現(xiàn)有空間構(gòu)模方法歸納為基于面模型、基于體模型和基于混合模型的3 大類構(gòu)模體系,如表1 所示。

為了控制三維地質(zhì)建模的精度,需要對三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行誤差修正,在具體實(shí)現(xiàn)時(shí),需要引入“數(shù)據(jù)模型的可視化交互技術(shù)”,使得三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型不再僅僅是由計(jì)算機(jī)根據(jù)一定的地質(zhì)數(shù)據(jù)和建模規(guī)則自動(dòng)生成的“靜態(tài)”模型,而是由地質(zhì)人員、建模人員、地質(zhì)數(shù)據(jù)、建模規(guī)則共同影響、相互反饋的動(dòng)態(tài)、可交互、可評(píng)估、可修正的模型[58]。 由于數(shù)據(jù)的有限性,三維空間建模必然會(huì)進(jìn)行空間插值,因此插值方法將會(huì)直接影響建模精度,可以考慮選擇部分鉆孔作為建模數(shù)據(jù)來源,訓(xùn)練自動(dòng)化三維建模,最后通過提取虛擬鉆孔信息與真實(shí)鉆孔資料進(jìn)行對比,匹配度越高,建模精度越好,而三維地質(zhì)建模的質(zhì)量越高,后期適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果的精度和可靠度將越好。

表1 3D 空間構(gòu)模法分類Table 1 Classification of methods for 3D spatial modeling

一個(gè)好的評(píng)價(jià)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的普適性,其主要體現(xiàn)在對適宜性評(píng)價(jià)的長遠(yuǎn)考慮。 以平面為單元進(jìn)行的適宜性評(píng)價(jià),難以精確體現(xiàn)評(píng)價(jià)結(jié)果的邊界,因此,建立三維立體化評(píng)價(jià)系統(tǒng)將成為評(píng)價(jià)的終極形態(tài)。 三維立體評(píng)價(jià)的根基在于三維地質(zhì)模型,進(jìn)行三維評(píng)價(jià)時(shí),其評(píng)價(jià)單元不再是平面2D的,而是實(shí)實(shí)在在的存在于空間中的三維實(shí)體單元,該實(shí)體評(píng)價(jià)單元除了體現(xiàn)地質(zhì)體的幾何特征外,還賦存有地質(zhì)屬性信息,利用三維建模軟件的空間分析功能,將地質(zhì)幾何特征與屬性信息結(jié)合起來,構(gòu)建三維矢柵一體化模型,來實(shí)現(xiàn)城市地下空間適宜性的立體化評(píng)價(jià)。

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)用性

評(píng)價(jià)結(jié)果是否具有較強(qiáng)的應(yīng)用性,體現(xiàn)在其是否滿足了設(shè)計(jì)的目標(biāo),是否滿足了用戶的需求,是否分層級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

以目標(biāo)為導(dǎo)向的評(píng)價(jià)能夠更好的找準(zhǔn)定位。地下空間作為一種不可再生的地質(zhì)資源,其一旦被開發(fā)利用,具有很強(qiáng)的不可逆性。 因此,對地下空間資源開發(fā)利用適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí),首先要明確評(píng)價(jià)的基本原則,地下空間是在開發(fā)中保護(hù)還是在保護(hù)中開發(fā),對蘊(yùn)藏在地下空間當(dāng)中的地質(zhì)資源是優(yōu)先予以保護(hù),還是協(xié)同利用,對地下空間資源的占用是物盡其用還是克制利用? 只有在這些基本原則框架下的評(píng)價(jià)才符合地下空間開發(fā)的需求,才能有較好的應(yīng)用性。

明確出口才能保證評(píng)價(jià)工作的用戶滿意度。地下空間資源適宜性評(píng)價(jià)是合理開發(fā)利用地下空間的前置性工作,但不同的用戶對該項(xiàng)工作的需求不近相同。 從自然資源管理的角度出發(fā),地下空間資源作為土地資源的垂向延伸,其屬性是地下空間資產(chǎn)確權(quán)的基本要素,因此,其關(guān)注的要點(diǎn)是地下空間資源的質(zhì)量、邊界,是地下空間資源的分層確權(quán);從國土空間規(guī)劃的角度出發(fā),地下空間是國土空間的重要組成部分,是城市綜合承載力的重要保障,是城市防災(zāi)韌性的前沿陣地,在生態(tài)文明建設(shè)的時(shí)代背景下,“生態(tài)優(yōu)先,節(jié)約優(yōu)先,高質(zhì)量發(fā)展”是國土空間規(guī)劃的主旋律。 因此,其關(guān)注的要點(diǎn)是如何強(qiáng)化底線約束,從而有效服務(wù)于生態(tài)優(yōu)先,如何集約有效開發(fā)地下空間,并彈性預(yù)留發(fā)展空間;從工程實(shí)踐的角度出發(fā),其關(guān)注的要點(diǎn)是地下空間所賦存的地質(zhì)結(jié)構(gòu)是否滿足開發(fā)的要求,是否存在影響開發(fā)的地質(zhì)問題,如何經(jīng)濟(jì)安全地開發(fā)地下空間。 總而言之,只有明確了評(píng)價(jià)的出口產(chǎn)品才能使評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)的生命力和更好的服務(wù)。

分層次的評(píng)價(jià)有利于管理和使用。 以地下空間規(guī)劃為例,在其總體規(guī)劃階段,控制性詳細(xì)規(guī)劃階段所關(guān)注的內(nèi)容是大不相同的。 另外,不同的規(guī)劃區(qū)域,其側(cè)重點(diǎn)也不近相同,以北京為例(圖1),其初步構(gòu)建了“全市—分區(qū)—特定地區(qū)”的地下空間分級(jí)規(guī)劃體系,且不同層級(jí)、不同地區(qū)的專項(xiàng)規(guī)劃結(jié)合實(shí)際選擇編制類型和精度。 因此,地下空間適宜性評(píng)價(jià)作為地下空間規(guī)劃的前置工作,其與不同層級(jí)規(guī)劃的鍥合度直接決定了評(píng)價(jià)結(jié)果的應(yīng)用性。

圖1 地下空間分級(jí)規(guī)劃體系Fig.1 Classification of underground space planning system

3 城市地下空間適宜性評(píng)價(jià)的未來發(fā)展趨勢

基于評(píng)價(jià)的基本模式,探討未來適宜性評(píng)價(jià)在指標(biāo)選擇及量化、權(quán)重獲取、評(píng)價(jià)模型、三維立體化評(píng)價(jià)以及評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)用性等方面的發(fā)展趨勢。

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇與量化

評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇對于任何評(píng)價(jià)來說都是重中之重的事情,其構(gòu)成了評(píng)價(jià)體系的基本架構(gòu),決定了評(píng)價(jià)結(jié)果的合理性和有效性。 而影響地下空間適宜性評(píng)價(jià)的因素較多,在錯(cuò)綜復(fù)雜的因素中篩選適合的評(píng)價(jià)指標(biāo),首先要滿足指標(biāo)選擇的一般性原則,即存異性、客觀性、代表性、可靠性、易觀察和測量等。 其次,還要考慮評(píng)價(jià)的實(shí)際需求及區(qū)域特征、結(jié)合評(píng)價(jià)結(jié)果的應(yīng)用性挑選指標(biāo)。 例如:在以上海為代表的三角洲沉積平原地區(qū),由于第四系覆蓋層巨厚,其評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇應(yīng)考慮土體變形、滲流、液化、水的突涌、地面沉降等問題;在喀斯特地區(qū),由于巖溶作用強(qiáng)烈,其評(píng)價(jià)指標(biāo)應(yīng)包含斷裂構(gòu)造、巖溶發(fā)育特征、地下河等與巖溶密切相關(guān)的因素;在山區(qū)城市開發(fā)利用地下空間,地形地貌、地質(zhì)災(zāi)害、巖土體條件則應(yīng)考慮在評(píng)價(jià)因素內(nèi)。 總之,評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇不能一概而論,應(yīng)根據(jù)評(píng)價(jià)對象所處地質(zhì)環(huán)境的特點(diǎn),針對性的選取指標(biāo)體系,宜準(zhǔn)不宜散、宜精不宜多。

在指標(biāo)量化取值方面,可在現(xiàn)有規(guī)范的基礎(chǔ)上,結(jié)合地下開發(fā)的實(shí)際,采用以監(jiān)測作為邊界條件進(jìn)行約束的數(shù)值模擬、物理模擬、仿真計(jì)算等手段進(jìn)行研究,綜合確定指標(biāo)取值,合理劃分評(píng)價(jià)區(qū)間。

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重獲取

指標(biāo)權(quán)重是指標(biāo)在評(píng)價(jià)過程中不同重要程度的反映,是決策(或評(píng)估)問題中指標(biāo)相對重要程度的一種主觀評(píng)價(jià)和客觀反映的綜合度量。 權(quán)重的賦值是否合理,對評(píng)價(jià)結(jié)果的科學(xué)性、合理性有著顯著的作用。

目前指標(biāo)權(quán)重確定的方法有很多種,其數(shù)據(jù)獲取及計(jì)算過程也不相同。 其中層次分析法、專家調(diào)查法等主觀賦權(quán)法由于其簡單、快速的特點(diǎn)被多數(shù)學(xué)者使用,但其過多反映了研究者的自身經(jīng)驗(yàn),不甚合理;最大熵技術(shù)法、主成分分析法、變異系數(shù)法等客觀賦權(quán)法,其權(quán)重客觀性強(qiáng),但一般計(jì)算復(fù)雜,且由于沒有考慮到?jīng)Q策者的實(shí)際經(jīng)驗(yàn),容易出現(xiàn)權(quán)重排序與指標(biāo)重要程度不匹配的情況。

針對主客觀賦權(quán)法的優(yōu)缺點(diǎn),可綜合運(yùn)用層次分析法、主成分分析法、最大熵技術(shù)法、可拓法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、大數(shù)據(jù)集成反演等方法進(jìn)行組合賦權(quán),確保吸取各種方法的優(yōu)點(diǎn),提高指標(biāo)賦權(quán)的有效性、合理性、科學(xué)性。 例如:對應(yīng)某個(gè)研究對象,其有n 個(gè)評(píng)價(jià)因子,可先采用層次分析法對評(píng)價(jià)因子進(jìn)行兩兩排序,根據(jù)專家經(jīng)驗(yàn)獲取主觀權(quán)重向量A={a1,a2,a3,…,an},再利用可拓學(xué)等客觀賦權(quán)算法,獲取其客觀權(quán)重向量B ={b1,b2,b3,…,bn},在此基礎(chǔ)上,可采用“乘法”集成法公式進(jìn)行組合權(quán)重C 的計(jì)算,公式如下:

其中,i=1,2,3,…,n;ai為主觀權(quán)重中第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重;bi為客觀權(quán)重中第i個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重。

進(jìn)行組合權(quán)重后,既避免了專家主觀評(píng)估導(dǎo)致的權(quán)重人為性問題,又避免了過度依賴客觀賦權(quán)導(dǎo)致的某些指標(biāo)權(quán)重排序明顯與客觀相違背的現(xiàn)象,是一種較為科學(xué)的方法。

3.3 適宜性評(píng)價(jià)模型

評(píng)價(jià)模型是將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行綜合運(yùn)算的復(fù)雜過程,一般與數(shù)學(xué)方法息息相關(guān)。 現(xiàn)階段大多數(shù)學(xué)者一般采用模糊綜合評(píng)判、灰色關(guān)聯(lián)度、BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)包絡(luò)分析等模型,這些模型具有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適用條件。 未來可考慮多模型融合,基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算及人工智能等新科技,使得模型“活”起來,并持續(xù)優(yōu)化、學(xué)習(xí)、改進(jìn)評(píng)價(jià)模型。

適宜性評(píng)價(jià)模型可根據(jù)評(píng)價(jià)階段的不同靈活選取,例如,在服務(wù)于地下空間總體規(guī)劃階段,可采用“負(fù)面清單”或者“限制性要素扣除法”等模型;在服務(wù)于地下空間控制性詳細(xì)規(guī)劃階段,可采用模糊集層次分析(FAHP)和逼近理想解排序法(TOPSIS)構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型。

3.4 三維立體化評(píng)價(jià)系統(tǒng)

地質(zhì)體是存在于三維空間的實(shí)體,對地下空間適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)考慮如何在三維空間開展,如何使評(píng)價(jià)結(jié)果有效的三維可視化表達(dá)及服務(wù)。 為此首要的任務(wù)是開展三維地質(zhì)建模,其不但有地質(zhì)體三維幾何特征,還應(yīng)賦存各類地質(zhì)屬性信息,并結(jié)合機(jī)器深度學(xué)習(xí)能力,提高建模的精度,保證評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠度。 在此基礎(chǔ)上,可利用先進(jìn)的矢柵一體化建模技術(shù),給每一個(gè)三維柵格賦予地質(zhì)屬性,將前文所述的評(píng)價(jià)模型融入其中,即可實(shí)現(xiàn)真正的三維立體化評(píng)價(jià)。

三維立體評(píng)價(jià)系統(tǒng)還應(yīng)從底層加入數(shù)值模擬技術(shù)、物理仿真模擬等技術(shù),隨模型改變而改變,由于三維數(shù)據(jù)一般體量較大,可結(jié)合大數(shù)據(jù)、機(jī)器深度學(xué)習(xí),利用云端強(qiáng)大的運(yùn)算功能,實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的地下空間適宜性評(píng)價(jià)。

3.5 評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)用

評(píng)價(jià)結(jié)果是否實(shí)用、好用、易用是衡量一個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)是否合理的最終標(biāo)準(zhǔn)。 一個(gè)好的評(píng)價(jià)應(yīng)該根據(jù)評(píng)價(jià)對象的不同,滿足用戶的需求,滿足規(guī)劃的目標(biāo)。 為此,地下空間適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)具有強(qiáng)的目標(biāo)導(dǎo)向和基本準(zhǔn)則,只有找準(zhǔn)定位才不會(huì)讓評(píng)價(jià)結(jié)果有偏差;其次,將評(píng)價(jià)作為一種產(chǎn)品,應(yīng)明確產(chǎn)品的受眾群體,只有明確了評(píng)價(jià)的出口產(chǎn)品才能使評(píng)價(jià)具有較強(qiáng)的生命力和更好的服務(wù)。 最后,適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果不應(yīng)該一概而論、一張圖包攬?zhí)煜?其評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)該符合所服務(wù)對象不同階段的需求,分層級(jí),從粗到細(xì),逐級(jí)評(píng)價(jià),達(dá)到無縫銜接的效果。

4 結(jié)論

現(xiàn)有的適宜性評(píng)價(jià)大多是基于二維數(shù)據(jù)進(jìn)行的平面柵格疊加評(píng)價(jià),其忽略了地下空間地質(zhì)體的三維空間屬性,評(píng)價(jià)結(jié)果在垂向上精度十分有限;未來的適宜性評(píng)價(jià)應(yīng)建立三維立體評(píng)價(jià)系統(tǒng),從底層加入數(shù)值模擬、物理仿真模擬技術(shù),并結(jié)合大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、人工智能等技術(shù)將評(píng)價(jià)方法進(jìn)行嵌入,從而提高評(píng)價(jià)結(jié)果的精度和可靠度。

由于未結(jié)合用戶的實(shí)際需求,現(xiàn)有的適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果應(yīng)用性較差,應(yīng)轉(zhuǎn)變評(píng)價(jià)理念,明確出口及受眾對象,以產(chǎn)品輸出的形式增強(qiáng)評(píng)價(jià)的生命力,打造適宜性評(píng)價(jià)服務(wù)各級(jí)用戶的新模式。