山地城市地下空間資源評(píng)價(jià)方法

張萬斌，謝運(yùn)來，劉保林

1.中鐵二院重慶勘察設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司；2.中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司

一、引言

城市地下空間一經(jīng)開發(fā)便很難逆轉(zhuǎn)，對(duì)城市地下空間進(jìn)行開發(fā)利用，需要對(duì)其進(jìn)行合理規(guī)劃。山地城市區(qū)域往往具有地形地貌起伏大、地層拓?fù)潢P(guān)系復(fù)雜、地下建構(gòu)筑物密集等特點(diǎn)，開展城市地下空間資源三維評(píng)價(jià)可以明確城市各處地下空間開發(fā)的適宜程度，為此本文提出山地城市地下空間資源評(píng)價(jià)方法。

二、地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

山地城市地下空間的典型特征主要包括：（1）地形地貌復(fù)雜；（2）具有斷層、褶皺等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造；（3）存在不良地質(zhì)條件，如滑坡、泥石流或坍塌等。本文結(jié)合山地城市的上述特點(diǎn)，考慮了地質(zhì)條件、建設(shè)現(xiàn)狀、區(qū)位價(jià)值和生態(tài)環(huán)境四方面因素，構(gòu)建山地城市地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（一）地質(zhì)條件

地形地貌表征了城市地表特點(diǎn),指地表以上地質(zhì)體高地起伏分布的自然形態(tài)。山地城市的地形地貌以山地、丘陵與河谷交錯(cuò)的復(fù)雜態(tài)勢(shì)為主。在山谷和低洼地區(qū)，應(yīng)考慮防洪和在建筑物入口處采取適當(dāng)?shù)姆浪胧?。地表坡度?duì)城市布局和道路設(shè)計(jì)有著重要影響，如工業(yè)用地地塊適宜建設(shè)坡度在0.2%-10%。在山地規(guī)劃建設(shè)中，無法和平原地區(qū)一樣追求場(chǎng)地規(guī)整和道路“直、寬、平”，避免出現(xiàn)“推山填谷、除徒平緩”的現(xiàn)象。在地形陡峭的地區(qū)建設(shè)需要采用工程措施降低坡度，土方需要內(nèi)部平衡，這無疑增加了工程難度和投資建設(shè)成本。因此，地面高程和地表坡度是需要考慮的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

在城市地下空間開發(fā)工程中，首先應(yīng)該注意的問題就是區(qū)域穩(wěn)定的工程地質(zhì)問題。工程地質(zhì)條件是指工程活動(dòng)的所處地質(zhì)環(huán)境，主要考慮巖石強(qiáng)度、節(jié)理裂隙發(fā)育和場(chǎng)地穩(wěn)定性。場(chǎng)地穩(wěn)定性與地殼運(yùn)動(dòng)和環(huán)境地質(zhì)條件有關(guān)，并通過場(chǎng)地穩(wěn)定性指數(shù)判斷是否存在不利因素，如土壤工程性質(zhì)較差、處于地震斷裂帶內(nèi)等，從而避免坍塌、滑坡、大變形等嚴(yán)重事故的發(fā)生。在城市地下空間開發(fā)過程中，巖土的穩(wěn)定性是工程施工中必須重點(diǎn)考慮的問題。不同地區(qū)的巖土質(zhì)量不同，也會(huì)導(dǎo)致施工的方法和要求不同。各個(gè)城市之間存在著地質(zhì)差異的，經(jīng)過多年的建設(shè)和開發(fā)也有了一定的城市地質(zhì)資料，這些資料是在進(jìn)行與工程地質(zhì)有關(guān)的建設(shè)施工中的重要材料，可以通過對(duì)這些材料的參考，來減少施工中勘測(cè)及控制方案制定的時(shí)間，做好這方面的控制工作也是進(jìn)行城市地下空間開發(fā)建設(shè)的前提條件。

在地下施工工程中，通常都會(huì)遇到地下水滲流的問題。這也是城市地下空間開發(fā)中應(yīng)該注意和控制的問題。地下水滲流不僅會(huì)影響地下空間的建設(shè)環(huán)境，也會(huì)造成地下空間應(yīng)用的平安隱患問題，在施工過程中，應(yīng)該做好這方面的控制問題。水文地質(zhì)條件會(huì)限制地下空間資源的開發(fā)利用。靜水浮力嚴(yán)重影響地基的抗滑穩(wěn)定，潛水水位的變化也可能引起地基沉降。此外，具有腐蝕性的地下水可能會(huì)侵蝕混凝土和鋼結(jié)構(gòu)或設(shè)備。因此，評(píng)價(jià)過程中應(yīng)考慮地下水水位、地下水腐蝕性。首先，應(yīng)該進(jìn)行地質(zhì)勘查，對(duì)地下滲流的可能性做好評(píng)估；其次，對(duì)于有地下滲流可能的地質(zhì)條件采取改進(jìn)和控制的方法，如果現(xiàn)象嚴(yán)重，那么要考慮是否更換施工地質(zhì)的問題。地下空間開發(fā)工程是為了給人們提供更多的活動(dòng)空間，但是應(yīng)當(dāng)在不會(huì)給居民造成安全威脅的前提下進(jìn)行。

（二）建設(shè)現(xiàn)狀

地下空間的開發(fā)會(huì)受到地面既有建筑物的限制，包括建筑物、道路、廣場(chǎng)、綠地、保護(hù)區(qū)等，需根據(jù)建筑物高度和其所處的地質(zhì)條件確定影響范圍。對(duì)于地面建筑影響范圍內(nèi)的地下空間，應(yīng)在評(píng)價(jià)中根據(jù)具體情況降低其開發(fā)適宜性程度。除地表建筑物外，還需避免對(duì)既有地下建構(gòu)筑物的擾動(dòng)，如建筑基礎(chǔ)、地下管道、地下停車場(chǎng)和民防工程等，在開發(fā)過程中需要保證一定的安全距離。地下空間資源評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)充分考慮地面和地下的建設(shè)現(xiàn)狀。在城市地下空間建設(shè)工程啟動(dòng)前，施工單位必須詳細(xì)地摸排工程沿線建筑物的結(jié)構(gòu)、服役狀態(tài)和建造年代等情況，定量評(píng)估工程對(duì)沿線建筑物造成的影響，計(jì)算沿線建筑物的既有變形以及極限變形承載力。例如，地鐵隧道在設(shè)計(jì)階段中會(huì)對(duì)各區(qū)段進(jìn)行嚴(yán)密的論證，避免穿越高層建筑和既有地下建構(gòu)筑物，必要時(shí)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)支護(hù)，保證正常施工情況下不會(huì)對(duì)地面建筑造成過大的不利影響，不會(huì)危及地面建筑的安全。

（三）區(qū)位價(jià)值

地下空間開發(fā)應(yīng)當(dāng)考慮區(qū)域的區(qū)位價(jià)值。地下空間區(qū)域價(jià)值是一個(gè)包括經(jīng)濟(jì)和文化的綜合價(jià)值。經(jīng)濟(jì)價(jià)值涵蓋了常見的土地資源、自然資源、人力資本、物質(zhì)資本和知識(shí)，并由這些核心要素創(chuàng)造出客觀價(jià)值。文化價(jià)值是文化資本創(chuàng)造的客觀價(jià)值，包含地下空間所處區(qū)域的居民精神層面的活態(tài)生活方式。地下空間所處的地塊包含的建筑物具有人文、商業(yè)等價(jià)值，與周邊建筑形成具備集群優(yōu)勢(shì)的建筑群，可以提升該區(qū)域的區(qū)位價(jià)值。地下空間的發(fā)展必須考慮規(guī)劃建設(shè)與區(qū)位價(jià)值關(guān)系，在規(guī)劃發(fā)展的過程中追求綜合價(jià)值的最優(yōu)，使得發(fā)展的結(jié)果能最大限度滿足城市居民的需求，避免因短視而盲目發(fā)展，應(yīng)實(shí)現(xiàn)物質(zhì)、精神的平衡。

地下空間所處區(qū)位的交通是連接城市的重要紐帶，為城市發(fā)展運(yùn)送人流、物流。交通對(duì)生產(chǎn)要素的流動(dòng)、城市布局有著決定性的影響，是城市發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。價(jià)值高的區(qū)域通常位于主要交通樞紐和主干線周圍，這代表了人力資源、物質(zhì)資源的傳遞速度較高，使得建設(shè)成本降低，增加了城市居民的出行便捷度。

區(qū)域基準(zhǔn)地價(jià)是指在城鎮(zhèn)規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)，對(duì)現(xiàn)狀利用條件下不同級(jí)別或不同均質(zhì)地域的土地，按照商業(yè)、居住、工業(yè)等用途分別評(píng)估法定最高年期的土地使用權(quán)價(jià)格，并由市、縣及以上人民政府公布國有土地使用權(quán)的平均價(jià)格，反映了該區(qū)域地下空間的潛在開發(fā)價(jià)值。

除了地下空間所處區(qū)域的交通情況和基準(zhǔn)地價(jià)，土地利用分類也是重要的評(píng)價(jià)因子。它反映了土地的經(jīng)濟(jì)特點(diǎn),表現(xiàn)為具有不同特點(diǎn)的土地利用方式。土地利用類型的劃定不是單純?yōu)榱苏J(rèn)識(shí)利用現(xiàn)狀的地域差異，更主要的是為了評(píng)定土地的生產(chǎn)力。

（四）生態(tài)環(huán)境

生態(tài)環(huán)境是城市建設(shè)的基礎(chǔ)條件，為提高人類生活質(zhì)量提供給了資源，約束和限制城市形態(tài)、空間結(jié)構(gòu)和發(fā)展方向。人類開發(fā)利用自然資源以滿足物質(zhì)文化需要，在此過程中不斷形成以自然為索取對(duì)象的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)，人類在一系列經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中不斷開發(fā)利用土地，造成人地關(guān)系緊張。因此，城市地下空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系是規(guī)劃的核心問題，二者間的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

山地城市地下空間是未來我國城市化進(jìn)程和經(jīng)濟(jì)發(fā)展最具潛力的核心地區(qū)，更是我國的生態(tài)安全屏障，如三峽庫區(qū)地質(zhì)生態(tài)環(huán)境敏感和地下空間高強(qiáng)度開發(fā)區(qū)域。山地區(qū)域比平原具備更高的生態(tài)敏感性，具有豐富的自然資源，伴隨著的是平緩?fù)恋孛娣e較少，切忌追求利益最大化，漠視生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。在山地城市地下空間開發(fā)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理的全過程中，都要堅(jiān)持把保護(hù)生態(tài)環(huán)境放在全部工作的首位，堅(jiān)決貫徹開發(fā)與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合的方針，提高森林覆蓋率,防治水土流失。為尋找評(píng)價(jià)生態(tài)環(huán)境與地下空間開發(fā)的相關(guān)性，考慮科學(xué)性、數(shù)據(jù)可獲取性和可行性的基礎(chǔ)上，針對(duì)山地城市的特點(diǎn)，篩選城市地下空間開發(fā)生態(tài)環(huán)境方面的表征指標(biāo)，支撐地下空間評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，形成了大氣環(huán)境水平、水生態(tài)水平、綠化生態(tài)水平和固體廢棄物處置水平等一級(jí)指標(biāo)，以及地質(zhì)穩(wěn)定性分區(qū)、人均綠地面積、污水集中處理率等基礎(chǔ)指標(biāo)。

三、地下空間資源評(píng)價(jià)流程

（一）評(píng)價(jià)區(qū)域劃分

在山地城市地下空間資源評(píng)價(jià)過程中，選擇合適的評(píng)價(jià)模式是評(píng)價(jià)過程中直接決定評(píng)價(jià)結(jié)果精度的一步。目前，在我國城市大規(guī)模開發(fā)地下空間的進(jìn)程中，以北京、上海為代表城市的淺層地下空間日漸趨于飽和，內(nèi)陸山地城市的地下空間的開發(fā)利用已成為未來城市建設(shè)的趨勢(shì)，高精度的地下空間資源三維精細(xì)化評(píng)價(jià)顯得越來越重要。隨著山地城市地下空間不斷的開發(fā)，城市功能布局已經(jīng)不局限于土地平面上，而是產(chǎn)生了地下空間垂直方向上的功能規(guī)劃。在同一區(qū)域內(nèi)，地上、地下空間均可實(shí)現(xiàn)住宅、商業(yè)、交通等多種功能，且各類功能元素在垂直方向呈現(xiàn)出不同性質(zhì)并相互影響。因此，城市地下空間在豎向應(yīng)按照合理的模式進(jìn)行分層，使得城市地下空間的不同深度中各類功能設(shè)施是依照一定的原則進(jìn)行發(fā)展，避免地下空間開發(fā)在空間占用上的矛盾，從而保證地下空間被合理、和諧地開發(fā)利用。然而，不同深度地下空間的利用體現(xiàn)的是多功能、多要素的空間聚集，強(qiáng)調(diào)的是多功能、多要素如何協(xié)同開發(fā)而發(fā)揮出最大的綜合效益，需要評(píng)價(jià)技術(shù)支撐描述功能及要素間的關(guān)系。為了打破傳統(tǒng)面對(duì)地下空間開發(fā)進(jìn)行分層平面評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)模式，全面考慮地下不同空間、不同功能類型的立體化利用行為，需進(jìn)行山地城市地下空間適宜性的立體評(píng)價(jià)。因此，將評(píng)估區(qū)域劃分為小尺寸的三維立體網(wǎng)格單元，網(wǎng)格精度主要由城市規(guī)劃需求和評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)精度決定。對(duì)于城市規(guī)模下的地下空間評(píng)價(jià)，雖然地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)無法達(dá)到非常高的精度水平，但是建筑物基礎(chǔ)的深度和影響范圍等評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)是米級(jí)的，因此需要達(dá)到米級(jí)的評(píng)價(jià)精度才能充分利用此類評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)區(qū)域的精細(xì)劃分。

（二）地上地下模型的一體化集成

城市地下空間資源評(píng)價(jià)是一個(gè)綜合性問題，涉及地形地貌、建設(shè)條件、經(jīng)濟(jì)價(jià)值等多方面因素，需要通過收集資料、地質(zhì)調(diào)查等手段獲取相應(yīng)的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。因此，評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)來源廣泛、內(nèi)容種類繁多。原始的多源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)主要是以二維平面圖和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表等格式存儲(chǔ)。首先對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校準(zhǔn)，采用坐標(biāo)變化方法實(shí)現(xiàn)多尺度地質(zhì)信息的同一表示；其次采用三角網(wǎng)地層面模擬技術(shù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)體的快速建模。最后，建立城市空間數(shù)據(jù)模型和屬性模型，設(shè)計(jì)拓展地表求交算法，實(shí)現(xiàn)地上地下模型的一體化集成。

從2D平面到3D立體可視化技術(shù)的發(fā)展，在一定程度上為城市地下空間適宜性評(píng)價(jià)提供了支持。但是，現(xiàn)有建模方法的適應(yīng)能力有限，需要解決復(fù)雜區(qū)域性模型構(gòu)建，如三維模型構(gòu)建中考慮侵入體、斷層和地質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)。因此，三維城市地下空間模型的空間數(shù)據(jù)模型必須包含地質(zhì)概念模型、幾何模型和拓?fù)淠Ｐ汀?/p>

（三）精準(zhǔn)分析方法

根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地下空間開發(fā)的制約程度，將評(píng)價(jià)指標(biāo)分為敏感指標(biāo)和非敏感指標(biāo)。敏感指標(biāo)是指對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有著強(qiáng)制約作用，該指標(biāo)的優(yōu)劣會(huì)直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果。敏感指標(biāo)的選取和評(píng)價(jià)依據(jù)采用專家調(diào)查法予以確定。非敏感指標(biāo)是按照權(quán)重大小影響評(píng)價(jià)結(jié)果，利用層次分析法確定評(píng)價(jià)依據(jù)和初始權(quán)重。在傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型的基礎(chǔ)上，融合傳統(tǒng)模糊集理論、概率論等數(shù)學(xué)理論，引入有限區(qū)間云模型、模糊集等能同時(shí)考慮一定區(qū)間內(nèi)信息的模糊性和隨機(jī)性的評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，使得評(píng)價(jià)方法從定性分析向半定量、定量分析方向發(fā)展。最終，評(píng)價(jià)單元的綜合得分是由敏感指標(biāo)得分和非敏感指標(biāo)加權(quán)得到，最后根據(jù)評(píng)價(jià)單元綜合得分的高低評(píng)價(jià)其開發(fā)適宜程度。

（四）地下空間資源三維評(píng)價(jià)系統(tǒng)

山地城市地下空間三維集成建模與動(dòng)態(tài)可視化，以及評(píng)估過程與結(jié)果的透明表達(dá)，是山地城市地上地下整體規(guī)劃、地下空間設(shè)計(jì)建造的重要手段。現(xiàn)階段的城市地下空間資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究較少，可用的商業(yè)軟件不夠成熟，評(píng)價(jià)結(jié)果不具備可共享性。因此，需要考慮從底層開發(fā)山地城市資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)，并植入有限元法等數(shù)值分析功能模塊，將各類評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)融合并置于云端進(jìn)行操作。運(yùn)用分割技術(shù)、重構(gòu)技術(shù)、網(wǎng)格自動(dòng)生成技術(shù)等實(shí)現(xiàn)模型的一體化，避免豎向分層評(píng)價(jià)的局限性，結(jié)合有限元數(shù)值分析功能，在云端實(shí)現(xiàn)城市地下空間資源的云評(píng)價(jià)模式，實(shí)現(xiàn)用戶共享，最終實(shí)現(xiàn)城市地下空間資源評(píng)估全流程、全過程的3D可視化。城市地下空間資源三維評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理模塊和評(píng)價(jià)分析模塊。數(shù)據(jù)管理模塊主要包括評(píng)價(jià)基礎(chǔ)資料、評(píng)價(jià)模型和評(píng)價(jià)成果的管理，評(píng)價(jià)分析模塊主要包括評(píng)價(jià)區(qū)域資源精細(xì)化評(píng)價(jià)分析。評(píng)價(jià)基礎(chǔ)資料主要包括評(píng)價(jià)指標(biāo)圖層和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)表，記錄了空間位置和屬性。評(píng)價(jià)系統(tǒng)是從評(píng)價(jià)基礎(chǔ)資料中提取信息，并加載評(píng)價(jià)模型，得到評(píng)價(jià)單元的開發(fā)適宜性。評(píng)價(jià)成果是通過圖例、符號(hào)、地圖配色等對(duì)系統(tǒng)分析得到的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行后處理，繪制評(píng)價(jià)區(qū)域整體資源質(zhì)量立體分區(qū)圖，精細(xì)化標(biāo)注開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，并展示典型風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)所在剖面。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化成圖以及適宜性分區(qū)，實(shí)現(xiàn)城市地下空間開發(fā)適宜性的云評(píng)價(jià)模式，方便規(guī)劃部門進(jìn)行信息共享。

五、結(jié)束語

本文針對(duì)山地城市特點(diǎn)提出了地下空間資源評(píng)價(jià)方法。首先建立了地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后給出了地下空間資源評(píng)價(jià)整體流程。希望本文有助于我國城市地下空間資源評(píng)價(jià)工作，為未來城市的地下空間開發(fā)與利用提供指導(dǎo)。