地質(zhì)調(diào)查工作支撐現(xiàn)代城市規(guī)劃建設(shè)
——來自英國地調(diào)局冰山項目的實踐

孫 月，楊宗喜，杜曉敏，夏 燁，呂承訓(xùn)

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京100037；2.中國地質(zhì)調(diào)查局自然資源航空物探遙感中心，北京100083）

我們的城市如同“冰山”，很大一部分位于地表以下，因此在制定城市規(guī)劃時，不能僅將注意力集中在城市的可見部分，忽略復(fù)雜而寶貴的地下部分。城市地下空間是城市重要的資源，因其兼?zhèn)滟Y源、環(huán)境的雙重屬性[1]，具有價值寶貴、環(huán)境敏感、開發(fā)不可逆等特點，其規(guī)劃與開發(fā)關(guān)系到城市土地的集約和有效利用，需要堅持保護優(yōu)先、合理開發(fā)、科學(xué)有序、統(tǒng)籌兼顧的原則。合理規(guī)劃和利用城市地下空間有助于優(yōu)化城市空間、提高城市韌性、促進城市現(xiàn)代化建設(shè)。地質(zhì)環(huán)境作為地下空間開發(fā)利用的載體，是制約地下空間開發(fā)利用的最基本因素[2]，將地質(zhì)調(diào)查工作相關(guān)成果融入城市規(guī)劃建設(shè)，是推動地上地下一體化建設(shè)、保障城市安全性、可持續(xù)性和韌性的重要環(huán)節(jié)。

當(dāng)前城市地下信息缺乏，地上地下信息整合有待完善，亟須建立健全地上地下一體化信息平臺，將地下空間切實納入“一張圖”規(guī)劃建設(shè)中。英國地質(zhì)調(diào)查局和英國未來城市機構(gòu)、英國地形測量局共同開展了一項以“冰山”命名的項目，旨在解決城市地下信息缺乏，以及地下空間管理不協(xié)調(diào)等問題，并作為前期探索性研究，為英國整合地上地下數(shù)據(jù)，建設(shè)一體化信息平臺提供了基礎(chǔ)性系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)。借鑒“冰山”項目，有助于我們更好地認識到城市地下信息的重要性，通過調(diào)查、收集和共享有關(guān)地下資產(chǎn)和地質(zhì)條件的數(shù)據(jù)，整合地上地下數(shù)據(jù)，更好地管理城市地下空間。

1 現(xiàn)代城市規(guī)劃建設(shè)需要整合地上地下數(shù)據(jù)

英國開展“冰山”項目的目的是解決缺乏城市地下特征信息、已有數(shù)據(jù)不完整、管理地下空間的方法孤立且不協(xié)調(diào)等問題。該項目展示了有關(guān)地下（包括地下資產(chǎn)）的可互操作數(shù)據(jù)在其中的價值，包括有助于加強城市地下資產(chǎn)管理，為城市立體建設(shè)提供數(shù)據(jù)支持等。

1.1 了解地下信息是城市建設(shè)的關(guān)鍵

調(diào)查地下情況，掌握精確、綜合和可靠的地下數(shù)據(jù)，事關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施、隧道、道路等建設(shè)工程的安全性。此外，地下信息也是修復(fù)地下環(huán)境、消除隱患的關(guān)鍵。更好地掌握綜合地下數(shù)據(jù)有助于進行空間制圖，減少開發(fā)風(fēng)險，并更好地進行開發(fā)規(guī)劃決策，減少對地下設(shè)備的破壞風(fēng)險，維持基礎(chǔ)設(shè)施等服務(wù)。

英國在開展“冰山”項目前，進行了相關(guān)市場調(diào)研，計算了由于地下數(shù)據(jù)缺乏造成的經(jīng)濟損失。由于地下數(shù)據(jù)缺失導(dǎo)致了全倫敦38%最嚴重的交通混亂情況，造成損失7.52億歐元。同時，水務(wù)行業(yè)的地下供水網(wǎng)絡(luò)每年因地下水滲入而造成100萬英鎊的損失。據(jù)估算，英國的供水、下水道、氣體和電力服務(wù)網(wǎng)合計超過150×104km，而數(shù)據(jù)線網(wǎng)絡(luò)則超過400×104km。2011年，英國40%資產(chǎn)損壞和人員受傷的事故是因不恰當(dāng)?shù)耐诰蛟斐傻腫3]。

1.2 加強地下資產(chǎn)管理是提高土地利用效率的關(guān)鍵

公共基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的數(shù)字化可以讓其更具可用性，可以加強資產(chǎn)管理并提高20%~30%的利潤率。2010年，多倫多大學(xué)研究分析并提出了一個將有形效益和無形效益均納入考慮的成本模型，研究表明，改善地下公共設(shè)施位置數(shù)據(jù)，每投入1美元，其產(chǎn)生的投資回報范圍為2.05~6.59美元。由伯明翰大學(xué)牽頭的“繪制地下世界和評估地下世界”項目為多傳感器設(shè)備和決策支持軟件的商業(yè)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。更精確可用的地下數(shù)據(jù)，可以支持更有效的土地利用，促進基礎(chǔ)設(shè)施共享，改善地下公共設(shè)施位置精度，提高投資回報率。

2 建設(shè)地上地下綜合數(shù)據(jù)平臺以更好地管理地下

由于資產(chǎn)管理具有跨學(xué)科的性質(zhì)，應(yīng)當(dāng)整合地上地下數(shù)據(jù)，還需通過共享進行數(shù)據(jù)的管理監(jiān)督，提高數(shù)據(jù)透明度、加強管理與問責(zé)。在數(shù)據(jù)的選擇上既要考慮物理基礎(chǔ)設(shè)施，即地下公共設(shè)施，也需要考慮自然地面條件，即地質(zhì)情況?！氨健表椖刻剿髁四苡糜谡块T、規(guī)劃師和建筑公司等主體的數(shù)據(jù)應(yīng)用流程。

2.1 以構(gòu)建數(shù)據(jù)“全景圖”為目標(biāo)

“冰山”項目旨在繪制出一張“全景圖”——展示哪里有什么、誰持有相關(guān)數(shù)據(jù)、誰可以獲得這些數(shù)據(jù)，以及地上地下綜合數(shù)據(jù)平臺如何推動工作效率的提高，并對獲取地下數(shù)據(jù)的需求進行市場分析，構(gòu)建綜合信息平臺。

城市地上地下綜合信息平臺數(shù)據(jù)主要包括由政府、公共事業(yè)單位和相關(guān)行業(yè)機構(gòu)等數(shù)據(jù)擁有者提供的關(guān)于地表和地下的相關(guān)信息。具體數(shù)據(jù)包括：水利基礎(chǔ)設(shè)施；污水處理基礎(chǔ)設(shè)施；電力基礎(chǔ)設(shè)施；燃氣基礎(chǔ)設(shè)施；電信基礎(chǔ)設(shè)施；交通基礎(chǔ)設(shè)施；土壤、地表和其他地下特征，如物理特性和結(jié)構(gòu)、與動態(tài)過程有關(guān)的觀察結(jié)果，如流體流經(jīng)地下的信息；地表性質(zhì)，如街道、人行道、建筑物和開放空間地表特征；地面高程；地下水水位；埋入式結(jié)構(gòu)物，如地基、地下室、地窖、拱頂、通道；實時監(jiān)測傳感器等（圖1）。此外還需要統(tǒng)籌現(xiàn)場傳感數(shù)據(jù)與新的站點數(shù)據(jù)。此外，數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、地下建筑信息模型、數(shù)字工作流、數(shù)據(jù)安全與知識產(chǎn)權(quán)、可互操作的格式、地面三維模型、數(shù)據(jù)共享等工作在數(shù)據(jù)集成建設(shè)中非常重要。

圖1 整合的城市數(shù)據(jù)運行系統(tǒng)[4]

2.2 建立地表與地下制圖統(tǒng)一的數(shù)據(jù)框架

“冰山”項目為地表和地下集成數(shù)據(jù)提供了統(tǒng)一數(shù)據(jù)框架，并提出了數(shù)據(jù)生命周期各關(guān)鍵問題與未來的工作建議（圖2）。在政府支持的一致性數(shù)據(jù)交換框架中，數(shù)據(jù)所有者進行數(shù)據(jù)的查找，并獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，通過訪問框架向利益相關(guān)者共享這些數(shù)據(jù)，利益相關(guān)者可使用數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)用于決策，最后向數(shù)據(jù)所有者提供反饋意見，形成數(shù)據(jù)框架回路，使數(shù)據(jù)所有者進行更有針對性的數(shù)據(jù)活動，服務(wù)城市規(guī)劃、公共基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、資產(chǎn)和風(fēng)險評估。

圖2 數(shù)據(jù)框架及數(shù)據(jù)應(yīng)用過程[5]

“冰山”項目提供了數(shù)據(jù)共享方式的框架與結(jié)構(gòu)，以管理來自不同來源的大量數(shù)據(jù)，滿足各方用戶需求。在數(shù)據(jù)交換過程中產(chǎn)生數(shù)據(jù)流，產(chǎn)生階段劃分為：數(shù)據(jù)供應(yīng)、保證/定級、數(shù)據(jù)存儲/框架、共享/發(fā)現(xiàn)/訪問、功能分析、發(fā)布/行動等，并提出了各階段的利益相關(guān)者，不僅包括英國地質(zhì)調(diào)查局、英國地形測量局等各個行業(yè)管理部門，還包括公共事業(yè)單位、地方政府和準(zhǔn)政府機構(gòu)、開發(fā)人員等。這些利益相關(guān)者將影響數(shù)據(jù)從供給到使用的全流程（圖3）。

圖3 數(shù)據(jù)流概念模型與利益相關(guān)者[6]

根據(jù)數(shù)據(jù)生命周期各階段不同的利益相關(guān)者需求，“冰山”項目提出采用關(guān)鍵架構(gòu)原則來指導(dǎo)決策過程（圖4）。在數(shù)據(jù)流各不同階段，需考慮不同的關(guān)鍵問題，如數(shù)據(jù)供應(yīng)階段需考慮數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)問題；保證與定級階段需考慮數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)責(zé)任、保證、數(shù)據(jù)所有權(quán)問題；數(shù)據(jù)存儲框架建設(shè)中需考慮數(shù)據(jù)所有權(quán)、托管與聯(lián)合、知識產(chǎn)權(quán)、數(shù)據(jù)安全問題；共享、發(fā)現(xiàn)與訪問階段需考慮個人信息、數(shù)據(jù)可訪問性與可用性、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)安全問題；功能分析階段需考慮用戶需求、提示內(nèi)容、反饋報告；發(fā)布階段需考慮數(shù)據(jù)安全和知識產(chǎn)權(quán)問題。此外，商業(yè)模式、數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、本體等關(guān)鍵因素影響整個數(shù)據(jù)流。商業(yè)模式需要選擇承擔(dān)開發(fā)和創(chuàng)建地下數(shù)據(jù)框架相關(guān)成本的主體和方式，即解決誰將承擔(dān)成本，誰將獲得資產(chǎn)收益的問題。數(shù)據(jù)捕獲技術(shù)需要持續(xù)創(chuàng)新以提供更易使用、更易共享的精確數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求多個利益相關(guān)者采取統(tǒng)一的方式創(chuàng)建、收集、維護數(shù)據(jù)，最大限度地降低創(chuàng)建和校驗成本，并避免意外丟失有價值的信息。本體，也稱作術(shù)語，需要不同利益相關(guān)者間基于共享定義或詞典達成共識，以獲得單一的、協(xié)調(diào)的地下視圖，使數(shù)據(jù)具有互操作性，并從共享數(shù)據(jù)中獲得價值。

圖4 數(shù)據(jù)生命周期[6]

2.3 根據(jù)利益相關(guān)者需求集成整合數(shù)據(jù)

“冰山”項目展示了綜合信息平臺的應(yīng)用者和應(yīng)用過程。綜合信息平臺可提供整合的基礎(chǔ)設(shè)施地圖，將水、能源、交通運輸、電信、綠色基礎(chǔ)設(shè)施等信息繪制到地圖上，來規(guī)劃新的發(fā)展，如倫敦的曼徹斯特。利用綜合數(shù)據(jù)進行棕地可行性分析，包括選址點征集、綠色基礎(chǔ)設(shè)施、優(yōu)選區(qū)域等，可展示經(jīng)濟可行且具有戰(zhàn)略意義的棕地修復(fù)和重建區(qū)域，有助于精確的棕地登記。

地表和地下集成數(shù)據(jù)可在城市內(nèi)澇治理中發(fā)揮巨大的作用（圖5）?！氨健表椖磕M的綜合信息平臺可集成環(huán)境、氣象、地質(zhì)調(diào)查、地下建筑信息模型等數(shù)據(jù)，對水流量、防澇工程及其結(jié)構(gòu)、超負荷的下水道、滲入式可持續(xù)排水系統(tǒng)等進行立體展示，并形成解決方案，提出治理內(nèi)澇“可能的區(qū)域”和“緩解的區(qū)域”。

圖5 減少城市內(nèi)澇的發(fā)生[4]

“冰山”項目為后續(xù)戰(zhàn)略規(guī)劃等提供了基礎(chǔ)信息，如基礎(chǔ)設(shè)施集成地圖（Integrated Infrastructure Mapping）、數(shù)字建造英國（Digital Built Britain）、改造地下世界（Engineering the Underworld）、Think Deep UK（TDUK）等項目，有助于提高相關(guān)部門的工作效率。例如，“冰山”項目的研究成果為TDUK的開展提供了工作基礎(chǔ)與方向。冰山項目作為探索性項目，可看作將地下空間發(fā)展與社會經(jīng)濟相聯(lián)系的第一階段工作，促進人們更深刻地認識到地下信息的完善對經(jīng)濟和社會的影響，認識到地下信息與地表信息整合所帶來的價值，如可以推動建筑行業(yè)的效率，減少交通擁堵，改善人民健康和安全。TDUK在“冰山”項目的基礎(chǔ)上，作為第二階段的項目，進一步考慮與城市地下發(fā)展相關(guān)的宏觀環(huán)境和更廣泛的社會經(jīng)濟問題，建立可以合理使用地下資產(chǎn)的政策框架，提供三維空間規(guī)劃策略并確定維護地下空間的流程，以協(xié)調(diào)的多學(xué)科方法，改進未來地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的規(guī)劃。

3 啟示

3.1 注重數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與相關(guān)法律制度建設(shè)，保障數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)共享

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是保證數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全的核心。更精確的公共設(shè)施數(shù)據(jù)將使共享更為便利。對現(xiàn)有數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的修改以及新數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用可為更一致和更精確的地下數(shù)據(jù)采集提供基礎(chǔ)。為保障地下數(shù)據(jù)的精確和標(biāo)準(zhǔn)化采集及供應(yīng)，需要規(guī)范信息數(shù)據(jù)的范圍、內(nèi)容、權(quán)限、時效和更新頻率等，明確地下數(shù)據(jù)采集方法，提高信息收集和記錄的精度，擴大數(shù)據(jù)覆蓋面，并制定相關(guān)法律政策保障數(shù)據(jù)集成共享的合規(guī)性和安全性。

3.2 注重新技術(shù)的應(yīng)用

動態(tài)監(jiān)測評估、數(shù)據(jù)集成和應(yīng)用、科技創(chuàng)新是地上地下一體化信息平臺建設(shè)的重點，運用遙感等現(xiàn)代化調(diào)查監(jiān)測手段，以及AR等模擬技術(shù)，構(gòu)建動態(tài)城市數(shù)據(jù)系統(tǒng)，進行平臺聯(lián)合管理試點示范，服務(wù)城市規(guī)劃建設(shè)，提供精準(zhǔn)服務(wù)。當(dāng)前英國支持地下基礎(chǔ)設(shè)施位置識別工具開發(fā)的研究創(chuàng)新投資已經(jīng)取得成功，市場上正在引入新的系統(tǒng)來促成對地下基礎(chǔ)設(shè)施更精確的繪圖。

3.3 開發(fā)地上地下整合數(shù)據(jù)框架

就英國來說，對國家具有重要意義的地下公用設(shè)施數(shù)據(jù)共享已有先例，例如：穹頂（VAULT）項目和大曼徹斯特開放數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施地圖（GMODIN），都是在公共事業(yè)單位間成功創(chuàng)建綜合公共基礎(chǔ)設(shè)施地圖的合作范例。同時，土地勘測部門采用統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式，實現(xiàn)了地質(zhì)技術(shù)數(shù)據(jù)的大規(guī)模共享。當(dāng)前我國也需要整合城市數(shù)據(jù)，建設(shè)地上地下一體化信息平臺，推動城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)共享，充分發(fā)揮地質(zhì)數(shù)據(jù)在國土空間規(guī)劃中的重要作用。深入開展城市地質(zhì)調(diào)查工作，推進地下空間資源信息與地下水、地下公共基礎(chǔ)設(shè)施、交通設(shè)施、建筑工程地質(zhì)信息、土地利用、地形、地面條件、土壤巖石特性、地質(zhì)礦產(chǎn)、地質(zhì)災(zāi)害與地質(zhì)環(huán)境等信息資源整合和共享，為城市未來發(fā)展提供信息支撐。