面向智慧城市的地質(zhì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用模式研究

文詩(shī)寶 許國(guó) 盧鵬 黃梅婷 馮健 趙勇

收稿日期：2023-06-26；修回日期：2023-11-24

基金項(xiàng)目：南寧市科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（ZC20211003）、南寧市創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才“邕江計(jì)劃”資助項(xiàng)目（2020016）、南寧市優(yōu)秀青年科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培育項(xiàng)目（RC20220201）聯(lián)合資助

第一作者簡(jiǎn)介：文詩(shī)寶（1995- ），女，碩士，工程師，主要從事地質(zhì)大數(shù)據(jù)研究工作。E-mail：643585407@qq.com

通信作者簡(jiǎn)介：許國(guó)（1973- ），男，碩士，正高級(jí)工程師，主要從事巖土工程工作。E-mail：516046247@qq.com

引用格式：文詩(shī)寶，許國(guó)，盧鵬，黃梅婷，馮健，趙勇，2024.面向智慧城市的地質(zhì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用模式研究［J］.城市地質(zhì)，19（2）：250-258

摘 要：構(gòu)建一種“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”的應(yīng)用模式，推動(dòng)智慧城市建設(shè)向低碳、集約方向發(fā)展。應(yīng)用結(jié)果表明：基于“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+BIM”應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)城市地下溶洞的分布位置及規(guī)?？梢暬?，輔助重大工程規(guī)劃決策分析，在施工過(guò)程中有效規(guī)避地下管線，減少施工對(duì)地下管線的破壞；2013—2016年南寧市萬(wàn)象城地鐵站最大平均沉降速率為10.89 mm·a-1，累積形變量-31.4 mm，通過(guò)“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+InSAR”應(yīng)用模式探明地面發(fā)生沉降的主要原因?yàn)榈罔F基坑開(kāi)挖導(dǎo)致的地面承載力下降；通過(guò)對(duì)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的插值分析，獲取了地鐵1號(hào)線緩沖500 m范圍內(nèi)圓礫層的厚度等值線圖，其中清川站及廣西大學(xué)站區(qū)間圓礫層厚度大于10 m，長(zhǎng)期的地下水侵蝕及壓力滲透作用將會(huì)影響地鐵隧道的使用壽命，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)地鐵隧道防滲監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)大數(shù)據(jù)；智慧城市；可視化平臺(tái)；地下空間開(kāi)發(fā)

Research on application mode of geological big data for smart cities

WEN Shibao1，2， XU Guo1，2， LU Peng1，2， HUANG Meiting1，2， FENG Jian1，2， ZHAO Yong1，2

（1.Nanning Survey and Design Institute Group Co.， Ltd.， Nanning 530022， Guangxi， China；

2.Nanning Shallow Geology Big Data Engineering Technology Research Center， Nanning 530022， Guangxi， China）

Abstract： This paper aims at constructing an application model of "geological big data + X" to promote the low-carbon and intensive development of smart city construction. Application results show that： the application mode of "geological big data + BIM" can help realize the visualization of the distribution locations and scales of underground karst caves， assist the decision analysis of major project planning， avoid collision between construction and pipeline， and reduce the construction damage to underground pipelines. The maximum average settlement rate of Wanxiangcheng Subway Station in Nanning was 10.89 mm·a-1 from 2013 to 2016， with a cumulative deformation of -31.4 mm. Through the application of "geological big data + InSAR" model， it is found that the main reason for settlement is the decrease of ground bearing capacity caused by subway foundation pit excavation. The contour map of the round gravel layer thickness in the buffer radius of subway line 1 within 500 m is obtained by interpolation analysis of the geological big data. The thickness of the round gravel layer is more than 10 m between Qingchuan Station and Guangxi University Station. Long-term erosion by groundwater and pressure infiltration may affect the service life of the subway tunnel， necessitating enhanced monitoring of tunnel seepage.

Keywords： geological big data; smart city; visualization platform; underground space development

隨著信息技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新，地質(zhì)數(shù)據(jù)的獲取能力得到了提升，GIS及數(shù)據(jù)庫(kù)等建庫(kù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)的歸納，打破了“數(shù)據(jù)孤島”。城市地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)匯集海量結(jié)構(gòu)化地質(zhì)數(shù)據(jù)，具有數(shù)值穩(wěn)定、區(qū)域可重復(fù)利用等特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)，如何激活既有數(shù)據(jù)潛能、持續(xù)吸收新增數(shù)據(jù)，形成服務(wù)應(yīng)用，是當(dāng)前城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)工作難點(diǎn)（趙鵬大，2019）。

近年來(lái)，世界主要發(fā)達(dá)國(guó)家在地質(zhì)大數(shù)據(jù)庫(kù)的管理及應(yīng)用方面均取得了極大的發(fā)展（劉煒，2022）。美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局通過(guò)SDC（Science Data Calalog）工具對(duì)公眾開(kāi)放部分地質(zhì)數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)的定位、共享和應(yīng)用更易實(shí)現(xiàn)（施俊法等，2014）；英國(guó)地質(zhì)調(diào)查局基于“開(kāi)放地學(xué)計(jì)劃”提出了一個(gè)全球性的地學(xué)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)概念，以此實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)用的目的（鄭人瑞等，2019）；澳大利亞通過(guò)出臺(tái)一些國(guó)家層面的政策，如澳大利亞地質(zhì)調(diào)查局?jǐn)?shù)據(jù)戰(zhàn)略計(jì)劃、2020數(shù)字連續(xù)性政策等，推動(dòng)數(shù)字化的轉(zhuǎn)型和應(yīng)用（孫海雪等，2018）；加拿大自然資源部以開(kāi)放數(shù)據(jù)門戶網(wǎng)站檢索等形式實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理及應(yīng)用（王立偉等，2019）。中國(guó)地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用主要側(cè)重于礦產(chǎn)資源預(yù)測(cè)，并均衡各個(gè)學(xué)科的協(xié)同發(fā)展，如果地質(zhì)大數(shù)據(jù)發(fā)展過(guò)程中能形成某種跨學(xué)科乃至跨行業(yè)合作創(chuàng)新的應(yīng)用模式，其價(jià)值將遠(yuǎn)高于在大數(shù)據(jù)領(lǐng)域本身的價(jià)值（李志斌等，2020）。

智慧城市的建設(shè)包括了城市規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、管理的各個(gè)方面，通過(guò)構(gòu)建智慧平臺(tái)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)信息資源統(tǒng)一化，可使地質(zhì)產(chǎn)品在城市治理、數(shù)據(jù)開(kāi)放等方面同新型智慧城市的發(fā)展深度融合，同時(shí)，三維地質(zhì)模型的建立可精準(zhǔn)刻畫城市地下空間開(kāi)發(fā)中涉及的地質(zhì)環(huán)境條件，為城市規(guī)劃提供三維可視化分析的基礎(chǔ)依據(jù)（陳偉清等，2014；吳福等，2018；古銳開(kāi)等，2019；陳星等，2023），推動(dòng)地質(zhì)大數(shù)據(jù)服務(wù)智慧城市建設(shè)。地質(zhì)信息化經(jīng)歷了數(shù)字化階段、網(wǎng)絡(luò)化階段，正進(jìn)入大數(shù)據(jù)階段，形成了地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字地質(zhì)圖書(shū)館、數(shù)字地質(zhì)資料館、地質(zhì)調(diào)查管理信息系統(tǒng)等建設(shè)成果，國(guó)內(nèi)優(yōu)秀學(xué)者也在不斷探索地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用模式。鮮勇（2021）提出“互聯(lián)網(wǎng)+油氣采掘”的智慧油田建設(shè)模式，廣泛在感知智能采集系統(tǒng)為紐帶連接了地質(zhì)云平臺(tái)及地質(zhì)檔案大數(shù)據(jù)綜合集成開(kāi)發(fā)利用體系，全面提升了地質(zhì)檔案資料高效開(kāi)發(fā)利用水平。劉軍旗等（2021）等提出了一種基于雙C模型和中間件結(jié)合的泛結(jié)構(gòu)化地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用模式，實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與分析過(guò)程中多種異構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)訪問(wèn)與數(shù)據(jù)互操作，并在多個(gè)工程中應(yīng)用取得了良好的效果。高偉波等（2021）等基于獨(dú)立設(shè)計(jì)的GeoVTool可視化框架提出了數(shù)據(jù)科學(xué)在地質(zhì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用中的優(yōu)化方案，為大數(shù)據(jù)在多領(lǐng)域應(yīng)用提供了解決方案。

目前地質(zhì)大數(shù)據(jù)技術(shù)主要應(yīng)用于基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查（李超嶺等，2015）、礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)（吳曉萍，2015）、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)（劉漢龍等，2021）、國(guó)土空間規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護(hù)（梁祎瑋，2022）等領(lǐng)域，并逐步向城市安全評(píng)價(jià)、城市地下空間開(kāi)發(fā)、城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)地質(zhì)信息輔助等方向延伸（李凱等，2022；王建偉等，2022）。隨著地質(zhì)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展的推進(jìn)，智慧城市服務(wù)需求的不斷增加，現(xiàn)有數(shù)據(jù)管理、共享和應(yīng)用遇到了新的挑戰(zhàn)，科學(xué)的運(yùn)作模式的缺乏（朱合華等，2019），導(dǎo)致地質(zhì)數(shù)據(jù)在智慧城市建設(shè)過(guò)程中利用程度低、用戶目標(biāo)人群不清晰的問(wèn)題仍然存在。因此，本文通過(guò)對(duì)南寧市地質(zhì)數(shù)據(jù)的管理、分析及應(yīng)用進(jìn)行研究，基于地質(zhì)大數(shù)據(jù)的多模態(tài)、高度時(shí)空相關(guān)性等特征，提出一種“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”的地質(zhì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用模式，基于城市地質(zhì)數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)，為智慧城市的地下空間開(kāi)發(fā)、地災(zāi)防控、地下管網(wǎng)、地下水環(huán)境、工程建設(shè)活動(dòng)等提供服務(wù)，推動(dòng)城市建設(shè)向集約、智能、綠色、低碳發(fā)展。

1? “地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”應(yīng)用模式研究

1.1? 智慧城市建設(shè)的難點(diǎn)

隨著新型城鎮(zhèn)化的發(fā)展，廣西城市地下空間開(kāi)發(fā)，尤其是軌道交通、城市老舊城區(qū)、城市新區(qū)、交通樞紐等區(qū)域的建設(shè)需求急劇增加，由于地質(zhì)條件復(fù)雜，前期城市的開(kāi)發(fā)建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，既有地下空間改擴(kuò)建較難，智慧城市在建設(shè)、管理、運(yùn)維等方面存在一定的技術(shù)難點(diǎn)，主要包括以下幾方面：

1）地質(zhì)條件復(fù)雜。南寧市所處南寧盆地為北東至南西方向的紡錘形斷陷向斜盆地，曾經(jīng)歷4次強(qiáng)烈的褶皺運(yùn)動(dòng)及多次較緩和的振蕩運(yùn)動(dòng)。南寧盆地出露的地層自老到新為寒武系、泥盆系、石炭系、白堊系、第三系和第四系，由于地層巖性、地貌類型的不同，導(dǎo)致各個(gè)區(qū)域的水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件存在明顯的差異（陸海麗，2016）。盆地南部及東南部巖溶較為發(fā)育，大部分區(qū)域分布有脹縮土、軟土等特殊土層及富含地下水的圓礫層，地下工程建設(shè)具有一定難度（龍睿，2020）。

2）城市地下空間地質(zhì)條件不可見(jiàn)。城市淺表地質(zhì)體信息如地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、地下水埋藏條件、特殊巖土體分布等研究不夠充分，難以支撐城市規(guī)劃建設(shè)和地下空間開(kāi)發(fā)利用的需要。

3）前期地下空間開(kāi)發(fā)缺乏整體規(guī)劃。各建設(shè)工程的規(guī)劃設(shè)計(jì)不同，因此形成各自的空間體系，相互之間沒(méi)有形成連接，隨著城市發(fā)展和定位的變化，面臨著既有建筑改擴(kuò)建受周邊地質(zhì)環(huán)境、地下空間約束的問(wèn)題（夏詩(shī)畫等，2017）。

4）大規(guī)?？臻g開(kāi)發(fā)誘發(fā)的城市區(qū)域安全問(wèn)題。地下工程建設(shè)改變了區(qū)域地質(zhì)的結(jié)構(gòu)特征、巖土體承載特性和地下水流場(chǎng)，進(jìn)而引發(fā)地面變形、地上建筑物開(kāi)裂，存在一定安全隱患（葛偉亞等，2015）。

綜上，應(yīng)將城市地上、地下空間作為一個(gè)有機(jī)整體，構(gòu)建集成多源異構(gòu)城市空間信息的地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)，研發(fā)集快速建模、可視化表達(dá)與科學(xué)決策為一體的可視化平臺(tái)，推動(dòng)地質(zhì)大數(shù)據(jù)技術(shù)應(yīng)用于智慧城市建設(shè)，有效解決智慧城市建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)。

1.2? 地質(zhì)大數(shù)據(jù)的管理

地質(zhì)大數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、遙感、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害、地球物理、地球化學(xué)等多專業(yè)、多參數(shù)數(shù)據(jù)，與其他商業(yè)數(shù)據(jù)不同，其具有時(shí)間維度、空間維度和屬性維度特征，且采集成本高、更新周期長(zhǎng)，數(shù)據(jù)組織形式多樣，重組交叉困難，因此，核心數(shù)據(jù)的選取對(duì)于數(shù)據(jù)分析的結(jié)果起著至關(guān)重要的作用（李強(qiáng)等，2020）。為充分發(fā)揮地質(zhì)大數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值，在傳承地質(zhì)工作成果的同時(shí)，需要不斷擴(kuò)展傳統(tǒng)地質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)用服務(wù)范圍，實(shí)施地質(zhì)數(shù)據(jù)資源的二次開(kāi)發(fā)。

為充分了解南寧市地質(zhì)條件，本文收集了南寧近30年來(lái)歷史地質(zhì)數(shù)據(jù)，包含地質(zhì)勘探報(bào)告約25 000份，數(shù)字化地質(zhì)鉆孔約28萬(wàn)個(gè)，其中建筑類鉆孔約16萬(wàn)個(gè)，市政類鉆孔約12萬(wàn)個(gè)，累計(jì)鉆孔深度約600萬(wàn)m，巖土體試驗(yàn)及地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超百萬(wàn)條，數(shù)據(jù)覆蓋南寧市建成區(qū)。主要數(shù)據(jù)類型見(jiàn)表1。

收集的資料來(lái)源廣泛，工程地質(zhì)巖組劃分標(biāo)準(zhǔn)和方式不統(tǒng)一，故針對(duì)南寧市地質(zhì)條件特點(diǎn)設(shè)計(jì)了標(biāo)準(zhǔn)地層分層系統(tǒng)，劃分依據(jù)主要考慮工程分區(qū)、地質(zhì)年代、地質(zhì)成因、巖性、巖土狀態(tài)5個(gè)因素，每?jī)晌话⒗當(dāng)?shù)字表示一個(gè)劃分因素。檢查收集的數(shù)據(jù)，包括鉆孔頂?shù)装暹壿嬓浴@孔分層表與標(biāo)準(zhǔn)分層表是否存在矛盾、標(biāo)準(zhǔn)分層表中是否存在地層缺失、鉆孔分層表與標(biāo)準(zhǔn)分層中是否含有重復(fù)的數(shù)據(jù)等內(nèi)容，保證入庫(kù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化。

針對(duì)智慧城市建設(shè)對(duì)多源異構(gòu)空間、非空間數(shù)據(jù)集成和抽取特定數(shù)據(jù)的迫切需求，利用GIS技術(shù)、BIM技術(shù)、ETL數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，構(gòu)建城市級(jí)地質(zhì)大數(shù)據(jù)管理及可視化應(yīng)用平臺(tái)，有效解決數(shù)據(jù)安全及數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的問(wèn)題。數(shù)據(jù)管理平臺(tái)以數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)進(jìn)行開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)資料的實(shí)體文件運(yùn)用MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行儲(chǔ)存，MySQL提供通用接口進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用、共享及發(fā)布。有效實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)和資料的數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出、數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、文檔資料管理與調(diào)用、權(quán)限管理等功能。

1.3? 地質(zhì)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用

城市地質(zhì)數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)的技術(shù)框架如圖1所示，框架主要包括數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層，可提供高精度的地質(zhì)數(shù)據(jù)支撐規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理。通過(guò)地質(zhì)資料信息化、地質(zhì)信息統(tǒng)一化、地質(zhì)數(shù)據(jù)智能化、地質(zhì)成果精準(zhǔn)化，使地質(zhì)大數(shù)據(jù)與城市發(fā)展深度融合，可有效解決在建設(shè)智慧城市的過(guò)程中數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、缺乏數(shù)據(jù)信息安全、缺乏技術(shù)創(chuàng)新等問(wèn)題。

“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”應(yīng)用模式，“X”可以是BIM模型，也可以是InSAR數(shù)據(jù)或CIM模型、城市信息單元等。地質(zhì)數(shù)據(jù)作為城市空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要組成部分，可為城市數(shù)據(jù)中心打造以工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、地質(zhì)災(zāi)害等多類城市數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的“數(shù)字底座”，通過(guò)新一代信息技術(shù)對(duì)既有地質(zhì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、研究，在不同需求場(chǎng)景下給出新建議指標(biāo)參數(shù)，形成新型城市地質(zhì)填圖及地質(zhì)環(huán)境評(píng)價(jià)體系，為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)工作推進(jìn)提供決策基礎(chǔ)，為水體治理、地災(zāi)防治等工作提供評(píng)判依據(jù)。在地質(zhì)數(shù)據(jù)索引、調(diào)度的基礎(chǔ)上，搭建三維地質(zhì)模型，融合三維模型和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行智慧城市開(kāi)發(fā)建設(shè)決策分析，并在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)分析過(guò)程和分析結(jié)果的可視化。基于平臺(tái)可進(jìn)行二維可視化分析和三維可視化分析，二維可視化分析能實(shí)現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)查詢展示、二維圖件的快速生成、圖件編輯、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等功能，鏈接數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行二維查詢、應(yīng)用，快速響應(yīng)工程建設(shè)規(guī)劃中的地質(zhì)資料查詢、調(diào)取等應(yīng)用需求；三維可視化分析能根據(jù)不同專業(yè)數(shù)據(jù)采用三維可視化技術(shù)，建立有關(guān)專業(yè)的三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和屬性模型，通過(guò)地質(zhì)體三維形態(tài)和地層組合關(guān)系的構(gòu)建，虛擬再現(xiàn)城市地下復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)與關(guān)系的分析和過(guò)程。

同時(shí)，針對(duì)政府部門、規(guī)劃施工單位、地質(zhì)專業(yè)技術(shù)人員等不同服務(wù)對(duì)象，基于平臺(tái)共享模塊進(jìn)行全站檢索、動(dòng)態(tài)新聞發(fā)布及快速跳轉(zhuǎn)等功能；基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊主要用于服務(wù)的疊加展示，以及圖層屬性信息的查看等；地質(zhì)數(shù)據(jù)模塊提供調(diào)查數(shù)據(jù)、地質(zhì)資料及地質(zhì)圖件的查詢及展示功能。通過(guò)“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”的應(yīng)用模式，可實(shí)現(xiàn)地上地下一體化剖面分析，對(duì)地下病害體、地下水信息、工程地質(zhì)勘察信息進(jìn)行管理，為城市安全、建設(shè)布局和功能區(qū)劃、重大工程建設(shè)、地質(zhì)災(zāi)害防治、地下空間開(kāi)發(fā)利用等提供長(zhǎng)期的信息服務(wù)與支撐。

2? 地質(zhì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

智慧城市建設(shè)需要集成地上地下時(shí)空數(shù)據(jù)源，包括三維地下空間數(shù)據(jù)及各類自然資源要素的數(shù)量、質(zhì)量、時(shí)空分布來(lái)支撐自然資源管理需求。地下多種資源一體共生、相互影響，由于不合理地利用甚至導(dǎo)致相互沖突，增加了城市地下建設(shè)的復(fù)雜程度（周丹坤等，2020），城市地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與服務(wù)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)一體化管理與應(yīng)用可靈活利用地質(zhì)數(shù)據(jù)資源，促進(jìn)智慧城市建設(shè)。地質(zhì)大數(shù)據(jù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下3個(gè)方面。

1）城市三維地質(zhì)模型可視化建設(shè)技術(shù)。廣西城市地下空間開(kāi)發(fā)利用管理存在著地下空間不可見(jiàn)、開(kāi)發(fā)難度大的問(wèn)題（渠霓等，2022），在規(guī)劃、施工、運(yùn)營(yíng)階段均需摸清城市地質(zhì)條件，按照地上地下一體化要求開(kāi)展平面布局、空間整合。結(jié)合地質(zhì)大數(shù)據(jù)及BIM技術(shù)，在工程建設(shè)規(guī)劃階段，通過(guò)地下空間漫游、虛擬開(kāi)挖、地上地下一體化模型展示等方式進(jìn)行方案預(yù)演，輔助項(xiàng)目建設(shè)選址；在建設(shè)運(yùn)營(yíng)階段，基于三維地質(zhì)模型及管網(wǎng)模型、地下水監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)土石方開(kāi)挖進(jìn)行精準(zhǔn)量算、定位建設(shè)場(chǎng)地溶洞、不良地質(zhì)區(qū)域，分析地質(zhì)條件對(duì)地下工程建設(shè)影響，提升建設(shè)運(yùn)營(yíng)質(zhì)量。

2）城市大規(guī)模地下空間開(kāi)發(fā)利用誘發(fā)的城市區(qū)域?yàn)?zāi)害控制技術(shù)。將城市地質(zhì)數(shù)據(jù)信息與PS-InSAR地表變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合，通過(guò)城市大區(qū)域的變形數(shù)據(jù)捕捉危險(xiǎn)區(qū)，結(jié)合地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)獲取區(qū)域地層條件、巖土體特性、地下水動(dòng)態(tài)等信息，推演地表形變規(guī)律及機(jī)理，提出相應(yīng)預(yù)防及整治措施，維護(hù)城市建設(shè)安全。

3）智慧城市地理信息綜合服務(wù)技術(shù)。地下空間開(kāi)發(fā)可從智慧規(guī)劃、智慧建設(shè)、智慧決策3個(gè)方面，應(yīng)用智慧城市地理信息綜合服務(wù)技術(shù)。智慧規(guī)劃通過(guò)數(shù)據(jù)管理、三維建模、動(dòng)態(tài)模擬等實(shí)現(xiàn)地下空間精細(xì)化應(yīng)用，與地下空間再開(kāi)發(fā)技術(shù)綜合協(xié)作，實(shí)現(xiàn)老舊城區(qū)地下空間再開(kāi)發(fā)規(guī)劃；智慧建設(shè)將地下空間信息化與三維地質(zhì)建模技術(shù)結(jié)合，研究地下空間信息化、優(yōu)化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)施工內(nèi)容，在工程施工過(guò)程中可起到優(yōu)化設(shè)計(jì)、指導(dǎo)施工的作用；智慧決策有效整合排水管網(wǎng)的空間基礎(chǔ)信息、地下水監(jiān)測(cè)信息，充分挖掘地下空間地理信息的價(jià)值，為地下空間規(guī)劃、建設(shè)和管理提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。

3? “地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”應(yīng)用模式的實(shí)踐與探索

3.1? 地質(zhì)大數(shù)據(jù)+BIM模型

集約復(fù)合地下系統(tǒng)設(shè)施、低碳型地下軌道交通、市政綜合管廊建設(shè)、充分利用閑置地下空間資源是低碳理念在地下空間開(kāi)發(fā)中應(yīng)用的四大主題（孫健，2022）。開(kāi)展地質(zhì)調(diào)查，摸清地質(zhì)情況，是合理進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)利用的前提（金江軍等，2007）。傳統(tǒng)地質(zhì)調(diào)查成果多以二維圖件（如柱狀圖、剖面圖）進(jìn)行展示，展示信息有限且不直觀，基于地質(zhì)大數(shù)據(jù)構(gòu)建地下空間三維模型，結(jié)合地上建筑BIM模型，以“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+BIM模型”的應(yīng)用模式可以形象表達(dá)地上地下空間分布及屬性信息，通過(guò)數(shù)據(jù)管理、建模仿真、動(dòng)態(tài)模擬及智能交互等方式實(shí)現(xiàn)地質(zhì)大數(shù)據(jù)在地下空間規(guī)劃中的應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)地上地下一體化全空間管理。

3.1.1? 南寧頂螄山園博園溶洞可視化應(yīng)用

南寧市頂螄山園博園位于灰?guī)r地區(qū)，場(chǎng)地下伏大小不一的溶洞數(shù)百個(gè)，為有效調(diào)查溶洞空間分布，通過(guò)地下空間可視化技術(shù)將巖溶地下水位和地層結(jié)構(gòu)模型有機(jī)融合，采用前期收集的2 014個(gè)工程勘察鉆孔的地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建三維地質(zhì)模型，模型包含素填土及淤泥、黏土、紅黏土、粉砂、圓礫、灰?guī)r、溶洞等，基于三維地質(zhì)模型準(zhǔn)確獲得場(chǎng)地的溶洞分布位置及空間規(guī)模（圖2），場(chǎng)地統(tǒng)計(jì)面積為187 330 m2，包含溶洞204個(gè)，溶洞容積共426 890 m3。創(chuàng)建溶洞BIM模型，模擬溶洞發(fā)育形態(tài)，確定溶洞與地基基礎(chǔ)的位置關(guān)系和影響范圍，輔助工程設(shè)計(jì)，獲取合理的基礎(chǔ)方案避免巖溶作用造成的工程問(wèn)題。

3.1.2? 南寧園博園宜居·城市館地上地下一體化

場(chǎng)地存在溶洞及互層的復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)，為精準(zhǔn)掌握?qǐng)@區(qū)中宜居·城市館的地質(zhì)條件，保障地上建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)承載能力，構(gòu)建了地上地下一體化三維模型（圖3）。其中，地下部分是根據(jù)已收集2 948個(gè)勘察鉆孔地層信息構(gòu)建的三維地質(zhì)模型，地上部分是城市館BIM模型，通過(guò)一體化模型實(shí)現(xiàn)建筑基坑開(kāi)挖、地層荷載的可視化。通過(guò)三維模型剖切，可多角度展示城市館下伏地層展布、地層厚度，融合地層屬性信息，包括地基承載力、巖土力學(xué)特征性指標(biāo)等，以靈活的立體展現(xiàn)方式，為工程建設(shè)技術(shù)人員分析研究地下空間的工程地質(zhì)現(xiàn)象和發(fā)現(xiàn)掌握巖土體結(jié)構(gòu)規(guī)律，提供了一種新的研究手段和技術(shù)方法，便于地質(zhì)人員清晰認(rèn)知場(chǎng)地地質(zhì)條件，為重大工程規(guī)劃提供輔助分析決策。

3.1.3? 南寧民族大道地下管網(wǎng)可視化應(yīng)用

將南寧市民族大道的三維模型與城市管線BIM模型進(jìn)行耦合（圖4），經(jīng)地層巖性屬性查詢?yōu)轲ね翆樱瑢儆诓煌杆畬?，周圍無(wú)地下水，可以排除地下水對(duì)管線的影響作用。本文所構(gòu)建的民族大道三維地質(zhì)模型包含963個(gè)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)、劃分了24層，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，常規(guī)三維地質(zhì)模型僅能單獨(dú)展示地層情況，通過(guò)地質(zhì)三維模型及地下管線BIM模型的耦合，能準(zhǔn)確、多方位展示地下管線位置及周圍地質(zhì)、水文地質(zhì)特征，在施工勘察前對(duì)地下管網(wǎng)進(jìn)行改造或鉆孔布設(shè)時(shí)對(duì)地下管網(wǎng)進(jìn)行避讓，對(duì)于無(wú)法改遷的管網(wǎng)或管網(wǎng)在已建成的地下構(gòu)筑物附近，可運(yùn)用地質(zhì)專業(yè)分析系統(tǒng)布設(shè)虛擬鉆孔，從三維角度查驗(yàn)鉆孔施工是否會(huì)對(duì)管線產(chǎn)生影響，提前采取規(guī)避措施。

3.2? 地質(zhì)大數(shù)據(jù)+InSAR數(shù)據(jù)

地下空間是地表土地資源的地下延伸，地面沉降量是地下空間多元場(chǎng)演化的響應(yīng)函數(shù)（于海若等，2020），隨著地下空間的持續(xù)開(kāi)發(fā)，工程擾動(dòng)現(xiàn)象引起的地面沉降問(wèn)題逐漸凸顯，利用地質(zhì)大數(shù)據(jù)探究地下空間開(kāi)發(fā)引起的地面沉降機(jī)理可為建立城市安全防控機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

基于COSMO-SkyMed衛(wèi)星系統(tǒng)獲取了南寧市主要城區(qū)2013年1月至2016年1月期間地表形變信息，采用PS-InSAR技術(shù)進(jìn)行處理，獲取監(jiān)測(cè)城區(qū)年平均形變速率、累積形變量等地表形變信息。觀察周期中，城區(qū)內(nèi)年平均形變速率較小，大部分形變速率范圍在-7～5?mm·a-1，部分區(qū)域分布有沉降突變點(diǎn)，平均形變速率超過(guò)-9 mm·a-1或者累積形變超過(guò)-27 mm的PS點(diǎn)共有34?941個(gè)，占PS點(diǎn)總數(shù)的0.792%，突變點(diǎn)主要分布在西鄉(xiāng)塘區(qū)、興寧區(qū)、青秀區(qū)的南寧繞城高速以內(nèi)，基于以上數(shù)據(jù)篩選出形變較為嚴(yán)重的區(qū)域共10個(gè)，地表形變信息見(jiàn)表2。

在表2沉降風(fēng)險(xiǎn)區(qū)中，萬(wàn)象城地鐵站周邊地表及建筑沉降較大。選擇形變速率較大的兩點(diǎn)生成形變時(shí)間序列圖（圖5），A點(diǎn)位于萬(wàn)象城地鐵站西北側(cè)400 m，其3年間累積形變量為-27 mm，平均形變速率-8.94 mm·a-1，監(jiān)測(cè)后期沉降趨于穩(wěn)定；B點(diǎn)位于萬(wàn)象城地鐵站東北側(cè)350 m，在監(jiān)測(cè)期間，其形變速率為-10.89 mm·a-1，3年間累積形變量達(dá)-31.4 mm，且仍保持一定的沉降速率。

基于地質(zhì)大數(shù)據(jù)庫(kù)獲取該區(qū)域地層巖性及水文地質(zhì)條件，結(jié)合光學(xué)歷史衛(wèi)星影像，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析驗(yàn)證，查明此區(qū)域的觀測(cè)周期2013—2015年正處于萬(wàn)象城地鐵站基坑施工周期內(nèi)，該區(qū)域分布地層主要為泥巖、粉砂巖，地下水為碎屑巖類孔隙裂隙水，具有承壓性。在地鐵基坑施工過(guò)程中，對(duì)地下水位以下的泥質(zhì)粉砂巖產(chǎn)生擾動(dòng)，靜止水位以下的泥質(zhì)粉砂巖發(fā)生崩解，結(jié)構(gòu)遭到破壞，使地基發(fā)生沉降，承載力下降，因而引起周邊地表及建筑物的沉降。

3.3? 地質(zhì)大數(shù)據(jù)+地下水

南寧地鐵一號(hào)線穿越區(qū)域主要為邕江Ⅱ級(jí)階地，含水層為粉土、粉細(xì)砂、中粗砂、圓礫層，其中圓礫層滲透系數(shù)大、透水性強(qiáng)，且與邕江存在水力聯(lián)系，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全存在一定影響。以清川站—廣西大學(xué)站為例，采用泛克里金法對(duì)南寧市地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)中收集的該區(qū)間及地鐵線500 m緩沖范圍內(nèi)的圓礫層厚度進(jìn)行插值，生成圓礫層厚度等值線圖（圖6），并統(tǒng)計(jì)了沿線地鐵隧道對(duì)圓礫層的攔阻情況（表3）。地鐵沿線區(qū)域大部分地區(qū)分布有圓礫層，其中清川站及廣西大學(xué)站圓礫層厚度大于10 m，地下水具備一定的承壓性，且被地鐵站臺(tái)全部阻隔，由于長(zhǎng)期受地下水的侵蝕及壓力滲透作用，一旦防水措施失效，就易出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，危及地鐵的運(yùn)營(yíng)及設(shè)備安全，同時(shí)地下水的腐蝕作用會(huì)影響隧道的耐久性，地下水的浮托作用對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形產(chǎn)生一定的影響，有可能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂?；谀蠈幨袦\表地質(zhì)大數(shù)據(jù)庫(kù)可獲取地下水位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及地面變形監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，在地鐵的運(yùn)行及維護(hù)方面提供數(shù)據(jù)支撐，預(yù)防地下水對(duì)地鐵隧道的不利影響。

4? 結(jié)語(yǔ)

為充分利用地質(zhì)數(shù)據(jù)資源，推動(dòng)城市地質(zhì)產(chǎn)品共享與服務(wù)，本文構(gòu)建了“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”的應(yīng)用模式，并以需求為導(dǎo)向在南寧市的實(shí)踐取得了較好的應(yīng)用效果。

1）收集南寧市建成區(qū)地質(zhì)鉆孔數(shù)據(jù)約28萬(wàn)個(gè)，搭建南寧市城市地質(zhì)數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)，有效集成地下空間數(shù)據(jù)，提高精細(xì)化管理程度及城市空間三維可視化水平。

2）以南寧市為試點(diǎn)城市，進(jìn)行了“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”的應(yīng)用模式的實(shí)踐探索，以地質(zhì)大數(shù)據(jù)為基底，結(jié)合BIM模型、InSAR數(shù)據(jù)、地下水?dāng)?shù)據(jù)為城市規(guī)劃、工程建設(shè)選址、地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警、城市交通安全等方面提供了科學(xué)依據(jù)。

3）以城市地質(zhì)數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)為基礎(chǔ)，采用“地質(zhì)大數(shù)據(jù)+X”應(yīng)用模式推動(dòng)智慧城市建設(shè)及地質(zhì)大數(shù)據(jù)的利用，可輔助地鐵規(guī)劃選址、管網(wǎng)施工避讓，滿足智慧城市建設(shè)對(duì)地理信息更逼真、更精細(xì)、更廣泛、更實(shí)時(shí)的需求。

4）隨著數(shù)字建設(shè)工作的推進(jìn)，簡(jiǎn)單的查詢、存儲(chǔ)功能已不能滿足城市建設(shè)對(duì)地質(zhì)數(shù)據(jù)的應(yīng)用需求，在今后的研究工作中可考慮借助人工智能技術(shù)，拓寬地質(zhì)數(shù)據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域，解決以需求為導(dǎo)向的地質(zhì)數(shù)據(jù)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)難、城市三維建模人工依賴度高等難題。

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