城市三維地籍的建立研究

周甬濤

（上海市地質調查研究院，上海 200072）

城市三維地籍的建立研究

周甬濤

（上海市地質調查研究院，上海 200072）

為更好地對土地的三維空間進行確權和管理，應努力探索符合法律規定與高效率的三維地籍管理模式。研究三維地籍的理論與方法，可在應用層面上解決土地資源立體化利用中的地籍管理問題，并為不動產登記提供技術支撐。闡述了三維地籍的內涵與基本特征，分析了三維地籍的自然屬性與法律屬性，探討了三維地籍的數據模型構建與信息管理等相關技術問題，以促進現代多用途地籍功能的發揮和地籍管理的創新與發展。

地籍管理；三維地籍；建設用地使用權；宗地；數據模型；信息管理

土地是自然資源的最重要組成部分，為使土地資源得到合理開發和可持續利用，必須建立完善的土地管理制度。土地管理需要現有土地資源及其法律地位的信息，這種信息應由完善的地籍系統提供。地籍管理作為土地管理制度的重要組成部分，必須能夠支持國土資源事業的可持續發展。

隨著社會經濟的迅速發展，城市土地資源開發利用的重點已從平面型開發向立體型地上、地表和地下一體化空間開發利用方向發展，三維空間開發利用成為現代城市規劃和建設的重要內容之一。我國《物權法》第136條規定：“建設用地使用權可以在土地的地表、地上或者地下分別設立。新設立的建設用地使用權，不得損害已設立的用益物權。”這從法律上規定了土地的分層利用形式，但沒有明確建設用地使用權的權利范圍、登記辦法等地籍管理問題。因此，進一步研究地表、地上和地下建設用地使用權的設立以及三維地籍管理有著重要意義。

1 地籍管理的發展趨勢

地籍管理是國家為掌握土地的權屬狀況和經濟狀況以及自然狀況而進行的一系列工作措施體系。地籍管理的核心對象或者說基本單元是宗地。宗地可以定義為是具有固定位置和明確邊界的，可同時辨認出確定的權利、利用類別、質量和時態等土地基本要素的地塊。宗地的基本內容包括其法律狀態和自然狀態兩個方面的屬性。在傳統的地籍管理框架下，宗地在自然狀態特征和法律權利范圍方面的界定都是基于二維模式的，這種二維地籍管理模式為我國地籍管理的發展作出了重要貢獻。

然而隨著我國經濟社會的飛速發展，城市地上地下土地空間開發利用強度不斷增加，傳統地籍管理模式難以精確描述立體空間中的三維產權體，不能滿足土地資源立體化利用中的地籍管理要求，已無法適應和滿足經濟社會發展的需要。

為更好地對土地的三維空間進行確權和管理，應努力探索符合我國法律法規的、高效率的三維地籍管理模式。研究三維地籍的理論與方法，在應用層面上解決土地資源立體化利用中的地籍管理問題，為不動產登記提供技術支撐。

2 三維地籍的內涵

三維地籍作為現代地籍系統的發展，應該體現不動產權利授予人們享有立體空間的權利而不僅僅是平面上的權利。雖然傳統觀點認為地表宗地權利人享有其宗地范圍內上至天宇、下至地心的空間權利，但筆者理解目前我國土地權利管理模式還是界定為地表權利人僅享有地表土地和其地上地下一定必要范圍內的土地權利。

三維地籍應該實現在空間上對土地利用的立體范圍進行科學界定，準確完整地反映土地空間開發利用的分布和狀況，將其相應的屬性信息與空間信息有效關聯，為城市土地空間開發利用的權利劃分和登記工作提供支持，保障土地開發利用者的合法權益，促進城市土地資源集約節約利用。

從地籍的法律屬性和自然屬性兩個方面看，三維地籍的建立，一是需要構建符合土地利用客觀規律的、便于界定的，并滿足計算機信息化管理的三維實體；二是解決三維空間權利，尤其是建設用地使用權的設置、審批、登記等基本法律問題。這兩方面問題的探討都應在目前國家土地管理法律法規框架內，并且從實際操作層面，需要注意與傳統二維地籍管理模式的有效銜接。

基于上述思路，并根據我國物權法，三維地籍的管理對象應是國有建設用地，三維地籍應該界定、描述、表達和管理三維空間利用模式下的國有建設用地利用狀況和權利狀況等信息。三維地籍管理對象是三維宗地，三維宗地應具有明確的空間范圍和權利信息。因此，三維地籍的內涵應該包括以下幾個方面：

（1）三維地籍的核心對象是三維宗地，三維宗地是三維空間中由連續、封閉的三維曲面圍合構建的三維實體，城市土地空間利用的表達以三維宗地為基礎建立。

（2）三維宗地具有封閉、無交叉、無重疊等幾何屬性特征，即三維地籍的自然對象。

（3）三維宗地在法律上對其中的權利進行了規定，引入三維產權（空間產權）的含義，即三維地籍的法律對象。

3 三維地籍的基本特征

三維地籍的目標是準確描述土地利用立體空間中三維產權體，對土地利用的空間狀態和權利狀態進行準確記載。三維地籍的主要任務是登記土地空間利用框架下房地產的法律地位和政府限制，包括與土地相關的權利人、權利人與土地之間的關系以及土地的相關信息，并向用戶提供房地產的法律地位和政府限制等信息。

三維地籍更加符合土地空間開發利用特征，滿足從三維角度對土地權利進行登記的需求。

三維地籍是依托現有計算機技術，對傳統平面地籍的發展。作為現代地籍的發展趨勢之一，主要包括以下幾個特點：

（1）空間性：反映土地的空間位置。三維宗地是在三維空間由若干個面圍成的封閉實體，它的邊界就是權屬界面，可準確反映土地空間利用狀況；而二維地籍的建立基礎是二維平面上的宗地，僅在平面上具有邊界，空間上僅有注記，在三維空間中沒有描述明確邊界。

（2）精確性：從三維空間角度精確描述土地利用的基本要素，記載封閉的權利實體所有的空間信息和屬性信息，而二維地籍記載的主要是宗地平面信息和屬性信息；三維地籍準確描述土地利用的空間分布，而二維地籍對該信息的描述方面存在著不足。

（3）法律性：依法建立三維地籍，重新設置和限制土地利用的空間權利，仍然記載和提供人地法律關系。登記的是封閉的三維權利實體，同一個三維權利實體主要依據權利屬性劃分，同一個三維權利實體內部在土地利用類別、質量和時態等屬性方面都具有一致性。

（4）連續性：從三維角度關注人地關系的變化，保持地籍信息記載的連續性和現勢性，實現地籍的科學可持續使用。

4 三維地籍的自然狀態

三維地籍自然狀態的描述是指其核心對象三維宗地的自然屬性內容和特點。三維宗地應該是權屬界面封閉的獨立土地權屬空間，即具有固定的位置和明確的權利邊界，可同時辨認出確定的土地空間基本要素（利用現狀、質量、時態等），即是在權利上具有同一性的三維空間。具體包括以下幾個方面的含義：

（1）三維地籍的自然狀態以獨立三維宗地客體基本單元為核心對象，以權利和利用現狀的同一性為主要考慮因素，綜合反映出土地立體開發利用的空間形態、物理形態等特點。

（2）三維地籍自然狀態的描述需要調查分析典型土地空間利用狀況和空間形態，充分考慮其三維立體特征，并且準確完整記載土地空間各宗地的三維空間信息并科學直觀地反映出城市土地立體開發利用中各客體之間的空間關系。

（3）三維地籍自然狀態的描述可以采用點面相結合的方式。在面上，即區域范圍內，采用平面模式來表述和反映宗地的分布狀況和宗地之間的平面拓撲關系；在點上，即具體到某一個宗地的表述問題，可以采用立體模式。

（4）三維地籍自然狀態描述的關鍵技術是解決三維宗地的劃分規則和編碼方法。三維宗地的劃分應從土地立體開發的權利關系、空間形態、分布特性、連通狀況、結構和用途等角度考慮。

三維宗地的編碼需要突破傳統平面宗地以行政界線為基礎的編碼方法，解決由于行政區劃的變更導致宗地編碼不現勢性的問題，充分調查分析三維宗地在土地空間中的分布特性、存在形式和空間形態。依此為基礎，用三維空間定位的思想建立精確可靠的地理空間位置參考系統，研究制定具備不重復性、唯一性、可識別性、便于操作、便于GIS系統管理的科學完善的編碼體系。

5 三維地籍的法律狀態

目前，關于土地空間權利問題主要有獨立型權利和附屬型權利兩種解決方案。其中，獨立型權利方案堅持土地空間權利是一項從土地所有權或使用權中發展并獨立出來的權利，以地上空間和地下空間為獨立客體的法理立場；附屬型權利方案認為土地空間權利不是一項獨立的所有權或使用權，而是附屬于土地所有權或土地使用權的部分權利內容，是土地權利內容在空間上的增加與擴張。

國土資源部2008年2月1日正式實施的《土地登記辦法》第二章第五條明確規定：“土地以宗地為單位進行登記。宗地是指土地權屬界線封閉的地塊或者空間。”《國有建設用地使用權出讓合同》示范文本（GF-2008-2601）中要求將出讓的土地權利范圍界定為平面界址點所構成的垂直面和上、下界限高程平面封閉形成的空間。這些規定和管理手段，將傳統意義上基于平面的宗地概念延伸到了“空間”，為三維地籍概念的建立和相關研究提供了法律意義上的研究依據，也可視為是對三維地籍中土地空間權利問題解決原則的闡述。

根據我國《物權法》有關所有權的立法精神，城市土地空間應該為國有，城市土地空間可設立建設用地使用權。按照物權法定的原則，結合基本立法條件，我們無需沖破目前立法內容，針對土地空間權利問題單獨再次進行立法，而應在現有法律框架下，通過研究“建設用地使用權”這一法定權利的內涵，結合土地空間相鄰權和地役權，解決三維地籍管理體系下，土地空間權利的設置和登記問題。

另外，三維地籍框架下建設用地的使用權類型、權屬性質可以參考傳統地表土地管理的一般規定，但需要對權力束，即權利內容、權利范圍，尤其是地役權問題、相鄰關系、權利限制、權利流轉問題等進行進一步研究，探索實現土地權利立體登記的技術途徑和管理策略，從而為建立完善的三維地籍管理體系提供法律基礎。

6 三維地籍的數據模型

6.1 三維地籍的實體類型

在傳統地籍管理模式中，宗地通常被抽象為在權利上具有同一性的封閉的二維多邊形（面），二維地籍涉及的實體類型可以概括為點、線和面三種。延續該思想，在三維地籍管理模式中，可以將三維宗地抽象為在權利上具有同一性的封閉的三維實體，其實體類型可以概括為點、線、面、體四種。

（1）點類型：包括點狀地物和結點兩種實體。其中點狀地物是指由一組三維坐標（X,Y,Z）定義在三維空間中的點狀地物，比如電桿、道路交叉點等；結點是指用來表示線段的空間位置以及拓撲關系的點，比如界址點、拐點等。

（2）線類型：包括現狀地物、拓撲弧段和無拓撲弧段。其中線狀地物是指由一條或者若干條弧段組成的線狀地物，比如道路、地下管線等；拓撲弧段是指具有起點和終點、方向、不分叉、不相交和有左右多邊形的線段，比如界址線、行政界線等；無拓撲弧段是指簡單的無起點和終點、方向等特性的無分叉線段，比如等高線等。

（3）面類型：包括面狀地物、拓撲面和面模型。其中面狀地物是由一個或者若干個面塊組成的實體對象，或者由面模型表示的實體對象，比如地塊、水域等；拓撲面是指由一條或者若干條拓撲弧段組成的封閉面，由弧段方向定義面方向，具有左右體目標，比如權屬界面等；面模型是指用網格或者TIN表示的面狀對象，具有任意投影方向，比如地形面。

（4）體類型：包括體狀地物和體模型。體狀地物是指由一個或者若干個面塊組成的三維體狀實體，或由體模型表示的三維對象。比如三維宗地、建（構）筑物等；體模型是指由三維格網或不規則四面體格網表示的體狀對象，具有任意投影方向，比如地下空間及其建（構）筑物等。

6.2 三維地籍的數據模型

GIS應用于三維宗地信息管理的基礎是構建三維宗地的數據模型。因此需要研究三維宗地數據模型構建的幾何理論基礎，實現對研究客體（三維宗地）的理解和抽象，以合適的精度和質量來描述和管理目標的幾何形狀和空間位置。

在GIS中，三維數據模型主要分為面模型(Facial Model)與體模型(Volumetric Model)兩大類型，前者包括邊界表示模型、三角網與格網模型、線框模型，后者包括結構實體幾何模型、三維體元模型以及八叉樹模型等。目前，三維數據模型對應的主要商業軟件數據格式包括：基于面模型數據格式并在主流GIS軟件中較為通用的grid和tin數據格式；基于體模型數據格式并主要在Google sketch 的skp格式、ArcScene的wrl格式、3D max的3ds格式、skyline的flt格式。研究各種數據模型、數據結構之間的差異和特性，找到適合于構建三維宗地模型的數據格式，以實現對研究客體的抽象和數字化。

三維地籍數據模型構建的關鍵是給出其核心對象三維宗地的數據模型，根據三維地籍的點、線、面、體四種實體類型，結合三維地籍的權利屬性，可以給出三維宗地的數據模型，如圖1所示：

圖1 三維地籍數據模型示意圖Fig.1 The sketch map of data model for 3D cadastral

從地籍管理的角度考慮，三維地籍數據模型仍然主要關注位置、距離和拓撲關系。結合土地空間開發利用的現狀特性和科學規劃趨勢，三維宗地的空間關系主要包括鄰接（共點、共線、共面三種）和分離，還有少量包含情形。研究計算機管理三維地籍信息，需要基于上述三維宗地空間關系，解決三維宗地空間拓撲關系的分類、表達、存儲、查詢問題，三維宗地及其之間的位置關系和距離關系的表達、存儲、查詢問題，以及三維地籍信息的現勢性和連續性問題。

7 三維地籍的信息管理

7.1 三維地籍的數據內容

建設三維地籍信息數據庫，旨在為三維地籍管理工作提供平臺。因此，數據庫的核心基礎是三維地籍數據，具體分為圖形數據和屬性數據。需要設計圖形數據庫和地籍屬性數據庫分別存儲，圖形數據和屬性數據依靠特定和唯一的ID（編號）進行關聯。

圖形數據主要包括三個方面，一是基礎要素：遙感影像、高程圖、地表地籍圖、地上建筑物圖、地下建筑物圖等；二是三維模型：三維宗地模型、三維建筑物模型、三維地物模型等，其中三維地物模型主要指三維地籍模型要素之外的其他地物信息（如樁基、管線、隧道等）；三是界址面、界址線、界址點等。

屬性數據是指三維宗地的基本屬性信息，如宗地號、權屬性質、權利限制、權利人、土地利用狀況等地籍信息以及三維建筑物的基本信息：幢號、建筑物類型、建筑結構、樓層、建筑面積、占地面積、竣工日期等。

7.2 二維GIS與三維GIS集成管理三維地籍信息

基于三維GIS通過三維可視化方式模擬與表達城市土地空間地籍對象和地籍現象，將是一種對傳統的基于二維GIS的地籍信息表達的補充和擴展，便于地籍工作者或非專業人員分析土地空間對象的空間信息和空間展布規律，觀察地籍現象的現勢性。但是由于三維GIS相關技術總體上仍處于探索階段，深入應用仍存在諸多困難和不足。在實踐中，二維GIS所具有的強大數據處理、空間分析和數據表現能力仍是三維GIS所無法替代的。

另外，基于三維GIS通過三維可視化方式模擬與表達城市土地空間地籍對象的三維建模技術是我們所追求的系統實現目標，然而運行于廣域環境下的瀏覽器—服務器（Browser-Server）模式的系統體系架構風格（簡稱B/S架構）在實現地下空間三維建模技術上存在很大的困難。在三維地籍信息數據庫建設中，如何充分發揮二維、三維各自的優點，揚長避短，相互聯動，通過實現二維與三維GIS有效集成，進行三維地籍數據的分析、應用、表達是一個關鍵問題。

三維地籍信息數據庫可以采用三層架構：數據層、管理層和服務層。每一個層次在功能規劃上相對獨立，采用接口方式向上層提供服務。

（1）數據層提供對底層數據的管理，包括系統數據、元數據、圖形數據、地籍屬性數據和專業應用數據。數據層是數據庫的基礎，數據通過Oracle和ArcSDE向管理層發布。

（2）管理層提供一些GIS功能模塊，包括：瀏覽、查詢、分析、制圖等。同時，提供一些管理和配置工具，包括：元數據管理、數據字典管理、權限管理、配置管理等。管理層通過ArcGIS Server向數據層請求數據服務，通過規范的接口向服務層發布應用功能。

（3）服務層面向外部業務系統，通過各種定義規范的服務進行發布，包括：瀏覽服務、定位服務、查詢服務、分析服務、數據上傳服務等。

三維地籍信息系統建立目標是能夠在保證土地空間三維地籍信息管理工作高效、持久、和諧運轉的同時，為土地管理的立體化提供堅實的數據基礎和優質高效的技術保障，成為實現土地管理現代化的重要平臺和技術支撐。

8 三維地籍與地籍制度改革

社會經濟的發展決定了三維地籍的存在和需求，從而決定了城市地籍管理必須在現有基礎上進行發展，以反映三維地籍的存在和需求狀況。因此需要研究地籍管理制度改革的必要性和可行性，提出地籍管理制度改革的內容和程序。

9 結束語

三維地籍的建立不是一蹴而就的，需要從其涉及的法律框架、理論框架以及調查和管理等技術體系方面進行系統研究，考慮各部分的互相支撐和有機銜接。此外，還應考慮與目前傳統地籍管理模式的銜接問題，以充分實現現代多用途地籍的功能。

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Study on Construction of 3D Cadastres to Land Management in Urban Areas

ZHOU Yong-Tao
(Shanghai Institute of Geological Survey, Shanghai 200072, China)

To better conduct the registration and management of land rights, 3D cadastral management models should be used together with the laws and regulations applying to land. Research to improve the theory, methods, and applications of 3D cadastral systems should help solve cadastral management problems in land resources, by better enabling such systems to provide technical support for real estate registration. This paper examines the various characteristics of 3D cadastres, including their attributes, technical issues (e.g., in 3D cadastral data model construction), information management, and legal aspects. The paper seeks to promote the modern multipurpose functionality of 3D cadastral systems as well as the innovation and development of cadastral management.

cadastral management; 3D cadastral; use rights of construction land; parcel of land; data model; information management

P273

A

2095-1329(2013)02-0015-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2013.02.005

2013-06-06

2013-06-18

周甬濤(1974-),男,上海市地質調查研究院副院長.

電子郵箱：zhouyongtao@sigs.com.cn

聯系電話：021-56616646

上海市科委科研項目“地下空間權籍調查與管理關鍵技術研究和應用示范”(10231203400)