基于三維地質模型的地下空間開發適宜性評價
——以嘉興城市地質調查工作為例

方寅琛，龔日祥，李三鳳，潘聲勇，顧明光，黃衛平

(1. 武漢中地數碼科技有限公司，湖北·武漢 430073；2. 浙江省地質調查院，浙江·杭州 311203)

基于三維地質模型的地下空間開發適宜性評價
——以嘉興城市地質調查工作為例

方寅琛1，龔日祥2，李三鳳1，潘聲勇1，顧明光2，黃衛平2

(1. 武漢中地數碼科技有限公司，湖北·武漢 430073；2. 浙江省地質調查院，浙江·杭州 311203)

系統介紹了嘉興城市地質調查工作中地下空間開發適宜性評價新思路，重點對評價流程的實現及在政府規劃管理中的應用進行闡述，特別是對如何利用三維地質模型進行評價做了比較深入的探討。

地下空間開發；適宜性評價；城市地質；三維地質模型；政府規劃

地下空間資源是人類寶貴的資源，是城市空間資源的重要組成部分，它是城市集約化發展、實施城市立體化開發的重要保障。嘉興城市地質調查作為浙江省第一個在地級市開展的省部級合作的城市調查項目，地下空間利用適宜性評價作為其中的一個重要子專題，充分利用地質調查成果服務于城市發展。地質條件作為影響地下空間開發利用的重要因素，如何有效的將所涉及的工程地質、水文地質等眾多專題地質信息綜合應用于地下空間開發利用是地質信息化為城市發展提供服務的新方向。國內外關于地下空間開發利用研究存在的共同問題是：以地面為參照進行2D評估單元劃分，沒有在3D空間框架下定義城市地下空間資源質量評估，評估結果不能準確、細致地表征城市地下空間資源質量在3D空間上的客觀分異特征，亦無法確切地引導城市地下空間的開發利用及城市地面的規劃和開發建設[1]。

在嘉興城市地質調查工作中提出的基于三維地質模型的地下空間開發適宜性評價首次將工程地質結構三維模型作為要素參與評價，并將評價結果進行三維可視化表達，可定性、定量的為地下空間開發利用提供前期的輔助決策，為地質信息服務于城市建設發展提供了新的思路。

1 地下空間開發適宜性評價

采用二三維數據耦合的評價模式進行地下空間開發適宜性評價，根據鉆孔數據所建立的工程地質三維模型，為地下空間評價提供土體條件因素，區域內的工程地質條件通過地下所遇到的地層進行定量或定性提取，使得土體條件實際上是從整個三維空間中進行獲取，同時融合其他自然條件因素、社會經濟因素進行地下空間適宜性評價，最終生成地下空間開發適宜性評價模型。

1.1 評價流程

主要采用AHP法和專家調查法相結合的方法確定各評價指標和相關權重總序[2]，評價體系指標如圖1所示：

圖1 地下空間評價指標體系Fig.1 Evaluation index system of underground space

從評價因子的數據類型來看，分為二維數據和三維數據（表1）；從評價因子的屬性信息特征的維度，分為定性和定量[3]。

表1 評價因子數據類型及屬性信息特征Table 1 Evaluation factors, data types and attribute information features

整個評價流程主要包含以下5個步驟：三維模型的構建；劃分評價單元；屬性信息提取；信息耦合分析；按照準則進行自動出圖及三維可視化（圖2）。

1.2 三維地質結構模型的構建

三維地質結構模型建立的精確性，直接反應本區域地下空間開發適宜性評價的可靠性，地質的不確定性導致三維評價信息的不準確性。本項目研究區域處于平原地區，地質結構相對簡單，采取的三維建模方法為利用鉆孔數據的自動建模，在此特定條件下，隨著鉆孔數據的不斷豐富地質模型的精度也會不斷提高，評價的精度也會隨之提高。

圖2 地下空間評價流程Fig.2 Evaluation process of underground space

三維地質結構模型的構建是對地下地層分布的三維可視化展現，一方面是通過空間幾何的概念體現各地層的位置關系；從另一個維度是對地質屬性三維空間可視化，主要指各地層所包含的巖土體性質等，這些都是地下空間評價的必要因素[4]。

1.3 評價因子屬性信息的提取

屬性信息的提取首先需要確定按照什么規則進行提取，為了嚴格尊重諸如利用現狀、用地性質等現實條件，本次采取的策略是利用二維數據進行疊加劃分最小評價單元。

二維數據包括社會經濟指標、地下空間現狀指標及部分自然條件評價指標，對于屬性信息的提取主要針對定性條件提取。

三維地質信息包括各層的力學性質參數及根據空間分布在縱向上下層土體對上層建設影響等，對于屬性信息的提取主要是對定量條件的提取[5]。地質條件因素的提取從三維空間中進行，意味著不再像以往的地下空間評價，按照既定諸如0～10m，10～30m，30～50m固定區間進行評價，可按照任意深度進行信息提取，如以2m間隔在縱向上對0～50m空間劃分為25個單元，通過控制評價間隔區間來提高評價的精度。

1.4 二三維數據耦合分析

二三維數據的耦合，實際上是從三維空間把地質信息按照最小劃分單元進行正射投影，賦予最小單元地質條件要素條件并再次與二維數據耦合進行疊加分析。

1.5 問題因素體現

地下空間開發適宜性的評價結果是從宏觀上去體現某一特定區域適不適合進行開發利用，若不適合進行地下空間開發，究竟是受什么因素的影響，也是評價結果中需要體現的重要方面。在整個評價過程中，對于評價為嚴格限制及適宜性差的區域進行影響因子反寫，進一步通過影響因子可能引起哪些工程問題反饋出需要采取的應對措施，形成問題追溯機制（圖3），更加明確的指導工程建設。

圖3 影響因素追溯Fig.3 Influencing factors tracing

2 在政府規劃管理中的應用

地下空間的利用要在保護與合理利用資源的前提下，重視綜合開發、分層開發以及地下環境條件的改善等，以往的規劃在地質方面因素考慮的較少。本項目中的系統建設將地下空間適宜性評價結果進行三維可視化表達，并在開發利用輔助分析方面做了大膽的嘗試和應用，主要有以下幾點方面的應用。

2.1 地下空間開發適宜性動態評價

改變以往常規的地下空間評價模式，可對任意深度或深度范圍內的地下空間開發適宜性進行評價（圖4），充分結合地質條件、自然條件、經濟條件等各方面因素，為深層次的應用提供了可能。

圖4 地下空間開發適宜性評價三維模型Fig.4 3D model of suitability evaluation of underground space development

2.2 資源量評估

通過地下空間評價結果的三維可視化表達，將地下空間的適宜性分布以三維實際體進行表現，并根據不同的適宜性對體積進行相關的計算統計（圖5），方便政府部門對地下空間可開發利用的資源量進行宏觀把控[6]。

圖5 資源量評估Fig.5 Resource assessment

2.3 優化布局比選

政府部門在進行重點工程規劃時，通過總體規劃再結合相關的地質條件進行區域確定，主要的考量因素為經濟，地質方面考慮相對較少，也往往缺乏可利用的工具和考量的標準。初步提供的相關輔助選址功能，主要通過建立的地下空間適宜性評價三維模型，對不同區域的地下空間適宜性分布情況和結果進行統計，通過圖表的方式直接進行對比（圖6），以直觀的角度對不同區域的可建設性提供決策分析。

圖6 優化布局比選Fig.6 Optimum layout comparison

3 結語

隨著地質信息化及三維可視化技術的快速發展，以GIS為基礎的綜合分析平臺將成為大數據應用主要載體[7]。以往地質信息類系統單純從地質角度去提供應用服務，往往需要專業人員進一步解譯，才能轉化為可直接利用的成果提供政府部門進行使用。將地質因素直接融入到地下空間評價體系中，并融入城市規劃、道路規劃等綜合因素，轉化為定性、定量的評價成果，可直接提供政府部門進行使用。以地質數據為基礎的大數據應用將在城市規劃建設中承擔著越來越重要的角色。

（References）

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[6] 田毅,史蕊. 基于3D-GIS城市地下空間資源定量評價研究//數字測繪與數字城市建設技術研討會[C]. 2011. Tian Y, Shi R. Quantitative evaluation of urban underground space resources based on 3D-GIS // Digital mapping and digital city construction technology seminar[C]. 2011.

[7] 叢威青,潘懋,莊莉莉. 3D GIS在城市地下空間規劃中的應用[J].巖土工程學報,2009,31(5):789-792. Cong W Q, Pang M, Zhuang L L. Application of 3D and GIS in planning of urban underground space[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 2009,31(5):789-792.

Suitability evaluation of underground space development based on a three-dimensional geological model, using the Jiaxing urban geological survey as an example

FANG Yin-Chen1, GONG Ri-Xiang2, LI San-Feng1, PAN Sheng-Yong1, GU Ming-Guang2, HUANG Wei-Ping2
(1. Wuhan Zondy Cyber-Tech Co., Ltd., Hubei Wuhan 430074, China; 2. Geological Survey of Zhejiang Province, Zhejiang Hangzhou 311203, China)

This paper introduces new ideas for the evaluation of the suitability of underground space development in Jiaxing through the results of an urban geological survey, focusing on the realization of the evaluation process and its application in the management of government planning, particularly the evaluation of how to use the three-dimensional geological model to explore

underground space development; suitability evaluation; urban geology; 3D geological model; government planning

P642.4

：A

：2095-1329(2017)02-0043-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.011

2017-03-27

修回日期: 2017-05-01

方寅琛(1990-),學士,工程師,主要從事基于GIS的城市地下空間信息化研究.

電子郵箱: fangyinchen321@126.com

聯系電話: 18672304011

中國地質調查局地質調查項目