中國城市地下空間研究發展分析

黃 莉，王直民

（浙江財經大學公共管理學院，浙江·杭州 310018）

21世紀是人類開發利用地下空間的世紀。開發利用城市地下空間（以下簡稱地下空間）是提高土地利用效率、擴大空間容量、優化空間結構、增強城市綜合承載能力、促進城市可持續發展的重要途徑[1]。當前，開發利用地下空間已成為我國城市建設和城市更新的重要組成部分，并呈現出大規模、高速度、多層次和多類別的發展趨勢。大規模的地下空間開發利用實踐需要相關學科理論予以指導。地下空間開發利用涉及多個學科，學者們從土木工程、規劃學、法學、經濟學、管理學等不同學科視角對地下空間開發利用問題進行研究并積累了一定的研究成果。但是，現有研究大多是從地下空間開發利用中某一局部問題展開，研究成果相對獨立且碎化片[2]，無法回應大規模地下空間開發利用實踐的現實需求。為此，有必要梳理城市地下空間研究的演化以及發展脈絡，從科學學視角審視城市地下空間研究的現狀及探討未來研究的發展方向。

本文以中國學術期刊網絡出版總庫（CNKI）收錄的地下空間相關期刊論文為研究對象，采用科學計量軟件CiteSpace統計分析期刊論文信息，形成地下空間研究的知識圖譜，并結合地下空間開發利用實踐發展歷程，梳理中國地下空間研究的發展、審視研究現狀以及探究發展趨勢，旨為地下空間研究和開發利用實踐提供學術參考。

1 數據與方法

1.1 數據來源

地下空間開發利用涉及多個學科，為全面獲取相關領域的研究文章，在CNKI中以“地下空間”為主題詞檢索期刊文獻，檢索時間為2018年11月20日。首先，設定文獻來源為“核心期刊”，時間段為1992-2018，檢索顯示1992-2018年期間的核心期刊文章。去除書評、聲明、譯文、通訊報道等非學術性文章，以及缺乏關鍵詞、摘要等數據信息的研究論文，共獲得期刊文章1086篇。由于中國1992年才推出《中文核心期刊目錄總覽》，因此，仍以“地下空間”為主題詞，不設文獻來源檢索1992年之前的期刊文章，同樣去除非學術文章和缺乏關鍵詞等數據信息文章后，獲得1981-1991年時間段內期刊文章42篇。最終，共獲得1128篇論文作為本次科學計量分析的研究對象，時間年限為1981-2018年。

1.2 方法與工具

科學計量學是運用統計數學方法分析科學活動投入產出，探討科學內在演進機制，刻畫科學發展特征，揭示社會大背景下科學活動定量規律性的一門科學分支學科[3]?？茖W計量學用定量方法處理科學信息的產生、流行、傳播和利用，研究結論較為客觀，更有助于加深對科學發展內在規律的認識。因而，近年來科學計量學被廣泛應用于研究發展分析。

本文采用適用于文獻數據信息計量分析的CiteSpace軟件進行地下空間領域研究的分析。其是基于共引分析理論和尋徑網絡算法等的信息可視化軟件，對特定領域文獻進行計量，以探尋出學科領域演化的關鍵路徑及知識轉折點，并通過一系列可視化圖譜的繪制來形成對學科演化潛在動力機制的分析和學科發展前沿的探索[4]。采用CiteSpace計量分析和可視化的知識圖譜展示，有助于更好地理解城市地下空間研究，尋找研究主流主題、演變趨勢以及各研究領域間的關聯。

2 城市地下空間研究的知識圖譜

關鍵詞能夠反映研究領域和論文內容的精髓，高頻關鍵詞則反映出該領域的研究熱點和核心。因此，本文通過分析數據信息的關鍵詞來了解城市地下空間領域的研究發展動向。

2.1 研究熱點演變趨勢

首先對獲取的期刊論文數據信息進行規范化預處理，包括合并同義關鍵詞、去掉泛義關鍵詞等。鑒于CiteSpace軟件計算原理，關鍵詞中的“地下空間”、“城市地下空間”和“地下工程”不計入統計分析。再將處理好的數據信息導入CiteSpace 5.1進行關鍵詞提取和分析。設置時間閾值為1981-2018，時間分片為1年，節點閾值為每時間分片中出現前30%的關鍵詞。經運算，共提取出關鍵詞節點125個，其中具有中介中心性的關鍵詞36個（表1），突現詞4個（表2）。CiteSpace中具有中介中心性的節點表示連接不同聚類（研究主題或領域）的節點，可能是某個研究熱點轉向另一研究熱點的重要拐點 ；突現詞是指特定年代（突變時間）有突發驟然增多的關鍵詞，其代表該時間段內的研究熱點。

表1 地下空間研究熱點關鍵詞Table 1 The hotspot keywords of research in urban underground space

關鍵詞時區圖能清楚地展示研究熱點的變化趨勢（圖1）。由于關鍵詞數量較多圖中僅顯示出具有中介中心性的部分關鍵詞名稱。關鍵詞所在時點為關鍵詞提取的初現時間，兩節點間連線表示兩關鍵詞存在共現關系，兩時區間連線越多則表明兩時區間的傳承關系越緊密。從圖1中可以看出，2005年以后關鍵詞數量開始迅速增多、關鍵詞內容也不斷豐富，表明研究主題、研究對象和研究內容在不斷拓展。

表2 地下空間研究突現詞Table 2 The burst keyword of research in urban underground space

圖1 關鍵詞時區圖Fig.1 The timezone drawing of keyword

通過對關鍵詞詞義、出現頻次以及突現詞的分析發現：

（1）地下工程領域是地下空間研究最早開展的內容也是最重要組成部分。提取的125個中地下空間工程領域相關關鍵詞27個，約占全部關鍵詞的22%；具有中介中心性的熱點關鍵詞36個中，除去名詞性關鍵詞外，與地下工程領域相關的關鍵詞11個，約占全部熱點關鍵詞的31%；地下工程領域關鍵詞中的40%為熱點關鍵詞。

（2）地下空間資源受關注的時間較早但研究發展較慢。地下空間資源出現頻次19，其突現時間為1994-2010年，但其中介中心性僅0.01，表明地下空間資源相關研究開展較早但相較于其它領域或主題其研究展開不多。

（3）地下空間規劃和地下空間權受關注的時間較晚且研究展開不多。地下空間規劃和地下空間權受關注或研究熱潮時段分別為2008-2010和2010-2011年，而兩者的中介中心性值較小，分別為0.06和0.04，表明兩者相關研究展開不多。

（4）“可持續發展”成為城市地下空間開發方向，相關研究也逐漸展開?？沙掷m發展作為關鍵詞在時區圖中出現于2004年，而其突現時間為2013-2015年，表明近年來城市地下空間可持續發展研究成是關注熱點。

2.2 研究內容聚類分析

CiteSpace采用聚類來分析研究主題的演變，聚類圖能體現研究主題間的結構特征，突出關鍵節點及重要連接。地下空間研究關鍵詞的聚類分析結果如圖2所示。節點和字體大小表示關鍵詞出現頻次，節點采用年輪樣式（年輪節點能展現關鍵詞出現的歷史，顏色表示出現年份，厚度則與該年出現次數成正比），節點間連線表示關鍵詞間共現關系，連線粗線則表示節點間連接強度。明顯可以看出，“地下空間開發利用”和“地下軌道交通”是關鍵節點，“隧道”、“數值模擬”“地下空間資源”、“基坑”和“地下綜合管廊”等是重要連接節點。

圖2 關鍵詞聚類圖譜Fig.2 The cluster atlas of keywords

根據地下空間研究的知識圖譜分析結果，發現：

（1）“地下空間開發利用”出現頻次最高、中介中心性最大且為核心連接節點，這表明地下空間研究圍繞著“地下空間開發利用”展開，因此保證、促進和指導地下空間開發利用是地下空間研究的根本目的和最終目標。

（2）從研究內容和對象上，地下空間熱點研究領域有5個，分別為“地下空間工程”、“地下空間資源”、“地下空間權”、“地下空間規劃”和“地下空間管理”。其中，“地下空間管理”研究通常與其它領域相結合，涉及內容較多、研究成果較分散，因此其不具有明確的中介中心性。

最終，根據知識圖譜分析結果以及文獻研究成果，梳理出地下空間熱點研究領域及各領域的研究對象和研究主題，詳見表3。

表3 地下空間的研究領域和主題Table 3 The fi elds and topics of research in urban underground space

2 基于實踐的地下空間研究發展脈絡

2.1 地下空間開發實踐歷程

地下空間研究與開發利用實踐密切相關，厘清地下空間開發利用實踐歷程以及開發戰略變化有助于梳理地下空間研究發展脈絡。

我國地下空間開發利用始于20世紀60年代中后期的人防工程建設。是在“深挖洞，廣積糧”號召下，為防備戰爭和保護戰爭潛力所開展的群眾性地道建設活動。1978年，第三次全國人民防空會議確立了“平戰結合”的人防建設方針。此后，城市建設開始結合民用建筑修建防空地下室（結建人防工程），以及地下街、地下商城等商業用途的地下工程，北京、上海等核心城市開始探索地下軌道交通建設。21世紀，地下空間開發的戰略由“平戰結合”轉變為“與城市發展緊密結合”，提出多元化、綜合化、集約化的開發利用地下空間，以提高土地利用效率、緩解交通擁堵等“城市病”、增強城市綜合承載能力，實現城市可持續和集約化發展。地下空間開發類型拓展為地下軌道交通、地下停車場、地下快速路、地下過街隧道、地下交通樞紐等交通設施以及地下倉庫、地下綜合體等商業設施。截至目前，開發利用地下空間是我國城市建設和城市更新的重要組成部分，地下空間開發總量位居全球前列。

2.2 地下空間研究發展脈絡

2.2.1 研究文獻分析

年際文獻數量分布能展現地下空間研究隨時間的整體狀態。本文所針對的1128篇研究文獻的年際數量分布如圖3所示。論文數量整體呈現年際指數增長的趨勢，局部上2000年之前論文數量較少且呈現波動狀態，2000-2005年論文數量平衡，2005年之后論文數量迅速增加，這與前述時區圖（圖1）中2005年之后關鍵詞數量迅速增長相對應。

事實上，由于冶金采礦、水利工程等需要，巖石力學、開挖技術、洞體穩定、工程防水等屬于地下空間開發的地下工程領域研究在上世紀60年代已經開展。由于這些研究針對的山區采礦、水壩建設等地下空間開挖，而非開發利用地下空間開展城市建設，因此本文不予考慮。但是，這些研究為開發利用地下空間建設城市提供了相關力學理論基礎和開挖技術。1980年，“地下空間開發與利用”被列為國家“建筑科學技術發展規劃綱要”的方向預測性研究課題之一[5]，標志著城市地下空間開發利用研究工作正式啟動。

圖3 1981-2017年際論文數量Fig.3 The annual number of research paper in 1981-2017

2.2.2 研究發展脈絡

根據我國城市地下空間開發利用方針變化、實踐發展歷程、研究熱點演變及研究內容演進，從研究圍繞的核心問題和目標可將城市地下空間研究劃分為兩大階段：

（1）1980-1999年：以解決地下空間開發技術問題為目標的研究

20世紀80年代初，受美日等國地下空間綜合利用案例影響，以及我國城市建設面臨的用地不足、交通組織困難、房屋過分擁擠等現實問題，利用地下空間開展地上與地下相結合的城市建設模式被提出[6]。利用地下空間開展城市建設的技術經濟可行性[5]，以及如何結合城市建設開發利用地下空間[7]，成為城市地下空間開發利用最早的研究內容。由于地下空間開發實踐的現實需要，解決地下空間開發工程技術問題、指導和促進地下工程建設的地下工程技術原理、結構設計、施工技術、施工工藝及建筑材料等地下工程領域研究成為關注重點并迅速發展[8-12]。整體而言，這一時期的地下空間開發利用主要類型為建筑物基礎、地下管線等建筑附屬物，研究關注重點和主要內容為土木工程學科體系下解決技術問題的地下工程領域，地下空間研究范式屬于建筑附屬物范式[2]。

（2）2000年至今：以促進地下空間資源利用為目標的研究

新世紀，地下空間開發利用對城市建設的重要性越來越明顯，地下空間研究內容也進一步拓展：保證高層（超高層）建筑基礎、隧道、基坑等大型地下工程的承載力、穩定性及安全性的設計原理、施工技術、項目管理、環境影響、施工安全等方面研究[13-16]；解決地下空間使用過程中暴露的矛盾和問題以及保證地下空間的安全使用的地下空間行政管理、安全管理、防災減災、應急管理、運營管理等研究[17-24]；提高地下空間資源利用效率和促進可持續開發的地下空間權屬[25-28]、地下空間資源的特征分析[29]、資源評價與評估[30-31]、地下空間規劃[32-34]、地下空間投融資[35]、地下空間開發利用法制[36]與監管[37]等研究相繼展開。這一時期，隨著地下工程領域研究進一步拓展和深化并在技術水平上達到國際領先水平，地下空間開發實踐面臨的主要矛盾轉變為城市建設對空間的高需求與地下空間資源利用低效率之間的矛盾。因此，研究開始轉向以實現土地的立體化開發以及地下空間資源利用為目標的相關領域，研究范式也從土木工程學科體系下、以工程技術為核心的建筑附屬物范式逐漸轉移到土地科學學科和資源學學科體系下、以地下空間資源利用為核心的資源利用范式[2]。實踐表明，城市地下空間開發利用涉及眾多學科，需要建立“地下空間學”促進地下空間開發利用[38]。

2.3 地下空間研究發展特征

為更加清楚地展現地下空間研究發展脈絡與內容演進，以及總結研究發展特點和探討研究未來發展方向，歸納提煉出各階段地下空間開發利用實踐與研究的主要內容和特征，如表4所示。地下空間研究及其發展具有如下特點：

（1）形成了以開發利用地下空間促進城市建設為目標的研究框架。經過幾十年的發展，地下空間研究由最初的土木工程學科拓展到資源學、法學、規劃學、管理學等多個學科領域，各學科從各自的視角對工程技術、空間資源、空間權屬、空間規劃、使用管理等方面展開了研究與探討。

（2）研究內容的演進過程與開發利用實踐發展歷程相契合。開發實踐由群眾活動到“平戰結合”指導下結合民用建筑開發利用空間再到“多元化、集約化利用空間資源”的大規模開發利用地下空間，研究則經歷了解決開發實踐需求與工程技術之間矛盾的初始期和城市建設發展對空間的高需求與空間資源利用低效率之間矛盾的發展期，兩者相呼應且都與社會背景相對應。

（3）研究屬于“問題導向型”和“實踐推動型”發展模式。大規模開發利用實踐暴露出越來越多的矛盾和問題，為解決這些問題與矛盾研究領域和內容不斷拓展，的重點在于解決開發實踐中暴露出的問題和矛盾，研究滯后于開發利用實踐，而實踐則推動研究內容和方向的演變，屬于研究發展模式。

（4）研究重點開始轉向地下空間資源可持續利用。隨著地下工程技術水平的不斷提高，工程技術不再是地下空間研究關注重點。而地下空間資源對于城市建設和可持續發展的重要性越加越突顯，如何提高地下空間資源利用效率和實現資源的可持續利用是開發利用實踐的最終目標也是研究的最后目標。

表4 地下空間開發實踐與研究發展歷程Table 4 The development history of practice and research of urban underground space

3 結論與展望

3.1 研究結論

（1）地下空間研究發展態勢穩健。新世紀以來地下空間研究論文數量增長態勢良好，研究領域、主題和內容不斷拓展，形成了以開發利用地下空間促進城市建設為目標的研究框架以及該研究框架下的多學科研究體系。

（2）理論研究仍落后于開發實踐。地下空間研究與實踐的發展歷程相契合，研究重在解決開發實踐中暴露出的問題和矛盾，實踐則推動研究領域、方向和內容演進，屬于“問題導向型”和“實踐推動型”研究發展模式。

3.2 研究展望

經過幾十年的發展，地下空間研究取得了一定的研究成果，但仍存在理論落后于實踐、各學科研究視角單一、研究成果分散等不足之處，為促進地下空間資源的可持續利用與開發，提出以下研究建議：

（1）構建地下空間時空發展研究范式。資源的可持續利用需要從時空角度來審視，地下空間開發與研究也需要放置于時間系統之下，構建一個以系統發展觀、動態發展觀、可持續發展觀、人本發展觀為基礎，以時空分析、行為分析等方法為手段，以地下空間資源的可持續利用為目標的研究范式才能實現可持續利用。

（2）開展多學科交叉研究。系統總結和整合集成地下空間各相關學科的研究成果，圍繞地下空間資源的可持續開發，開展多學科協作與協同創新，突破單一學科研究的局限，形成一個完善的地下空間理論框架，不斷深入、廣泛地探索地下空間開發利用的內在規律性以及科學合理的方法和技術，提高研究成果的理論指導意義和實際應用價值。