山地城市地下空間資源評價方法

張萬斌，謝運來，劉保林

1.中鐵二院重慶勘察設計研究院有限責任公司；2.中國鐵路成都局集團有限公司

一、引言

城市地下空間一經開發便很難逆轉，對城市地下空間進行開發利用，需要對其進行合理規劃。山地城市區域往往具有地形地貌起伏大、地層拓撲關系復雜、地下建構筑物密集等特點，開展城市地下空間資源三維評價可以明確城市各處地下空間開發的適宜程度，為此本文提出山地城市地下空間資源評價方法。

二、地下空間資源評價指標體系

山地城市地下空間的典型特征主要包括：（1）地形地貌復雜；（2）具有斷層、褶皺等復雜地質構造；（3）存在不良地質條件，如滑坡、泥石流或坍塌等。本文結合山地城市的上述特點，考慮了地質條件、建設現狀、區位價值和生態環境四方面因素，構建山地城市地下空間資源評價指標體系。

（一）地質條件

地形地貌表征了城市地表特點,指地表以上地質體高地起伏分布的自然形態。山地城市的地形地貌以山地、丘陵與河谷交錯的復雜態勢為主。在山谷和低洼地區，應考慮防洪和在建筑物入口處采取適當的防水措施。地表坡度對城市布局和道路設計有著重要影響，如工業用地地塊適宜建設坡度在0.2%-10%。在山地規劃建設中，無法和平原地區一樣追求場地規整和道路“直、寬、平”，避免出現“推山填谷、除徒平緩”的現象。在地形陡峭的地區建設需要采用工程措施降低坡度，土方需要內部平衡，這無疑增加了工程難度和投資建設成本。因此，地面高程和地表坡度是需要考慮的評價指標。

在城市地下空間開發工程中，首先應該注意的問題就是區域穩定的工程地質問題。工程地質條件是指工程活動的所處地質環境，主要考慮巖石強度、節理裂隙發育和場地穩定性。場地穩定性與地殼運動和環境地質條件有關，并通過場地穩定性指數判斷是否存在不利因素，如土壤工程性質較差、處于地震斷裂帶內等，從而避免坍塌、滑坡、大變形等嚴重事故的發生。在城市地下空間開發過程中，巖土的穩定性是工程施工中必須重點考慮的問題。不同地區的巖土質量不同，也會導致施工的方法和要求不同。各個城市之間存在著地質差異的，經過多年的建設和開發也有了一定的城市地質資料，這些資料是在進行與工程地質有關的建設施工中的重要材料，可以通過對這些材料的參考，來減少施工中勘測及控制方案制定的時間，做好這方面的控制工作也是進行城市地下空間開發建設的前提條件。

在地下施工工程中，通常都會遇到地下水滲流的問題。這也是城市地下空間開發中應該注意和控制的問題。地下水滲流不僅會影響地下空間的建設環境，也會造成地下空間應用的平安隱患問題，在施工過程中，應該做好這方面的控制問題。水文地質條件會限制地下空間資源的開發利用。靜水浮力嚴重影響地基的抗滑穩定，潛水水位的變化也可能引起地基沉降。此外，具有腐蝕性的地下水可能會侵蝕混凝土和鋼結構或設備。因此，評價過程中應考慮地下水水位、地下水腐蝕性。首先，應該進行地質勘查，對地下滲流的可能性做好評估；其次，對于有地下滲流可能的地質條件采取改進和控制的方法，如果現象嚴重，那么要考慮是否更換施工地質的問題。地下空間開發工程是為了給人們提供更多的活動空間，但是應當在不會給居民造成安全威脅的前提下進行。

（二）建設現狀

地下空間的開發會受到地面既有建筑物的限制，包括建筑物、道路、廣場、綠地、保護區等，需根據建筑物高度和其所處的地質條件確定影響范圍。對于地面建筑影響范圍內的地下空間，應在評價中根據具體情況降低其開發適宜性程度。除地表建筑物外，還需避免對既有地下建構筑物的擾動，如建筑基礎、地下管道、地下停車場和民防工程等，在開發過程中需要保證一定的安全距離。地下空間資源評價應當充分考慮地面和地下的建設現狀。在城市地下空間建設工程啟動前，施工單位必須詳細地摸排工程沿線建筑物的結構、服役狀態和建造年代等情況，定量評估工程對沿線建筑物造成的影響，計算沿線建筑物的既有變形以及極限變形承載力。例如，地鐵隧道在設計階段中會對各區段進行嚴密的論證，避免穿越高層建筑和既有地下建構筑物，必要時加強結構支護，保證正常施工情況下不會對地面建筑造成過大的不利影響，不會危及地面建筑的安全。

（三）區位價值

地下空間開發應當考慮區域的區位價值。地下空間區域價值是一個包括經濟和文化的綜合價值。經濟價值涵蓋了常見的土地資源、自然資源、人力資本、物質資本和知識，并由這些核心要素創造出客觀價值。文化價值是文化資本創造的客觀價值，包含地下空間所處區域的居民精神層面的活態生活方式。地下空間所處的地塊包含的建筑物具有人文、商業等價值，與周邊建筑形成具備集群優勢的建筑群，可以提升該區域的區位價值。地下空間的發展必須考慮規劃建設與區位價值關系，在規劃發展的過程中追求綜合價值的最優，使得發展的結果能最大限度滿足城市居民的需求，避免因短視而盲目發展，應實現物質、精神的平衡。

地下空間所處區位的交通是連接城市的重要紐帶，為城市發展運送人流、物流。交通對生產要素的流動、城市布局有著決定性的影響，是城市發展的主要動力。價值高的區域通常位于主要交通樞紐和主干線周圍，這代表了人力資源、物質資源的傳遞速度較高，使得建設成本降低，增加了城市居民的出行便捷度。

區域基準地價是指在城鎮規劃區范圍內，對現狀利用條件下不同級別或不同均質地域的土地，按照商業、居住、工業等用途分別評估法定最高年期的土地使用權價格，并由市、縣及以上人民政府公布國有土地使用權的平均價格，反映了該區域地下空間的潛在開發價值。

除了地下空間所處區域的交通情況和基準地價，土地利用分類也是重要的評價因子。它反映了土地的經濟特點,表現為具有不同特點的土地利用方式。土地利用類型的劃定不是單純為了認識利用現狀的地域差異，更主要的是為了評定土地的生產力。

（四）生態環境

生態環境是城市建設的基礎條件，為提高人類生活質量提供給了資源，約束和限制城市形態、空間結構和發展方向。人類開發利用自然資源以滿足物質文化需要，在此過程中不斷形成以自然為索取對象的經濟系統，人類在一系列經濟活動中不斷開發利用土地，造成人地關系緊張。因此，城市地下空間開發與生態環境的關系是規劃的核心問題，二者間的耦合協調發展對可持續發展具有重要意義。

山地城市地下空間是未來我國城市化進程和經濟發展最具潛力的核心地區，更是我國的生態安全屏障，如三峽庫區地質生態環境敏感和地下空間高強度開發區域。山地區域比平原具備更高的生態敏感性，具有豐富的自然資源，伴隨著的是平緩土地面積較少，切忌追求利益最大化，漠視生態環境的保護。在山地城市地下空間開發規劃、建設、運行管理的全過程中，都要堅持把保護生態環境放在全部工作的首位，堅決貫徹開發與環境保護相結合的方針，提高森林覆蓋率,防治水土流失。為尋找評價生態環境與地下空間開發的相關性，考慮科學性、數據可獲取性和可行性的基礎上，針對山地城市的特點，篩選城市地下空間開發生態環境方面的表征指標，支撐地下空間評價指標體系，形成了大氣環境水平、水生態水平、綠化生態水平和固體廢棄物處置水平等一級指標，以及地質穩定性分區、人均綠地面積、污水集中處理率等基礎指標。

三、地下空間資源評價流程

（一）評價區域劃分

在山地城市地下空間資源評價過程中，選擇合適的評價模式是評價過程中直接決定評價結果精度的一步。目前，在我國城市大規模開發地下空間的進程中，以北京、上海為代表城市的淺層地下空間日漸趨于飽和，內陸山地城市的地下空間的開發利用已成為未來城市建設的趨勢，高精度的地下空間資源三維精細化評價顯得越來越重要。隨著山地城市地下空間不斷的開發，城市功能布局已經不局限于土地平面上，而是產生了地下空間垂直方向上的功能規劃。在同一區域內，地上、地下空間均可實現住宅、商業、交通等多種功能，且各類功能元素在垂直方向呈現出不同性質并相互影響。因此，城市地下空間在豎向應按照合理的模式進行分層，使得城市地下空間的不同深度中各類功能設施是依照一定的原則進行發展，避免地下空間開發在空間占用上的矛盾，從而保證地下空間被合理、和諧地開發利用。然而，不同深度地下空間的利用體現的是多功能、多要素的空間聚集，強調的是多功能、多要素如何協同開發而發揮出最大的綜合效益，需要評價技術支撐描述功能及要素間的關系。為了打破傳統面對地下空間開發進行分層平面評價的評價模式，全面考慮地下不同空間、不同功能類型的立體化利用行為，需進行山地城市地下空間適宜性的立體評價。因此，將評估區域劃分為小尺寸的三維立體網格單元，網格精度主要由城市規劃需求和評價數據精度決定。對于城市規模下的地下空間評價，雖然地質條件的數據無法達到非常高的精度水平，但是建筑物基礎的深度和影響范圍等評價數據是米級的，因此需要達到米級的評價精度才能充分利用此類評價數據，從而實現評價區域的精細劃分。

（二）地上地下模型的一體化集成

城市地下空間資源評價是一個綜合性問題，涉及地形地貌、建設條件、經濟價值等多方面因素，需要通過收集資料、地質調查等手段獲取相應的評價數據。因此，評價數據來源廣泛、內容種類繁多。原始的多源評價數據主要是以二維平面圖和結構化數據表等格式存儲。首先對各類數據進行幾何校準，采用坐標變化方法實現多尺度地質信息的同一表示；其次采用三角網地層面模擬技術，實現復雜地質體的快速建模。最后，建立城市空間數據模型和屬性模型，設計拓展地表求交算法，實現地上地下模型的一體化集成。

從2D平面到3D立體可視化技術的發展，在一定程度上為城市地下空間適宜性評價提供了支持。但是，現有建模方法的適應能力有限，需要解決復雜區域性模型構建，如三維模型構建中考慮侵入體、斷層和地質發展趨勢。因此，三維城市地下空間模型的空間數據模型必須包含地質概念模型、幾何模型和拓撲模型。

（三）精準分析方法

根據評價指標對地下空間開發的制約程度，將評價指標分為敏感指標和非敏感指標。敏感指標是指對評價結果有著強制約作用，該指標的優劣會直接影響評價結果。敏感指標的選取和評價依據采用專家調查法予以確定。非敏感指標是按照權重大小影響評價結果，利用層次分析法確定評價依據和初始權重。在傳統評價模型的基礎上，融合傳統模糊集理論、概率論等數學理論，引入有限區間云模型、模糊集等能同時考慮一定區間內信息的模糊性和隨機性的評價模型，并結合深度學習等人工智能技術，使得評價方法從定性分析向半定量、定量分析方向發展。最終，評價單元的綜合得分是由敏感指標得分和非敏感指標加權得到，最后根據評價單元綜合得分的高低評價其開發適宜程度。

（四）地下空間資源三維評價系統

山地城市地下空間三維集成建模與動態可視化，以及評估過程與結果的透明表達，是山地城市地上地下整體規劃、地下空間設計建造的重要手段。現階段的城市地下空間資源評價系統研究較少，可用的商業軟件不夠成熟，評價結果不具備可共享性。因此，需要考慮從底層開發山地城市資源評價系統，并植入有限元法等數值分析功能模塊，將各類評價數據融合并置于云端進行操作。運用分割技術、重構技術、網格自動生成技術等實現模型的一體化，避免豎向分層評價的局限性，結合有限元數值分析功能，在云端實現城市地下空間資源的云評價模式，實現用戶共享，最終實現城市地下空間資源評估全流程、全過程的3D可視化。城市地下空間資源三維評價系統包括數據管理模塊和評價分析模塊。數據管理模塊主要包括評價基礎資料、評價模型和評價成果的管理，評價分析模塊主要包括評價區域資源精細化評價分析。評價基礎資料主要包括評價指標圖層和結構化數據表，記錄了空間位置和屬性。評價系統是從評價基礎資料中提取信息，并加載評價模型，得到評價單元的開發適宜性。評價成果是通過圖例、符號、地圖配色等對系統分析得到的評價結果進行后處理，繪制評價區域整體資源質量立體分區圖，精細化標注開發風險點，并展示典型風險點所在剖面。系統實現自動化成圖以及適宜性分區，實現城市地下空間開發適宜性的云評價模式，方便規劃部門進行信息共享。

五、結束語

本文針對山地城市特點提出了地下空間資源評價方法。首先建立了地下空間資源評價指標體系，然后給出了地下空間資源評價整體流程。希望本文有助于我國城市地下空間資源評價工作，為未來城市的地下空間開發與利用提供指導。