基于決策樹的城市早期地下工程更新改造模式規劃評價方法

欒勇鵬, 陸春方, 喬永康, 3, *, 彭芳樂, 3

(1. 青島市人防建筑設計研究院有限公司, 山東 青島 266071; 2. 同濟大學地下建筑與工程系, 上海 200092; 3. 同濟大學地下空間研究中心, 上海 200092)

0 引言

在社會經濟高質量發展目標下,城市更新已上升為我國新型城鎮化建設的重點內容,更加強調國土資源集約配置的效率和價值,旨在嚴控增量、盤活存量的前提下實現高質量發展。城市地下空間是國土空間資源的重要組成部分,是城市更新中實現可持續發展的基礎資源保障,可以有效提升城市發展空間承載力,推進立體城市[1-2]、韌性城市、宜居城市和低碳城市建設。其中,老舊地下工程作為我國城市地下空間的重要組成部分,尤其對于大中城市的存量更新地區,地上、地下空間的可開發資源極為緊缺,此類已建成卻未被充分利用的空間資源具備成為新的城市發展空間增長點的潛力,其改造再利用將成為盤活土地資源、實現集約化發展的必由之路[3]。我國大范圍的地下工程建設可追溯至20世紀七八十年代,當時各地為防備大規模戰略空襲,修建了大量地下防空、掩蔽、貯藏工程。據統計,上海市中心城區現存的老舊防空洞總面積達70萬m2[4]。這些地下工程由于缺乏合理規劃,工程質量參差不齊、規模不一、分布零散[5],如今大部分已難以發揮先前的防空防災職能,造成城市建成資產的閑置浪費。以重慶市為例,未被開發利用的防空洞比例高達70%[6]。同時,地下空間開發的不可逆性帶來的地下老舊資源閑置問題,在一定程度上會影響城市風貌和周邊地質環境安全[7-8]。在此背景下,城市發展應當賦能早期地下工程,挖掘早期地下工程價值,探尋符合新時代社會、經濟、戰備發展要求的老舊工程更新改造方式。

在城市用地資源緊缺的背景下,早期地下工程作為時代變遷下的閑置資源,越來越受到學者們的重視。相關研究表明,早期地下工程的更新改造模式范圍廣泛,涉及交通、市政、文娛等多個方面[9]。目前早期地下工程的更新改造已在國內外諸多城市付諸實踐,被廣泛應用于倉儲(如美國堪薩斯的SubTropolis項目、濟南千佛山酒窖)、觀光游覽(如英國紐卡斯爾的Victoria Tunnel、重慶建川博物館群)、公寓酒店(如美國阿肯色州貝克漢姆溪洞穴旅館、上海深坑酒店)、餐飲娛樂(如俄羅斯莫斯科套娃餐廳、重慶洞庭火鍋)、夏季納涼(如青島、濟南、重慶等城市的納涼點)、圖書館(如英國雷丁大學圖書館、南京先鋒書店)、社區共享空間(如英國倫敦Vans之家、北京地瓜社區)、停車庫(如青島龍山停車場)、綜合管廊(如上海市肇嘉浜路地下綜合管廊)等城市基礎設施,并取得了良好的效果[5]。但這些實踐案例多為小范圍區域的探索性、分散性嘗試,并無相對完整的方法體系,難以有效指導不同條件下早期地下工程更新改造的規劃和決策。

基于上述背景,本文將重點研究如何通過系列影響因素明確城市早期地下工程更新改造的適宜模式。地下工程的規劃決策方法中對早期地下工程更新改造有較大借鑒價值的是基于機器學習的分類決策方法,主要包括人工神經網絡、樸素貝葉斯、決策樹、隨機森林、支持向量機等[10],目前主要應用于地下工程風險評估、圍巖分類、地下工程聚類(如軌道交通)等方面[11-14],并且預測或分類結果具有一定可靠性。但從可操作性來看,早期地下工程相關數據的獲取不可能做到詳盡精確,基于數據統計的方法不能準確地描述實際情況;另外,在相同的內在、外在條件下,地下工程同樣可能改造為多種模式,通過隸屬函數確定適合更新改造的模式具有一定困難且存在片面的問題。而以決策樹為代表的分類方法雖然從結果上同樣表現出唯一指向性的特點,但是通過合適的算法仍能基于樣本了解各更新改造模式的概率或隸屬程度,對地下工程更新改造模式的決策有重要參考意義。同時,每個早期地下工程小類模式影響因素具有多個屬性,決策規則必然十分復雜,而決策樹方法可以通過增加樹的深度提高模型的精準度。因此,本文依托決策樹的分類特性和優點建立早期地下工程更新改造模式的決策方法。

綜上,為順應新時代地下工程利用趨勢,滿足美麗城市建設需要,本文聚焦于城市早期地下工程的更新改造模式,旨在提供一種行之有效、詳備清晰的早期地下工程分類方法,建立早期地下工程的更新改造模式的規劃評價和決策路徑,為城市更新背景下早期地下工程的高效利用和改造優化提供行之有效的策略。

1 城市早期地下工程更新改造模式及其影響因素分析

1.1 城市早期地下工程更新改造模式分類

不同城市的早期地下工程的人文歷史、建設政策及背景、地域特色、工程條件等因素不盡相同,更新改造方式也存在差別。從更新改造類別來看,早期地下工程可改造范圍廣泛,模式類別多。從規劃編制的角度出發,城市早期地下工程更新改造模式可分為大類模式和小類模式:大類模式反映城市早期地下工程所在區域發展的整體需求,劃分目的是立足城市地下空間特性和分類,明確早期地下工程改造功能的所屬范疇,例如地下交通、地下市政、地下公共服務設施等;小類模式不僅要充分考慮早期地下工程所在片區的特定需求,還需要結合具體的工程結構特性,明確早期地下工程改造的具體功能,如地下公共服務設施大類下的地下商業、地下文娛、地下社區服務等小類功能模式。城市早期地下工程更新改造模式分類如表1所示。

表1 城市早期地下工程更新改造模式分類

1.2 城市早期地下工程更新改造模式的影響因素

面向城市功能開發建設的大類模式是由早期地下工程所在區域的整體需求決定的,可以通過分析所在區域分類設施的需求和供給來明確。每大類包含多個小類更新改造模式,嚴格意義上來說,每個小類模式都是1個單獨的研究方向。本文中小類模式共21種,整合各類模式的影響因素工作量龐大,且決策要素繁雜,有效信息少。因此,本文綜合考慮影響因素的普適性、用于模式決策的可行性、早期工程更新改造的針對性,選取如下影響因素。

1)地面建設用地類型。城市發展過程中,地下空間的開發建設需要充分考慮地上用地規劃。地面建設用地功能定位很大程度上反映了當地的人流規模、對象人群、產業布局、業態分布等,早期地下工程不可能獨立于所在地區的用地規劃進行更新改造,不同城市建設用地類型會影響不同小類更新改造模式的決策。

2)空間結構形態。城市早期地下工程空間結構形態包括內部結構凈空條件和工程分布形態,通常情況下等效的凈空條件能反映整體工程分布形態,凈寬、凈高會影響內部人員疏散、人車通行、物品倉儲、展覽的可行性。在適當擴建改建時,原有工程的內部凈空尺寸大小是影響改造成本的重要因素。城市早期地下工程空間結構形態可劃分為通道式和單體式。工程凈空尺寸可以通過高度h和寬度w描述。綜合考慮規范的限值要求、早期地下工程結構的差異性、平面形態特征、各改造模式案例實際情況,將早期地下工程空間結構形態進行劃分和描述,如表2所示。

表2 城市早期地下工程空間結構形態劃分方式及描述

3)面積。早期地下工程的面積是更新改造的基礎條件。對于目前面積較小的早期地下工程,即使其斷面尺寸和結構形態等條件滿足要求,也需要通過大規模的改擴建工程才能達到改造后使用面積標準,因此此類工程不具備良好的改造效益。基于對國內早期地下工程的分布特性和更新改造的實際情況,不少零散分布的早期地下工程面積通常不大,以青島市早期地下工程為例,其工程平均面積約1 000 m2。因此可按表3劃分擴大面積范圍。

表3 城市早期地下工程面積劃分方式及描述

4)埋深。地下工程在作為人防工程時有一定應災應急能力,但緊急情況下人員疏散、火災時的救援和通風都比地面條件苛刻。埋深不大時,人員、車輛、貨物能更加便捷地通過出入口抵達地面,故需完善的通風設施、需改造的出入口建設成本低;埋深較大時,若沒有特殊的連通設施,人們對于抵達地下步行通道、地下文史展覽、地下餐飲娛樂、旅游休閑地點的意愿會受到顯著影響。因此,埋深與地下空間的開發利用同樣聯系密切,城市地下空間地下工程豎向層次劃分如表4所示。

表4 城市地下空間豎向層次劃分[15]

5) 區位。早期地下工程的地理位置是確定的,更新改造必然受到所在地區業態、功能設施、經濟發展水平的影響,因此區位是早期地下工程小類更新改造模式的重要因素之一[5]。區位主要描述早期地下工程周邊是否存在重要的商業區域、住宅區域、文化旅游設施、交通設施(包含軌道交通站點)、公共活動場所、學校等。這些區域或設施會產生相應的人流量、連通可能性,對小類更新改造模式的選取具有一定誘導作用。周邊區位的半徑劃分需要綜合考慮早期地下工程的鄰近效應以及人車活動范圍。本研究區位條件影響范圍按表5劃分。

表5 城市早期地下工程區位條件劃分范圍

在影響范圍劃分的基礎上,本研究將早期地下工程更新改造的區位影響因素劃分為表6所列的7種情形。另外,由于周邊區位影響因素較為繁雜,為了篩選不同模式的適宜區位條件,對周邊區位條件進行專家調查問卷,旨在讓各專家選擇影響小類更新改造模式最為重要的區位情形,有效問卷為10份。為了控制決策樹方法中的樣本均衡,篩選每個模式下2～4個適宜區位情形。

表6 城市早期地下工程區位條件分析情形

綜合上述5種影響因素分析,歸納各類早期地下工程更新改造模式所對應的影響因素,如表7所示。

表7 早期地下工程更新改造模式影響因素匯總歸納

2 基于決策樹的小類功能更新改造模式決策評價方法

2.1 決策樹分類基本理論

決策樹是一種樹狀結構,每棵決策樹由3類節點構成,即根節點(決策節點)、內部節點(機會節點)和葉節點(終節點),如圖1所示。根節點是判定的起始節點,對棵決策樹的決策效果起到重要的作用,相比于其他特征的判定條件有更高的重要性,葉節點就是在多級判定條件下的類別決策結果。

圖1 決策樹決策邏輯示意圖

最為常用的決策樹算法包括以下3種: 信息增益劃分(ID3算法)、增益率劃分(C4.5算法)和基尼指數劃分(CART算法)。其中,ID3算法更加適用于樣本含量大的特征;C4.5算法能解決ID3算法在樣本數量不足時出現的偏向性問題,并且能處理屬性缺失的問題,此外還有將連續數值離散化、應對過擬合的優點;CART算法與C4.5算法基本類似,是二叉樹分類,對離散特征或連續特征的處理效果都較為理想。考慮到本研究中早期地下工程樣本獲取或樣本構造數量難以精準控制且不均衡的情況,以及不同特征屬性離散的特點,本文將采用Scikit-Learn學習庫中DecisionTreeClassifier模塊提供的CART算法。

基尼指數(Gini index)是劃分屬性的另一種方式,其核心是CART算法(classification and regression tree)[16]。可用式(1)的基尼指數[17]來描述純度。

式中:S表示總樣本集合;N表示總樣本數量;K表示總樣本可分為K個分類標簽;rk表示第k類樣本在樣本集合中所占的比例;Nk表示類別k的樣本數量;Si(i=1, 2, 3,…,n)表示具有特征a的n個取值對應的樣本子集,Si?S;n為特征a下屬的屬性分類個數;Ni表示子集Si的樣本數量;Nik表示子集Si中屬于分類標簽k的樣本數量; Gini(S)表示基尼度量值,反映兩兩樣本之間類別不一致的概率,其值越小,樣本純度越高; Gini_index(a)表示指對特征a分支計算時的基尼指數。

2.2 決策樹分類樣本準備

2.2.1 構建原則

2.2.1.1 基本樣本與構造樣本相結合

1.2節總結了不同小類模式更新改造影響因素,為決策樹構建提供了樣本基礎。為了保證決策的真實性和可行性,按不同特征需要劃分為多個標簽(例如埋深特征可以劃分為淺層、次淺層、次深層和深層4個標簽)。

基本樣本是所需相關數據或對應特征屬性類別較容易確定的樣本,構造樣本是在表7影響因素研究基礎上總結的。構造樣本將作為小類模式決策的數據,是確定更新改造模式的關鍵部分,基本樣本用于模型驗證。

2.2.1.2 大類—小類模式強對應原則

強對應原則也可理解為根節點與葉節點對應原則,是在決策樹進行“特征1→特征2→……特征n→分類”的路徑構建中,人為加入大類模式控制樹的分叉,強對應體現在構造樣本過程中首尾的1∶1對應,即在內部主要特征(影響因素)變化情況下,大類模式和小類模式等量強對應。

為了確保早期地下工程更新改造滿足區域發展需求,小類模式隸屬于對應的大類模式。強對應原則保證決策樹建立大類和小類的過渡關系。例如,在地下公共服務的大類模式下,相關的早期地下工程更新改造模式的規劃決策結果僅限于該大類模式下的地下商業、地下文娛、地下社區服務等。

2.2.1.3 合理拓展樣本的原則

1)確保樣本量。通過文獻調研發現,決策樹方法在土木工程領域的應用過程中,樣本量通常較小,大部分不足500個,沒有樣本量的直接計算依據。為了確定較為合適的樣本量,本文主要參考Scikit-learn學習庫中的自帶數據集,其中wine數據集的3分類問題中,總樣本量為178,特征量為13;IRIS數據集的3分類問題中,總樣本量為150,特征量為4。本文實際上是21分類問題,比自帶數據集的樣本量高1個量級,因此在總樣本量上可簡易處理。選取高1個量級的數值,大致可以確定本研究應采用1 000個以上的樣本進行訓練。

2)均衡樣本量。雖然包含大類模式總共有6類特征,但實際上部分特征分布極為不均勻。例如: 埋深特征包含4個屬性,但是對于早期地下工程大部分改造模式,淺層是最為常見的類型,很少模式在深層條件下具備改造條件。因此構造樣本過程中遵循按類控制數量的原則,盡量保證不同小類模式包含的樣本數量接近,這需要嚴格控制特征屬性值的可取范圍,控制樣本量取值的依據如下:

(2)

式中:Ni表示第i個類別(小類模式)的樣本數量,1≤i≤21;Nf表示特征數量,取Nf=6;nij表示第i個類別下特征j所包含的屬性個數。

要控制Ni盡量均衡,需要合理選取每個特征的屬性個數,在確保屬性盡可能全面涵蓋的同時,讓每一類乘積結果盡量接近。

2.2.2 樣本標簽化

根據表7的研究結果,需要對不同更新改造模式影響因素(特征值)進行劃分,各類特征可以劃分多個屬性。在機器學習中,特征的判斷顯然不適合直接用文字表示,因此對各類特征下的屬性按離散化的整數(本研究采用1～8的整數)映射,以便機器更好地識別屬性與屬性之間的差異。

2.2.3 樣本構建

1) 基本樣本。基本樣本集應保證樣本的代表性。為此,本文在前期研究中廣泛搜集了世界各地早期地下工程開發利用的典型案例,并歸納為如表1所示的7個大類和21個小類。基本樣本集應實現對所有分類的全覆蓋,并能提供表7所列的影響因素指標。本研究根據相關官方網站、文獻資料、新聞報刊、谷歌地圖等渠道搜集的部分樣本真實數據,選取了能直接用表7中的具體屬性標識描述、且覆蓋21個小類的24個基本樣本,如表8所示。其中周邊區位指標主要根據已完成改造模式產生的依據、面向對象、周邊鄰近的大型設施考慮后確定。

表8 城市早期地下工程更新改造基本樣本

2) 更新改造適宜樣本構造。根據樣本構建的第三原則,為了保證樣本量均衡,需要確定出每個小類模式最重要的特征集合,通過調節周邊區位影響因素中適宜區位情形的個數,通過式(2)將每個類別樣本量控制在54～96的相對均衡范圍。以基本樣本為核心,將表7中潛在的具有更新改造可能性樣本的特征屬性在取值范圍內窮舉,以保證樣本訓練的可靠性,共構造1 605個樣本。

2.3 更新改造模式決策評價

2.3.1 決策樹分類結果可靠性評價

在進行剪枝處理與優化前需要明確: 1)本文研究與決策樹傳統應用有所差別,本文的屬性值數據是人為映射,其映射值本身大小并不具有描述所屬特征的特點,這與決策樹的普遍應用情形有所差異; 2)屬性以離散數字映射的特點使得模型很容易發生過擬合,這是因為即使在給定大類下,多個小類模式對應的影響因素(特征集)中也有可能存在交叉,使得決策樹在隨機分叉時難以兼顧所有決策結果。換言之,決策樹分析最終是要返回可能性最高(分布樣本概率最高)的結果。從實際更新改造來看,大類模式及影響因素相同的早期地下工程仍然有可能改造為2種甚至多種模式。因此,在樣本屬性之間必然存在交錯的情況下很難在樣本上擬合結果良好。通過大量選取隨機樣本發現,這類問題在上述背景下,測試集分數幾乎很難達到0.9。重點應放在樣本概率上,確保基本樣本預測的準確度,利用Scikit-Learn中predict_proba預測接口進行評價。

在本研究中,24個基本樣本對應21個實際小類模式,在概率運算過程中,決策樹是根據樣本分布情況計算概率的,算式如下:

(3)

式中:s表示決策樹的某一路徑s(或某一葉節點s);Pdecesiontree(s,i)表示以決策樹預測可能性時路徑s決策后屬于類別i的概率;Ni表示落入葉節點s中且分布在類別i中的樣本數量;Ns表示葉節點s的總樣本個數;nclass表示總類別數量,本文中即為小類模式數量,取21。

隨機森林預測概率的計算與決策樹不同,會針對每一棵樹進行一次決策,對結果進行投票,所有樹對某一類投票的總額與樹總數的比值即輸入樣本改造為該類別的概率。

對于錄入基本樣本,每一條樣本特征組合的路徑在決策樹中會產生所屬21個類別的概率,假設每種大類模式下屬于不同下屬小類模式的概率中,第一、第二大概率分別為P1、P2,而24個基本樣本,每個樣本實際小類更新改造模式對應的概率可記為Pactual,i,1≤i≤24。決策樹模型的可靠性評價流程如圖2所示。

圖2 決策樹模型可靠性評價流程

單棵決策樹所屬類別概率受到樣本影響,絕對精確的更新改造模式預測是不符合實際情況的,對此應適當考慮P2的潛在可能性,當P2較大時,雖然首選模式并非該類別,但從改造潛力來看仍有很高的可能性。決策樹在一棵樹情況下進行樣本概率預測難免會因為樣本交叉存在誤差,因此考慮P2的潛在樣本后最終預測度需達到0.8;而隨機森林由于多個決策樹參與決策,對樣本、特征有隨機抽樣特性,理論效果比單棵決策樹好,因此最終預測度可設為0.9。

2.3.2 剪枝處理與優化

剪枝就是對樹的分叉做優化處理,主要目的之一是防止決策模型的過擬合。本研究中的決策樹剪枝參數選擇控制樹的最大深度,以有效地提高決策效率。同時,利用隨機森林作為優化的一種手段進行嘗試。在進行優化前需要明確訓練樣本數量,本文將按照構造樣本的70%選取訓練樣本。通過圖3 所示的測試集準確度隨深度變化關系,可以確定單棵決策樹與隨機森林的深度最佳取值分別為7和6。運用同樣的方法,可以確定準確度最大值對應的隨機森林中基評估器數量為26。

(a) 單棵決策樹

基于上述參數確定模型并對構造樣本的測試集進行預測,結果顯示決策樹和隨機森林測試集預測結果的準確度均足以保證后續決策的可靠性。

2.3.3 模型評估與決策

1) 模型評估。將表8的基本樣本作為外檢測樣本導入創建好的決策樹模型,得到計算結果如表9所示。

表9 決策樹與隨機森林對基本樣本的預測結果

2) 決策與更新改造模式決策集。單純利用決策樹進行分析雖然從分類結果上只能明確1種模式,需要通過限定相應的第2模式大小或第1、2模式概率差來提高精度。但考慮到相同的大類模式及影響因素對應的早期地下工程仍然有可能改造為2種甚至多種模式,這樣的方法仍然不足以全面描述潛在的改造模式。為解決這一問題,借鑒決策樹或隨機森林中的分類邏輯下影響因素的重要性的概念,在進行決策樹處理后,可以通過改變不重要的影響因素取值標簽,再次利用決策樹進行決策和優化,即二次決策。本文通過專家問卷調查判斷影響因素的重要性,采用AHP標度法[18]確定影響因素的權重。確定權重后,不同大類下最低權重的因素應該作為重要調整對象,按照最近的分類標簽進行修改,保持其余因素不變,代入決策樹再一次進行計算。最后需要根據第1次決策結果、第2模式概率要求選擇的結果、第2次決策結果確定城市早期地下工程更新改造模式決策集。在本研究中,各指標的一致性系數均小于0.1,符合一致性要求。不同模式下的權重計算結果如表10所示。

表10 不同大類模式下影響更新改造小類模式的因素權重

3 實證研究及規劃應用——以青島市中山路片區為例

3.1 研究范圍與早期地下工程分布

中山路片區作為青島市城市更新重點部署和規劃區域,結合最新一輪中山路歷史文化街區控制性詳細規劃,中山路片區土地利用規劃如圖4所示。

資料來源: 中山路歷史文化街區保護規劃。

選取中山路片區作為小類更新改造模式評估區域的重要原因之一是該地早期地下工程數量較多,且該片區地面交通壓力大、公共服務設施有待完善、停車空間缺口巨大,具有較高的更新改造研究價值。內部包含的早期地下工程位置及分布如圖5所示。

圖5 中山路片區早期地下工程大致分布

3.2 影響指標確定

結合中山路片區更新升級需求,確定該區域早期地下工程的更新改造以地下動態交通(UT)、地下文娛(UP2)和地下靜態交通(UP4)3大類模式進行探討,在此基礎上運用前文所述的決策樹方法進一步確定各單項工程的小類模式。

中山路片區的用地類型參考圖4,埋深、面積和結構形態結合筆者現場調研情況確定,周邊區位借助高德地圖相關接口獲取中山路片區一定鄰域內的興趣點(POI)類型和數量,利用GIS平臺對4個早期地下項目分別建立rⅠ(50～800 m)及rⅡ(50～2 000 m)緩沖區范圍,視相應情形下緩沖區內的POI進行距離分析結果而定。在分析過程中,由于不同類型POI分布數量差異很大、所處區域周邊POI較為密集、其中情形對應的分析半徑不盡相同的特點,本文采用式(4)處理。

(4)

式中:k表示描述地下工程與周邊POI設施緊密程度的系數;D表示分析緩沖區范圍內所有POI點至地下工程的平均距離;Δrange表示分析緩沖區半徑的上下限范圍差,本文中對于rⅠ范圍差Δrange=800-50=750 m,適用于情形1、情形2、情形7分析,對于rⅡ范圍差Δrange=2 000-50=1 950 m,適用于情形3～情形6的分析。在確定工程所屬區位情形時,取k值最小的情形作為分析指標。

結合調研結果、區位分析,確定各早期地下工程的更新改造影響指標見表11。

表11 中山路片區部分早期地下工程更新改造影響指標統計

3.3 適宜模式決策評價

利用2.3節分類樹的模型,將表11中所示的18種影響因素情況下的工程指標導入,利用Predict接口對各情況進行預測。在評估過程中,結合2.3節理論,對模式隸屬概率進行考慮,即分類樹評估中要求次級模式對應概率≥0.4才能作為合理結果,計算結果見表12。

表12 中山路片區早期地下工程更新改造模式初次決策

根據表12,地下動態交通、地下靜態交通的最小權重影響因素是用地類型,地下文娛的用地類型的最小權重影響因素是面積。因此,用地類型根據當前用地類型最鄰近的主要用地類型調整,面積依照最鄰近規模調整。在動態交通、地下靜態交通大類模式影響下,地下通道項目1用地類型由S調整為B,地下通道項目2用地類型由S調整為A。調整后的數據重新作為預測數據導入決策樹,二次決策評價結果中,節點項目1和節點項目2的M1形態產生了地下體競這一大類模式,這是由于規模較大產生的結果,不符合實際情況,故舍棄,其余結果與第1次決策基本一致。在確定上述模式后,最終可確定模式匯總見表13。

表13 中山路片區早期地下工程更新改造模式二次決策

4 結論與建議

在存量土地發展背景下,城市早期地下工程是我國“實施城市更新行動”中的寶貴空間資源。本文在借鑒國內外相關發展經驗的基礎上,提出了基于決策樹的城市早期地下工程更新改造模式的規劃評價方法,以期為我國大中城市科學合理地挖潛存量地下空間資源提供有益借鑒。基于代表性案例分析,構建了包括24個基本樣本和1 605個構造樣本的決策樹樣本集,同時結合青島市中山路片區的具體實踐案例,主要得到如下研究結果。

1) 城市早期地下工程更新改造模式類別應重點考慮包括地下動態交通、地下市政公用、地下倉儲物流、地下商業、地下文娛、地下社區服務、地下靜態交通7個大類模式以及21個小類模式。

2) 城市早期地下工程小類模式更新改造影響因素包括用地類型、結構形態、面積、埋深和周邊區位條件。將不同影響因素拆分為不同屬性,既可以體現城市早期地下工程的差異性,又更易于決策過程中的標簽化處理。

3) 針對城市早期地下工程更新改造的特點,決策樹方法中采用“大類-小類”強對應原則,并結合研究成果構造決策樣本集。為保證模型可靠,建立適用于早期地下工程更新改造決策樹的可靠性評定方法,采用二次決策方法,豐富和拓展決策樹的單一決策結果。青島市中山路片區實例研究驗證了本文所提出的理論方法具有較強的可行性。

本文現階段的研究成果受限于早期地下工程有效樣本量的局限性和更新改造決策過程的復雜性,與直接指導實際規劃項目決策尚有一定距離,僅可作為城市更新中早期地下工程更新改造規劃決策的技術參考。后續研究中應聚焦有效基本樣本的數量和質量,以提高決策樹方法的決策效果;同時應關注綜合效益評估或適宜性評估方法,深化更新改造方案決策結果的科學性和落地性。