城市地上地下设施数据一体化研究——以南京市为例

高奋生， 汤玉箫， 彭路远

(1.南京市城市规划编制研究中心， 南京 210029； 2.东南大学 土木工程学院， 南京 211189)

地下空间是城市发展的重要自然资源，当前存量规划阶段城市用地的零增长使得城市向地下要空间成为必然举措。未来，城市地下空间的开发利用将进一步优化城市空间结构，提高城市空间资源的利用效率，并在很大程度上增强城市防灾减灾能力[1]。总体而言，城市地下空间开发利用水平已经成为衡量城市现代化的重要标志[2]。2005年，南京市政府批复了《南京人防工程与地下空间开发利用总体规划》。此后十余年间，南京城市地下空间飞速发展，城市地下空间规模迅速扩大，很大程度上优化了城市空间结构。

随着城市地下空间利用进程的加速推进，为了推动地下空间数字化发展和信息化管理，城市地下空间普查和数据标准制定工作已迫在眉睫。已有较多学者对城市地下空间的设施普查及相关数据标准的制定进行了深入的研究。文继超从城市地下空间的数据处理、资料分析以及外业调查等方面出发提出了广州市地下空间设施普查的工作方法和技术路线[3]。诸如此类的研究[4]为城市地下空间设施普查和数据标准制定工作提供了一定的依据。在地下空间设施分类研究方面，潘柯良等认为现有的地下空间设施分类办法并不完善，地下设施应当按照功能性质的不同进行类别划分[5]；张志媛等详细阐述了广州市城市地下空间设施普查与测绘工作中的设施分类方法，但是并未与现有地下设施分类的国家标准进行对比研究[6]；鞠建荣等在参考现有国家标准的基础上，从城市实际出发形成了南京市地下空间分类体系[7]。在地下设施表达方面，研究更加注重实体模型的构建，如窦世卿等基于Cesium对地下三维管网模型构建与可视化进行了研究[8]，而非面向城市管理工作的图面和信息表达。总体而言，已有地下空间设施分类研究和表达均聚焦于地下空间本身，关于地上地下设施如何实现协调实用的一体化分类和表达的研究较少。此外，这些研究均很注重地方实践，是各城市在推动地下空间发展过程中形成的具有鲜明地方特色的设施分类及表达方法体系。

当前，地上地下一体化开发成了地下空间开发的重要指导方针，因此实现地上地下设施数据的一体化具有较大的现实意义。潘良波等为构建地下空间信息集成平台从技术实现层面提出了地上、地下全空间一体化数据分析与表达[9]；彩媛慈等研究了地下管线数据内外业一体化融合技术与方法[10]。可见，已有关于设施数据一体化的研究仅从信息技术的实现角度进行研究，缺少对一体化分类和表达内在机制的探讨。为了应对新时期地上地下一体化发展的新形势，解决地上地下设施数据一体化融合的难题，本文结合南京市现阶段及未来对城市地下空间〔建(构)筑物〕数据成果生产、管理和应用的需求，从设施分类一体化和数据表达一体化两方面对城市地上地下设施数据一体化的关键技术进行了研究，以期为地下空间的设施管理提供一定的参考。

1 研究方法

从设施分类一体化和数据表达一体化两方面对设施数据一体化进行研究，对已有地上地下设施分类研究进行总结，并结合设施分类相关国家标准进一步统筹分析。进而，在地上地下设施分类比较研究的基础上，从满足城市规划和管理的实际需求出发，对地上地下设施分类进行融合处理，并进一步探讨设施数据表达的一体化。最后，采用一个具体实例直观展示研究成果。

2 设施分类一体化

实现地上地下设施分类一体化是数据表达一体化的前提和基础。已有的地上及地下设施分类标准较多，且由不同主管部门颁布，彼此间衔接有一定障碍。因此，对已有分类标准的深入研究并进行科学融合十分必要。

2.1 城市地上空间设施分类

城市地上空间并未制定专门的设施分类标准，已制定的国家标准主要是从用地性质角度进行分类的。总体而言，设施分类与用地分类本质上是统一的。根据住建部颁布的《城市用地分类与规划建设用地标准》(GB 50137—2011)，城市建设用地可以划分为居住用地、公共管理与公共服务用地、商业服务业设施用地、工业用地、物流仓储用地、道路与交通设施用地、公用设施用地及绿地与广场用地8大类，用地代码与分类见表1[11]。此外，在这8大类基础上还将城市建设用地更为细致地划分为35个中类和43个小类。

表1 城市建设用地分类

2.2 城市地下空间设施分类

住建部和原国家测绘局均颁布了城市地下空间设施分类相关国家标准，但是在设施分类的内容及表达形式上均有一定差异。

住建部颁发的《城市地下空间规划标准》(GB/T 51358—2019)规定了城市地下空间设施分类和代码，并对城市总体规划和详细规划阶段的城市地下空间规划做了详细的规定。《城市地下空间规划标准》将地下设施划分为8个大类和27个中类,设施代码见表2[12]。由于《城市地下空间规划标准》和地上的《城市用地分类与规划建设用地标准》同为住建部颁布，因此它们的内在一致性较高。从分类本身来看，地上空间多出了居住用地和绿地与广场用地，地下空间则多出了防灾设施和其他设施；从设施(用地)代码上来看，地下空间设施代码由地上同类设施代码前加上“UG”后形成，如地下商业服务业设施由“UG”加上地上商业服务业设施用地的代码“B”形成，即“UG-B”。进一步观察地下设施的中类划分及代码，中类划分及代码基本延续了大类的划分和表达方式，如位于地下商业服务业设施(UG-B)下的中类地下商业设施代码为“UG-B1”同样为地上商业设施代码“B1”前加上“UG”。然而，由于地下设施未设小类，因此所有地上更为细致的小类设施在地下仅需表达到中类。此外，地下设施的中类表达内容相较于地上设施还有归并现象，还以商业设施为例，地上商业服务业设施共包含B1(商业设施用地)、B2(商务设施用地)、B3(娱乐康体设施用地)、B4(公用设施营业网点用地)和B9(其他服务设施用地)5个中类，而地下商业服务业设施仅包含了UG-B1(商业设施)和UG-B9(其他服务设施)两个中类，根据类别内容描述可知，UG-B1包含了地上设施B1～B4的内容。

表2 城市地下空间设施分类和代码

原国家测绘局颁布的《城市地下空间设施分类与代码》(GB/T 28590—2012)主要规定了城市地下空间设施的分类原则、编码方法与分类代码。《城市地下空间设施分类与代码》将地下设施划分为17个大类(图1[13])，并形成了功能代码、主特征代码和实体类代码的三级设施标识体系，如商业服务设施代码为310100，即由功能代码31、主特征代码01和实体类代码00组合而成。住建部和原国家测绘局颁布的两个地下空间标准在设施大类划分上总体是一致的，差别主要有两处：①《城市地下空间设施分类与代码》将“地下电力设施、地下信息与通信设施、地下给水设施、地下排水设施、地下燃气设施、地下热力设施、地下工业管道设施、地下输油管道设施、地下综合管沟(廊)设施”9类设施作为大类，而在《城市地下空间规划标准》中将上述设施被纳入“市政公用设施”大类中；②《城市地下空间设施分类与代码》相比《城市地下空间规划标准》多出了“地下居住设施、基础”两个大类。

图1 城市地下空间设施分类[13]

2.3 地上与地下设施分类一体化

为了满足后续地上和地下设施的一体化表达的需要，应当对上述设施分类进行融合。考虑先进行两个地下设施分类间的融合，再与地上设施分类进行融合，进而形成地上与地下设施分类的一体化。

将地下电力设施等9类归并为市政公用设施后，对两个地下空间设施分类取并集可得居住设施、交通设施、市政公用设施、公共管理与公共服务设施、商业服务设施、工业设施、物流仓储设施、防灾设施、其他设施和基础共计10类地下空间设施。将融合成的地下空间设施与地上空间设施进行比对，可知地上空间设施多出了“绿地与广场设施”，而地下空间设施多出了“防灾设施、其他设施和基础”3类设施。进一步融合最终形成的地上地下设施一体化分类共有11类，分别为居住设施、交通设施、市政公用设施、公共管理与公共服务设施、商业服务设施、工业设施、物流仓储设施、防灾设施、绿地与广场设施、其他设施和基础。设施的中类与小类的融合应进一步统筹后确定，如为了充分考虑地下水系要素的相应表示需求，考虑在“市政公用设施”大类中增加“地下水利设施”中类，在该中类下增加“地下暗河”小类。为了更为简便清晰地展示各类设施的功能性质，设施代码的表达以住建部颁布的地上和地下设施代码为主体即采用大类、中类、小类三级标识体系，地下设施则在地上同一设施代码前加上UG即可，统筹后的地上地下设施分类一体化结果见表3。

表3 地上地下设施一体化分类

3 数据表达一体化

地上地下设施数据一体化表达的实现对于提升城市设施管理能力十分重要。从表达内容上看，主要是地上和地下两个空间11类设施；从表达形式上看，主要有二维表达和三维表达两种形式。为了确保地下空间设施分类表达的严谨性，更好地满足多场景下地上地下设施的融合表达的需要，有必要对设施数据表达进行分级控制。

3.1 数据表达的主要形式

地上空间用地极少表达为多层，然而基于地下空间分层开发的特性，地下空间设施分层表达的必要性很高。地下空间在表达上可以分为二维和三维(图2)，均需要直观清晰地表达出地下空间的复杂结构关系，且能实现二三维的一体化表达，依托二维可以快速制作三维，通过三维能抽象表达出二维，以地下空间中最为复杂的“重叠地下空间”的二三维表达为例。

图2 地下空间设施二维和三维表达关系图

在三维空间里，重叠地下空间是由多层的地下空间建(构)筑构成，上下层之间存在包含关系、相交关系等关系；在二维表达时，每层地下空间采用最大范围面予以绘制表达，并采用纵向投影表达的方法，将不同层投影重叠的地下空间面进行综合表达，重叠地下空间其层数标注规则为“最浅层-最深层”，例如“U1-U5”表示从负1层到负5层。

3.2 数据表达的分级控制

3.2.1 图幅控制

图幅控制主要以比例尺控制为主，可以分为1∶500、1∶1 000、1∶2 000等尺度。城市管理与城市规划涉及多个尺度，如总体城市尺度、片区尺度以及街区尺度等，从不同城市尺度所进行城市规划和管理所需城市设施信息的侧重点各有差异。在总体城市尺度及片区尺度，一般并不需要具有过多细节的图面表达，仅需各地块、各设施的大类划分信息即可，在这一应用场景下应当使用1∶2 000乃至更小的比例尺从而规避过多信息的干扰。然而在街区尺度，则需要图面上更多的细节支撑，因此在这个尺度上设施分类必须表达到中类乃至小类才能满足城市管理的需求，比例尺应当选择1∶500或1∶1 000。

3.2.2 信息控制

为进一步提升地下空间普查和管理的效能，从地下空间管理维护的角度出发对地下空间设施进行信息控制，即将城市地下空间设施划分为地下空间项目1级、地下空间构/建筑物单体2级、地下空间构/建筑物层3级以及地下空间设施4级4个层级，各层级对应各自属性结构表，通过属性结构表中的项目编号、地建标识码、所在地层等字段进行各层级间的关联。由表4可见，不同层级的地下空间设施需表达的信息并不相同。地下空间项目1级仅需表达出项目名称、项目范围面以及调查日期即可。地下空间2级、3级和4级需表达的内容可以分为应普查勘测的项目、宜普查勘测的项目和不普查勘测的项目，且地下空间等级越高，则应普查勘测的项目就越多，从而需表达的信息就越多。

表4 地下空间四层级分级表

4 应用实例

以南京某地下空间项目为例，该项目仅包含一个地下空间构/建筑物单体，且地下空间构/建筑物单体只有负一层地下空间构/建筑物层，故该地下空间项目1级、地下空间构/建筑物单体2级、地下空间构/建筑物层3级可以进行合并表达，如图3所示。

图3 南京某地下空间项目1级、2级和3级表达示意图

根据表4，地下空间设施4级需要详细表达功能分区范围面，而该项目负一层分布着较多不同的功能区，因此需要对地下空间各设施的范围进行详细表达，地下空间设施4级表达如图4所示。

图4 南京某地下空间项目4级表达示意图

5 结语

城市地下空间是重要的空间资源[14]，城市管理部门迫切需要提高地下空间管理能力，推动地下空间规范有序开发。为了适应地上地下一体化发展的潮流，实现地上地下设施数据一体化十分必要。本文结合南京城市发展实际情况，对地上地下设施分类和数据表达一体化进行了研究，在广泛借鉴国家标准的基础上对地上地下设施分类进行了融合，从表达形式和分级控制两方面对数据表达一体化进行了详细阐释，最后结合南京地下空间实例进行了验证。本文为未来地上地下设施数据一体化研究和工作开展提供了依据，在一定程度上达到了指导地下空间普查高效规范实施的预期目标，进而有效促进了空间资源统筹管理科学的发展。