基于GIS技术的地下空间资源评估

顾逸佳GU Yi-jia

（常州市规划设计院，常州213000）

0 引言

为使城市地下空间得到科学合理的开发利用，必须对城市地下空间资源进行综合的分析评估，一方面充分挖掘地下空间资源的利用潜力，实现地上地下协调发展，另一方面避免盲目开发对地下空间资源带来的破坏，实现地下空间的可持续发展。

1 研究方法

利用地理信息系统（GIS）平台建立数据库，将影响城市地下空间资源开发利用的有关自然条件和经济社会条件各因素进行数字化整理，并建立相关评估模型，采用地域对比评判法及多因素综合评判法对城市地下空间资源进行评估。

2 城市地下空间资源调查与评估

2.1 调查要素结构与评估指标体系

地下空间资源的可逆性较差，由于其工程的复杂性与特殊性，很难通过改造恢复其原始状态，在开发利用之前对其进行充分调查与评估十分必要[1]。同时，由于地下空间资源的开发利用与地层构造、现状建设情况及社会经济发展等方面因素密切相关，因此城市地下空间资源调查和评估是一项复合型的工作。对影响地下空间开发利用相关要素进行分类梳理，并根据各因素的作用机制进行研究，对其影响权重进行分析，建立综合评估指标体系，从而为下一步的评估模型计算提供参考。

2.2 评估模型建立

由于基础数据的来源较广，涉及到城市规划学、工程地质学、社会经济学、生态与环境科学等众多科学领域，需将不同格式、不同类别的各种数据输入一个统一的平台，以进行评估模型的运算。本次评估以地理信息系统（GIS）为平台，通过生成基本单元、基本单元编码以及评估因子赋值三个步骤将各类基础数据进行数理化分析，建立地下空间资源开发利用评估的数据库[2]。

2.2.1 建立基本单元 基本单元是评估操作运算的基本空间单元。GIS中有两种单元模式可采用，即矢量单元和栅格单元。以矢量单元模式建立基本单元为例，可通过CAD对城市地块进行整理和重新绘制，同时利用GIS自动采集工具直接提取边界及其对应的属性数据，便可得到评估的基本单元。由于其基本单元表现为实际地块红线边界，与城市的土地功能分区及土地管理的基本地块相协调，利用矢量单元模式建立基本单元对城市规划管理部门具有较好的实用价值。

2.2.2 基本单元编码 为方便基本单元的定位与查询，需按照一定方法对基本单元进行分区编码。一般以城市总体规划确定的城市组团为第一层次；再以城市快速路与主干道为界限划分街区，为第二层次；各个街区内的基本地块即为第三层次。

2.2.3 评估因子赋值 综合来讲，影响城市地下空间资源开发利用的因素可以分为两大类，分别为工程难度等级及潜在开发价值。以评估单元为空间载体，对各个评估因子进行具体赋值。数值的确定以能较为真实的反应各评估因子对地下空间资源开发利用的影响程度及其相互间的差异为基本原则。例如：

工程难度等级的赋值：可将凡对地下空间开发利用可行性没有造成不良影响的赋值为1；有一定影响并需在具体施工过程中考虑、处理的赋值为0.5；有严重不良影响并禁止其开发的赋值为0。

潜在开发价值的赋值：可将鼓励地下空间开发利用的赋值为2.5；禁止其开发的赋值为0；区间以0.5为一等级，按照对地下空间开发利用的有利程度大小分别赋值。

①工程难度等级。

地下工程实施的可行性与安全性对岩土工程条件有着高度的依赖性。开发区域是否稳定，是否存在地震断裂带等影响地下工程开发的不利条件；地质构造岩性是否良好，地下空间一旦开工建设，是否会遭遇不可预测的坍塌、砂石液化等影响，这些都是需要在评估过程中重点考量的因素[4]。

1）地质稳定性因子。

可进行单独的地质灾害评估专项调研，也可参考城市抗震防灾规划中的相关章节内容予以确定如表1所示。

表1 区域稳定性对开发可行性的影响评分表

2）地质构造岩性因子。

可进行专门的工程地质勘探，也可根据相关工程勘探数据对岩石、地层、水文与地貌等信息进行综合判断如表2所示。

表2 地质构造岩性对开发可行性的影响评分表

3）地下水影响因子。

江南地区地下水位较高，给施工带来诸多不便，也给地下室防潮等带来较高要求如表3所示。

表3 地下水文条件对开发可行性的影响评分表

②潜在开发价值。

地下空间作为一个解决“城市综合症”的有效手段，在开发过程中存在一个不可忽略的问题就是造价问题。由于地下空间开发较地面更加复杂，其成本往往也较为昂贵，而且随着开发深度的增加，开发成本也逐渐上升。因此地下空间的开发应该建立在先期经济评估的基础上，由于潜在开发价值大的区域对地下空间开发的推力作用也大，结合开发价值大的区域进行开发，可以提高地下空间开发的有效性、合理性和经济性。评估模型选取了对地下空间利用潜在开发价值影响较大的用地功能、交通可达性、土地价格、轨道交通及历史文保五个因子，对城市地下空间开发的潜在价值进行评定。

1）用地功能因子。城市各类用地由于功能的不同对地下空间的需求程度也不尽相同如表4所示。例如，位于城市中心区的金融办公用地一般都会配置相当量的地下停车库以解决自身的停车问题；而商业用地除了配置地下停车库外，出于效益的考虑，还会将一些商业活动引入地下，建设一定量的地下商场。相比之下，市政、工业用地除非为了一些较为特殊的用途，比如出于人防或者地下仓储的考虑，一般不会进行地下空间的开发使用。

表4 各类用地对地下空间需求程度的高低评分表

2）交通可达性因子。交通可达性即从城市各点、各区域到特定点、特定区域的方便程度。一般可以认为沿城市主要干道两侧的各点、各区域出行最为便捷，次干道次之、支路再次之。快速路由于一般服务于过境交通，同时控制沿线出入口数量，故其两侧地块的出行并不便利，归于支路一类。交通可达性高的地块，对于地下空间开发利用的支撑作用也较强如表5所示。

表5 交通可达性不同的各个地块对地下空间需求程度的高低评分表

3）土地价格因子。土地价格对于地下空间开发利用具有直接的影响，地面土地价格的上涨往往对于地下空间的开发利用起到明显的推力作用。在城市土地价格较高的区域，开发商出于充分利用土地的考虑，进行地下空间开发的意愿也往往较为强烈如表6所示。

表6 不同城市地价区对于地下空间开发推力作用的强弱评分表

4）轨道交通因子。从国内外相关成功的案例来看，轨道交通站点周边地块适宜结合站点建设进行大规模的联合开发。轨道交通站点周边地块通过地下通道增加相互的联系以及地上与地下的商业互动，结合站点的建设可形成涵盖购物、餐饮、时尚、娱乐、休闲、商务等多重功能的超大地下商城，并成为独特的“地铁商业模板”如表7所示。

表7 轨道交通对各个地块的影响评分表

5）历史文保因子。出于保护文物的目的，对于已有探明的地下文物埋藏区，禁止其保护范围内地下空间的开发；对于历史风貌保护区，为了减少地下空间开发对其造成的不良影响，限制其开发；历史文保区以外地块可不受本因子的限制图如表8所示。

表8 历史文保对各个地块限制的强弱评分表

③竖向开发层次。

竖向开发层次的划分具有一定的可动性，根据以往的经验及我国现在的社会发展阶段，一般将地下空间的竖向开发分为浅层（0~-10m）、次浅层（－10~-20m）与次深层（-20~-50m）以及深层（－50m以下）四个层次。

其中，浅层地下空间的开发受到地质水文及现状建设等条件的制约作用最为强烈；次浅层地下空间的开发主要受到地面高层建筑物基础的影响。但综合经济效益、工程难度等级以及建设成本来看，浅层与次浅层区域仍为近期地下空间开发利用的重点区域，次深层及深层的地下空间的开发基本不受现状建设条件的制约，是未来地下空间开发利用的主体。因此，近期我国城市地下空间的开发主要较集中在浅层、次浅层；从总体来看，城市地下空间资源的有效性一般都呈现自上而下降低，而地下空间资源的容量则呈现自下而上减少的趋势。

1）浅层（0~-10m）。根据现状资料看，我国城市地下空间的开发利用目前主要利用的是浅层空间（0~-10m），而且基本为各种市政基础设施管线，建筑物、构筑物基础以及已建地下室。由此，可根据现状建筑物、构筑物基础底面及已建地下室对各个地块浅层地下空间开发利用的限制如表9所示。

表9 对浅层地下空间开发利用的限制表评分表

2）次浅层（－10~-20m）。一般建筑的基础埋置深度不小于H*1/15（H为建筑物高度），若桩基则大约为H*1/18。考虑到地下工程与建筑基础需要8~10m的安全距离，计算可得高度在30m上的高层建筑基础对次浅层地下空间的开发均存在一定程度的影响。由此，可根据高层建筑物基础对次浅层地下空间开发的限制如表10所示。

表10 对次浅层地下空间开发的限制评分表

3）次深层（-20~-50m）及深层（－50m以下）。次深层与深层地质水文条件较为稳定且基本不受地面建设条件的影响，但由于开发成本与工程技术的原因，资源开发的有效性与经济性不如浅层与次浅层，主要运用于一些特殊用途[5]。

2.3 评估模型计算

按照评估因子对评估结果作用机制的不同，可将其分为影响性因子及决定性因子两类。其中，影响性因子只对开发适宜度的大小起作用，如交通可达性因子、地价因子等；而决定性因子则是用于判断是否能够进行开发的限制性因子，如地质稳定性因子、历史文保因子等。由于作用机制的不同，评估模型的赋值标准及数学算法也有所区别。凡依据影响性因子进行评分判断的结果采取求和的方式进行计算，凡依据决定性因子进行评分判断的结果采取求积的方式进行计算。①工程难度等级评定。工程难度等级评定是在综合考虑地质稳定性、地质构造岩性以及地下水三类影响因素的基础上综合评估取得的，反映地下空间资源开发的工程适宜性，以上三类因子均为决定性因子，故采取求积的方式进行计算。评估模型的数学表达式如下：I1=a1*a2*a3。其中，I1为潜在工程难度等级评估得分值，a1、a2、a3为各影响因子评估分值。②潜在开发价值评定。潜在开发价值评定是在综合考虑用地功能、交通可达性、土地价格、轨道交通以及历史文保五类影响因素的基础上综合评估取得的，反映地下空间资源的需求强度大小和开发的效益的高低。以上五类因子除历史文保因子外均为影响性因子，故采取将用地功能、交通可达性、土地价格及轨道交通因子加权求和再与历史文保因子求积的方式进行计算。评估模型的数学表达式如下：。其中，I2为潜在开发价值评估得分值，bi为各影响因子评估分值，wi为各自权重。③竖向开发层次评定。I3为竖向各层开发层次的评估得分值。④综合质量等级评定。综合质量等级评定由工程难度等级评定、潜在开发价值评定以及竖向开发层次评定三个因素共同组成，反映地下空间资源综合质量等级。

评估模型的数学表达式如下：I=I1*I2*I3

其中，I为地下空间综合质量评估得分值，I1、I2、I3分别为工程难度等级评估得分值、潜在开发价值评估值以及竖向开发层次评定得分值。随着开发深度的加大，地下空间开发的经济性会逐渐减弱，地面交通可达性、用地功能等一系列用以评价浅层、次浅层开发潜在经济价值大小的因子作用力也随之降低，次深、深层地下空间的开发越来越呈现出一种均质化的态势。因此，用于评估浅层（0~-10m）与次浅层（-10~-20m）的因子对于城市地下空间的次深层（－20~-50m）与深层（－50m以下）地下空间综合质量的评估并不适用。遵循以上规律，对于次深层及深层地下空间综合质量的评估可以借鉴浅层与次浅层的评估成果，通过适当删减对其影响较弱的因子（如城市地价）进行修正，所得出的成果仅作为参考，具体实施时需根据情况进行重新评估。由于综合质量等级评定所得出的结果为自然数形式，为指导今后地下空间的实际开发利用，需将改数值与城市地下空间可开发利用的程度建立某种联系。借鉴城市总体规划编制中关于城市管制空间的划分标准，可根据城市地下空间的可开发利用程度将各层地下空间划分为鼓励建设区、适宜建设区及限制建设区三类。利用地理信息系统（GIS）平台“graduated color”运算功能，将“class”值设为3，分别运算可得各开发层次的三区划定范围图。以此为基础，扣除已建地下空间的范围，反馈回cad进行地块的统计和计算，可得各层地下空间资源总量以及各层鼓励建设、适宜建设及限制建设区各区的资源量[6]。

2.4 评估结果的分析

总体上来看，由于受到自然、社会经济条件及现状建设条件的影响，城市地下空间资源的分布一般呈现不均衡的特点。在城市中心、副中心、重要商业街区、交通枢纽、城市绿地、广场以及大型公共设施周边等区域进行地下空间开发能够发挥出最大的经济效益、社会效益和环境效益，这些区域也将是我国城市地下空间开发利用的重点和起源地。由于浅层地下空间资源受地面建设条件的影响最大，城市现状建设区域尤其是中心区地下空间的开发受到较大的制约，然而这些区域大都处于地价因子评估中的“一级地价区”，开发的经济潜力较高。因此可结合老城区的有机更新，通过对现状地下室的改造，将有条件的地下室连通，进行联合开发等一些手段，对城市现状建设区域内的浅层地下空间进行科学有效的合理开发。但在具体工程设计及实施过程中，要充分考虑地下工程与地面现状建设之间的影响，同时充分发挥地下空间开发利用对城市地上活动的促进作用，重视地下功能与地面功能的结合、协调和互补。