广东省中山市地下全空间域资源量计算

罗跃春　陈开明　马志超　江贵荣　龙明滔　屈星晨

摘 要：地下空間资源是重要的国土资源，对其进行有序地集约开发，可缓解地上空间的压力。地下空间规划建设不仅要考虑经济、地质、功能等条件，还需考虑地下空间资源的已利用情况。利用遥感解译、资料收集以及实地考察手段，探明了中山市地下空间资源利用现状。基于ArcGIS插值计算获得了中山市全空间域地下空间资源利用率及其分布，并与传统估算方法结果进行对比。结果表明：1）中山市100 m以浅地下空间资源平均利用率约为4.1%，远低于传统估算方法的40%；2）中山市（0～-100 m）地下空间资源利用率最高为35%，利用率较高地区主要为中山西北部、主城区（石岐区、南区、东区、西区和火炬区）以及三乡和坦洲等地；3）中山市地下空间资源利用类型主要为建筑浅基础、地表水系以及深基础，它们占总利用类型的比例达89%；4）浅层（<0～-15 m）地下空间资源平均利用率为16%，次浅层（<-15～-30 m）地下空间资源平均利用率为4.4%，次深层（<-30～-50 m）地下空间资源平均利用率为1.2%。中山市地下空间资源利用率随深度增加迅速降低。

关键词：地下空间资源；利用率；ArcGIS；中山市

Calculation of full underground space resources in Zhongshan City， Guangdong Province

LUO Yuechun1，2， CHEN Kaiming1，3， MA Zhichao1， JIANG Guirong1，3， LONG Mingtao1，3，

QU Xingchen1，3

（1.Zhuhai Engineering Investigation Institute of Guangdong Province， Zhuhai 519000， Guangdong， China；

2.Geotechnical Foundation Engineering Technology Research Center of Guangdong Province， Zhuhai 519000， Guangdong， China；

3.The First Geological Brigade of Guangdong Geological Bureau， Zhuhai 519000， Guangdong， China）

Abstract： Underground space resources are important national resources， and orderly and intensive development can alleviate the pressure on ground space. The planning and construction of underground space should not only consider economic， geological， functional and other conditions， but also consider the utilization of underground space resources. In this paper， the utilization of the underground space resource of Zhongshan was investigated through sensing interpretation， data collection and field investigation. Based on the data above， the occupied underground space resource is analyzed carefully， and then， the analyzed data were imported into ArcGIS software. And the distribution of the utilization rate of the underground space resource was obtained by Kriging interpolation on the grid. Besides， the average utilization rate calculated by the statistical method and the traditional estimation method was compared. The research shows that： 1） the statistical method calculated average utilization rate of 0～-100 m underground space is 4.1%， which is significantly less than 40% of the traditional method estimated. 2） the maximum utilization rate of 0～-100 m underground space is 35%， and the areas with high utilization rate are mainly located in the northwest of Zhongshan， the downtown area， Sanxiang town and Tanzhou town. 3） the main occupation types of underground space resource are building shallow foundation， surface water system and deep foundation in Zhongshan， which account for 89% of the total occupation types. 4） the average utilization rate is 16% at 0～-15 m， 4.4% at -15～-30 m and 1.2% at -30～-50 m， and the utilization rate of underground space decreases rapidly with the increase of depth.

Keywords： underground space resources; utilization rate; ArcGIS; Zhongshan

随着我国城市建设高速发展和城镇化不断推进，土地资源供需矛盾越来越突出（马仕，2007；刘阳阳等，2023），导致地面人流、车流、建筑设施等过于集中，出现了交通拥堵、住房困难、环境恶化等“大城市病”（谭飞等，2021；蒋杰等，2021；李万伦等，2021）。地下空间资源是重要的国土资源（郑桂森等，2017），合理科学开发城市地下空间资源是解决以上问题的重要手段之一。近年来我国颁布了一系列城市地下空间资源规划相关标准，为地下空间资源管理和规划建设奠定了基础，也为地下空间资源开发利用指明了方向。GB/T 51358—2019《城市地下空间规划标准》明确指出加强城市地下空间资源保护与科学利用，促进地上、地下空间统筹协调综合利用，CECS 401：2015《城市地下空间开发建设管理标准》强调了加强城市地下空间开发建设管理，有效利用城市地下空间资源，促进土地集约利用。

地下空间资源开发不同于地面土地资源开发，前者开发难度大，开发后不易再次规划利用，因此地下空间资源开发利用规划尤为重要。面对地下空间的未知性和复杂性，如何科学合理地对地下空间资源进行规划是各地主管部门面临的难题。鉴于此，各大城市竞相开展地下空间资源开发利用评价（史玉金等，2016；胡学祥等，2016；张晶晶等，2016；吴新珍，2021；周长红等，2022；熊峰等，2022；瞿婧晶等，2022；何阳等，2021），以期为地下空间资源开发利用规划提供参考依据。地下空间资源赋存量是地下空间资源开发利用评价结果的重要影响因素之一（周丹坤等，2019），目前关于地下空间资源赋存量计算一般采用粗略估计法，通常按地下空间总体积的40%计算（童林旭，2000），显然，这种算法忽略了地域差异以及城市发展進程，会导致地下空间资源估算量与实际情况相去甚远。本文提出了一种全空间域的地下全空间域资源量计算方法，本方法通过遥感解译、资料收集、野外考察手段对地下空间资源量进行揭示，以中山市为例，对其全市域100 m以浅地下空间资源量进行详细的统计计算，得到了较为准确的中山市地下空间资源利用率，通过插值分析得到了中山市地下空间资源利用率的空间分布特征，相关研究可为其他城市地下空间资源计算提供参考。

1  方法与数据

1.1  技术路线

本计算方法需收集主要的地下空间资源利用类型。通过遥感解译获取高层建筑、低—多层建筑、在建基坑、高铁线路、大型水域分布等信息，到相关部门调取既有建筑地下室和基础、地下管线等档案资料，并通过实地考察对以上资料进行补充和验证。将所有数据进行整理，建立数据库并计算各类已利用地下空间资源量，通过ArcGIS软件建立计算区域的网格，将计算得到的地下空间占用量按坐标投影到对应的网格中并汇总，利用Kriging插值方法得到计算区域的地下空间资源利用率分布图。具体实施技术路线如图1所示。

1.2  资料收集与野外调查

1）遥感解译

通过遥感解译获取疑似高层建筑488处，疑似在建基坑164处，获取大型地表水系约262 km2，动车线路约137 km。

2）资料收集

收集高层建筑地下室及桩基础资料89份，全市域地下管线数据库1份，建筑分布图1份（约15万栋建筑）。

3）实地考察

利用遥感解译数据指导野外调查，重点调查疑似高层建筑点、在建基坑点以及地下通道。经野外调查确定全市既有高层建筑392处。其中：建有地下室的有372处，地下室层数最大为4层，88.9%为一层，8.8%为两层，96%地下室层高为3～3.3 m，全市地下室建筑面积总和约2 546万m2；全市在建基坑43处，总开挖体积约130.28万m3，最大开挖深度为22.2 m，单体开挖面积有限，最大约为1万m2；全市有33处地下车行通道，其中12处为穿山隧道，12处为双洞单线车行道，所有地下车行道均为1层，层高多为4.3 m或5.1 m，平均层高4.5 m，地下车行道最长为1 260 m，平均长度为97.7 m，最大宽度24.5 m，平均宽度为18.3 m；全市有34处地下人行道，均为1层，层高2.4～3.0 m，平均层高2.7 m，长度20～130 m，平均长度57.9 m。

综上，中山市地下空间资源利用类型和数量如表1所示，其分布如图2所示，图中居民区由建筑密集区圈画而得。

2  地下空间资源利用分析

1）建筑已利用地下空间资源分析

中山市既有高层建筑层数与桩长统计如图3所示，可以看到桩长与层数无明显关系，其平均桩长为30.5 m，加上地下室一般不到35 m，同时考虑持力层厚度，在此对于高层建筑影响深度按40 m考虑，超高层按50 m考虑。各类建筑基础的影响深度按表2取值。由于遥感影像解译数据与本次调查时间具有1 a时间差，而中山市每年均有大量新的建筑开始修建或建成。为了避免低估高层数量，本次统计高层数据时将野外调查及收集到的数据也纳入分析。

关于基础的影响宽度计算，根据GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》中规定的应力扩散计算方法，基础的影响宽度可按图4计算，但在实际操作时由于较难获取所有建筑的基础宽度，且同一建筑下相邻基础的影响范围可能重叠，而对于高层建筑来讲其影响宽度计算值将很大，就目前工程施工技术水平来讲，完全不必要避开如此大范围进行地下空间开发，如广州花城广场地下空间开发时2个相邻的基坑仅仅相隔不到数米的距离。因此，本次计算基础影响宽度时，将低层和多层建筑在地面上的投影轮廓确定为计算范围，即认为该范围一定深度内的地下空间资源已被利用，不可再开发。对于高层建筑统一采用缓冲功能将建筑轮廓（一般以楼盘或小区覆盖面）20 m范围以内的地下空间也确定为已被利用，如图5所示。

2）动车线路已利用地下空间资源分析

从中山市地质条件看，地面60 m以下一般为坚硬基岩，中山市动车桥梁基础一般埋深小于60 m，加之动车线路的桥梁基础分布比较规律且稀疏，因此，在动车线路地面60 m以下进行空间开发时，若能做好基础防护加固等保障措施（如部分基础托换等），则认为是可行的。本文计算将动车线路桥梁基础的计算深度定为60 m。上海市地方规定高速铁路两侧的建筑工程与最近一侧铁路边轨的最小距离不得小于50 m，故本计算将动车线路两侧各50 m宽度范围内、60 m深度内确定为已被利用的地下空间。

3）水系已利用地下空间资源分析

中山市内有较多河流、湖泊、沟渠、水库、鱼塘等地面水系。按中山市的地表水系重要与否，本计算中仅选取了主要河流、水库、湖泊作为分析，根据河流、水库及湖泊几何特征，一般河流中心线及湖泊中心附近深度最大，以保守起见，本计算中将对应的水系范围均按该深度考虑。地下空间开发应与水系底部保持一定距离，以免发生工程事故或影响地表水体，本计算中该距离深度定为5 m。此外将水系在地面投影一定范围的距离也定为不可开发范围，该范围取值根据水系的重要性按表3执行，由于无法完整获取各河流的流量及流域面积，河流大小仅以河流宽度来判别。

4）地下交通设施已利用地下空间资源分析

根据本次野外调查，中山市内的地下交通设施主要为地下人行通道和地下车行通道，其中地下人行通道共34处，地下车行通道33处，除了穿山隧道和过江通道外，大多通道顶部距离地面均小于3面，因此其上部恒荷载较小。鉴于此，隧道的影响深度定为隧道底部以下3 m。又由于通道一般多采用箱涵或衬砌结构，结构稳定性较好，为此，将隧道两侧2 m范围以内确定为已利用地下空间。

5）地下管线已利用地下空间资源分析

中山市的地下管线数据量庞大。经过对管线资料整理分析发现，所有管线几乎均埋藏于城市道路两侧（图6），埋深约2 m，由于管线数据太庞大且错综复杂，如逐个逐类分析工作将难以顺利开展，且不同管线可能处于同一管廊中，逐类分析易造成地下空间已开发利用率偏差。为此，本计算将道路两侧的管线融合成面，并向两侧缓冲1 m，作为管线影响范围。影响深度按5 m计算。

需要指出的是，以上各因素在做缓冲分析后，影响范围可能会重叠，若直接将各因素分别计算再汇总，则会导致重叠部分被反复计算，将导致地下空间已利用量估算偏高，因此需要将重叠部分按不同深度进行融合处理。

3  地下空间资源利用率

利用ArcGIS建立覆盖全市域的面文件，并按800 m × 800 m进行网格划分。将各类利用类型的平面投影分别标识于该网格中，得到每个网格中利用类型面积，然后根据各利用类型的影响深度计算各网格中已利用的地下空间资源量，从而得到各网格的地下空间资源利用率（计算深度范围内地下空间资源已利用体积与总空间体积之比），最后对网格进行插值分析，得到地下空间资源利用率分布图。

图7为中山市0～-100 m地下空间资源分布情况（利用率越低，地下空间资源未开发程度越高，下同）。整体来看，中山市地下空间开发利用有限，平均利用率为4.1%，即0～-100 m地下空间95.9%未开发利用。利用率低于5%的地区占中山市总面积68.3%，广泛分布于整个中山市域。利用率在（5%，10%］的地区占中山市总面积20.0%，主要位于主城区周边、高铁沿线以及水系附近等；利用率在（10%，20%］的地区占中山市面积10.9%，主要位于主城区及其他乡镇中心区域；利用率（20%，35%］的地区占中山市总面积约0.8%，主要是高层建筑集中的西区及坦洲等地。

而根据传统估算方法，地下总空间资源保有量按地下总空间体积的40%计算，即中山市地下空间资源60%未开发，远小于本文计算的95.9%，可见传统粗略估算方法严重低估了地下空间资源保有量。

图8为中山市不同深度范围内地下空间资源利用率分布图，地下空间资源利用率高的地区主要是建筑集中的东区、西区、小榄、坦洲等地。浅层（0，-15 m］地下空间资源平均利用率为16%，最高值达65%；次浅层（-15 m，-30 m］地下空间资源平均利用率为4.4%，最高值达45%；次深层（-30 m，-50 m］地下空间资源平均利用率为1.2%；深层（-50 m，-100 m］范围内开发利用极少，地下空间资源平均利用率仅为0.1%。

图9为中山市地下空间资源平均利用率与深度的关系曲线。由图可见，30 m以浅地下空间资源利用率随深度增加显著下降，且该深度范围以外（-30～-100 m）地下空间利用率非常小，表明目前中山市地下空间开发主要以浅层、次浅层为主，而次深层及深层开发较少。

为更深入了解地下空间资源利用情况，图10给出了地下空间资源各种利用类型在不同深度范围内的比例。对于（0，-15 m］，浅基础占8.2%、水系占5.2%、深基础占3.6%；对于（-15 m，-30 m］，深基础占3.6%、水系占0.8%；对于（-30 m，-50 m］，主要利用类型为动车线路桥梁基础；（-50 m，-100 m］几乎未利用。综合来看，目前中山市地下空间资源利用类型主要为浅基础、深基础以及地表水系，在0～-100 m已利用空间中浅基础占比35%，深基础占比约为27%，水系占比约为27%，合计占89%。

图11给出了中山市各镇区0～-100 m地下空间资源利用率情况。从图11中可以看到，石岐区利用率远高于其他鎮区，达到13%；其次是西区、南头镇、火炬开发区，利用率达到7%以上；东区、小榄镇、港口镇、沙溪镇，其利用率达到5%以上；五桂山街道办、南朗镇、神湾镇、板芙镇等区镇利用率最低。

4  结论

1）中山市0～-100 m地下空间资源利用率为4.1%，利用率高的地区主要是高层建筑集中的西区及坦洲等地。

2）采用本计算方法得到的中山市0～-100 m地下空间资源保有量为95.9%，远高于传统估算方法计算的60%。

3）随深度加大，中山市地下空间资源利用率迅速降低，在-50～-100 m深度范围内利用率几乎为零。表明中山市地下空间资源开发主要集中于浅层及次浅层，而次深层和深层尚待开发。

4）中山市地下空间资源利用主要类型为浅基础（35%）、深基础（27%）、地表水系（27%）。

5）中山市地下空间资源开发利用率最高的前3个镇区依次为石岐区、西区和火炬开发区，开发利用率最低的3个镇区依次为五桂山街道办、南朗镇和神湾镇。

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收稿日期：2023-04-23；修回日期：2023-06-21

基金项目：中山市多要素三维城市地质调查项目（442000-201903-2019001-0011（ZZ21909738））资助

第一作者简介：罗跃春（1986- ），男，博士，高级工程师，主要从事岩土工程、地下空间工程研究。E-mail：355529942@qq.com

引用格式：罗跃春，陈开明，马志超，江贵荣，龙明滔，屈星晨，2023.广东省中山市地下全空间域资源量计算［J］.城市地质，18（3）：52-59