城市道路下方地下空间资源利用评估方法研究

赵 光，丁鸿志，李 奥，董 飞，邹鸿浩

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210019；2.南京市公共工程建设中心，江苏 南京 210019）

0 引 言

城市地下空间的开发利用在城镇化发展的进程中，经历了由浅层利用到深层利用，从单一开发到大规模开发，从解决“城市病”问题到提升城市发展空间和核心竞争力[1]。截至2020 年底，中国城市地下空间累计建设面积达24 亿m2[2]，城市地下空间的建设规模和速度已居世界首位，中国已成为名副其实的地下空间开发利用大国。城市地下空间资源兼备资源与环境双重属性，且极其宝贵也十分敏感，具有复杂性、战略性和不可逆性，其开发利用务必科学有序、合理统筹[3]。城市地下空间资源评价是地下空间开发利用的基础性工作和重要前提，然而当前城市地下空间资源研究还存在许多问题，不能满足蓬勃发展的城市地下空间资源开发利用巨大的实践需求[4-5]。主要表现为：

（1）各城市在地下空间开发深度方面差异较大。《城市地下空间规划标准》（GBT 51358—2019）提出城市地下空间可分4 层，即：浅层（0～-15 m）、次浅层（-15 m～-30 m）、次深层（-30 m～-50 m）和深层（-50 m 以下）[6]，部分城市的要求如下：天津（分4层，即浅层0～-5 m、次浅层-5～-15 m、中层-15～-30 m、深层-30～-60 m）长春（分3 层，即浅层0～-3 m、中层-3～-15 m、深层-15～-30 m）、宁波（分3 层，即浅层0～-15 m、中层-15～-30 m、深层-30～-50 m）、青岛（分4 层，即浅层0～-10 m、次浅层-10～-30 m、中层-30～-50 m、深层-50～-100 m）[8]。因此，造成不同城市间分层开发深度的评价结果的对比性差、可靠性也不同。

（2）城市地下空间资源质量评价及适宜性评价指标等级划分上不尽相同，质量评价指标存在设置5 级（很好、好、中等、较差、差）或4 级（优、良、中、差）。适宜性评价指标方面，一般划分为适宜、较适宜、较不适宜和不适宜等4 个等级，或者适宜、较适宜/ 基本适宜/一般适宜、适宜性差/不适宜等3 个等级。不同评价结果的定量性不足，可迁移性和参考性较差，无法指导城市地下空间的高效利用。

（3）城市地下空间资源容量评估仅考虑了地面空间现状，没有顾及既有地下空间、工程水文地质条件、邻近开挖或出于保护既有地下空间的需求等对地下可开发利用空间的影响，使得城市地下空间资源评估结果与实际差异较大，缺乏实用性。

当前必须掌握道路下方地下空间的容量、已利用及可利用的基本情况，提出实用性城市道路下方地下空间资源利用评估方法，从而为未来道路下方地下空间的科学规划和利用提供依据。

1 城市道路下方地下空间资源利用评估的基本内容

道路下方地下空间资源是城市地下空间资源的重要组成部分，也是开发利用率较高的地下空间资源，承载了众多的地下基础设施功能。道路下方地下空间利用的基本用途为：地下道路，地下综合管廊、地铁车站、地铁区间隧道、过街通道、地下商场等（见图1）[8]。城市道路下方地下空间资源评估主要包含3项基本内容：（1）道路地下空间容量计算；（2）道路下方现有地下空间计算；（3）进一步可以得出道路下方地下空间利用率。

图1 道路下方地下空间竖向层次划分示意图

2 城市道路下方地下空间容量计算方法

《城市地下空间规划标准》（GBT 51358—2019）提出“在确定的评估范围内，以城市规划建设用地为基础数据，分别对规划用地范围内的建筑物、道路、绿地广场下部等可供开发的地下空间容量进行估算，整合后形成可供合理开发的地下空间容量。城市地下空间开发利用及地下轨道交通线路、车站建设时，应预留地下市政管线所需的浅层地下空间。当道路下建设地下空间时，其覆土深度不宜小于3.0 m，并应满足重力流地下市政管线的实际埋深需求。”同时，对城市道路和绿地下方地下空间容量计算方法进行了规定，提出道路下方地下空间容量表达式为：

式中：Vr为道路下方地下空间容量；Sr为道路面积；Hi为开发深度。

城市绿地地下空间容量可按下式计算：

式中：Vg为绿地下地下空间容量；Sg为绿地面积；Hi为开发深度；Hii为植被所需深度（约1.5 m）；Hiii为排水层厚度（约0.3 m）。一般情况下Hii＋Hiii之和小于3.0 m 取值。

结合现有的规范成果、城市道路地下设施及道路下方地下空间的利用情况，从而提出道路下方地下空间容量表达式为：

式中：V 为道路下方地下空间容量；Sr为道路面积；Sg为道路两侧的绿地面积；Sf为道路两侧的辅道面积；Ha为允许开发深度，Hl为限制开发深度。

由于道路下方的地下空间分布较为分散，存在某一段道路下方地方空间密集的情况，比如城市核心区地段的道路，同时也有部分道路的下方无地下空间，同时即使同一条道路，由于所属的区域经济发展程度、岩土体参数及地质条件差异较大，允许开发和限制深度也不一致。因此为了便于道路任意区段内的地下空间容量的计算，提出一定长度范围内道路下方地下空间容量（见图2）表达式为：

图2 道路下方地下空间容量图示

式中：Vi为某一段内道路下方地下空间容量；li为主道路长度；lr为道路宽度；lg为道路两侧的绿地宽度，lf为道路两侧的辅道宽度。

因此，整条道路下方地下空间容量可通过各个区域内道路下方地下空间容量叠加计算得到，表达式为：

3 城市道路下方现有地下空间计算方法

城市地下空间规划应以地下空间资源评估为基础，对城市规划区内地下空间资源划定管制范围，划定城市地下空间禁建区、限建区和适建区，提出管制措施要求[9]。禁建区应为基于自然条件或城市发展要求，在一定时期内不得开发的城市地下空间区域；限建区应为满足特定条件，或限制特定功能、或限制规模开发利用的城市地下空间区域；适建区应为规划区内适宜各类地下空间开发利用的城市地下空间区域。禁建区的划定是为了避免城市地下空间的开发建设对生态环境造成破坏，主要是基于保护的目的划定该区域。限建区是一般条件下不得开发、仅在满足特定条件后可进行开发的城市地下空间区域。适建区主要指在一般条件下允许开发建设的城市地下空间区域。

道路下方地下空间建设完成后，为了确保地下空间的结构安全，应对地下空间周围的一定范围内的岩土体进行保护，即地下空间周围存在安全保障区。安全保障区应适用于禁建区的要求[10]。因此道路下方地下空间的实际利用区面积应是有效利用区和安全保障区面积的和（见图3），表达式如下：

图3 道路下方现有地下空间实际利用区面积计算图示

式中：Ua为道路下方地下空间的实际利用区面积；Ue为有效利用区面积；Us为安全保障区面积。

对于不规则形状的既有地下空间，应对既有地下空间的实际利用区进行修正，取其最长边与水平面或者垂直面进行投影，进而形成的包络区域为修正后的实际利用区，具体方法如图4 所示。

图4 不规则形状的既有地下空间实际利用区计算方法图示

考虑到地下空间安全保障区的范围与岩土体特性，施工方法及地形等因素有关，各个区段内安全保障区面积差异较大，同时地下空间断面尺寸也会发生变化，因此在某一段区域内，当隧道安全保障区的范围一致时，道路下方既有地下空间量Vai表达式为：

式中：Uai，Ue，Usi分别为某一区段内道路下方地下空间的实际利用区，有效利用区及有效利用区面积。

则整条道路下方既有地下空间容量可由各段内的地下空间量叠加计算得到，表达式为：

4 城市道路下方地下空间利用率计算方法

基于道路下方的地下空间容量和既有地下空间容量计算方法（见图5），可以得到某一区段内道路下方地下空间利用率的表达式为：

图5 道路下方分层地下空间实际利用区面积计算方法图示

式中：li为某一区段内道路长度，则整条道路下方地下空间利用率表达式为：

为了进一步揭示道路下方不同深度位置处地下空间的利用率，提出道路下方分层地下空间利用率计算方法。将道路下方地下空间进行分层，可以按照一定的深度（5/10/20 m 等）进行均分，也可以参考其他标准进行非均分设置，比如《城市地下空间规划标准》（GBT 51358—2019） 中的4 层城市地下空间划分结果等，因此某一区段内道路下方某一层地下空间容量表达式为：

式中：li为道路长度；lr为道路宽度；lg为道路两侧的绿地宽度；lf为道路两侧的辅道宽度；hci为道路下方某一层的深度。

同时在某一段区域内，道路下方既有地下空间容量Vai表达式为：

式中：la分别为某一区段内道路下方地下空间的实际利用区的宽度。

则某一区段内道路下方某一层地下空间利用率ξi的表达式为：

据此，可以实现沿道路纵向任意位置和分层条件下道路下方地下空间利用率的计算，进一步结合MapGIS，Suffer 等地理信息系统软件实现道路任意位置处和任意深度范围内道路下方地下空间资源评估（见图6），也可获得整条道路下方地下空间整体利用率。

5 结 论

（1）为便于道路任意区段内的地下空间容量的计算，提出一定长度范围内道路下方地下空间容量计算方法。

（2）提出道路下方地下空间的实际利用区面积应是有效利用区和安全保障区面积的和，对于不规则形状的既有地下空间，应对既有地下空间的实际利用区进行修正，取其最长边与水平面或者垂直面进行投影。

（3）揭示道路下方不同深度位置处地下空间的利用率，提出道路下方分层地下空间利用率计算方法，实现了沿道路纵向任意位置和分层条件下道路下方地下空间利用率的计算。