城市地下空间地质安全风险三维评价方法与实践

王 睿，窦帆帆，李云峰，葛伟亚

（1.中国地质调查局南京地质调查中心，江苏南京 210016；2.自然资源部城市地下空间探测评价工程技术创新中心，江苏南京 210016；3.江苏第二师范学院地理科学学院，江苏南京 210016）

0 引言

目前我国已经进入了工业化时代，城市化扩张放缓、基础设施更新和改造、精细化城市建设成为主要发展方向（马力，2014）。在这个背景下，城市地下空间开发的重要性进一步被凸显：其在优化城市空间利用，减少对地表生态系统的破坏；承担交通、供水、排水等基础设施的更新与升级；减少地表建筑密度，提升公共空间质量，提升城市居民舒适度；提升城市的抗灾能力和安全保障水平；丰富城市的文化、商业和旅游资源，增加城市吸引力等方面发挥着不可替代的作用（程光华等，2019）。

然而当前我国城市，尤其是特大城市普遍面临着区域地壳稳定性、地质灾害、水资源供给安全和生态安全风险（卫万顺等，2018），而地下空间作为城市重要的基础设施，蕴藏着地质风险。很多城市地质安全问题都会直接或间接地作用到城市地下空间，造成重大损失乃至直接威胁到城市正常运行。此外，广泛的研究表明，人类活动是诱发城市地面塌陷等工程地质灾害的重要因素之一（冯永，2009；张泰丽等，2011；蔡剑韬，2019），而地下空间的开发建设在其中占相当大的比例。因此，在后城市化阶段的当前，识别与评价城市地下空间的地质安全风险，指导地下空间规划与设计，对城市长久安全运营的意义是重大的。

本文通过总结城市地下空间地质安全风险的类型、地质诱因与核心评价指标，以及传统二维评价的局限性，系统提出了一套城市地下空间地质安全风险三维评价的技术方法体系，并通过南京某地的实例进行分析讨论。

1 城市地下空间地质安全风险概述

地下空间地质安全风险可以定义为：地下空间建设和运行期间受不良地质条件和作用威胁的可能性和严重程度（孙建平，2018）。以往学界对于地下空间地质安全风险这一概念的讨论相对较少，重点关注的是针对地下空间建设时的开发适宜性、施工风险等（袁钢等，2012；雷升祥等，2021）。然而，站在城市发展与长期运行的角度上来看，地下空间地质安全风险并不仅仅是建设过程中常见的基坑工程风险，还需要考虑长期性影响地下空间安全运营的地面沉降等问题，以及地下空间建设使用全周期本身对于地质安全风险扰动所引发的安全风险问题，例如地下水位水质的变化、管线渗漏引发的地面塌陷等。

1.1 城市地下空间安全风险类型

地下空间地质安全风险涉及活动断裂、地面沉降、崩滑流地质灾害、地面塌陷、其他不良工程地质条件、洪涝等多方面。

我国幅员辽阔，各类城市分布在不同的地貌区域内，具有不同地质背景和地质结构条件，在不同地区、不同地下空间开发形式与深度表现不同。

根据彭建兵等（2019）、程光华等（2019）等的研究成果，结合当前我国地下空间开发现状（田野等，2020），把我国典型特大城市根据制约城市地下地质结构的地质条件、城市地下空间开发需求和潜力建立了城市地下空间地质结构与不良地质要素如下表1所示：

表1 典型城市地质结构与城市地下空间不良地质要素Table 1 Typical urban geological structure and undesirable geological elements of urban underground space （UUS）

不同的地质条件作用于不同深度地下空间可能诱发的潜在地下空间地质安全风险不同。总的来说，地质动力活动或地质安全风险异常变化是主要成因，其中地质动力活动主要包括地壳运行和地震等；地质安全风险异常变化以人类的地下工程建设活动改变原有地质安全风险且趋于不利方向发展为主。在多数情况下是二者协同作用引起的，地面塌陷、岩爆、坑道突水、突泥、砂土液化等地质灾害主要是与工程不良地质、水文地质和地质构造条件复杂有关。

地下空间地质安全风险主要还包括地下承压水突涌、砂土液化、因暴雨导致水土流失进而引发市政管线破裂和地表沉降、天然气喷逸、地震等自然因素引起的灾害，以及地下施工扰动等人为因素引起的灾害。主要原因是地下地质条件不清、老化管线等人工构筑物情况和条件不明、设计施工方法不当等。城市地下空间地质灾害与场地的工程地质、水文地质条件和可能采用的施工工艺、工法等紧密相关。

城市地下空间长期运营过程中的地质安全风险主要有地层坍塌、隆起、突涌、渗漏、变形、沉降等，与岩溶、采空区、地裂缝、断裂带、空洞、地下水、流沙、软土等致灾不良地质情况有关。

1.2 城市地下空间安全风险地质成因及影响模式

一是构造活动区域，断层破碎带工程性质较差，透水性强，在开发过程中容易引起地面沉降变形和涌水事故，在施工过程中遇到断裂带，会导致严重的塌方、涌水和泥石流等灾害。活断层可能诱发构造地震，在饱和粉土、砂土区，地震导致砂土液化，施工过程中易出现基坑边坡坍塌、隧道围岩变形破坏，运营过程中易导致隧道和相关设施变形破坏。平原区隐伏活动断裂两盘的水平或垂直的移动都会对地下空间造成拉裂、变形甚至破坏，对于跨断裂建设的地下空间，如地下隧道、重要市政管线、地下综合管廊等，会造成极大破坏。在构造活动强烈的硬质岩中开发地下空间会积蓄高地应力，容易发生岩爆问题。

二是特殊土发育区，软土普遍具有高含水率、高压缩性、强流变性、触变性和流动性，地基承载力低，易于压缩变形，且沉降持续时间较长；在基坑和隧道开挖过程中，降排水和支护较为困难，基坑边坡和隧道围岩易变形破坏，同时还会引起周边建筑物开裂、地面变形破坏。液化土层（砂土）经历短暂的震动过程会完全丧失抗剪强度和承载能力，给地下工程建设造成十分不利的影响。在卵砾石层中开挖基坑和隧道时，容易产生塌落、坍塌、涌水。

三是有害气体发育区，氡气属于放射性气体，常沿断裂、破碎带等地质薄弱部位富集，并沿这些部位由地下深部向大气扩散，可沿各种缝隙进入地下空间，达到一定浓度，会对人体造成伤害。汞气在土壤中普遍存在，如果地下汞的含量超标，对地下空间的开发同样不利。地下浅层气在开发过程中如果遇到泄露，达到一定浓度会引发火灾事故。

结合上述研究成果，与地下空间开发及运营中易发的灾害类型（陈志龙，2023），本文系统归纳了地下空间地质安全风险类型及地质成因，如下表2所示。

表2 地下空间地质安全风险类型及地质成因Table 2 Types of UUS geological safety risks and geological origin

以江苏省城市为例：自2015年以来，江苏省地下空间的地质灾害呈现了先减少后增加的趋势。主要表现为地面塌陷、坑道突水、突泥和砂土液化等情况。这一现象的主要原因是江苏省内南京、无锡、徐州、苏州等城市大力推进地下空间的开发利用，特别是地下轨道交通、综合管廊和大型地下综合体的建设。工程建设不可避免地面临各种复杂地质条件，特别是易发生地质灾害的砂土和软土等情况。此外，2015年中央政府强调加快推进地下空间开发利用，提高城市地下空间资源利用率，导致2016年地质灾害次数上升。然而，随着人们对地下空间使用安全意识的增强和预防措施的完善，到2018年全国地下空间地质灾害发生逐年减少。自2019年开始，以地铁为主导的城市轨道交通迅速发展，带来了新一轮地下空间地质灾害发生次数的增加。

地面沉降和塌陷曾是江苏省最大的地下空间地质安全风险，尤其是在苏锡常地区和苏北沿海平原区。主要原因是江苏省复杂的地下水文地质条件和地下水开采活动共同作用。到2016年底，江苏沿海地区200 km2以上的沉降面积达1.4万km2，最大沉降量超过700 mm。但自2016年后，随着多年来地下水禁采工作逐步推进，江苏省地面沉降速率显著减缓，甚至出现了一些地区地面抬升的情况。地下水位开始回升，超采区域大部分地区的地下水位回升至限制采水位，对地下空间地质安全风险起到了很大的减缓作用。所以地下空间地质安全风险的识别是动态、发展的。

2 城市地下空间地质安全风险三维评价方法

随着地下空间地质调查评价工作的进一步推进，对地下空间资源三维立体化、精细化利用已成为当前的重点。由于地下空间地质安全风险处于一个复杂的系统，因此评价需要全面考虑多种指标要素的影响。只利用单指标要素进行地下空间地质安全风险评价并不是最为合理的评价方式，建立起多元多维数据的融合模式，深入挖掘数据间内蕴的特征和联系，基于更多知识储备和科学依据对地下空间地质安全风险质量与数量进行更为详细地分析与评价，应当成为当前城市地下空间地质安全风险评价研究工作的总体思路。

现阶段，由于以往技术条件限制，当前的地下空间地质安全风险评价研究主要集中在二维环境下开展。其实现过程通常是将地下空间体积按照开发深度层次划分为三到四个垂向部分，然后基于二维GIS平台并以采用平面栅格或矢量单元为载体，结合水文、工程等二维多元信息从不同深度整合各种评价要素的特征值，运用一定的综合评价模型以二维平面模型（图层形式）参与最终评价结果的计算，其全过程完全基于二维环境下开展（Zhou et al.， 2019；江思义等，2019；秦品瑞等，2019；蒋杰等，2021）。

然而，地下空间地质安全风险评价实际上是一个将三维空间对象基于三维评价单元提取数据信息，并经分析后再三维可视化表达的复杂过程。基于二维平面空间的地下空间地质安全风险评价将地下空间划分为多个层位，并按照不同层位进行“切片式”评价的方式忽略了评价中所需的地质信息、地下构筑物等多元信息在空间上具有三维属性的特征，具有三维属性的评价数据被投影至二维平面空间会损失大量的三维信息，显著影响评价结果的精细程度，并且其最终评价结果仅具有平面成果，深度方向分辨率太低则影响评价结果的实用性和应用范围，具有很大程度的不确定性，因此无法满足未来地下空间的立体精细规划和开发需要。因此，随着计算机三维技术的发展与前人研究的积累，城市地下空间地质安全风险评价研究工作逐步从二维转向三维（李鹏岳等，2021；谭飞等，2021；田聪等，2021；吴立新等，2022），国内外部分专家学者已开始探索结合三维GIS、空间信息技术、三维地质建模技术以及一定的综合评价模型开展地下空间地质安全风险定量评价研究，近年来在国内外也均取得了一定成果，并不断加强相关研究与实践（Hou et al.， 2016；叶菁等，2016；方寅琛等，2017； Dou et al.，2021， 2022；薛涛等，2021；奚悦等，2022）。

考虑到地下空间地质安全评价研究的复杂性以及涉及领域的广泛性，本文针对其中涉及的关键方法技术进行介绍。

2.1 三维地质建模

城市地下三维地质模型不仅作为地下复杂地层结构的客观反映，也是本文进行后续三维评价指标体系构建、三维空间分析和定量综合评价等环节的重要载体。因此，可动态更新的高精度城市地下三维地质模型是进行有效地下空间地质安全风险三维定量评价的前提条件。而高精度的三维地质模型的构建离不开合理的建模方法，现阶段众多三维地质建模方法可大致分为基于轮廓线的显式三维地质建模方法以及近年来发展成熟的基于插值等势面的隐式三维地质建模方法。

基于轮廓线的显式三维地质建模方法在城市三维地质建模早期占据主导地位，涌现了如Surpac、Micromine、3Dmine、Datamine等优秀的显式三维地质建模商业软件，并发展了多种针对不同数据源的显式地质建模方法。然而，这类方法一方面在地下多元数据融合方面均较为有限，很难将不同方向、不同类型、不同范围的多元数据同时用于地下复杂结构模型构建。另一方面，当建模完成后需要加入新的钻孔或地质（解译）剖面数据时，即便是针对较小范围的地质结构进行更新，显式地质建模过程都需要针对整个或部分区域重新进行，大量重复性人机交互操作费时费力，严重影响了地质建模的实际应用效率。

近年来，一种可以将观测数据和地质知识结合在一起，采用“隐式”途径建模的方法得到了长足的发展。由于该方法通过一个隐式函数的等值面建立地质界面，即在三维标量场中以地质年代序列作为基础，以地质、地球物理推断界线和产状作为几何约束追踪网格或四面体网格获得的一系列等值面代表地质界面，所以称之为隐式界面建模方法（Hillier et al.， 2014）。经过十余年的发展，隐式三维地质建模相关方法逐步发展成熟，目前已能够较好地满足数据的动态更新、多元数据融合等需求，也能够在少量地质观测数据约束下对三维地质模型进行构建，并且建模结果合理准确，因此越来越受到地质工作者的关注（Vollgger et al.， 2013）。

目前，常见的基于地质知识的隐式三维建模软件有EVS、Geomodeller、GIS3D、Leapfrog等，其中性能最强也最为成熟的软件是由美国C Tech公司适用于地球科学领域的高级可视化分析工具开发的EVS隐式三维地质建模软件。该软件可以充分利用多种地质观测和解译数据，数据种类包括钻孔编录、数字高程模型、平面图、地质（解译）剖面、遥感图像等。该方法软件不必拘束于地质数据的方向、尺度和方位，其内含的建模方法能够融合大量多尺度、多元地质信息进行三维地质建模，也能够在少量地质观测数据约束下对三维地质模型进行构建。其主要流程包括构建地层层序、钻孔数据转化、创建三维地层模型、创建三维属性模型等，建立的模型能够真实反映了地质构造形态、构造关系及地质体内部属性变化规律，对于尖灭、透镜体、断层及溶洞具有很好的处理能力。EVS三维地质建模软件目前已被广泛应用于地下空间及其相关领域（杨云峰，2020；周念清等，2020；刘顺昌等，2021；苏学斌等，2021）。将该软件的相关地质建模功能应用于针对城市地下空间复杂地质安全风险开展三维地质建模工作，具有十分良好的发展前景。

2.2 三维评价指标体系构建

相比传统的二维评价指标体系，在三维地质模型融入评价过程的支持下，三维评价指标体系最显著的特点是可以考虑更多的评价指标来更好地描述地下空间复杂的地质安全风险，充分反映地下空间中复杂地质安全风险的三维空间结构特征和属性特征，如地质体的空间结构特点、软硬差异界面特征、上下伏土体的工程地质特征等，也进一步丰富地下空间地质安全风险评价结果的内涵。地下空间地质安全风险三维评价指标体系的一般流程包括：

三维评价指标识别与机理分析：首先明确地下空间地质安全风险所评价的内容与目标。不同的评价内容和评价目标，其构建的评价指标具有一定的差异。基于此，需要对评价对象进一步开展深入系统地综合分析和挖掘，梳理其特点、关键问题、影响因素的作用机理及其彼此之间的联系等。然后在大量搜集和整理国内外相关的评价指标基础上，基于三维视角从共性和特殊性的角度对评价指标进一步归纳总结，按其内在因果、隶属等逻辑关系进行目标分解，并对分解产生的各层次目标确定相应的评价指标，建立多层次多方面的评价指标体系。

三维评价指标初选：根据已归纳的评价指标体系和评价指标构建原则，利用三维地质模型初步分析评价区内地下地质情况并对地下空间开发关键地质层组进行有效识别，同时结合研究区实际背景特点并综合专家的经验与知识，初步构建符合研究区实际特点的三维评价指标体系。

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三维评价指标体系筛选与优化：采用数理统计、数据挖掘等方法对已初选的评价指标体系进一步筛选，并综合运用剔除、合并、替换等方式进行优化设计，对三维评价指标体系进一步修改完善。

三维评价指标量化分级：针对地质要素三维空间分布特征及其对地下空间开发利用的影响，结合现有相关规范标准和实际工程经验，并参考周边城市地下空间相关研究成果进行定性或定量三维评价指标的分类量化。

2.3 三维空间分析

空间分析是从空间数据中获取有关地学对象的空间位置、分布、形态、形成和演变等信息的分析技术，其主要基于空间数据和空间模型的联合分析来分离挖掘空间目标的潜在信息。在地下空间地质安全风险评价研究中，以往传统的空间分析方法主要针对于二维空间，主要采用平面栅格或矢量数据结构开展相关分析计算。由于运用较早，其在方法技术上也较为成熟。这些方法主要包括叠加分析方法（Makana et al.，2016）、地形分析方法（刘家男等，2021）、插值分析方法（蒋杰等，2021；李鹏岳等，2021）等。而针对三维环境下的空间分析方法则有较大不同，其在数据结构上主要采用规则六面体的三维栅格数据结构开展评价信息的定量提取，空间分析方法也较为简单，目前主要包括针对土工试验、地下水监测等离散点数据的三维空间插值方法（薛涛等，2021）、用于描述评价指标要素影响范围及程度的三维距离场分析方法（叶菁等，2016；Hou et al.， 2016）以及用于地下空间潜在资源量计算的三维布尔运算分析方法（方寅琛等，2017）等。

三维空间分析作为充分融合、分析和挖掘三维地质模型等多元数据内蕴信息的重要手段，为地下空间地质安全风险三维定量评价提供了更多的评价信息支撑（Dou et al.， 2021）。从三维的角度定量描述城市地下空间开发与地质安全风险的相互制约关系，将直接决定着地下空间地质安全风险三维定量评价工作的成败。

三维空间统计分析可以深入了解地下关键地质要素属性特征的变化规律和复杂程度（窦帆帆等，2021）。本文的三维空间统计方法包含有三维地质体深度分析、三维地质体厚度分析以及三维地质体复杂度分析法等。主要涉及用来针对垂向深度方向上地质层组单要素评价复杂度、下卧软土（硬土）层厚度、含水层厚度等的空间统计计算。

三维地质体表面分析主要用于定量分析三维地质体表面形态，获取三维地质体表面特征的基本形态及参数。主要包括三维坡度分析、三维起伏度分析、差异地质界面分析等。

针对距离影响特征的不同，三维空间距离分析可分为三维距离场分析和三维拓展分析两种。三维距离场分析是定量化地获取目标对象对周边环境影响范围和程度的重要分析手段。在实际的地下空间开发利用中，活动断裂、含水层、不良地质体等评价指标在一定距离影响范围内往往制约着地下空间开发的难度和规模。对于某些评价指标要素，运用三维距离场分析并不能很好地描述其影响范围或特征，例如地形坡度对于一定垂向深度范围内的地下空间开发产生的影响描述。因此需采用一种能够刻画和度量上述距离影响特征的方法。针对上述情况，本文采用三维拓展分析方法将特征块体单元的数值在三维空间中按照一定规则赋予其他块体单元。

三维空间插值方法主要基于三维离散点数据，通过对相关数据的空间结构和分布规律进行相应分析，以已知数据为基础实现对未知位置属性的预测。地下空间空间插值属性数据的主要来源有土工试验以及地下监测数据等。

结合前人研究成果及上文的评价指标体系和三维空间分析方法，本文系统建立了城市地下空间地质安全风险评价指标及方法，如下表3所示。

表3 城市地下空间地质安全风险评价指标及方法Table 3 Indicators and methods for geological safety risk evaluation for UUS

2.4 综合评价模型

综合评价模型是指通过将多个评价指标值“合成”为一个整体性的综合评价值的数学模型或算法，由评价指标赋权模型和评价数学模型两部分组成。由于不同城市地区在评价环境上存在一定差异，各种综合评价模型的特点及适用情况也各不相同，因此进行评价时尚未有固定搭配的评价指标赋权模型和评价数学模型，具体综合评价模型的选择应根据评价目标、指标特性及研究区实际背景特点等方面灵活选取。

2.4.1 评价指标赋权模型

在地下空间地质安全风险评价中，评价指标权重是对各评价指标间相对重要程度的一种衡量，直接影响着评价结果的准确程度。如何更好地确定指标权重一直是国内外相关学者研究的热点。现阶段国内外以层次分析法、专家打分法（德尔菲法）及其结合为代表的主观赋权方法在指标赋权方法上占据大多数，比例高达83%，例如，江思义等（2019）结合专家打分与层次分析法对影响桂林市地下空间开发利用适宜性的地质安全风险指标进行权重的计算。同时，一些学者采用传统熵权法、粗糙集法等客观赋权方法对评价指标权重进行了分析计算，例如，黄静莉和王清（2015）根据粗糙集理论对长春市地下空间岩土体属性进行了重要性评估并获得了相应权重。此外，随着研究的不断深入，简单的组合赋权方法（马邦闯等，2020）和变权赋权方法（何阳等，2021）也开始出现在地下空间地质安全风险评价指标赋权实践中，地下空间地质安全风险指标赋权方法体系已逐渐形成了多种类的指标赋权方法。

2.4.2 评价数学模型

近年来，国内外众多专家学者围绕地下空间地质安全风险评价数学模型开展了富有成效的研究。综合指数法、模糊综合评判法、灰色关联分析法以及可拓法等诸多模型已相继应用于多个城市或地区的地下空间地质安全风险评价，其中综合指数法与模糊综合评价法比例最高。上述两种模型由于其模型较为简单、计算便捷，因此在国内外得到广泛应用。例如，众多专家学者基于综合指数叠加方法，分别开展了苏州、成都、西安、广州、济南、三亚、银川、昆明、伯明翰等城市地下空间地质安全风险评价；基于模糊综合评判法分别评价了北京、武汉、南京、合肥、长沙、温州、宁波、南宁等城市地下空间地质安全风险质量。此外，胡宁（2012）运用可拓法评价郑州市地下空间开发利用的适宜性并提出了相应合理对策；叶菁等（2016）结合可变模糊集方法，对佛山市东平新城进行地下空间资源质量评价，有效降低了评价等级人为划分的不确定影响。蒋杰等（2021）采用灰色关联分析法对南昌市地下空间开发的地质适宜性开展了评价研究，为其地下空间规划的编制提供了相应的技术支撑。

3 案例研究

3.1 研究区概况

南京江北新区研究区位于长江西北侧，总面积200 km2。地势向西北逐渐升高。第四系松体分布广、层厚大，呈内叠式、交错式或超覆式沉积，发育2～3个沉积旋回。可划分15个工程地质层。区内特殊土体主要为易液化砂土、软土、富水砂砾石层。

区内淤泥多呈流动-流塑状态，不能承受较大的荷载，具有低强度、高含水率、高压缩性等不良工程特性。土层厚度大、分布广，和砂土构成极不利的工程地质剖面结构。透水砂土则以松散为主，富含地下水，易液化，是主要含水层，透水性较好。基坑开挖排水改变地下水流场时，饱和松散粉细砂易于产生流砂、管涌现象，诱发地面沉陷。同时，卵砾石层富水性高，卵石粒径5～20 cm，成分以石英为主，未盾构掘进的不良地层。

南京江北新区作为南京市内重点开发与规划建设区域，未来发展潜力巨大，因此研究区的地下空间开发利用将会进一步满足未来城市发展需要。然而，研究区地质结构较为复杂，地下空间开发利用受到地质条件优劣的制约，易液化砂土、软土、富水砂砾石层等不仅给地下工程建设带来许多难题且容易产生灾害性的环境岩土工程问题。

对于地下空间开发主要的潜在风险为：

① 软土导致的基坑变形风险；

② 施工降水导致的地面沉降风险；

③ 粉土层基坑流砂管涌风险；

④ 富水砂卵石层隧道掘进卡刃风险；

⑤ 粉土层管线渗漏导致的地面塌陷风险。

3.2 三维地质模型构建

结合EVS三维地质建模软件建模流程，以研究区内工民建、地质调查等钻孔资料、平剖面地质图件等多元地学数据为基础，完成区内高精度三维地质结构模型构建（图1，纵向放大比例为20倍）。

图1 研究区地层结构模型Fig.1 3D stratum model of the study area

3.3 地下空间地质安全风险要素表征

针对江北新区实际地质背景，研究构建了区内地下空间地质安全风险三维评价指标体系，并采用自主开发的城市地下空间地质安全风险三维评价软件（窦帆帆等，2021）中的多项空间数据分析方法对三维评价要素进行了提取。图2为采用三维表面分析方法计算的区内软土层标高。图3为采用三维距离场分析方法计算的软土层影响范围。

图2 研究区内软土层标高Fig.2 Elevation of soft soil layers in the study area

图3 研究区软土层影响范围三维距离场Fig.3 3D distance of soft soil layers in the study area

3.4 地下空间地质安全风险三维评价

基于提取得到的三维地质安全风险要素表征信息，研究利用层次分析法和多级指数叠加法及不同空间算法对多元地学数据进行融合，针对不同评价对象定量计算了区内三维地质安全风险程度，并依此对其进一步分析。

（1）承灾体为工程基坑的地质安全风险三维评价

基于现有地下空间开发的建筑及深度数据进行三维拓展分析，得到江北新区地下空间开发密度评价结果（图4）。

图4 研究区地下空间开发密度三维评价结果Fig.4 3D evaluation results of UUS development density of the study area

综合地下空间开发密度与不良体质体对于基坑的影响机制，通过属性模型节点运算计算出基坑地下空间开发地质安全风险结果（图5）.

图5 研究区内基坑地下空间开发地质安全风险三维评价结果Fig.5 3D geological safety risk evaluation result for foundation pit UUS development of the study area

（2）承灾体位为隧道的地质安全风险三维评价

综合地下空间开发密度与不良体质体对于隧道的影响机制，通过属性节点运算可计算出隧道地下空间开发地质安全风险结果（图6）。

图6 研究区隧道工程地质安全风险三维评价结果Fig.6 3D geological safety risk evaluation result for tunnel engineering geology of the study area

在模型评价结果的基础上，可以通过模拟隧道选线，叠加地质结构模型，对于潜在的地铁线路进行推演评价（图7）。

图7 布尔运算所得到的模拟隧道选线风险性三维评价结果Fig.7 3D riskiness of simulated tunnel routing obtained by Boolean operation method

上述结果充分显示本文归纳的地下空间地质安全风险三维评价方法流程能够较好地应用于地下空间地质安全风险三维定量评价工作。本文获得的评价结果具有三维属性，可以方便获取任意空间位置和区间的地质安全风险综合评价结果，更好地查看和分析地下空间内部的地质适宜性变化特征，并且通过三维空间分析功能更易于各指标要素的三维评价信息的挖掘。因此相对传统平面二维评价结果具有更好的精度和实用性，表现也更加直观，适合城市地下空间的立体规划和评价，能有效地为地下空间规划提供详细的评价结果和依据，节省开发成本以及降低开发风险。

4 结论

针对城市地下空间地质安全风险三维评价的实际需要，本文通过融合多种定量化的三维方法技术，建立了一套较为完善的城市地下空间地质安全三维评价方法及流程，并以南京江北新区作为实例开展了地下空间地质安全风险三维评价的研究工作，取得了如下几点主要结论：

（1）本文基于地质数据具有的三维属性，从三维视角建立了城市地下空间地质安全风险三维评价方法体系，为相应城市地区开展地下空间地质安全风险三维评价提供方法流程。

（2）本文以南京江北新区为研究实例，基于所建立的三维评价方法体系，完成了区内地下空间地质安全风险评价结果的计算。实例评价结果显示其能够有效指导三维空间统筹地下基础设施的布局，提升地下基础设施对地质风险的防御能力。

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