周京春，黃　瑾

(1. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 昆明市城市地下空間規(guī)劃管理辦公室，云南 昆明 650041)

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地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)

周京春1,2，黃瑾2

(1. 武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院，湖北 武漢 430079； 2. 昆明市城市地下空間規(guī)劃管理辦公室，云南 昆明 650041)

Construction of General Survey Database for Underground Building and Structure

ZHOU Jingchun,HUANG Jin

摘要：地下建(構(gòu))筑物信息的數(shù)據(jù)管理是城市地下空間整體信息化管理必不可少的一部分。地下建(構(gòu))筑物設(shè)施的一些獨(dú)特特性決定了其在空間形態(tài)和空間關(guān)系上較地上建(構(gòu))筑物更為復(fù)雜，也決定了對(duì)其信息化管理時(shí)要更側(cè)重其空間位置和應(yīng)急防災(zāi)信息的翔實(shí)程度。本文針對(duì)地下建(構(gòu))筑物信息的特點(diǎn)、分類、信息普查的目的、需求及其地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義等方面，從地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義模型、幾何形態(tài)和空間拓?fù)潢P(guān)系的存儲(chǔ)上詳細(xì)地探討了其普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，并將其用于昆明市地下空間設(shè)施普查項(xiàng)目的實(shí)踐中，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：地下建(構(gòu))筑物；普查；數(shù)據(jù)庫(kù)；建設(shè)；語(yǔ)義

21世紀(jì)初期，隨著城市城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速、人口環(huán)境壓力的增長(zhǎng)，長(zhǎng)期“重地上、輕地下”的城市規(guī)劃、建設(shè)和管理模式所帶來(lái)的弊病越來(lái)越制約著城市的可持續(xù)發(fā)展。為了緩解城市建設(shè)用地不足、交通擁擠不堪、環(huán)境日益惡化、抗災(zāi)自救能力降低等種種城市綜合征，人們開(kāi)始把焦點(diǎn)聚集在了城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用上。城市地下空間是指城市規(guī)劃區(qū)內(nèi)地表以下的空間[1]，其開(kāi)發(fā)利用是擴(kuò)充城市空間容量、調(diào)節(jié)城市土地利用強(qiáng)度分布、城市空間資源有序化配置的重要手段，是確保城市可持續(xù)發(fā)展，解決和緩解城市發(fā)展與空間資源矛盾的重要途徑之一。為了合理、有效、有序地開(kāi)發(fā)利用和科學(xué)管理城市的地下空間資源，建立城市地下空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)，就成為一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)工作。

地下空間信息是一種戰(zhàn)略資源的科學(xué)數(shù)據(jù)，按其類型可劃分為地層信息、地質(zhì)信息、地下管線信息和地下建(構(gòu))筑物信息4大類[2]。各大類所包含的各種實(shí)體對(duì)象在空間特征、性質(zhì)形態(tài)和數(shù)據(jù)獲取手段上都有著很大的不同，且由于目前地下空間數(shù)據(jù)尚處于條塊分割、分散管理的狀態(tài)，因此導(dǎo)致現(xiàn)有的地下空間信息化的研究是在地層、地質(zhì)、地下管線、地下建(構(gòu))筑物4類獨(dú)立信息基礎(chǔ)上分別進(jìn)行的，將地下空間信息作為一個(gè)整體來(lái)規(guī)劃和建設(shè)的還非常少見(jiàn)[3-4]，且目前的研究工作還主要集中在地下管線和地質(zhì)方面[5-7]，對(duì)地下建(構(gòu))筑物信息的空間數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)組織、數(shù)據(jù)管理等方面的研究則一直較為落后，甚至在我國(guó)大多數(shù)城市還沒(méi)有開(kāi)展[8]。為了科學(xué)高效地開(kāi)發(fā)利用城市的地下空間信息資源，提高地下建(構(gòu))筑物信息化管理水平，本文以昆明市重點(diǎn)區(qū)域地下空間普查項(xiàng)目為基礎(chǔ)，針對(duì)地下建(構(gòu))筑物信息的特點(diǎn)、信息的分類、地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義模型、信息普查的目的和需求等方面，將對(duì)地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)和建設(shè)進(jìn)行深入思考和研究。

一、地下建構(gòu)筑物信息的特點(diǎn)

與地上建(構(gòu))筑物相比，地下建(構(gòu))筑物的建設(shè)有著開(kāi)發(fā)無(wú)限性與制約性相結(jié)合、層次性、不可逆性、致密性、穩(wěn)定性和單一性內(nèi)部空間的環(huán)境特性等特點(diǎn)，因此地下建(構(gòu))筑物信息具有以下特點(diǎn)：

1. 種類繁多

地下建(構(gòu))筑物設(shè)施種類繁多。隨著地下空間的開(kāi)發(fā)利用，很多地面上的設(shè)施都被納入地下，致使地下建(構(gòu))筑物的種類越來(lái)越多，且其種類在不同時(shí)期還會(huì)發(fā)生演變，如平戰(zhàn)結(jié)合的人防工程設(shè)施在和平時(shí)期變成了地下停車場(chǎng)或地下商場(chǎng)。

2. 覆蓋區(qū)域廣

隨著城市擴(kuò)張速度的加快，地上空間的極度緊缺導(dǎo)致不斷向地下延伸，各種功能設(shè)施如停車、商業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)、防災(zāi)減災(zāi)等多種設(shè)施被不斷地放置于地下，日積月累的建設(shè)使得形態(tài)各異的地下建構(gòu)筑物所覆蓋的范圍越來(lái)越廣。

3. 空間關(guān)系復(fù)雜

由于地下建(構(gòu))筑物設(shè)施的開(kāi)發(fā)建設(shè)有淺層、中層、深層之分，又受到地質(zhì)情況、已有地下建(構(gòu))筑物，或其基礎(chǔ)、施工技術(shù)、經(jīng)濟(jì)能力、開(kāi)發(fā)后的綜合效益等多種條件的限制，且目前城市地下空間的規(guī)劃設(shè)計(jì)和建設(shè)比較雜亂，因此具有不同功能的地下建構(gòu)筑物設(shè)施在地下空間中的分布形態(tài)多種多樣，地下交通設(shè)施、地下建(構(gòu))筑物的主體設(shè)施、附屬設(shè)施之間交錯(cuò)形成了不同的網(wǎng)絡(luò)，其空間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜。

4. 信息普查難度大

由于地下建(構(gòu))筑物設(shè)施的資料分散且殘缺，協(xié)調(diào)工作巨大；地下環(huán)境惡劣，照明、通風(fēng)、通信等條件較差；地下建(構(gòu))筑物內(nèi)部空間狹窄、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拐角較多、地下標(biāo)志難設(shè)立、邊界難界定，內(nèi)部及外圍層次較難區(qū)分，具有較強(qiáng)的隱蔽性、不確定性和不可見(jiàn)性，因此地下建(構(gòu))筑物信息的普查工作難度大，必須采用專門(mén)的儀器和測(cè)量方法，測(cè)量效率低，工作量大。

二、地下建(構(gòu))筑物信息的分類

基于不同的使用目的和研究方向，地下建(構(gòu))筑物信息的分類方法各異，主要包括以下幾種分類方法：①按照地下建(構(gòu))筑物的形成原因分類，分為自然地下建(構(gòu))筑物和人工地下建(構(gòu))筑物兩類；②按照地下建(構(gòu))筑物的開(kāi)發(fā)深度分類，分為淺層空間(地表至-30 m)、中層空間(-30 m至-100 m)和深層空間(-100 m以下)3類[9]；③按照地下建(構(gòu))筑物的幾何布局形式分類，分為點(diǎn)狀、線狀和面狀地下建(構(gòu))筑物設(shè)施3大類；④按照地下建(構(gòu))筑物的功能用途分類，即采用線分類法，根據(jù)地下建(構(gòu))筑的主要功能及主特征進(jìn)行分類，此種分類方法更適宜地下建(構(gòu))筑物信息的數(shù)字化管理和應(yīng)用，可以為城市地下空間的規(guī)劃設(shè)計(jì)和規(guī)劃管理提供有效的數(shù)據(jù)支撐。

本文采用第④種分類方法，并根據(jù)《城市地下空間設(shè)施分類與代碼》(GB/T 28590—2012)[10]將地下建(構(gòu))筑物設(shè)施分為了7大類，并進(jìn)行了向下的子類和設(shè)施實(shí)體擴(kuò)充，如圖1所示。

三、地下建(構(gòu))筑物普查的成果數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

城市地下空間資源作為一種新興的國(guó)土資源，其開(kāi)發(fā)利用的目的和意義在于能夠推動(dòng)城市空間的立體化發(fā)展，促使土地節(jié)約、集約化利用，提升城市功能，提高城市的防災(zāi)能力。因此，為了摸清地下空間設(shè)施的各種屬性而開(kāi)展地下建(構(gòu))筑物設(shè)施的普查，并基于普查數(shù)據(jù)建設(shè)地下建(構(gòu))筑物信息數(shù)據(jù)庫(kù)，就成為現(xiàn)代化城市建設(shè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容和將來(lái)的發(fā)展方向，這對(duì)城市的建設(shè)和管理有著積極的意義[11]。

圖1　地下建(構(gòu))筑物信息分類

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，地下建(構(gòu))筑物普查的成果數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)應(yīng)該著重包含地下建構(gòu)筑物的三維空間位置信息、層次關(guān)系、功能類型、應(yīng)急防災(zāi)的出入口、通道的設(shè)置，以及內(nèi)部環(huán)境調(diào)節(jié)方式、環(huán)衛(wèi)功能設(shè)置等生理環(huán)境，以利于城市地上、地下空間資源合理有序的開(kāi)發(fā)利用和科學(xué)的管理。本節(jié)將從地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義概念模型出發(fā)，給出整個(gè)地下建(構(gòu))筑普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)方案。

1. 語(yǔ)義概念模型

從語(yǔ)義方面來(lái)看，地下建(構(gòu))筑物一般由具有多層次結(jié)構(gòu)的建構(gòu)筑物主體、地下基礎(chǔ)、出入口及其地下通道組成，同時(shí)，這些實(shí)體對(duì)象之間還存在著不同的空間關(guān)系，主要有以下4種空間關(guān)系：

1) 從屬關(guān)系：說(shuō)明組成地下建(構(gòu))筑物的各實(shí)體對(duì)象在空間位置上存在著包含或位于的關(guān)系，用來(lái)表達(dá)地下建(構(gòu))筑物與整體地塊之間的依存關(guān)系，每個(gè)出入口與地下建構(gòu)筑或地下建構(gòu)筑層之間的包含關(guān)系。

2) 關(guān)聯(lián)關(guān)系：強(qiáng)調(diào)實(shí)體對(duì)象之間的相互關(guān)系，如地下、地上建(構(gòu))筑物之間存在的多對(duì)多的關(guān)聯(lián)關(guān)系，地下建(構(gòu))筑物主體與地下基礎(chǔ)存在一對(duì)一的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

3) 組成關(guān)系：表達(dá)部分實(shí)體對(duì)象是整體實(shí)體對(duì)象的直接組成單元，但兩者分別具有各自的幾何特征，如地下建(構(gòu))筑物主體與建構(gòu)筑物各層、與豎向設(shè)施之間存在的關(guān)系。

4) 連通關(guān)系：說(shuō)明實(shí)體對(duì)象之間可以相互連接，形成網(wǎng)絡(luò)路徑，用來(lái)表達(dá)出入口與地下通道、地下通道與地下通道之間的連接關(guān)系。

除了上述4種空間關(guān)系之外，基于空間分析運(yùn)算而得出的其他拓?fù)潢P(guān)系，如實(shí)體—鄰接、實(shí)體—相離、實(shí)體—相交等空間關(guān)系，因不需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中顯式地存儲(chǔ)，本文將不再贅述。根據(jù)上述地下建(構(gòu))筑物的各種實(shí)體對(duì)象和對(duì)象之間的空間關(guān)系，本文設(shè)計(jì)了地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義概念模型，如圖2所示。

圖2　地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義概念模型

2. 普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

針對(duì)上述地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義概念模型，為了便于外業(yè)普查記錄和成果圖的自動(dòng)化生成，本文根據(jù)每大類地下建(構(gòu))筑物設(shè)施的實(shí)體對(duì)象、空間關(guān)系及其幾何特征，設(shè)計(jì)了普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的層次結(jié)構(gòu)，見(jiàn)表1。

表1　地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的層次結(jié)構(gòu)

續(xù)表

地下建(構(gòu))筑物各大類設(shè)施要素的共性屬性存儲(chǔ)在xxxx_Overview表中；幾何信息按照點(diǎn)、線、面幾何類型統(tǒng)一存儲(chǔ)在xxxx_Geometry表中；各對(duì)象之間的從屬、關(guān)聯(lián)和組成關(guān)系顯式地存儲(chǔ)在各自的關(guān)系數(shù)據(jù)表中，對(duì)象之間的連通關(guān)系顯式地存儲(chǔ)在DXKJ_Connectivity表中。整個(gè)地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3　地下建構(gòu)筑物的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)

四、結(jié)束語(yǔ)

地下建(構(gòu))筑物信息的數(shù)據(jù)管理是城市地下空間整體信息化管理必不可少的一部分，在地下建(構(gòu))筑物普查中，若僅僅將其信息按照點(diǎn)、線、面分類存儲(chǔ)于3大類數(shù)據(jù)表內(nèi)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。地下建(構(gòu))筑物設(shè)施的一些獨(dú)特特性決定了其在空間形態(tài)和空間關(guān)系上較地上建(構(gòu))筑物更為復(fù)雜，也決定了對(duì)其信息化管理時(shí)要更側(cè)重其空間位置和應(yīng)急防災(zāi)信息的翔實(shí)程度。本文從地下建(構(gòu))筑物的語(yǔ)義模型、幾何形態(tài)和空間拓?fù)潢P(guān)系3個(gè)方面詳細(xì)地考慮了地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，并已將其用于昆明市地下空間設(shè)施普查項(xiàng)目的實(shí)踐中，取得了良好的效果。

但是，可以預(yù)見(jiàn)4大類地下空間信息的綜合管理和集成應(yīng)用還將對(duì)地下建構(gòu)筑的數(shù)據(jù)管理提出更復(fù)雜的要求，還需在現(xiàn)今的數(shù)據(jù)庫(kù)模型上進(jìn)一步深化研究，使之能夠切實(shí)地滿足城市地上、下資源統(tǒng)籌管理、有序開(kāi)發(fā)利用的迫切需求，為城市未來(lái)的發(fā)展帶來(lái)有益的作用。

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中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：0494-0911(2016)04-0110-04

作者簡(jiǎn)介：周京春(1972—)，女，碩士，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榭臻g信息服務(wù)與地下空間測(cè)繪。E-mail：zhoujingchun@hotmail.com

收稿日期：2016-01-29

引文格式： 周京春，黃瑾. 地下建(構(gòu))筑物普查成果數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)[J].測(cè)繪通報(bào)，2016(4)：110-113.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0135.