方寅琛，龔日祥，李三鳳，潘聲勇，顧明光，黃衛(wèi)平

(1. 武漢中地數(shù)碼科技有限公司，湖北·武漢 430073；2. 浙江省地質(zhì)調(diào)查院，浙江·杭州 311203)

基于三維地質(zhì)模型的地下空間開發(fā)適宜性評價
——以嘉興城市地質(zhì)調(diào)查工作為例

方寅琛1，龔日祥2，李三鳳1，潘聲勇1，顧明光2，黃衛(wèi)平2

(1. 武漢中地數(shù)碼科技有限公司，湖北·武漢 430073；2. 浙江省地質(zhì)調(diào)查院，浙江·杭州 311203)

系統(tǒng)介紹了嘉興城市地質(zhì)調(diào)查工作中地下空間開發(fā)適宜性評價新思路，重點對評價流程的實現(xiàn)及在政府規(guī)劃管理中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，特別是對如何利用三維地質(zhì)模型進(jìn)行評價做了比較深入的探討。

地下空間開發(fā)；適宜性評價；城市地質(zhì)；三維地質(zhì)模型；政府規(guī)劃

地下空間資源是人類寶貴的資源，是城市空間資源的重要組成部分，它是城市集約化發(fā)展、實施城市立體化開發(fā)的重要保障。嘉興城市地質(zhì)調(diào)查作為浙江省第一個在地級市開展的省部級合作的城市調(diào)查項目，地下空間利用適宜性評價作為其中的一個重要子專題，充分利用地質(zhì)調(diào)查成果服務(wù)于城市發(fā)展。地質(zhì)條件作為影響地下空間開發(fā)利用的重要因素，如何有效的將所涉及的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等眾多專題地質(zhì)信息綜合應(yīng)用于地下空間開發(fā)利用是地質(zhì)信息化為城市發(fā)展提供服務(wù)的新方向。國內(nèi)外關(guān)于地下空間開發(fā)利用研究存在的共同問題是：以地面為參照進(jìn)行2D評估單元劃分，沒有在3D空間框架下定義城市地下空間資源質(zhì)量評估，評估結(jié)果不能準(zhǔn)確、細(xì)致地表征城市地下空間資源質(zhì)量在3D空間上的客觀分異特征，亦無法確切地引導(dǎo)城市地下空間的開發(fā)利用及城市地面的規(guī)劃和開發(fā)建設(shè)[1]。

在嘉興城市地質(zhì)調(diào)查工作中提出的基于三維地質(zhì)模型的地下空間開發(fā)適宜性評價首次將工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維模型作為要素參與評價，并將評價結(jié)果進(jìn)行三維可視化表達(dá)，可定性、定量的為地下空間開發(fā)利用提供前期的輔助決策，為地質(zhì)信息服務(wù)于城市建設(shè)發(fā)展提供了新的思路。

1 地下空間開發(fā)適宜性評價

采用二三維數(shù)據(jù)耦合的評價模式進(jìn)行地下空間開發(fā)適宜性評價，根據(jù)鉆孔數(shù)據(jù)所建立的工程地質(zhì)三維模型，為地下空間評價提供土體條件因素，區(qū)域內(nèi)的工程地質(zhì)條件通過地下所遇到的地層進(jìn)行定量或定性提取，使得土體條件實際上是從整個三維空間中進(jìn)行獲取，同時融合其他自然條件因素、社會經(jīng)濟(jì)因素進(jìn)行地下空間適宜性評價，最終生成地下空間開發(fā)適宜性評價模型。

1.1 評價流程

主要采用AHP法和專家調(diào)查法相結(jié)合的方法確定各評價指標(biāo)和相關(guān)權(quán)重總序[2]，評價體系指標(biāo)如圖1所示：

圖1 地下空間評價指標(biāo)體系Fig.1 Evaluation index system of underground space

從評價因子的數(shù)據(jù)類型來看，分為二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)（表1）；從評價因子的屬性信息特征的維度，分為定性和定量[3]。

表1 評價因子數(shù)據(jù)類型及屬性信息特征Table 1 Evaluation factors, data types and attribute information features

整個評價流程主要包含以下5個步驟：三維模型的構(gòu)建；劃分評價單元；屬性信息提取；信息耦合分析；按照準(zhǔn)則進(jìn)行自動出圖及三維可視化（圖2）。

1.2 三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建

三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型建立的精確性，直接反應(yīng)本區(qū)域地下空間開發(fā)適宜性評價的可靠性，地質(zhì)的不確定性導(dǎo)致三維評價信息的不準(zhǔn)確性。本項目研究區(qū)域處于平原地區(qū)，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對簡單，采取的三維建模方法為利用鉆孔數(shù)據(jù)的自動建模，在此特定條件下，隨著鉆孔數(shù)據(jù)的不斷豐富地質(zhì)模型的精度也會不斷提高，評價的精度也會隨之提高。

圖2 地下空間評價流程Fig.2 Evaluation process of underground space

三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建是對地下地層分布的三維可視化展現(xiàn)，一方面是通過空間幾何的概念體現(xiàn)各地層的位置關(guān)系；從另一個維度是對地質(zhì)屬性三維空間可視化，主要指各地層所包含的巖土體性質(zhì)等，這些都是地下空間評價的必要因素[4]。

1.3 評價因子屬性信息的提取

屬性信息的提取首先需要確定按照什么規(guī)則進(jìn)行提取，為了嚴(yán)格尊重諸如利用現(xiàn)狀、用地性質(zhì)等現(xiàn)實條件，本次采取的策略是利用二維數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加劃分最小評價單元。

二維數(shù)據(jù)包括社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、地下空間現(xiàn)狀指標(biāo)及部分自然條件評價指標(biāo)，對于屬性信息的提取主要針對定性條件提取。

三維地質(zhì)信息包括各層的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)及根據(jù)空間分布在縱向上下層土體對上層建設(shè)影響等，對于屬性信息的提取主要是對定量條件的提取[5]。地質(zhì)條件因素的提取從三維空間中進(jìn)行，意味著不再像以往的地下空間評價，按照既定諸如0～10m，10～30m，30～50m固定區(qū)間進(jìn)行評價，可按照任意深度進(jìn)行信息提取，如以2m間隔在縱向上對0～50m空間劃分為25個單元，通過控制評價間隔區(qū)間來提高評價的精度。

1.4 二三維數(shù)據(jù)耦合分析

二三維數(shù)據(jù)的耦合，實際上是從三維空間把地質(zhì)信息按照最小劃分單元進(jìn)行正射投影，賦予最小單元地質(zhì)條件要素條件并再次與二維數(shù)據(jù)耦合進(jìn)行疊加分析。

1.5 問題因素體現(xiàn)

地下空間開發(fā)適宜性的評價結(jié)果是從宏觀上去體現(xiàn)某一特定區(qū)域適不適合進(jìn)行開發(fā)利用，若不適合進(jìn)行地下空間開發(fā)，究竟是受什么因素的影響，也是評價結(jié)果中需要體現(xiàn)的重要方面。在整個評價過程中，對于評價為嚴(yán)格限制及適宜性差的區(qū)域進(jìn)行影響因子反寫，進(jìn)一步通過影響因子可能引起哪些工程問題反饋出需要采取的應(yīng)對措施，形成問題追溯機(jī)制（圖3），更加明確的指導(dǎo)工程建設(shè)。

圖3 影響因素追溯Fig.3 Influencing factors tracing

2 在政府規(guī)劃管理中的應(yīng)用

地下空間的利用要在保護(hù)與合理利用資源的前提下，重視綜合開發(fā)、分層開發(fā)以及地下環(huán)境條件的改善等，以往的規(guī)劃在地質(zhì)方面因素考慮的較少。本項目中的系統(tǒng)建設(shè)將地下空間適宜性評價結(jié)果進(jìn)行三維可視化表達(dá)，并在開發(fā)利用輔助分析方面做了大膽的嘗試和應(yīng)用，主要有以下幾點方面的應(yīng)用。

2.1 地下空間開發(fā)適宜性動態(tài)評價

改變以往常規(guī)的地下空間評價模式，可對任意深度或深度范圍內(nèi)的地下空間開發(fā)適宜性進(jìn)行評價（圖4），充分結(jié)合地質(zhì)條件、自然條件、經(jīng)濟(jì)條件等各方面因素，為深層次的應(yīng)用提供了可能。

圖4 地下空間開發(fā)適宜性評價三維模型Fig.4 3D model of suitability evaluation of underground space development

2.2 資源量評估

通過地下空間評價結(jié)果的三維可視化表達(dá)，將地下空間的適宜性分布以三維實際體進(jìn)行表現(xiàn)，并根據(jù)不同的適宜性對體積進(jìn)行相關(guān)的計算統(tǒng)計（圖5），方便政府部門對地下空間可開發(fā)利用的資源量進(jìn)行宏觀把控[6]。

圖5 資源量評估Fig.5 Resource assessment

2.3 優(yōu)化布局比選

政府部門在進(jìn)行重點工程規(guī)劃時，通過總體規(guī)劃再結(jié)合相關(guān)的地質(zhì)條件進(jìn)行區(qū)域確定，主要的考量因素為經(jīng)濟(jì)，地質(zhì)方面考慮相對較少，也往往缺乏可利用的工具和考量的標(biāo)準(zhǔn)。初步提供的相關(guān)輔助選址功能，主要通過建立的地下空間適宜性評價三維模型，對不同區(qū)域的地下空間適宜性分布情況和結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計，通過圖表的方式直接進(jìn)行對比（圖6），以直觀的角度對不同區(qū)域的可建設(shè)性提供決策分析。

圖6 優(yōu)化布局比選Fig.6 Optimum layout comparison

3 結(jié)語

隨著地質(zhì)信息化及三維可視化技術(shù)的快速發(fā)展，以GIS為基礎(chǔ)的綜合分析平臺將成為大數(shù)據(jù)應(yīng)用主要載體[7]。以往地質(zhì)信息類系統(tǒng)單純從地質(zhì)角度去提供應(yīng)用服務(wù)，往往需要專業(yè)人員進(jìn)一步解譯，才能轉(zhuǎn)化為可直接利用的成果提供政府部門進(jìn)行使用。將地質(zhì)因素直接融入到地下空間評價體系中，并融入城市規(guī)劃、道路規(guī)劃等綜合因素，轉(zhuǎn)化為定性、定量的評價成果，可直接提供政府部門進(jìn)行使用。以地質(zhì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用將在城市規(guī)劃建設(shè)中承擔(dān)著越來越重要的角色。

（References）

[1] 姜云,吳立新,車德福,等. 城市地下空間資源質(zhì)量評估基本單元體的研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報信息科學(xué)版,2007,32(3). Jiang Y, Wu L X, Cheng D F, et al. Study on the basic unit of quality evaluation of urban underground space resources[J]. Journal of Wuhan University Information Science Edition, 2007,32(3).

[2] 楊昆,彭建,彭芳樂. 地下空間資源開發(fā)利用適宜性評價模型[J].地下空間與工程學(xué)報,2011,7(2). Yang K, Peng J, Peng F L. Suitability evaluation model of underground space resources development and utilization[J]. Journal of underground space and Engineering, 2011,7(2).

[3] 邢生霞,吳立進(jìn),徐秋曉,等. MapGIS為載體的層次分析法在地下空間評價中的應(yīng)用[J]. 工程勘察,2015,43(9):60-66. Xing S X, Wu L J, Xu Q X, et al. Application of AHP with Mapgis in the underground space evaluation[J]. Engineering Investigation, 2015,43(9):60-66.

[4] 王海剛,賈三滿,楊艷,等. 基于GIS的城市地下空間資源綜合質(zhì)量評估研究[J]. 上海國土資源,2011,32(1):59-62. Wang H G, Jia S M, Yang Y et al. The Assessment of Synthesize Quality for Urban Underground Space Resources Based on GIS[J]. Shanghai Land Resources, 2011,32(1):59-62.

[5] 葉菁,鄧東成,莊文明. 基于可變模糊集的城市地下空間資源三維質(zhì)量評價[J]. 資源科學(xué),2016,38(11):2147-2156. Ye J, Deng D C, Zhuang W M. 3D quality assessment for urban underground space resources based on variable fuzzy set[J]. Resource Science, 2016,38(11):2147-2156.

[6] 田毅,史蕊. 基于3D-GIS城市地下空間資源定量評價研究//數(shù)字測繪與數(shù)字城市建設(shè)技術(shù)研討會[C]. 2011. Tian Y, Shi R. Quantitative evaluation of urban underground space resources based on 3D-GIS // Digital mapping and digital city construction technology seminar[C]. 2011.

[7] 叢威青,潘懋,莊莉莉. 3D GIS在城市地下空間規(guī)劃中的應(yīng)用[J].巖土工程學(xué)報,2009,31(5):789-792. Cong W Q, Pang M, Zhuang L L. Application of 3D and GIS in planning of urban underground space[J]. Journal of Geotechnical Engineering, 2009,31(5):789-792.

Suitability evaluation of underground space development based on a three-dimensional geological model, using the Jiaxing urban geological survey as an example

FANG Yin-Chen1, GONG Ri-Xiang2, LI San-Feng1, PAN Sheng-Yong1, GU Ming-Guang2, HUANG Wei-Ping2
(1. Wuhan Zondy Cyber-Tech Co., Ltd., Hubei Wuhan 430074, China; 2. Geological Survey of Zhejiang Province, Zhejiang Hangzhou 311203, China)

This paper introduces new ideas for the evaluation of the suitability of underground space development in Jiaxing through the results of an urban geological survey, focusing on the realization of the evaluation process and its application in the management of government planning, particularly the evaluation of how to use the three-dimensional geological model to explore

underground space development; suitability evaluation; urban geology; 3D geological model; government planning

P642.4

：A

：2095-1329(2017)02-0043-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.011

2017-03-27

修回日期: 2017-05-01

方寅琛(1990-),學(xué)士,工程師,主要從事基于GIS的城市地下空間信息化研究.

電子郵箱: fangyinchen321@126.com

聯(lián)系電話: 18672304011

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查項目