林曉東 王承武

摘要：以烏魯木齊市城市規(guī)劃文本、社會人口和2002—2016年建設(shè)用地等數(shù)據(jù)，采用人均需求模型和灰色系統(tǒng)模型對烏魯木齊市中心城區(qū)的地下空間需求量進(jìn)行組合預(yù)測，綜合各個(gè)模型得到的結(jié)果，預(yù)測得到烏魯木齊市地下空間需求量。結(jié)果表明，烏魯木齊市的地下空間開發(fā)利用處于快速增長的階段，未來一段時(shí)間仍將持續(xù)高速發(fā)展的態(tài)勢，且用地需求主要集中在存車用地和商業(yè)用地。

關(guān)鍵詞：地下空間;需求預(yù)測;烏魯木齊市

中圖分類號：TU28? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）06-0044-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.011? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： Based on the data of Urumqi city planning text， socio-population and 2002—2016 construction land data to predicted the demand of underground space. By the per capita demand model and gray system model for the urban area of Urumqi， through the corresponding underground space allocation coefficient. After synthesizing the results obtained by each model， the future underground space demand in Urumqi was obtained. It was found that the development and utilization of underground space in Urumqi was in the stage of rapid growth， and which would continue to develop at a high speed for some time to come.

Key words： underground space; demand forecast; Urumqi

地下空間的開發(fā)利用與規(guī)劃有著密切的聯(lián)系，在城市地下空間規(guī)劃中，地下空間需求量的預(yù)測是非常關(guān)鍵的一項(xiàng)工作。地下空間需求量的大小直接影響對地下空間的開發(fā)利用[1]。了解烏魯木齊市地下空間的需求，有利于地下空間的有序合理開發(fā)利用，促進(jìn)城市三維空間協(xié)調(diào)發(fā)展、改善城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、提高土地資源利用效率、增強(qiáng)城市可持續(xù)發(fā)展能力。目前，城市地下空間開發(fā)利用適宜規(guī)模還沒有公認(rèn)的成熟預(yù)測方法。歸納總結(jié)國內(nèi)的地下空間需求預(yù)測方法主要有以下幾種：①人均需求預(yù)測法是在城市規(guī)劃用地人均指標(biāo)基礎(chǔ)上相加得到人均生活用地面積，推算人均用地規(guī)模，結(jié)合規(guī)劃人口規(guī)模，計(jì)算得到城市地下空間需求量。②建設(shè)強(qiáng)度預(yù)測法是通過地面規(guī)劃建設(shè)強(qiáng)度計(jì)算城市地下空間需求量，將總體規(guī)劃指標(biāo)歸納為主要影響因素，并以此為基礎(chǔ)將城市建設(shè)用地劃分為若干地下空間開發(fā)層次進(jìn)行需求規(guī)模預(yù)測，確定各層次的新增地下空間建設(shè)用地，得到地下空間的需求量。③功能需求預(yù)測法是根據(jù)城市地下空間使用功能類型進(jìn)行分類、細(xì)化，分別對不同功能類型的地下空間進(jìn)行預(yù)測，加和求出地下空間的需求規(guī)模。④類比預(yù)測法，以類似城市、地區(qū)的已建成地下空間總量作為參考，分析城市地下空間規(guī)模占地上總建筑規(guī)模的比例，賦予研究區(qū)域地下空間規(guī)模與地上空間規(guī)模不同的比值，再根據(jù)總體規(guī)劃確定的地上空間總規(guī)模，計(jì)算得出地下空間的需求量。⑤綜合需求預(yù)測法從城市的區(qū)位需求、系統(tǒng)性需求、設(shè)施需求3個(gè)方面出發(fā)，對城市地下空間需求規(guī)模進(jìn)行預(yù)測。根據(jù)烏魯木齊市的實(shí)際情況和數(shù)據(jù)的可得性，選用人均需求法和改進(jìn)后的功能需求法對烏魯木齊市地下空間的需求量進(jìn)行預(yù)測。

1? 研究區(qū)域概況與研究方法

1.1? 研究區(qū)概況

烏魯木齊市位于新疆中部，地處歐亞大陸腹地，轄區(qū)東以恰克馬克塔格至大河沿一線與吐魯番市接壤;西以頭屯河與昌吉市為界;南以喀拉塔格-克孜勒伊接南山礦區(qū)，突出部分折向東南，沿未日洛克-阿拉溝以東與托克遜縣相連。烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區(qū)的首府，南北疆交通的樞紐，也是第二座歐亞大陸橋中國西段的橋頭堡，是中國西部地區(qū)重要的中心城市和面向中西亞的國際商貿(mào)中心。全市總面積13 783.1 km2。根據(jù)國際發(fā)達(dá)國家地下空間大規(guī)模開發(fā)利用的情況，到2009年烏魯木齊市人均GDP約為6 000美元，已具備地下空間快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)條件。

烏魯木齊市地下空間利用主要分布于天山區(qū)、高新區(qū)、沙依巴克區(qū)、水磨溝區(qū)，現(xiàn)有地下空間以市政管線、民防設(shè)施和地下配建停車場為主，地下空間開發(fā)利用處于初級階段，開發(fā)量較小，多位于地下淺層，布局分散，沒有形成功能完善的地下空間綜合體。

烏魯木齊市區(qū)地下空間存在介質(zhì)主要為土層， 地質(zhì)環(huán)境在采取相應(yīng)的技術(shù)措施基礎(chǔ)上，較為適合地下空間開發(fā)利用。但應(yīng)盡可能避開在地質(zhì)斷裂帶進(jìn)行地下空間開發(fā)，如需開發(fā)應(yīng)加強(qiáng)地基處理，滿足抗震要求。

1.2? 研究方法

1.2.1? 人均需求預(yù)測? 城市規(guī)劃用地人均指標(biāo)分為人均居住用地、人均服務(wù)設(shè)施用地、人均工礦倉儲用地、人均綠化用地、人均人防用地等[2]，以烏魯木齊市的城市總體規(guī)劃、國家各類人均建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以城市未來人口數(shù)量為基礎(chǔ)，測算烏魯木齊市未來用地需求總量，根據(jù)地下空間分配系數(shù)測算地下空間需求量。

式中，S′為地下空間向量;S為各因素所需的地面面積，mi為各因素分配到地下去的比例系數(shù)，0≤mi≤1，mi的大小根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和城市的實(shí)際情況，并結(jié)合相關(guān)城市的實(shí)際操作確定。Ki為各類人均建設(shè)用地面積，W為烏魯木齊市常住人口數(shù)。

1.2.2? 灰色模型預(yù)測? 灰色預(yù)測模型的核心是GM（1，1）模型，可根據(jù)少量的已知信息進(jìn)行建模和預(yù)測，當(dāng)前已應(yīng)用于各類實(shí)際預(yù)測模型中。該模型類似一個(gè)微分和差分方程，同時(shí)具有指數(shù)、差分、微分等數(shù)學(xué)特性，模型的參數(shù)和結(jié)構(gòu)可根據(jù)已知的參數(shù)變化來選擇少量的數(shù)據(jù)信息，打破了大樣本數(shù)據(jù)建模的局限性[3]。對2002—2016年的建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)累加使數(shù)據(jù)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，起到降噪的作用。通過構(gòu)造累加矩陣B與常數(shù)向量求解灰參數(shù)得出預(yù)測模型。模型建立后不能直接使用，需用方差比檢驗(yàn)法和小誤差概率檢驗(yàn)法對模型進(jìn)行檢驗(yàn)，預(yù)測精度通過要求后才可使用。該模型的預(yù)測精度由小誤差率P和方差比C同時(shí)決定，如果小誤差率P>0.7且方差比C<0.65，則該模型預(yù)測值具有一定的可靠性;若小誤差率P≤0.7且方差比C≥0.65，則該模型預(yù)測值不可靠（表1）。

根據(jù)2002—2016年的建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)[4]，通過灰色模型預(yù)測得到2017—2030年的建設(shè)用地預(yù)測數(shù)據(jù)，通過《2016年烏魯木齊市土地利用現(xiàn)狀變更表》得到2016年烏魯木齊市中心城區(qū)各類建設(shè)用地總量，從而測算出烏魯木齊市未來用地需求總量，根據(jù)地下空間分配系數(shù)測算地下空間需求量。

各類建設(shè)用地需求灰色預(yù)測模型如下。

1）x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（k）是要預(yù)測的原始數(shù)據(jù)，分別將各類建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)帶入，對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行累加生成處理。

可以得到一個(gè)規(guī)律性更強(qiáng)的新數(shù)列，變化更加平穩(wěn)。

2）定義灰微分方程。

式中，a、b是待辨識的參數(shù)，a是發(fā)展系數(shù)，b是灰作用量。a、b的值可由最小二乘法求出。

3）將新數(shù)列的變化趨勢用微分方程表示。

4）求出預(yù)測模型。

對建立的模型進(jìn)行檢驗(yàn)，模型精度通過驗(yàn)證后得到的結(jié)果才具有一定的準(zhǔn)確性，由此可以得到各類建設(shè)用地的預(yù)測值。

地下空間需求預(yù)測模型簡記為S′=βi·S? （6）

式中，S′為地下空間向量;S為各因素的建設(shè)用地面積，βi為各因素分配到地下去的比例系數(shù)，βi的大小根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和城市的實(shí)際情況，并結(jié)合相關(guān)城市的實(shí)際操作經(jīng)由專家審定后確定。

2? 預(yù)測過程及結(jié)果分析

2.1? 預(yù)測過程及結(jié)果

2.1.1? 人均需求法預(yù)測過程及結(jié)果? 根據(jù)烏魯木齊市的實(shí)際情況，選取以下因素作為預(yù)測地下空間的考慮要素，并根據(jù)烏魯木齊市常住人口和人均對周圍環(huán)境的需求，即可對各因素所占面積進(jìn)行預(yù)測。

根據(jù)《2016年烏魯木齊市統(tǒng)計(jì)年鑒》[5]，2015年烏魯木齊市常住人口為355萬人;根據(jù)《烏魯木齊市城市總體規(guī)劃2014—2020》[6]，到2020年，烏魯木齊市常住人口預(yù)計(jì)達(dá)到410萬人。

根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)和《烏魯木齊市城市總體規(guī)劃2014—2020》，經(jīng)過綜合考慮，得出各類人均用地面積（Ki），結(jié)果見表2。

關(guān)于地下空間分配系數(shù)mi的確定，各類建設(shè)用地所需考慮的因素不同，如表3所示。其中，考慮到居民居住的舒適度，選定居住面積分配到地下的數(shù)值為0;公共設(shè)施用地的分配比值參考其他大城市地下空間預(yù)測值下限的60%左右獲得;對商業(yè)服務(wù)用地采用東京商業(yè)用地地下空間開發(fā)強(qiáng)度均值0.2為基準(zhǔn)[7]，對比烏魯木齊市與東京的相關(guān)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，根據(jù)實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r最后確定分配系數(shù)為0.09;工業(yè)用地為了滿足一些特殊工藝對生產(chǎn)環(huán)境恒溫、恒濕、無震動的要求，參考東京的分配系數(shù)為0.008，得到地下空間分配值;倉儲地下空間應(yīng)按防空防災(zāi)要求用于貴重物資的安全貯存和部分貨運(yùn)車輛的防護(hù)，參考工業(yè)用地地下空間需求量預(yù)測取值，按用地面積的3%計(jì);公園和綠地是戶外活動的理想場所，有利于城市居民緩解壓力、脫離緊張的工作環(huán)境，創(chuàng)造和諧美好的城市空間，故不宜分配到地下，分配系數(shù)取值為0;道路交通包括路面道路和軌道交通，單純的地面路網(wǎng)已不能疏導(dǎo)過大的車流量和人流量，需要發(fā)展地下軌道，結(jié)合實(shí)際情況，并咨詢國土資源局相關(guān)規(guī)劃部門，確定分配到地下的比值為0.08;由于地面空間緊張，停車空間大部分應(yīng)該建在地下，而地下建筑單位面積的施工費(fèi)較高，故參照各種技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)定為0.50;當(dāng)城市受到戰(zhàn)爭或其他自然和人為災(zāi)害的威脅時(shí)，建立以地下空間為主體的城市綜合防災(zāi)空間體系可以充分利用地下空間抗爆、抗震、防火、防毒、防風(fēng)等優(yōu)勢，有效地起到綜合防災(zāi)減災(zāi)的作用，因此分配到地下的比例由防空防災(zāi)規(guī)劃確定為0.90。人均需求法預(yù)測地下空間分配系數(shù)mi匯總見表3。

根據(jù)表2、表3，結(jié)合不同時(shí)期烏魯木齊市中心城區(qū)人口數(shù)，推算出城市地下的各類用地面積，從而估算出烏魯木齊市地下空間的總需求量預(yù)測值。隨著人口的增長，預(yù)計(jì)到2020年，地下空間的需求量達(dá)到3 733.87 hm2，其中包含現(xiàn)已開發(fā)的地下空間面積（表4）。

2.1.2? 灰色模型法預(yù)測過程及結(jié)果

1）數(shù)據(jù)修正。國土資源部門建設(shè)用地的供應(yīng)數(shù)量以確保政府制定的投資重點(diǎn)項(xiàng)目落地見效為根本，供地量會隨政策導(dǎo)向的變化出現(xiàn)波動，國土資源部門優(yōu)先保障國家、自治區(qū)及烏魯木齊市重點(diǎn)項(xiàng)目、重要產(chǎn)業(yè)國有建設(shè)用地需求量;其次，保障公共管理與公共服務(wù)用地、交通運(yùn)輸用地、保障性住房用地，各類建設(shè)用地供應(yīng)量會因當(dāng)年政策傾斜而相互影響;商服用地和工礦倉儲用地是根據(jù)實(shí)際的需求進(jìn)行供應(yīng)，當(dāng)年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r與工地的數(shù)量密切相關(guān);還有辦理審批手續(xù)的時(shí)間問題造成供地時(shí)間的拖后、政府資金的使用情況都會影響本年的建設(shè)用地供應(yīng)量。需根據(jù)實(shí)際情況對得到的建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行修正，結(jié)果見表5。

2）模型預(yù)測。灰色預(yù)測通過鑒別數(shù)據(jù)之間發(fā)展趨勢的相異程度，即進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，并對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行生成處理來尋找系統(tǒng)變動的規(guī)律。MATLAB具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析功能，可以方便、快捷、準(zhǔn)確、直觀地進(jìn)行預(yù)測分析。通過MATLAB進(jìn)行編程對2002—2016年的烏魯木齊市建設(shè)用地供應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到2017—2030年烏魯木齊市建設(shè)用地供應(yīng)的預(yù)測數(shù)據(jù)，結(jié)果見表6，且模型精度均通過檢驗(yàn)，得到的預(yù)測值有一定的可靠性。

烏魯木齊市中心城區(qū)包括天山區(qū)、沙依巴克區(qū)、新市區(qū)、水磨溝區(qū)、經(jīng)開區(qū)、米東區(qū)，通過2016年烏魯木齊市土地利用現(xiàn)狀變更表得到2016年中心城區(qū)建筑用地面積為69 871.54 hm2，其中商服用地5 904.17 hm2，工礦倉儲用地23 187.17 hm2，公服用地8 809.26 hm2，交通運(yùn)輸用地與水利設(shè)施用地14 091.76 hm2，住宅用地17 879.18 hm2。根據(jù)表5可得到2020年和2030年的建設(shè)用地面積，具體見表7。

商服用地、工礦倉儲用地、公服用地的分配系數(shù)參考mi的取值，交通運(yùn)輸用地與水利設(shè)施用地的用地指標(biāo)沒有區(qū)分，而水利設(shè)施的地下空間需求相對較弱，調(diào)整后的分配指數(shù)為0.05。住宅用地就要有一定的私密要求，對其內(nèi)部地下空間的利用以滿足自身的存車等功能為主，一般布置停車庫和物業(yè)管理用房等配套設(shè)施，同時(shí)滿足民防設(shè)施配建要求，結(jié)合《烏魯木齊市地下空間開發(fā)利用總體規(guī)劃》和向?yàn)豸斈君R市國土資源局規(guī)劃部門征求意見得出住宅用地的地下空間分配系數(shù)取值為0.07?；疑Ｐ头A(yù)測地下空間分配系數(shù)具體見表8。

根據(jù)表7、表8，可推算出2020、2030年的城市地下各類建筑用地的面積，從而估算出2020、2030年烏魯木齊市地下空間的總需求量預(yù)測值。隨著時(shí)間的推移預(yù)計(jì)到2020年，地下空間的需求量達(dá)到3 817.45 hm2，到2030年，地下空間的需求量達(dá)到7 065.38 hm2，其中均包含現(xiàn)已開發(fā)的地下空間面積（表9）。

2.2? 預(yù)測結(jié)果分析

根據(jù)灰色系統(tǒng)模型預(yù)測得到的2017—2030年的建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)中包含了中心城區(qū)以外的區(qū)域，因此得到的數(shù)值比中心城區(qū)范圍的指標(biāo)更大。根據(jù)烏魯木齊市的實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r，綜合不同的因素最后得到2020年的地下空間需求量為3 800.00 hm2。預(yù)測到2030年的地下空間需求量為7 000.00 hm2（表10）。

3? 小結(jié)與討論

由于需求預(yù)測對預(yù)測精度的要求高，單一預(yù)測方法總有各自的缺點(diǎn)，預(yù)測結(jié)果往往不能滿足需求。因此，在所獲得的數(shù)據(jù)量有限的情況下采取人均需求-灰色系統(tǒng)的組合模型進(jìn)行預(yù)測，可以提高預(yù)測精度，使得到的結(jié)果更加可靠。

以烏魯木齊市為研究區(qū)域，依據(jù)社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)資料、城市規(guī)劃文本、2002—2016年建設(shè)用地?cái)?shù)據(jù)等資料，采用人均需求模型和灰色系統(tǒng)模型預(yù)測烏魯木齊市未來年度建設(shè)用地規(guī)模，預(yù)測結(jié)果通過模型精度檢驗(yàn)，得到的結(jié)果具有一定的可靠性。再通過地下空間分配系數(shù)得出未來年度烏魯木齊市中心城區(qū)地下空間需求量。綜合各個(gè)模型的預(yù)測數(shù)據(jù)得到更加準(zhǔn)確的預(yù)測結(jié)果。

結(jié)果表明，烏魯木齊市的地下空間開發(fā)利用處于快速增長的階段，未來一段時(shí)間仍將持續(xù)高速發(fā)展的態(tài)勢，通過人均需求法預(yù)測得到的結(jié)果來看，地下空間需求主要集中在存車、道路交通和商服用地?；疑Ｐ皖A(yù)測法得出地下空間主要需求也來自住宅用地（存車、配件設(shè)施需求）、道路交通和商業(yè)用地。由此可以得出烏魯木齊市地下空間開發(fā)利用應(yīng)著重解決城市的停車問題，大力發(fā)展地下交通和地下商業(yè)。通過本研究可以反映烏魯木齊市未來一段時(shí)間內(nèi)的地下空間需求量。需求量并不等于實(shí)際的地下空間開發(fā)數(shù)量，實(shí)際的開發(fā)情況要根據(jù)國土部門的相關(guān)政策規(guī)劃和施工技術(shù)條件等決定。預(yù)測結(jié)果可為決策者提供社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地下空間土地利用規(guī)劃的參考依據(jù)，使得其更加有目的地研究地下空間建設(shè)用地的開發(fā)利用，并通過合理調(diào)控，不斷完善地下空間、有序發(fā)展城市三維空間、改善城市生態(tài)環(huán)境、提高地下空間土地集約利用水平，使地下空間開發(fā)建設(shè)步入系統(tǒng)化、規(guī)范化的軌道。避免開發(fā)過度，使城市空間可持續(xù)發(fā)展。

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