張潤華，成遠湲，劉聰聰，王世帆

(華北水利水電大學 地球科學與工程學院，河南 鄭州 450046)

0 引言

截至2019年末，鄭州市城鎮(zhèn)化率已高達74.60%，而城市攤大餅式擴充和建設超高層建筑的發(fā)展模式已不能順應現代化建設進程，向地下要資源，科學開發(fā)地下空間，已成為治理日益嚴重的“城市病”，提高城鎮(zhèn)化質量的重要途徑之一。

國外發(fā)達國家的地下空間利用較為成熟，而國內起步稍晚，在開發(fā)建設及管理方面略顯不足。學者們對城市地下空間開發(fā)進行了大量有益的分析，但切合鄭州市實際情況的研究尚少。文章在綜合分析鄭州市地下空間開發(fā)利用情況及存在問題的基礎上，進行鄭州市地下空間開發(fā)適宜性評價，提出鄭州市地下空間適宜性開發(fā)閾值，為鄭州市地下空間高質量發(fā)展提供科學依據。

1 鄭州市地下空間開發(fā)利用現狀

鄭州市為沖積平原區(qū)，工程地質特征表明，東部地下水埋深較淺，存在淤泥質土及飽和砂土層，工程地質條件相對較差，但地勢平坦；其他地區(qū)一般工程地質條件較好，地形平整。軌道交通建設、綜合管廊及地下綜合體規(guī)劃促使地下空間開發(fā)向有序化、綜合化發(fā)展。

1.1 軌道交通建設

截至2019年底，鄭州市軌道交通1號線(包括城郊線)、2號線、5號線、14號線一期工程均已開通運營見圖1所示，運營里程共102.87 km，車站60座。

圖1 鄭州市軌道交通已運營線路示意圖

1.2 綜合管廊建設

2016年4月，鄭州市入選國家地下綜合管廊第二批試點城市，成為全國15個地下綜合管廊建設試點城市之一。鄭州市的綜合管廊項目于2016年開工建設，規(guī)劃至2030年共建設綜合管廊575.50 km。

1.3 地下綜合體建設

2017年4月14日，中國首個盾構法裝配式地下空間試驗項目在鄭州市掘進施工,為鄭州市建設地下綜合體打好了施工技術基礎。

2 鄭州市地下空間開發(fā)利用現狀存在的關鍵問題

規(guī)劃是城市有序發(fā)展的前提，科學準確地評價地下空間開發(fā)適宜性，是城市地下空間規(guī)劃編制的重要基礎條件。二七廣場地下空間的建設未能在前期進行開發(fā)適宜性評價，導致規(guī)劃具有滯后性，進行高頻次的“大手術”，嚴重浪費了城市的建設資源，并給市民出行帶來了不便?，F階段鄭州市地下空間開發(fā)側重于促進經濟發(fā)展，但在城市地下空間大規(guī)模發(fā)展的前期階段，若只考慮經濟要素而忽略地質條件對城市地下空間開發(fā)的重要影響，容易造成開挖安全系數降低、施工技術難度提高、開發(fā)建設經濟成本增加等一系列違背城市可持續(xù)發(fā)展初心的不良后果，導致開發(fā)具有被動性和趨利性?？傊?，盲目無序的建設不利于城市地下空間的科學開發(fā)，只會加重城市發(fā)展的負擔。

3 鄭州市地下空間開發(fā)適宜性評價與開發(fā)閾值分析

鄭州市目前處于軌道交通導向型開發(fā)模式時期，綜合考慮地層巖性特征、巖土體條件和軌道交通站點類型等影響因素，基于層次分析法(AHP)建立綜合指數評價模型，對鄭州市地下空間開發(fā)適宜性評價并提出開發(fā)適宜性閾值。

3.1 鄭州市地下空間開發(fā)適宜性評價

3.1.1 基于AHP建立綜合指數評價模型

分析影響地下空間開發(fā)適宜性選址的主要因素，以鄭州城市地下空間開發(fā)適宜性評價結果為目標層(A)，以地層巖性特征、巖土體條件、水文地質條件等5項為準則層(B)，以巖性組合、砂土液化勢、粘聚力等9項為指標層(C)，建立適宜性評價指標體系，見表1所示。進一步依據行業(yè)規(guī)范及勘測數據，確定四級評價標準并將適宜性評價結果劃分為4類：非常適宜區(qū)(Ⅰ)、適宜區(qū)(Ⅱ)、一般適宜區(qū)(Ⅲ)、不適宜區(qū)(Ⅳ)。

表1 適宜性評價指標體系表

表2 B-Ci判斷矩陣及權重結果表

其中，CR為9×10-4<0.10，滿足一致性檢驗。

表3 B2-Ci判斷矩陣及權重結果表

其中，CR為0<0.10，滿足一致性檢驗。

3.1.2 綜合指數法及計算結果

采用綜合指數法建立鄭州城市地下空間適宜性評價模型，見式(1)所示。

(1)

式(1)中：A為適宜性評價值；Ci為評價值；k為準則層個數且k=5；p為指標層個數且p=9。

鄭州市20個評價單位(N)開發(fā)適宜性評價結果見表4所示，評價值最大為0.90，最小為0.39。

表4 開發(fā)適宜性評價結果表

3.2 開發(fā)適宜性閾值分析

3.2.1 基于ArcGIS進行適宜性分級

閾值一般指發(fā)生狀態(tài)變化的臨界值。鄭州城市地下空間開發(fā)適宜性評價是一個受多方面影響的綜合性問題，其閾值為開發(fā)適宜性變化的臨界值的度量，即當超過臨界值時，開發(fā)適宜性狀態(tài)發(fā)生改變。進行地下空間開發(fā)適宜性評價并非單一的過程，根據研究區(qū)域不同，研究階段不同，開發(fā)適宜性受到地質環(huán)境、城市建設、社會經濟等多重影響。因此，文章提出的開發(fā)適宜性閾值是多重因素綜合評價的結果，科學合理的適宜性閾值的確定不能以某一單因素為依據，應該是對多要素多參數分析的綜合結果。并且，隨著多因素時空維度的共同影響，閾值也會隨之改變?；贏rcGIS，在評價結果的基礎上，結合鄭州城市規(guī)劃建設實際情況，以城市主要交通干道對地塊進行網格劃分，對鄭州城市地下空間開發(fā)適宜性評價結果進行可視化表達。并用自然間斷點法見圖2所示，得到不同開發(fā)適宜性的臨界值見表5所示。

圖2 以自然間斷點法確定4級閾值圖

表5 城市地下空間開發(fā)適宜性評價閾值表

3.2.2 開發(fā)閾值分析

根據分級結果分析，當評價值<0.43，開發(fā)適宜性較差，其評價閾值為0.43，適宜性評價結果為“不適宜區(qū)”的最大值；當0.43<評價值<0.57，開發(fā)適宜性一般，評價閾值也為0.43，是“一般適宜區(qū)”的最小值，即當評價值>0.43時，其適宜性狀態(tài)由“不適宜區(qū)”改變?yōu)椤耙话氵m宜區(qū)”；當0.57<評價值<0.68，地下空間開發(fā)適宜性較好，評價閾值為0.57，即當評價值>0.57，其適宜性狀態(tài)由“一般適宜區(qū)”改變?yōu)椤斑m宜區(qū)”；當評價值>0.68，此時地下空間開發(fā)適宜性最優(yōu)，評價閾值為0.68，即當評價值>0.68時，適宜狀態(tài)由“適宜區(qū)”改變?yōu)椤胺浅＿m宜區(qū)”。由分析可知，當評價值發(fā)生動態(tài)變化，大于狀態(tài)閾值時，其評價的適宜性就隨之改變。鄭州城市地下空間開發(fā)適宜性評價分區(qū)結果見圖3所示。

圖3 鄭州市地下空間開發(fā)適宜性分區(qū)圖

鄭州市地下空間開發(fā)非常適宜區(qū)占總面積的13.60%，位于五一公園、隴海東路、南三環(huán)附近，集中于西南區(qū)域，該區(qū)域地質條件整體較好，更適宜地下空間開發(fā)利用；適宜區(qū)占9.70%，位于醫(yī)學院、桐淮附近區(qū)域；一般適宜區(qū)占總面積的69.20%，位于中部、東北部大部分區(qū)域和西三環(huán)區(qū)域；不適宜區(qū)占7.50%，位于火車站、鄭州東站區(qū)域，這與該區(qū)域巖土體特征較差有很大的相關性。因此，鄭州市地下空間開發(fā)適宜性分為4類，整體而言，西南地區(qū)適宜性較東北部更優(yōu)，長遠規(guī)劃需結合實際需要，綜合考慮適宜性評價結果，為鄭州市地下空間的科學有序開發(fā)提供保障。

4 結論

綜上所述可得以下幾點結論：①在總結鄭州市地下空間開發(fā)利用現狀的基礎上，分析目前存在缺乏地下空間開發(fā)適宜性評價的關鍵問題。進一步從規(guī)劃選址的角度，綜合地層巖性特征、巖土體條件、軌道交通站點類型等多重因素，基于AHP建立綜合指數評價模型，對鄭州市地下空間開發(fā)適宜性進行評價，以解決鄭州市地下空間開發(fā)適宜性評價難題。②科學界定適宜性評價“閾值”的概念內涵，運用ArcGIS將評價結果進行適宜性分級，并用自然間斷點法確定適宜性狀態(tài)分級閾值，由閾值級別高低定量判別適宜性動態(tài)變化。③依據城市主要交通干道網格，運用ArcGIS得到鄭州市地下空間開發(fā)適宜性評價結果，并將其分為非常適宜區(qū)、適宜區(qū)、一般適宜區(qū)和不適宜區(qū)4類，分別占總面積的13.60%、9.70%、69.20%和7.50%，進一步分析得到鄭州市開發(fā)適宜性評價閾值，并應用于鄭州城市規(guī)劃建設實踐。結果顯示，五一公園、隴海東路及南三環(huán)附近區(qū)域更適宜地下空間開發(fā)利用；整體而言，鄭州市西南地區(qū)適宜性較東北部地區(qū)更優(yōu)，更適合綜合開發(fā)。④研究成果可為鄭州市地下空間科學有序開發(fā)提供參考，但在大數據下地下空間智慧化運行方面，仍需進一步研究。