摘 要：本文聚焦城市地下空間全要素信息的管理與利用標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題，針對(duì)當(dāng)前城市地質(zhì)全要素信息構(gòu)建三維地質(zhì)模型與信息平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的空白，提出了集成城市地下全要素信息，搭建對(duì)應(yīng)軟件管理和分析平臺(tái)的解決方案。文章詳細(xì)介紹了標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的背景、任務(wù)來(lái)源、主要技術(shù)內(nèi)容，包括全要素集成與建庫(kù)、平臺(tái)功能、安全運(yùn)維等方面的規(guī)定。同時(shí)，分析了該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益及產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)效應(yīng)，強(qiáng)調(diào)了該標(biāo)準(zhǔn)在促進(jìn)城市地下空間科學(xué)合理開(kāi)發(fā)利用、推動(dòng)城市可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)方面的重要作用。最后，展望了本標(biāo)準(zhǔn)推廣實(shí)施后的廣闊前景和產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)效應(yīng)。

關(guān)鍵詞：城市地下空間，全要素，數(shù)據(jù)集成，三維地質(zhì)建模

DOI編碼：10.3969/j.issn.1002-5944.2025.02.024

0 引 言

現(xiàn)階段，開(kāi)發(fā)利用城市地下空間、開(kāi)辟城鎮(zhèn)化發(fā)展新資源已成為各個(gè)城市改善城市生態(tài)環(huán)境、優(yōu)化城市空間結(jié)構(gòu)、提高城市韌性的有效途徑。本標(biāo)準(zhǔn)從服務(wù)于地下空間探測(cè)、評(píng)價(jià)、建設(shè)和利用的角度入手，在現(xiàn)有地下空間信息化標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，探索更加科學(xué)合理的城市地下空間要素信息管理方法，集成城市地下空間全要素信息，研發(fā)構(gòu)建對(duì)應(yīng)的軟件管理和分析平臺(tái)[1]。可指導(dǎo)信息平臺(tái)建設(shè)任務(wù)承擔(dān)單位，在開(kāi)展城市地下空間全要素信息集成與建庫(kù)、三維地質(zhì)模型構(gòu)建、地下空間資源評(píng)價(jià)與平臺(tái)系統(tǒng)功能開(kāi)發(fā)時(shí)更加準(zhǔn)確、高效完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)、技術(shù)選型、質(zhì)量檢查及系統(tǒng)驗(yàn)收等工作，對(duì)城市地下空間科學(xué)合理開(kāi)發(fā)利用提供輔助決策和信息支撐具有重大的應(yīng)用價(jià)值[2]。

1 項(xiàng)目背景

我國(guó)城市地下空間開(kāi)發(fā)利用，隨著工業(yè)化進(jìn)程與城鎮(zhèn)化發(fā)展的推進(jìn)，步入了迅速增長(zhǎng)的階段。為響應(yīng)十九大提出的“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”的新型城鎮(zhèn)化發(fā)展要求，2017 年中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局提出了以“空間、資源、環(huán)境、災(zāi)害”等多要素為調(diào)查內(nèi)容，以服務(wù)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、管理全過(guò)程的新型城市“多要素”調(diào)查理念[3]。地下空間全要素探測(cè)也逐漸成為一種趨勢(shì)，主要是獲取包括既有地下空間設(shè)施、地質(zhì)構(gòu)造、巖土體性質(zhì)、地下水、地?zé)?、地質(zhì)材料等地下空間資源的基本信息以及潛力因素信息。

目前，上海、北京、廣州、天津、南京、合肥等多個(gè)城市已開(kāi)展實(shí)施多要素城市地質(zhì)調(diào)查工作，通過(guò)地下空間資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)，構(gòu)建“透明城市”，建立不同空間尺度三維地質(zhì)模型，為城區(qū)工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)、地面建筑選址和地基穩(wěn)定性評(píng)價(jià)、地下空間利用和地下工程建設(shè)、地面沉降與塌陷等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測(cè)預(yù)警、地下水污染源追蹤與后備水源評(píng)價(jià)等提供了易于實(shí)現(xiàn)各種空間分析和空間數(shù)據(jù)挖掘的模型基礎(chǔ)[4-5]。

數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范是信息化管理的基礎(chǔ)支撐。眾所周知，城市地下空間信息化與三維地質(zhì)模型構(gòu)建所需的地質(zhì)數(shù)據(jù)主要有地層數(shù)據(jù)、地質(zhì)構(gòu)造數(shù)據(jù)、水文地質(zhì)數(shù)據(jù)、地震地質(zhì)數(shù)據(jù)、環(huán)境地質(zhì)數(shù)據(jù)和地質(zhì)資源數(shù)據(jù)，是地質(zhì)數(shù)據(jù)的子集[6]。在地質(zhì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)程中，1997年美國(guó)聯(lián)邦地理數(shù)據(jù)委員會(huì)（FGDC）率先頒布了地質(zhì)地圖制圖規(guī)范，旨在統(tǒng)一地質(zhì)數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與圖像展示方式。隨后，F(xiàn)GDC于2001年推出了地質(zhì)數(shù)據(jù)模型，明確了地質(zhì)地圖信息的存儲(chǔ)格式，并增強(qiáng)了數(shù)據(jù)的擴(kuò)展能力。2003年，國(guó)際地質(zhì)科學(xué)協(xié)會(huì)（IUGS）地學(xué)信息管理與應(yīng)用委員會(huì)（CGI）與國(guó)際地質(zhì)信息聯(lián)盟共同創(chuàng)立了GeoSciML開(kāi)發(fā)工作組，該工作組涵蓋了多種地質(zhì)數(shù)據(jù)類(lèi)型，如地質(zhì)單元、構(gòu)造、稀土材料、鉆孔信息等，并已被納入開(kāi)放地理空間聯(lián)盟（OGC）的核心標(biāo)準(zhǔn)體系。此外，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自2011年起，著手研究三維地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)交換與共享技術(shù)，并于2015年正式發(fā)布《三維地質(zhì)模型交換格式Geo3DML》標(biāo)準(zhǔn)。這些國(guó)際與國(guó)內(nèi)的努力不僅顯著提升了三維地質(zhì)模型的技術(shù)水平，還有力促進(jìn)了地質(zhì)數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

截至目前，我國(guó)在城市地下空間與地質(zhì)數(shù)據(jù)管理領(lǐng)域已建立了一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7]。其中包括《地質(zhì)礦產(chǎn)術(shù)語(yǔ)分類(lèi)代碼》（GB/ T 9649—2009）系列標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)由35個(gè)部分組成，涵蓋了宇宙地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、工程地質(zhì)學(xué)、環(huán)境地質(zhì)等多個(gè)領(lǐng)域，為數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)體系和數(shù)據(jù)字典的確立提供了依據(jù)；《城市地下空間設(shè)施分類(lèi)與代碼》（GB/ T28590—2012）明確了城市地下空間設(shè)施的分類(lèi)原則、編碼方法及分類(lèi)代碼；《城市地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)內(nèi)容與數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)》（DZ/ T 0352—2020）規(guī)定了城市地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容、要素劃分、編碼規(guī)則以及屬性數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)；在三維地質(zhì)模型方面，《三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)交換格式（Geo3DML）》（DD 2 015- 0 6）規(guī)定了數(shù)據(jù)交換的組織層次結(jié)構(gòu)，以及模型中空間幾何數(shù)據(jù)、屬性描述數(shù)據(jù)、三維可視化數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式；《三維地質(zhì)模型元數(shù)據(jù)》（DD2019-12）規(guī)定了描述三維地質(zhì)模型信息所需元數(shù)據(jù)的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。全國(guó)首部針對(duì)城市地下空間數(shù)據(jù)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)——《城市地下空間數(shù)據(jù)規(guī)范》（DB 3401/ T 230-2021）也已出臺(tái)，該規(guī)范詳細(xì)規(guī)定了城市地下空間數(shù)據(jù)的基本規(guī)定、數(shù)據(jù)分類(lèi)與分層、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)屬性表結(jié)構(gòu)、三維模型以及數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求。這些標(biāo)準(zhǔn)的制定與實(shí)施，有力推動(dòng)了我國(guó)城市地下空間與地質(zhì)數(shù)據(jù)管理的規(guī)范化進(jìn)程。

綜上，國(guó)際、國(guó)內(nèi)對(duì)城市地下空間及相關(guān)的地質(zhì)數(shù)據(jù)已經(jīng)建立了相對(duì)成熟數(shù)據(jù)集成、建庫(kù)、共享交換等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，煤炭、采礦等行業(yè)也建立了地質(zhì)信息平臺(tái)[8-9]，但如何利用城市地質(zhì)全要素信息構(gòu)建三維地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)平臺(tái)尚處于空白狀態(tài)。現(xiàn)有三維建模軟件的處理過(guò)程人工干預(yù)多、智能化程度低，難以支撐城市透明化、全資源評(píng)價(jià)和提供全方位信息服務(wù)；缺乏對(duì)城市地下空間調(diào)查開(kāi)發(fā)利用的全要素集成數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理工具、基于地下三維模型的全資源評(píng)價(jià)系統(tǒng)或功能，難以支撐地下空間開(kāi)發(fā)利用。

2 任務(wù)來(lái)源

標(biāo)準(zhǔn)依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題“城市地下全要素信息集成與智能建模技術(shù)”（2019YFC0605102）。具體計(jì)劃為 2019年10月至2022年09月期間完成國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃。團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)會(huì)批準(zhǔn)立項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)編制起止時(shí)間為 2021年8月至2022年12月。

項(xiàng)目承擔(dān)單位中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心等，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件建模需大量人工干預(yù)、可靠性低、信息約束能力不足等問(wèn)題，結(jié)合城市地下全要素信息集成服務(wù)需求，建立全要素信息多尺度語(yǔ)義表達(dá)模型和組織框架，研發(fā)城市地下全要素耦合的高可用智能建模技術(shù)，實(shí)現(xiàn)城市地下透明化表達(dá)；針對(duì)常用的二維分層法資源評(píng)價(jià)內(nèi)容不全面、結(jié)果不精細(xì)等問(wèn)題，建立城市地下三維全資源整體評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與方法，研發(fā)一體化、松耦合、可共享的城市地下全要素信息集成智能建模與地下空間資源評(píng)價(jià)平臺(tái)，開(kāi)展城市地質(zhì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建、平臺(tái)應(yīng)用開(kāi)發(fā)、三維地質(zhì)模型建設(shè)等工作。

根據(jù)中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司等單位提出標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)，中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)會(huì)經(jīng)組織相關(guān)專(zhuān)家立項(xiàng)評(píng)估后，納入2022年第三批團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)計(jì)劃（計(jì)劃編號(hào)：T/CSPSTC-JH202214），并于2022年12月22日完成發(fā)布，2023年3月1日正式實(shí)施。

3 標(biāo)準(zhǔn)主要技術(shù)內(nèi)容

3.1 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)框架

標(biāo)準(zhǔn)依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題“ 城市地下全要素信息集成與智能建模技術(shù)”（2019YFC0605102）研究，在收集城市地理信息系統(tǒng)、城市地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)、三維地質(zhì)模型元數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程的基礎(chǔ)上，結(jié)合課題全要素建庫(kù)與集成、建模與可視化、全資源評(píng)價(jià)技術(shù)方法開(kāi)發(fā)成果構(gòu)建了城市地下空間全要素地質(zhì)信息平臺(tái)。在該平臺(tái)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開(kāi)展本標(biāo)準(zhǔn)的編制工作，旨在推動(dòng)城市地下全要素信息管理與利用標(biāo)準(zhǔn)化，為城市地下空間規(guī)劃、開(kāi)發(fā)和運(yùn)維提供技術(shù)支撐[10]。采用的技術(shù)框架如圖1所示。

標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了城市地下全要素信息集成與平臺(tái)建設(shè)的基本規(guī)定和數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、平臺(tái)功能、安全運(yùn)維的要求，適用于城市地下空間全要素地質(zhì)信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)、建設(shè)、應(yīng)用和運(yùn)行維護(hù)。

3.2 主要技術(shù)內(nèi)容

3.2.1 全要素集成與建庫(kù)的主要規(guī)定

本節(jié)對(duì)城市地下空間全要素信息平臺(tái)的信息集成與建庫(kù)提出了一般性規(guī)定。明確了全要素信息的內(nèi)容范圍，包括地質(zhì)、水文、規(guī)劃、設(shè)施、環(huán)境等多維度數(shù)據(jù)。規(guī)定了采用語(yǔ)義表達(dá)模型對(duì)不同來(lái)源、格式和類(lèi)型的信息進(jìn)行統(tǒng)一描述和關(guān)聯(lián)，形成結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)體系。對(duì)信息組織方式進(jìn)行了規(guī)范，需按照一定的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和邏輯關(guān)系進(jìn)行分門(mén)別類(lèi)、有序存儲(chǔ)。要求合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，選用關(guān)系型或非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存儲(chǔ)管理。同時(shí)，對(duì)數(shù)據(jù)入庫(kù)流程、質(zhì)量控制、安全保護(hù)等方面提出了明確要求，保障數(shù)據(jù)的完整性、準(zhǔn)確性和安全性。

3.2.2 平臺(tái)功能的主要規(guī)定

本節(jié)內(nèi)容詳細(xì)規(guī)定了關(guān)于城市地下空間全要素信息平臺(tái)的各類(lèi)功能模塊的普遍性要求。這個(gè)平臺(tái)需要具備數(shù)據(jù)入庫(kù)與管理功能，同時(shí)支持多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的接入、清洗、轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。這意味著它必須能夠進(jìn)行三維模型構(gòu)建，全面利用地質(zhì)條件、管線信息以及建筑物數(shù)據(jù)，生成真實(shí)且精細(xì)的地下空間三維場(chǎng)景。此外，還需提供地下空間資源評(píng)價(jià)功能，對(duì)開(kāi)發(fā)利用條件進(jìn)行綜合分析和評(píng)判。同時(shí)，要求該平臺(tái)具備可視化分析能力，提供二三維一體化的數(shù)據(jù)展示工具和分析工具。

3.2.3 安全運(yùn)維的主要規(guī)定

本節(jié)內(nèi)容詳細(xì)規(guī)定了關(guān)于城市地下空間全要素信息平臺(tái)在性能方面、安全方面以及更新升級(jí)方面的具體要求。平臺(tái)需要具備快速而且高效的檢索能力，以及能夠支持高并發(fā)訪問(wèn)的強(qiáng)大能力，以確保在處理大數(shù)據(jù)量情況下，系統(tǒng)依然保持響應(yīng)速度快和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。同時(shí)，平臺(tái)必須嚴(yán)格遵循國(guó)家的信息安全等級(jí)保護(hù)制度，采取身份認(rèn)證措施、訪問(wèn)控制機(jī)制以及數(shù)據(jù)加密技術(shù)等多種手段，以防范各種類(lèi)型的信息安全風(fēng)險(xiǎn)。另外，還要求制定詳細(xì)而全面的運(yùn)維管理制度，明確規(guī)定運(yùn)維主體責(zé)任、日常維護(hù)工作及故障處置流程等具體內(nèi)容，從而保障系統(tǒng)運(yùn)行得安全且平穩(wěn)。

3.2.4 資料性附錄

標(biāo)準(zhǔn)的資料性附錄給出全要素分類(lèi)方法、城市三維地質(zhì)模型建模尺度（如表 1所示）、地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)及分級(jí)建議三個(gè)部分，以方便本標(biāo)準(zhǔn)使用者開(kāi)展相關(guān)技術(shù)活動(dòng)。

4 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施效益

4.1 經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益

基于本標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)展全面深入的城市地下全空間三維綜合評(píng)價(jià)，可以顯著地增強(qiáng)和提升城市地下空間開(kāi)發(fā)與合理利用能力。可為擴(kuò)展和更好地管理深層次資源空間提供了可靠且有力的技術(shù)支撐，進(jìn)一步提升城市地下空間未來(lái)發(fā)展的可持續(xù)性與科學(xué)性。有助于城市地下空間開(kāi)發(fā)置換地表土地、引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，拉動(dòng)城市地下空間多層次、多結(jié)構(gòu)發(fā)展，為城市 GDP 帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)。研究成果有助于促進(jìn)城市空間立體化發(fā)展，節(jié)約國(guó)家有限的土地資源，減小或避免對(duì)脆弱生態(tài)環(huán)境造成直接或間接的影響，將發(fā)揮可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)效益。

4.2 產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)與示范驗(yàn)證

重慶歇臺(tái)子站和杭州三江匯等典型區(qū)域，通過(guò)構(gòu)建城市地下空間的全要素地質(zhì)信息平臺(tái)并進(jìn)行示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了集成眾多地質(zhì)、水文、規(guī)劃、管線等多源數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化管理和綜合分析。該平臺(tái)形成了三維可視化的地下空間數(shù)字化場(chǎng)景，并基于此開(kāi)展了一系列如環(huán)境評(píng)價(jià)、安全評(píng)估和開(kāi)發(fā)利用潛力分區(qū)等工作，為相關(guān)領(lǐng)域的規(guī)劃、設(shè)計(jì)以及施工提供了翔實(shí)而科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐。在具體應(yīng)用過(guò)程中，該平臺(tái)顯著提升了城市地鐵選線、車(chē)站規(guī)劃以及管線鋪設(shè)等工程項(xiàng)目的精細(xì)化水平，優(yōu)化了地下空間開(kāi)發(fā)的位置選擇與功能布局，從而破解了地上地下空間融合利用上的瓶頸約束。

5 結(jié) 語(yǔ)

本標(biāo)準(zhǔn)的制定對(duì)于推動(dòng)城市地下空間全要素信息管理與利用具有重要指導(dǎo)意義。填補(bǔ)了當(dāng)前在城市地質(zhì)全要素信息構(gòu)建三維地質(zhì)模型數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方面的空白，通過(guò)集成城市地下全要素信息，搭建起對(duì)應(yīng)的軟件管理和分析平臺(tái)。標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用將帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益和產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)效應(yīng)，為城市GDP帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，在城市規(guī)劃、建設(shè)和管理領(lǐng)域引發(fā)一系列的創(chuàng)新和變革，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)和發(fā)展。

隨著本標(biāo)準(zhǔn)的推廣和實(shí)施，城市地下空間將得到更加科學(xué)、合理和高效地開(kāi)發(fā)以及利用，還將極大地促進(jìn)整個(gè)城市的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展，提升居民的生活質(zhì)量。

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作者簡(jiǎn)介

盧成緒，通信作者，碩士，標(biāo)準(zhǔn)化工程師，研究方向?yàn)榭萍紕?chuàng)新和產(chǎn)業(yè)成果轉(zhuǎn)化為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、科技成果產(chǎn)業(yè)化。

張占榮，博士，教授級(jí)高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槌鞘械叵驴臻g勘察。

花衛(wèi)華， 博士，副教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)槿S地質(zhì)建模、地質(zhì)大數(shù)據(jù)。

林成遠(yuǎn)，博士，工程師，研究方向?yàn)槌鞘械叵驴臻g勘察。

（責(zé)任編輯：張佩玉）

基金項(xiàng)目：本文受?chē)?guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目課題“城市地下全要素信息集成與智能建模技術(shù)”（項(xiàng)目編號(hào)：2019YFC0605102）、中國(guó)鐵建股份有限公司科技研發(fā)課題“鉆探一體化智能識(shí)別、感知及動(dòng)態(tài)施工關(guān)鍵技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2022-B20）資助。