田 聰,蘇晶文,倪化勇,王 睿

(1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院,北京 100037;2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京),北京 100083;3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局南京地質(zhì)調(diào)查中心,江蘇 南京 210016;4.自然資源部城市地下空間探測(cè)評(píng)價(jià)工程技術(shù)創(chuàng)新中心,江蘇 南京 210016)

地下空間是與領(lǐng)土、領(lǐng)空、領(lǐng)海并列的戰(zhàn)略性國(guó)土空間資源、經(jīng)濟(jì)資源和戰(zhàn)備資源,是潛在豐富的自然資源[1-3]。21世紀(jì)是人類地下空間開發(fā)利用的年代[4],城市發(fā)展空間由地面及其上部空間向地下空間延伸,是世界城市發(fā)展的趨勢(shì)。隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快,交通擁擠、環(huán)境污染、空間緊張等城市問(wèn)題凸顯,開發(fā)利用地下空間資源是提高城市容量、緩解城市交通、改善城市環(huán)境的重要途徑[5-8]。地下空間開發(fā)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，“十三五”期間,我國(guó)城市地下空間建筑面積達(dá)10.7億m2。目前,城市地下空間開發(fā)利用缺少規(guī)劃性控制和引導(dǎo),出現(xiàn)了“先用先占、淺層擠滿、開發(fā)無(wú)序、資源浪費(fèi)”等現(xiàn)象,使后續(xù)開發(fā)利用成本上升、風(fēng)險(xiǎn)增加[9-10]。

對(duì)地下空間資源進(jìn)行全面評(píng)價(jià)是科學(xué)規(guī)劃、有序開發(fā)利用地下空間資源的基礎(chǔ),是地下空間研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。盡管一些學(xué)者結(jié)合城市特點(diǎn)及發(fā)展需求,探索并建立了城市地下空間資源開發(fā)利用適宜性、資源質(zhì)量、開發(fā)潛力等方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)模型,但總體上城市地下空間資源評(píng)價(jià)還處于探索和起步階段。本文通過(guò)系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外城市地下空間資源評(píng)價(jià)目的、內(nèi)容、方法和城市地下空間資源的屬性,分析了城市地下空間資源評(píng)價(jià)的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì),為城市地下空間資源評(píng)價(jià)及開發(fā)利用提供參考。

1 城市地下空間資源屬性

城市地下空間指城市行政區(qū)內(nèi)地表以下自然形成或人工開發(fā)的空間,是地面空間的延伸和補(bǔ)充[11],一般以人防工程、軌道交通、地下綜合體等為主。城市地下空間資源指城市區(qū)域內(nèi)自然或人工開挖及未開拓的且在一定技術(shù)條件下可以開發(fā)利用的資源[1]。一些學(xué)者認(rèn)為城市地下空間資源既包括空間和位置,也包括地下水、地?zé)崮?、地質(zhì)材料等[12]。程光華等[13]認(rèn)為在開發(fā)地下空間時(shí),識(shí)別、評(píng)價(jià)與其共生的其他地下資源稟賦和相互作用模式、協(xié)同利用地下多種資源是未來(lái)地下空間開發(fā)的趨勢(shì)。

與地上空間相比,地下空間資源既有地域性、稀缺性、多用性及價(jià)值屬性等共性,也有密閉性、穩(wěn)定性、非再生性和不可逆性等特性[12,14-15](表1)。地質(zhì)環(huán)境是地下空間開發(fā)利用的基礎(chǔ),決定地下空間開發(fā)利用的適宜性和約束性,同時(shí)地下空間開發(fā)利用也影響地質(zhì)環(huán)境。因此,除了資源屬性外,地下空間還具有環(huán)境屬性,不合理的開發(fā)利用將導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。

表1 城市地下空間資源屬性統(tǒng)計(jì)結(jié)果

2 研究進(jìn)展

城市地下空間既有自然資源屬性,也具有社會(huì)經(jīng)濟(jì)屬性,因此,城市地下空間資源評(píng)價(jià)涉及面廣、綜合性強(qiáng),是一個(gè)系統(tǒng)、綜合的理論體系和調(diào)查研究過(guò)程,是在對(duì)水文地質(zhì)條件、工程地質(zhì)條件、環(huán)境地質(zhì)條件等自然條件和區(qū)位、交通、GDP及地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀等社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等分析和研究的基礎(chǔ)上,對(duì)地下空間資源進(jìn)行的總體判斷。

2.1 評(píng)價(jià)內(nèi)容

由國(guó)內(nèi)外地下空間資源評(píng)價(jià)研究現(xiàn)狀可知,根據(jù)服務(wù)城市規(guī)劃、工程設(shè)計(jì)開發(fā)等不同目的,評(píng)價(jià)內(nèi)容主要包括地下空間資源開發(fā)利用的適宜性、資源容量、質(zhì)量、開發(fā)價(jià)值及開發(fā)潛力等。

童林旭等[16]建立了地下空間資源評(píng)估的內(nèi)容和體系,將地下空間資源評(píng)價(jià)概括為地下空間資源容量、質(zhì)量、開發(fā)潛力評(píng)估、開發(fā)利用適宜性以及效益評(píng)價(jià)等。地下空間資源的容量即空間資源占用的體積,包括地下空間資源的天然蘊(yùn)藏量、可供合理開發(fā)的潛在蘊(yùn)藏量、可有效利用的潛在蘊(yùn)藏量。地下空間資源質(zhì)量是評(píng)價(jià)地下空間資源開發(fā)利用工程難易程度和潛在開發(fā)價(jià)值的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),包括地下空間資源開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)、潛在價(jià)值評(píng)價(jià)和綜合質(zhì)量評(píng)價(jià)。地下空間資源潛力是一個(gè)綜合性評(píng)價(jià),指地下空間資源潛在可供應(yīng)容量和可開發(fā)價(jià)值的總和[17]。地下空間適宜性評(píng)價(jià)指對(duì)地質(zhì)、水文、地形及地下空間開發(fā)利用現(xiàn)狀等分析和研究的基礎(chǔ)上,總體判斷地下空間開發(fā)利用工程難度,并據(jù)此確定可開發(fā)資源的分布情況[18]。

國(guó)內(nèi)很多城市開展了不同內(nèi)容的地下空間資源評(píng)價(jià)(表2),王海剛等[19]、吳立新等[20]對(duì)北京市地下空間資源進(jìn)行了綜合質(zhì)量評(píng)價(jià),郭建民等[21]、汪俠等[22]分別對(duì)北京市、南京市地下空間資源開發(fā)利用的潛力進(jìn)行了評(píng)價(jià),張平等[23]構(gòu)建了揚(yáng)州老城區(qū)歷史街區(qū)地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)體系。地質(zhì)適宜性評(píng)價(jià)服務(wù)于城市地下空間總體規(guī)劃設(shè)計(jì),是目前地下空間資源評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。國(guó)外一些學(xué)者也高度關(guān)注城市地下空間資源評(píng)價(jià),STERLING R L等[24]總結(jié)了美國(guó)明尼阿波利斯-圣保羅市可開發(fā)利用資源分布范圍和適宜開發(fā)利用形式;ZHAO J等[25]對(duì)新加坡地下空間規(guī)劃和選址進(jìn)行了評(píng)價(jià);BOBYLEV N[26]以德國(guó)柏林壓力山大廣場(chǎng)為例研究地下空間利用的指標(biāo)量化問(wèn)題;YOUSSEF A M等[27]等開展了地下空間資源開發(fā)利用工程地質(zhì)條件適宜性評(píng)價(jià),識(shí)別潛在的工程地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地下工程的影響;NEZARAT H等[28]以風(fēng)險(xiǎn)可能性、風(fēng)險(xiǎn)影響、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)能力為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)伊朗伊斯法罕西北地區(qū)地下隧道工程施工的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià);DOYLE M R[29]以德克薩斯州圣安東尼奧市為例對(duì)尚未開發(fā)的地下資源進(jìn)行評(píng)估,得到各個(gè)資源潛力圖。

表2 國(guó)內(nèi)主要城市地下空間資源評(píng)價(jià)內(nèi)容、指標(biāo)和方法

續(xù)表2

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

城市地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是在對(duì)城市自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件充分掌握和分析的基礎(chǔ)上建立的,不同的城市、不同的評(píng)價(jià)內(nèi)容,其評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取存在著一定的差異。開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取,不僅要考慮地下自然條件和建筑條件的影響,還要考慮地面的建筑條件的影響。地下空間資源質(zhì)量包含開發(fā)適宜性、工程難易程度、開發(fā)價(jià)值等,根據(jù)具體的評(píng)價(jià)內(nèi)容,其評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取存在一定的差異性。城市地下空間開發(fā)潛力是一個(gè)綜合指標(biāo),在全面考慮城市地下空間資源開發(fā)利用自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益的影響。

2.2.1 適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

進(jìn)行地下空間開發(fā)利用適宜性評(píng)價(jià)時(shí),國(guó)內(nèi)外學(xué)者大多從工程地質(zhì)安全方面考慮,選取約束性要素建立地下空間開發(fā)利用適宜評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。STERLING R L等[24]以地質(zhì)條件、巖土層分布、水文地質(zhì)條件、地形坡度、已建地下管線、地下建筑和地上建筑為評(píng)價(jià)指標(biāo),構(gòu)建了明尼阿波利斯—圣保羅市地下空間適宜性評(píng)價(jià)體系;ZHAO J等[25]將地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件、環(huán)境、心理、地面發(fā)展、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)及政治因素作為評(píng)估指標(biāo),構(gòu)建了新加坡地下建筑適宜性評(píng)價(jià)體系;官善友等[32]以地質(zhì)構(gòu)造、第四系、地下水、不良地質(zhì)作用與特殊巖土體為影響因素,對(duì)武漢市地下空間開發(fā)地質(zhì)條件影響分區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià);江思義等[46]以巖土體特征、地下水情況、區(qū)域地殼穩(wěn)定性、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、特殊地質(zhì)條件、地面建筑物及淺部已開發(fā)地下空間等為評(píng)價(jià)因素,構(gòu)建了南寧市城市地下空間開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)體系;張璐等[56]重點(diǎn)考慮地形地貌、地層巖性、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造等指標(biāo)進(jìn)行地下空間適宜性評(píng)價(jià);譚飛等[57]強(qiáng)調(diào)了對(duì)地下結(jié)構(gòu)類型和開挖方式的評(píng)價(jià)。

2.2.2 質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

學(xué)者們進(jìn)行地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)時(shí),充分考慮了地下空間資源的自然、區(qū)位、經(jīng)濟(jì)、工程技術(shù)條件等因素。王海剛等[19]以工程地質(zhì)、水文地質(zhì)等為評(píng)價(jià)指標(biāo)和土地利用、地鐵站域等為評(píng)價(jià)指標(biāo)分別對(duì)北京市房山區(qū)地下空間開發(fā)難易程度和潛在開發(fā)價(jià)值進(jìn)行評(píng)估,并將評(píng)估結(jié)果綜合后得到房山區(qū)地下空間資源綜合質(zhì)量;張平等[23]以文物保護(hù)、地面及地下空間、地域位置、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)及工程技術(shù)條件為評(píng)價(jià)因素,構(gòu)建了揚(yáng)州老城區(qū)歷史街區(qū)地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)體系;陳吉祥等[31]考慮了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)及環(huán)境效益以及政策相容性等評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)上海市地下空間開發(fā)價(jià)值進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2.2.3 開發(fā)潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

汪俠等[22]以自然條件、地面及地下空間條件、地理位置條件、經(jīng)濟(jì)條件、開發(fā)效益為評(píng)價(jià)因素,構(gòu)建了南京市鼓樓區(qū)地下空間資源潛力評(píng)價(jià)體系;胡寧[38]以地質(zhì)條件、區(qū)位條件、已開發(fā)地下空間、地下空間開發(fā)對(duì)GDP的影響、各區(qū)環(huán)境承載力與改善能力、政府投資強(qiáng)度與相關(guān)政策、公眾參與性、企業(yè)技術(shù)水平等為評(píng)價(jià)因素,構(gòu)建了鄭州市地下空間資源開發(fā)潛力的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系;鄭強(qiáng)[47]在對(duì)成都地下空間資源開發(fā)潛力評(píng)價(jià)中充分考慮了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的影響,包括人均GDP、地下空間開發(fā)對(duì)GDP的影響、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平、政府與公眾的參與度、企業(yè)開發(fā)地下空間的技術(shù)水平等。

2.3 評(píng)價(jià)方法

祝文君等[58]完成的“北京舊城區(qū)淺層地下空間資源調(diào)查與利用現(xiàn)狀研究”,建立了國(guó)內(nèi)第一個(gè)地下空間資源調(diào)查的模型和基本概念體系。目前,已有數(shù)十個(gè)城市采用不同的評(píng)價(jià)方法,完成了地下空間資源容量、質(zhì)量、價(jià)值、開發(fā)潛力以及適宜性等方面的科學(xué)評(píng)價(jià)(表2)。

2.3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)

城市地下空間資源評(píng)價(jià)中,評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的科學(xué)、合理賦值對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果具有較大影響。目前,國(guó)內(nèi)主要采用專家打分法和層次分析法(AHP)對(duì)城市地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重賦值。由表2可知,近80%的專家、學(xué)者采用層次分析法對(duì)指標(biāo)權(quán)重賦值,例如,歐孝奪等[45]采用層次分析法對(duì)南寧市城市地下空間開發(fā)地質(zhì)環(huán)境適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)賦值;汪俠等[22]采用多層次灰色評(píng)價(jià)法對(duì)南京市鼓樓區(qū)5個(gè)街道的開發(fā)潛力評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦值。近20%的專家、學(xué)者通過(guò)專家打分法(或與層次分析法結(jié)合)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重,例如,曹亮[59]采用專家打分法和改進(jìn)的層次分析法對(duì)蘇州市地形地貌、建筑場(chǎng)地類型、不良巖土體條件、水文地質(zhì)條件、地質(zhì)災(zāi)害等評(píng)價(jià)指標(biāo)賦權(quán)重;郭建民等[21]通過(guò)最優(yōu)傳遞矩陣對(duì)AHP法進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了基于專家打分法的指標(biāo)權(quán)重賦值;吳文博等[41]結(jié)合層次分析法的兩兩對(duì)比矩陣和專家打分法,對(duì)蘇州地下空間資源質(zhì)量的評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)。此外,一些學(xué)者采用熵權(quán)法、梯形模糊數(shù)學(xué)定權(quán)法、主成分分析法等對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值,例如,姜云等[60]通過(guò)熵權(quán)法和可變模糊集組合確定城市地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重;鄭強(qiáng)[47]采用主成分分析法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán),進(jìn)而對(duì)成都城市地下空間資源潛力進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.3.2 評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型

目前,多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)法、模糊綜合評(píng)判法、灰色評(píng)估法、可拓法、多層次加權(quán)平均型模糊數(shù)學(xué)綜合法、可變模糊集組合法等廣泛應(yīng)用于城市地下空間資源評(píng)價(jià),其中采用多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)法、模糊綜合評(píng)判法進(jìn)行評(píng)價(jià)和建模較多,例如,一些專家[21,30,37,40,41-42]建立了基于多目標(biāo)線性加權(quán)函數(shù)的評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型,分別開展了北京、上海、濟(jì)南、蘇州等城市地下空間資源評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)內(nèi)容涵蓋北京和蘇州等城市地下空間資源潛在價(jià)值、上海和濟(jì)南等城市地下空間資源開發(fā)利用適宜性。另一些專家[20,33,36,43-45,48-49,51,54]采用模糊綜合評(píng)判法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)隸屬函數(shù)和評(píng)價(jià)模型分別評(píng)價(jià)了北京、南京、合肥等城市地下空間資源質(zhì)量或潛力以及武漢、濟(jì)南、寧波、南寧、成都、天津、無(wú)錫等城市地下空間資源開發(fā)利用適宜性。此外,胡寧[38]采用基于可拓法的評(píng)價(jià)模型對(duì)鄭州市USR開發(fā)潛力進(jìn)行初步評(píng)價(jià);趙旭東等[61]采用多層次加權(quán)平均型模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)方法構(gòu)建了歷史文化街區(qū)地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)模型,實(shí)現(xiàn)了揚(yáng)州古城區(qū)地下空間資源質(zhì)量的模糊綜合評(píng)價(jià)。

3 討論

3.1 評(píng)價(jià)目的

地下空間資源評(píng)價(jià)是城市空間規(guī)劃的基礎(chǔ),其主旨是為國(guó)土空間規(guī)劃、合理開發(fā)服務(wù),科學(xué)編制城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃,實(shí)現(xiàn)對(duì)地下空間的統(tǒng)一規(guī)劃、系統(tǒng)開發(fā)和整體保護(hù)。地下空間資源評(píng)價(jià)的目的和目標(biāo)各有不同,針對(duì)城市規(guī)劃的不同階段——城市總體規(guī)劃、區(qū)域規(guī)劃、詳細(xì)規(guī)劃和小范圍局部地區(qū)規(guī)劃,對(duì)城市總體范圍內(nèi)和局部地段地下空間資源適宜性、質(zhì)量和潛力進(jìn)行不同尺度的定性、定量評(píng)價(jià)。① 城市地下空間資源適宜性評(píng)價(jià)的目的是充分利用有利的地質(zhì)環(huán)境條件,有效改造和規(guī)避不利的地質(zhì)環(huán)境條件,保證地質(zhì)環(huán)境良性發(fā)展,為城市規(guī)劃部門進(jìn)行地下空間開發(fā)利用總體布局及場(chǎng)地工程建設(shè)前期規(guī)劃提供依據(jù)。② 城市地下空間資源質(zhì)量評(píng)價(jià)是開發(fā)難易程度和開發(fā)價(jià)值的綜合評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)指標(biāo)包含自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,著重強(qiáng)調(diào)地下空間開發(fā)工程技術(shù)問(wèn)題,為地下工程選址和施工工藝的選擇提供依據(jù)。③ 城市地下空間資源開發(fā)潛力評(píng)價(jià)是可利用資源量和潛在開發(fā)價(jià)值的綜合評(píng)價(jià),著重考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)地下空間的影響范圍及城市未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況,主要應(yīng)用于城市地下空間開發(fā)的總體規(guī)劃和遠(yuǎn)景規(guī)劃。

3.2 評(píng)價(jià)內(nèi)容

城市地下空間資源評(píng)價(jià)已建立較完整、系統(tǒng)的評(píng)價(jià)內(nèi)容,初步形成了評(píng)價(jià)框架體系。國(guó)內(nèi)外城市地下空間資源評(píng)價(jià)內(nèi)容主要存在3個(gè)問(wèn)題:① 根據(jù)城市地下空間規(guī)劃的不同階段,地下空間資源評(píng)價(jià)的內(nèi)容不同,總體規(guī)劃或前期規(guī)劃以地下工程適宜性評(píng)價(jià)為主,詳細(xì)規(guī)劃拓展為地下空間資源質(zhì)量、潛力評(píng)價(jià)及環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)。目前,城市地下空間資源評(píng)價(jià)內(nèi)容以適宜性評(píng)價(jià)為主,對(duì)地下空間資源量、質(zhì)量、潛力、價(jià)值等評(píng)價(jià)相對(duì)較少,評(píng)價(jià)結(jié)果不能更好地服務(wù)城市地下空間深度規(guī)劃。② 根據(jù)上述地下空間資源屬性特征,地下空間賦存多種自然資源,不同資源協(xié)同性評(píng)價(jià)及開發(fā)、保護(hù)優(yōu)先性和時(shí)序性的評(píng)價(jià)很少涉及。③ 城市地下空間資源開發(fā)利用必將對(duì)地下水、巖土體、應(yīng)力場(chǎng)等地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生影響,但目前評(píng)價(jià)多以地質(zhì)條件對(duì)地下空間開發(fā)利用影響評(píng)價(jià)為主,對(duì)地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)較少。

3.3 評(píng)價(jià)方法

結(jié)合不同城市的評(píng)價(jià)內(nèi)容,針對(duì)城市地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取、賦權(quán)和模型等進(jìn)行研究和實(shí)踐,并具有一定的創(chuàng)造性。然而,評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法還存在以下問(wèn)題:① 評(píng)價(jià)要素不全,難以滿足選取評(píng)價(jià)指標(biāo)的要求。② 地下空間資源評(píng)價(jià)指標(biāo)體系錯(cuò)綜復(fù)雜,沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),存在明顯的區(qū)域差異性和人為主觀性,評(píng)價(jià)指標(biāo)選取時(shí),不同指標(biāo)相互影響及地下空間開發(fā)利用與地質(zhì)環(huán)境之間相互影響考慮不足。③ 評(píng)價(jià)方法較單一,主觀性強(qiáng),主要采用層次分析法、專家打分法等主觀賦權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重,熵權(quán)法、主成分分析法、變異系數(shù)法[62]、粗糙集理論[63]等客觀賦權(quán)法應(yīng)用較少,評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型所得結(jié)果不能實(shí)現(xiàn)城市地下空間資源多要素的量化評(píng)價(jià)。④ 賦權(quán)的區(qū)域差異性體現(xiàn)不突出。指標(biāo)賦權(quán)時(shí),除了考慮方法的合理性外,還應(yīng)考慮不同分區(qū)、不同層位、不同對(duì)象等,不同地區(qū)、不同層位指標(biāo)的影響或控制作用可能發(fā)生變化,如地下水和斷層對(duì)地下空間開發(fā)利用影響具有明顯的垂向差異。⑤ 地下空間三維評(píng)價(jià)模型較簡(jiǎn)單,地下流場(chǎng)、熱場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及不同地質(zhì)體、地質(zhì)資源、地下工程等三維集成和科學(xué)展示以及屬性建模、空間插值和自動(dòng)動(dòng)態(tài)更新等技術(shù)尚有不少問(wèn)題未解決。

4 發(fā)展趨勢(shì)

城市地下空間資源作為拓展城市發(fā)展空間、優(yōu)化城市發(fā)展布局、提高城市質(zhì)量的戰(zhàn)略性資源,其開發(fā)利用必將迎來(lái)跨越式發(fā)展。綜合城市地下空間資源評(píng)價(jià)現(xiàn)狀、存在問(wèn)題及地下空間資源開發(fā)利用需求,多參數(shù)表征、多方法驗(yàn)證、多維度展示、多模型評(píng)價(jià)、多資源協(xié)同將是城市地下空間資源評(píng)價(jià)的發(fā)展趨勢(shì)。針對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)篩選與量化、指標(biāo)賦權(quán)、評(píng)價(jià)模型及地層結(jié)構(gòu)可視化等發(fā)展趨勢(shì),眾多學(xué)者[20,57,60,64-66]進(jìn)行了系統(tǒng)研究,本文重點(diǎn)分析地下多種資源協(xié)同評(píng)價(jià)、全空間三維評(píng)價(jià)、地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)評(píng)價(jià)等發(fā)展趨勢(shì)。

4.1 地下多資源協(xié)同評(píng)價(jià)

城市地下空間地?zé)豳Y源、優(yōu)質(zhì)地下水資源、地下文物古跡資源及關(guān)鍵礦產(chǎn)資源、材料資源等在優(yōu)先保護(hù)及利用方面存在空間、時(shí)序方面的沖突,在地下空間規(guī)劃和開發(fā)利用過(guò)程中,如果認(rèn)識(shí)不清、評(píng)價(jià)不當(dāng),將導(dǎo)致資源的浪費(fèi)或破壞,地下空間資源利用的效能難以實(shí)現(xiàn)最大化。因此,地下空間多資源協(xié)同開發(fā)利用將成為地下空間資源綜合評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容。結(jié)合不同資源類型、資源量、空間分布、開發(fā)利用地質(zhì)條件、潛在經(jīng)濟(jì)價(jià)值、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)和開發(fā)利用技術(shù)可行性,分區(qū)分層評(píng)價(jià),提出優(yōu)先開發(fā)或優(yōu)先保護(hù)的資源,從而為城市地下空間資源開發(fā)利用的規(guī)劃、實(shí)施提供全面技術(shù)支撐和決策依據(jù)。LI X Z等[67]討論了在城市發(fā)展中,不同地下資源之間開發(fā)利用存在的沖突模式,明確這些沖突是地下空間資源開發(fā)協(xié)調(diào)和協(xié)同的基礎(chǔ),對(duì)地下空間資源多樣性進(jìn)行識(shí)別和科學(xué)評(píng)價(jià),可以推進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展;王東輝等[68]對(duì)成都地下空間資源開展了探索性綜合評(píng)價(jià),對(duì)不同優(yōu)質(zhì)地下資源進(jìn)行分區(qū)分層評(píng)價(jià),提出了西部平原區(qū)40～100 m以下第四系含泥砂礫石層、東部臺(tái)地區(qū)50～80 m以下夾關(guān)組厚砂巖層為優(yōu)質(zhì)含水層的認(rèn)識(shí),地下空間利用需統(tǒng)籌保護(hù)含水層頂?shù)装逡约佰?、犀浦一帶和三圣鄉(xiāng)—十陵鎮(zhèn)一帶鍶、偏硅酸優(yōu)質(zhì)飲用天然礦泉水水源地保護(hù),成都地下空間資源評(píng)價(jià)具有一定的啟發(fā)性,呈現(xiàn)地下多資源評(píng)價(jià)與協(xié)同保護(hù)利用的思路、方法和意義。

4.2 地下全空間三維評(píng)價(jià)

地下空間開發(fā)利用過(guò)程中,分散、孤立的地下工程容易將整體的地下空間資源分割,造成不同層位之間或不同地下工程之間地下空間資源碎片化、小型化,為進(jìn)一步開發(fā)利用增加了難度,造成地下空間資源的極大浪費(fèi)。上海陸家嘴地區(qū)由于早期缺乏統(tǒng)一規(guī)劃,各地塊地下空間開發(fā)各自為政,形成了諸多地下空間“孤島”,導(dǎo)致地鐵2號(hào)線陸家嘴地鐵站未能與周邊建筑建立地下聯(lián)系,也沒(méi)有為未來(lái)連通預(yù)留接口。因此,城市地下空間資源評(píng)價(jià)要盡可能做到全空間評(píng)價(jià)、多維度展示,評(píng)價(jià)深度要突破30～60 m深度,提高評(píng)價(jià)精度,充分利用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)進(jìn)行三維地質(zhì)模型的建立和透明化表達(dá),立體直觀地展示地質(zhì)界面和地質(zhì)體的空間位置、形態(tài)、關(guān)系、巖土體的屬性特征以及地下流場(chǎng)、熱場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的耦合關(guān)系,結(jié)合地下空間資源類型和開發(fā)利用方式最終實(shí)現(xiàn)地下百米深度范圍內(nèi)全空間、多維度立體評(píng)價(jià)和透明可視化展示。薛濤等[69]對(duì)上海市地下空間進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià),建立三維地質(zhì)結(jié)構(gòu)模型和屬性模型,定性和定量分析地下空間開發(fā)利用適宜性,考慮樁基、地鐵隧道、地下管網(wǎng)等因素,建立地下構(gòu)筑物模型與地質(zhì)模型相融合進(jìn)行地下空間透明、立體式評(píng)價(jià)。

4.3 地下空間開發(fā)與地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)評(píng)價(jià)

目前,城市地下空間資源評(píng)價(jià)主要是評(píng)價(jià)地質(zhì)條件對(duì)地下空間開發(fā)利用的影響,而城市地下空間資源開發(fā)利用必將對(duì)地質(zhì)環(huán)境造成改變,產(chǎn)生影響甚至導(dǎo)致災(zāi)害發(fā)生。在人類活動(dòng)和自然因素作用下,城市地下空間資源與地質(zhì)環(huán)境的耦合關(guān)系呈動(dòng)態(tài)變化。因此,地下空間開發(fā)與地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)評(píng)價(jià)是模擬預(yù)測(cè)性評(píng)價(jià),模擬某項(xiàng)功能開發(fā)后地質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生的變化規(guī)律和趨勢(shì),是智能動(dòng)態(tài)過(guò)程。在地下空間開發(fā)過(guò)程中，掌握評(píng)價(jià)指標(biāo)隨地質(zhì)環(huán)境變化規(guī)律和評(píng)價(jià)指標(biāo)互不相同的屬性特征,充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行多模型相互融合,逐步破除三維動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)與自適應(yīng)多要素屬性建模技術(shù)瓶頸,實(shí)現(xiàn)地下空間資源屬性建模與四維時(shí)空演化動(dòng)態(tài)刻畫,全面反映地下空間開發(fā)利用與地下流場(chǎng)、熱場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與演化,從而為地下空間資源科學(xué)規(guī)劃、安全協(xié)同利用實(shí)時(shí)提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)。

5 結(jié)論

(1)目前,采用層次分析法、模糊綜合評(píng)判法和灰色評(píng)估法等從不同角度、不同尺度開展了城市地下空間資源評(píng)價(jià)工作,研究重點(diǎn)是評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取和賦權(quán),取得了很大的成績(jī),但在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中仍然存在目的不明確、權(quán)重賦值主觀性強(qiáng)、評(píng)價(jià)模型不完善等問(wèn)題。

(2)綜合城市地下空間資源評(píng)價(jià)現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題以及地下空間資源開發(fā)利用需求,多參數(shù)表征、多方法驗(yàn)證、多維度展示、多模型評(píng)價(jià)、多資源協(xié)同、智能動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)等將成為城市地下空間資源評(píng)價(jià)的重要發(fā)展趨勢(shì)。深化城市地質(zhì)調(diào)查以及地下空間開發(fā)利用與地質(zhì)環(huán)境響應(yīng)研究,加強(qiáng)大數(shù)據(jù)、人工智能、機(jī)器深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用和動(dòng)態(tài)屬性模型、評(píng)價(jià)系統(tǒng)研發(fā),盡快編制出臺(tái)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等是地下空間資源科學(xué)評(píng)價(jià)、規(guī)劃和安全高效利用的基礎(chǔ)與保障。