廣東省中山市地下全空間域資源量計(jì)算

羅躍春　陳開(kāi)明　馬志超　江貴榮　龍明滔　屈星晨

摘 要：地下空間資源是重要的國(guó)土資源，對(duì)其進(jìn)行有序地集約開(kāi)發(fā)，可緩解地上空間的壓力。地下空間規(guī)劃建設(shè)不僅要考慮經(jīng)濟(jì)、地質(zhì)、功能等條件，還需考慮地下空間資源的已利用情況。利用遙感解譯、資料收集以及實(shí)地考察手段，探明了中山市地下空間資源利用現(xiàn)狀?；贏rcGIS插值計(jì)算獲得了中山市全空間域地下空間資源利用率及其分布，并與傳統(tǒng)估算方法結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明：1）中山市100 m以淺地下空間資源平均利用率約為4.1%，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)估算方法的40%；2）中山市（0～-100 m）地下空間資源利用率最高為35%，利用率較高地區(qū)主要為中山西北部、主城區(qū)（石岐區(qū)、南區(qū)、東區(qū)、西區(qū)和火炬區(qū)）以及三鄉(xiāng)和坦洲等地；3）中山市地下空間資源利用類(lèi)型主要為建筑淺基礎(chǔ)、地表水系以及深基礎(chǔ)，它們占總利用類(lèi)型的比例達(dá)89%；4）淺層（<0～-15 m）地下空間資源平均利用率為16%，次淺層（<-15～-30 m）地下空間資源平均利用率為4.4%，次深層（<-30～-50 m）地下空間資源平均利用率為1.2%。中山市地下空間資源利用率隨深度增加迅速降低。

關(guān)鍵詞：地下空間資源；利用率；ArcGIS；中山市

Calculation of full underground space resources in Zhongshan City， Guangdong Province

LUO Yuechun1，2， CHEN Kaiming1，3， MA Zhichao1， JIANG Guirong1，3， LONG Mingtao1，3，

QU Xingchen1，3

（1.Zhuhai Engineering Investigation Institute of Guangdong Province， Zhuhai 519000， Guangdong， China；

2.Geotechnical Foundation Engineering Technology Research Center of Guangdong Province， Zhuhai 519000， Guangdong， China；

3.The First Geological Brigade of Guangdong Geological Bureau， Zhuhai 519000， Guangdong， China）

Abstract： Underground space resources are important national resources， and orderly and intensive development can alleviate the pressure on ground space. The planning and construction of underground space should not only consider economic， geological， functional and other conditions， but also consider the utilization of underground space resources. In this paper， the utilization of the underground space resource of Zhongshan was investigated through sensing interpretation， data collection and field investigation. Based on the data above， the occupied underground space resource is analyzed carefully， and then， the analyzed data were imported into ArcGIS software. And the distribution of the utilization rate of the underground space resource was obtained by Kriging interpolation on the grid. Besides， the average utilization rate calculated by the statistical method and the traditional estimation method was compared. The research shows that： 1） the statistical method calculated average utilization rate of 0～-100 m underground space is 4.1%， which is significantly less than 40% of the traditional method estimated. 2） the maximum utilization rate of 0～-100 m underground space is 35%， and the areas with high utilization rate are mainly located in the northwest of Zhongshan， the downtown area， Sanxiang town and Tanzhou town. 3） the main occupation types of underground space resource are building shallow foundation， surface water system and deep foundation in Zhongshan， which account for 89% of the total occupation types. 4） the average utilization rate is 16% at 0～-15 m， 4.4% at -15～-30 m and 1.2% at -30～-50 m， and the utilization rate of underground space decreases rapidly with the increase of depth.

Keywords： underground space resources; utilization rate; ArcGIS; Zhongshan

隨著我國(guó)城市建設(shè)高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化不斷推進(jìn)，土地資源供需矛盾越來(lái)越突出（馬仕，2007；劉陽(yáng)陽(yáng)等，2023），導(dǎo)致地面人流、車(chē)流、建筑設(shè)施等過(guò)于集中，出現(xiàn)了交通擁堵、住房困難、環(huán)境惡化等“大城市病”（譚飛等，2021；蔣杰等，2021；李萬(wàn)倫等，2021）。地下空間資源是重要的國(guó)土資源（鄭桂森等，2017），合理科學(xué)開(kāi)發(fā)城市地下空間資源是解決以上問(wèn)題的重要手段之一。近年來(lái)我國(guó)頒布了一系列城市地下空間資源規(guī)劃相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為地下空間資源管理和規(guī)劃建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，也為地下空間資源開(kāi)發(fā)利用指明了方向。GB/T 51358—2019《城市地下空間規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》明確指出加強(qiáng)城市地下空間資源保護(hù)與科學(xué)利用，促進(jìn)地上、地下空間統(tǒng)籌協(xié)調(diào)綜合利用，CECS 401：2015《城市地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)管理標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)了加強(qiáng)城市地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)管理，有效利用城市地下空間資源，促進(jìn)土地集約利用。

地下空間資源開(kāi)發(fā)不同于地面土地資源開(kāi)發(fā)，前者開(kāi)發(fā)難度大，開(kāi)發(fā)后不易再次規(guī)劃利用，因此地下空間資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃尤為重要。面對(duì)地下空間的未知性和復(fù)雜性，如何科學(xué)合理地對(duì)地下空間資源進(jìn)行規(guī)劃是各地主管部門(mén)面臨的難題。鑒于此，各大城市競(jìng)相開(kāi)展地下空間資源開(kāi)發(fā)利用評(píng)價(jià)（史玉金等，2016；胡學(xué)祥等，2016；張晶晶等，2016；吳新珍，2021；周長(zhǎng)紅等，2022；熊峰等，2022；瞿婧晶等，2022；何陽(yáng)等，2021），以期為地下空間資源開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃提供參考依據(jù)。地下空間資源賦存量是地下空間資源開(kāi)發(fā)利用評(píng)價(jià)結(jié)果的重要影響因素之一（周丹坤等，2019），目前關(guān)于地下空間資源賦存量計(jì)算一般采用粗略估計(jì)法，通常按地下空間總體積的40%計(jì)算（童林旭，2000），顯然，這種算法忽略了地域差異以及城市發(fā)展進(jìn)程，會(huì)導(dǎo)致地下空間資源估算量與實(shí)際情況相去甚遠(yuǎn)。本文提出了一種全空間域的地下全空間域資源量計(jì)算方法，本方法通過(guò)遙感解譯、資料收集、野外考察手段對(duì)地下空間資源量進(jìn)行揭示，以中山市為例，對(duì)其全市域100 m以淺地下空間資源量進(jìn)行詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)計(jì)算，得到了較為準(zhǔn)確的中山市地下空間資源利用率，通過(guò)插值分析得到了中山市地下空間資源利用率的空間分布特征，相關(guān)研究可為其他城市地下空間資源計(jì)算提供參考。

1? 方法與數(shù)據(jù)

1.1? 技術(shù)路線

本計(jì)算方法需收集主要的地下空間資源利用類(lèi)型。通過(guò)遙感解譯獲取高層建筑、低—多層建筑、在建基坑、高鐵線路、大型水域分布等信息，到相關(guān)部門(mén)調(diào)取既有建筑地下室和基礎(chǔ)、地下管線等檔案資料，并通過(guò)實(shí)地考察對(duì)以上資料進(jìn)行補(bǔ)充和驗(yàn)證。將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，建立數(shù)據(jù)庫(kù)并計(jì)算各類(lèi)已利用地下空間資源量，通過(guò)ArcGIS軟件建立計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格，將計(jì)算得到的地下空間占用量按坐標(biāo)投影到對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格中并匯總，利用Kriging插值方法得到計(jì)算區(qū)域的地下空間資源利用率分布圖。具體實(shí)施技術(shù)路線如圖1所示。

1.2? 資料收集與野外調(diào)查

1）遙感解譯

通過(guò)遙感解譯獲取疑似高層建筑488處，疑似在建基坑164處，獲取大型地表水系約262 km2，動(dòng)車(chē)線路約137 km。

2）資料收集

收集高層建筑地下室及樁基礎(chǔ)資料89份，全市域地下管線數(shù)據(jù)庫(kù)1份，建筑分布圖1份（約15萬(wàn)棟建筑）。

3）實(shí)地考察

利用遙感解譯數(shù)據(jù)指導(dǎo)野外調(diào)查，重點(diǎn)調(diào)查疑似高層建筑點(diǎn)、在建基坑點(diǎn)以及地下通道。經(jīng)野外調(diào)查確定全市既有高層建筑392處。其中：建有地下室的有372處，地下室層數(shù)最大為4層，88.9%為一層，8.8%為兩層，96%地下室層高為3～3.3 m，全市地下室建筑面積總和約2 546萬(wàn)m2；全市在建基坑43處，總開(kāi)挖體積約130.28萬(wàn)m3，最大開(kāi)挖深度為22.2 m，單體開(kāi)挖面積有限，最大約為1萬(wàn)m2；全市有33處地下車(chē)行通道，其中12處為穿山隧道，12處為雙洞單線車(chē)行道，所有地下車(chē)行道均為1層，層高多為4.3 m或5.1 m，平均層高4.5 m，地下車(chē)行道最長(zhǎng)為1 260 m，平均長(zhǎng)度為97.7 m，最大寬度24.5 m，平均寬度為18.3 m；全市有34處地下人行道，均為1層，層高2.4～3.0 m，平均層高2.7 m，長(zhǎng)度20～130 m，平均長(zhǎng)度57.9 m。

綜上，中山市地下空間資源利用類(lèi)型和數(shù)量如表1所示，其分布如圖2所示，圖中居民區(qū)由建筑密集區(qū)圈畫(huà)而得。

2? 地下空間資源利用分析

1）建筑已利用地下空間資源分析

中山市既有高層建筑層數(shù)與樁長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)如圖3所示，可以看到樁長(zhǎng)與層數(shù)無(wú)明顯關(guān)系，其平均樁長(zhǎng)為30.5 m，加上地下室一般不到35 m，同時(shí)考慮持力層厚度，在此對(duì)于高層建筑影響深度按40 m考慮，超高層按50 m考慮。各類(lèi)建筑基礎(chǔ)的影響深度按表2取值。由于遙感影像解譯數(shù)據(jù)與本次調(diào)查時(shí)間具有1 a時(shí)間差，而中山市每年均有大量新的建筑開(kāi)始修建或建成。為了避免低估高層數(shù)量，本次統(tǒng)計(jì)高層數(shù)據(jù)時(shí)將野外調(diào)查及收集到的數(shù)據(jù)也納入分析。

關(guān)于基礎(chǔ)的影響寬度計(jì)算，根據(jù)GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的應(yīng)力擴(kuò)散計(jì)算方法，基礎(chǔ)的影響寬度可按圖4計(jì)算，但在實(shí)際操作時(shí)由于較難獲取所有建筑的基礎(chǔ)寬度，且同一建筑下相鄰基礎(chǔ)的影響范圍可能重疊，而對(duì)于高層建筑來(lái)講其影響寬度計(jì)算值將很大，就目前工程施工技術(shù)水平來(lái)講，完全不必要避開(kāi)如此大范圍進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)，如廣州花城廣場(chǎng)地下空間開(kāi)發(fā)時(shí)2個(gè)相鄰的基坑僅僅相隔不到數(shù)米的距離。因此，本次計(jì)算基礎(chǔ)影響寬度時(shí)，將低層和多層建筑在地面上的投影輪廓確定為計(jì)算范圍，即認(rèn)為該范圍一定深度內(nèi)的地下空間資源已被利用，不可再開(kāi)發(fā)。對(duì)于高層建筑統(tǒng)一采用緩沖功能將建筑輪廓（一般以樓盤(pán)或小區(qū)覆蓋面）20 m范圍以內(nèi)的地下空間也確定為已被利用，如圖5所示。

2）動(dòng)車(chē)線路已利用地下空間資源分析

從中山市地質(zhì)條件看，地面60 m以下一般為堅(jiān)硬基巖，中山市動(dòng)車(chē)橋梁基礎(chǔ)一般埋深小于60 m，加之動(dòng)車(chē)線路的橋梁基礎(chǔ)分布比較規(guī)律且稀疏，因此，在動(dòng)車(chē)線路地面60 m以下進(jìn)行空間開(kāi)發(fā)時(shí)，若能做好基礎(chǔ)防護(hù)加固等保障措施（如部分基礎(chǔ)托換等），則認(rèn)為是可行的。本文計(jì)算將動(dòng)車(chē)線路橋梁基礎(chǔ)的計(jì)算深度定為60 m。上海市地方規(guī)定高速鐵路兩側(cè)的建筑工程與最近一側(cè)鐵路邊軌的最小距離不得小于50 m，故本計(jì)算將動(dòng)車(chē)線路兩側(cè)各50 m寬度范圍內(nèi)、60 m深度內(nèi)確定為已被利用的地下空間。

3）水系已利用地下空間資源分析

中山市內(nèi)有較多河流、湖泊、溝渠、水庫(kù)、魚(yú)塘等地面水系。按中山市的地表水系重要與否，本計(jì)算中僅選取了主要河流、水庫(kù)、湖泊作為分析，根據(jù)河流、水庫(kù)及湖泊幾何特征，一般河流中心線及湖泊中心附近深度最大，以保守起見(jiàn)，本計(jì)算中將對(duì)應(yīng)的水系范圍均按該深度考慮。地下空間開(kāi)發(fā)應(yīng)與水系底部保持一定距離，以免發(fā)生工程事故或影響地表水體，本計(jì)算中該距離深度定為5 m。此外將水系在地面投影一定范圍的距離也定為不可開(kāi)發(fā)范圍，該范圍取值根據(jù)水系的重要性按表3執(zhí)行，由于無(wú)法完整獲取各河流的流量及流域面積，河流大小僅以河流寬度來(lái)判別。

4）地下交通設(shè)施已利用地下空間資源分析

根據(jù)本次野外調(diào)查，中山市內(nèi)的地下交通設(shè)施主要為地下人行通道和地下車(chē)行通道，其中地下人行通道共34處，地下車(chē)行通道33處，除了穿山隧道和過(guò)江通道外，大多通道頂部距離地面均小于3面，因此其上部恒荷載較小。鑒于此，隧道的影響深度定為隧道底部以下3 m。又由于通道一般多采用箱涵或襯砌結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好，為此，將隧道兩側(cè)2 m范圍以內(nèi)確定為已利用地下空間。

5）地下管線已利用地下空間資源分析

中山市的地下管線數(shù)據(jù)量龐大。經(jīng)過(guò)對(duì)管線資料整理分析發(fā)現(xiàn)，所有管線幾乎均埋藏于城市道路兩側(cè)（圖6），埋深約2 m，由于管線數(shù)據(jù)太龐大且錯(cuò)綜復(fù)雜，如逐個(gè)逐類(lèi)分析工作將難以順利開(kāi)展，且不同管線可能處于同一管廊中，逐類(lèi)分析易造成地下空間已開(kāi)發(fā)利用率偏差。為此，本計(jì)算將道路兩側(cè)的管線融合成面，并向兩側(cè)緩沖1 m，作為管線影響范圍。影響深度按5 m計(jì)算。

需要指出的是，以上各因素在做緩沖分析后，影響范圍可能會(huì)重疊，若直接將各因素分別計(jì)算再匯總，則會(huì)導(dǎo)致重疊部分被反復(fù)計(jì)算，將導(dǎo)致地下空間已利用量估算偏高，因此需要將重疊部分按不同深度進(jìn)行融合處理。

3? 地下空間資源利用率

利用ArcGIS建立覆蓋全市域的面文件，并按800 m × 800 m進(jìn)行網(wǎng)格劃分。將各類(lèi)利用類(lèi)型的平面投影分別標(biāo)識(shí)于該網(wǎng)格中，得到每個(gè)網(wǎng)格中利用類(lèi)型面積，然后根據(jù)各利用類(lèi)型的影響深度計(jì)算各網(wǎng)格中已利用的地下空間資源量，從而得到各網(wǎng)格的地下空間資源利用率（計(jì)算深度范圍內(nèi)地下空間資源已利用體積與總空間體積之比），最后對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行插值分析，得到地下空間資源利用率分布圖。

圖7為中山市0～-100 m地下空間資源分布情況（利用率越低，地下空間資源未開(kāi)發(fā)程度越高，下同）。整體來(lái)看，中山市地下空間開(kāi)發(fā)利用有限，平均利用率為4.1%，即0～-100 m地下空間95.9%未開(kāi)發(fā)利用。利用率低于5%的地區(qū)占中山市總面積68.3%，廣泛分布于整個(gè)中山市域。利用率在（5%，10%］的地區(qū)占中山市總面積20.0%，主要位于主城區(qū)周邊、高鐵沿線以及水系附近等；利用率在（10%，20%］的地區(qū)占中山市面積10.9%，主要位于主城區(qū)及其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心區(qū)域；利用率（20%，35%］的地區(qū)占中山市總面積約0.8%，主要是高層建筑集中的西區(qū)及坦洲等地。

而根據(jù)傳統(tǒng)估算方法，地下總空間資源保有量按地下總空間體積的40%計(jì)算，即中山市地下空間資源60%未開(kāi)發(fā)，遠(yuǎn)小于本文計(jì)算的95.9%，可見(jiàn)傳統(tǒng)粗略估算方法嚴(yán)重低估了地下空間資源保有量。

圖8為中山市不同深度范圍內(nèi)地下空間資源利用率分布圖，地下空間資源利用率高的地區(qū)主要是建筑集中的東區(qū)、西區(qū)、小欖、坦洲等地。淺層（0，-15 m］地下空間資源平均利用率為16%，最高值達(dá)65%；次淺層（-15 m，-30 m］地下空間資源平均利用率為4.4%，最高值達(dá)45%；次深層（-30 m，-50 m］地下空間資源平均利用率為1.2%；深層（-50 m，-100 m］范圍內(nèi)開(kāi)發(fā)利用極少，地下空間資源平均利用率僅為0.1%。

圖9為中山市地下空間資源平均利用率與深度的關(guān)系曲線。由圖可見(jiàn)，30 m以淺地下空間資源利用率隨深度增加顯著下降，且該深度范圍以外（-30～-100 m）地下空間利用率非常小，表明目前中山市地下空間開(kāi)發(fā)主要以淺層、次淺層為主，而次深層及深層開(kāi)發(fā)較少。

為更深入了解地下空間資源利用情況，圖10給出了地下空間資源各種利用類(lèi)型在不同深度范圍內(nèi)的比例。對(duì)于（0，-15 m］，淺基礎(chǔ)占8.2%、水系占5.2%、深基礎(chǔ)占3.6%；對(duì)于（-15 m，-30 m］，深基礎(chǔ)占3.6%、水系占0.8%；對(duì)于（-30 m，-50 m］，主要利用類(lèi)型為動(dòng)車(chē)線路橋梁基礎(chǔ)；（-50 m，-100 m］幾乎未利用。綜合來(lái)看，目前中山市地下空間資源利用類(lèi)型主要為淺基礎(chǔ)、深基礎(chǔ)以及地表水系，在0～-100 m已利用空間中淺基礎(chǔ)占比35%，深基礎(chǔ)占比約為27%，水系占比約為27%，合計(jì)占89%。

圖11給出了中山市各鎮(zhèn)區(qū)0～-100 m地下空間資源利用率情況。從圖11中可以看到，石岐區(qū)利用率遠(yuǎn)高于其他鎮(zhèn)區(qū)，達(dá)到13%；其次是西區(qū)、南頭鎮(zhèn)、火炬開(kāi)發(fā)區(qū)，利用率達(dá)到7%以上；東區(qū)、小欖鎮(zhèn)、港口鎮(zhèn)、沙溪鎮(zhèn)，其利用率達(dá)到5%以上；五桂山街道辦、南朗鎮(zhèn)、神灣鎮(zhèn)、板芙鎮(zhèn)等區(qū)鎮(zhèn)利用率最低。

4? 結(jié)論

1）中山市0～-100 m地下空間資源利用率為4.1%，利用率高的地區(qū)主要是高層建筑集中的西區(qū)及坦洲等地。

2）采用本計(jì)算方法得到的中山市0～-100 m地下空間資源保有量為95.9%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)估算方法計(jì)算的60%。

3）隨深度加大，中山市地下空間資源利用率迅速降低，在-50～-100 m深度范圍內(nèi)利用率幾乎為零。表明中山市地下空間資源開(kāi)發(fā)主要集中于淺層及次淺層，而次深層和深層尚待開(kāi)發(fā)。

4）中山市地下空間資源利用主要類(lèi)型為淺基礎(chǔ)（35%）、深基礎(chǔ)（27%）、地表水系（27%）。

5）中山市地下空間資源開(kāi)發(fā)利用率最高的前3個(gè)鎮(zhèn)區(qū)依次為石岐區(qū)、西區(qū)和火炬開(kāi)發(fā)區(qū)，開(kāi)發(fā)利用率最低的3個(gè)鎮(zhèn)區(qū)依次為五桂山街道辦、南朗鎮(zhèn)和神灣鎮(zhèn)。

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收稿日期：2023-04-23；修回日期：2023-06-21

基金項(xiàng)目：中山市多要素三維城市地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目（442000-201903-2019001-0011（ZZ21909738））資助

第一作者簡(jiǎn)介：羅躍春（1986- ），男，博士，高級(jí)工程師，主要從事巖土工程、地下空間工程研究。E-mail：355529942@qq.com

引用格式：羅躍春，陳開(kāi)明，馬志超，江貴榮，龍明滔，屈星晨，2023.廣東省中山市地下全空間域資源量計(jì)算［J］.城市地質(zhì)，18（3）：52-59