基于模糊综合评价的城市地下空间开发适宜性评估

2016-01-26彭俊婷解智强侯至群左小清

测绘通报 2015年12期

关键词：昆明市城区评估

彭俊婷，洪　涛，解智强，侯至群，左小清

(1. 昆明理工大学，云南昆明 650093； 2. 昆明市测绘研究院,云南昆明 650000； 3. 昆明市城市地下管线

探测管理办公室，云南昆明 650051； 4. 武汉大学资源环境科学学院，湖北武汉 430070)

Suitability Assessment of Urban Underground Space Development Based on

Fuzzy Comprehensive Evaluation

PENG Junting，HONG Tao，XIE Zhiqiang，HOU Zhiqun，ZUO Xiaoqing

基于模糊综合评价的城市地下空间开发适宜性评估

彭俊婷1，洪涛2，解智强3,4，侯至群3,4，左小清1

(1. 昆明理工大学，云南昆明 650093； 2. 昆明市测绘研究院,云南昆明 650000； 3. 昆明市城市地下管线

探测管理办公室，云南昆明 650051； 4. 武汉大学资源环境科学学院，湖北武汉 430070)

Suitability Assessment of Urban Underground Space Development Based on

Fuzzy Comprehensive Evaluation

PENG Junting，HONG Tao，XIE Zhiqiang，HOU Zhiqun，ZUO Xiaoqing

摘要：随着社会经济的发展，城市化速度越来越快，人口数量也越来越多，致使城区容量扩大的需要和有限的城区用地之间的矛盾日渐凸显，严重影响了城市的稳定发展，缓解这个矛盾的最佳方式则是向城市地表以下拓展空间容量。昆明是云南省省会，伴随着地铁建设的推进，地下空间的开发利用受到了市民的广泛关注。本文利用层次分析法、德尔菲法、模糊综合评判法、GIS技术，对昆明市主城区及周边重要区域地下空间的开发适宜性作出了评判。昆明市中心城区的地下空间开发建设可以此评判结果为依据进行策划。

关键词：地下空间；开发适宜性；层次分析法；德尔菲法；模糊综合评价法；昆明市中心城区

一、引言

城市化始终都面临着怎样拓大城市空间容纳量的难题[1]。随着城市的高速发展、人口的急剧增长、生态环境的日趋恶化，向地下要空间已成为解决这一问题的主要手段，这也是增强城市功能、改善城市环境的重要措施。建设集约高效的城市地下空间，更是解决城市土地与发展空间矛盾，建设集约城市目标的最好方式[2]。

地下空间容量是城镇化建设过程中拥有的一项首要资源，其特点是开发后便不可恢复且再次开挖较为困难，它不仅是城市功能开发的重要空间载体，也是交通、市政、综合防灾的重要空间[3]。因此，从资源保护和合理规划的方向，把现存城区地下空间系统加以整合、梳理和改善，构建昆明城市集约、高效的地下空间系统将有利于保证合理使用地下资源，拓宽城市的发展范围，缓解交通与环境之间的矛盾等，提升城市抗压能力等既定目标的实现。

二、城市地下空间开发适宜性评估方法研究

目前，灰色关联分析方法、层次分析法及模糊综合评估法，或将两种及以上的评估方式结合起来使用，这些评价方式被各研究者大量用在城市地下空间开发适应性评价中，得到的结果比较具有实用性。

1) 灰色关联分析法[4](gray relative analysis method)是统计学上以灰色系统理论为基础的一种多要素解析方式。它是按照系统中各子系统(或要素)之间相似的或不同的发展趋势，即灰色关联度，来描述子系统(或要素)之间强弱、大小及顺序的一种动态解析方式。根据样本信息要素间的发展态势可以判断各要素间的关联度值，如果发展态势基本相同，关联度值则会较大；相反，就会较小。这种分析方法的优点在于将系统的发展状态定量化，比较适用于动态历程解析；需要的样本数据较少，数据处理工作量较小。但其缺点是客观性较弱，较难给定指标权重最优数值。

2) 层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)。这种分析法提出了一种分层权值决策求解方式，它是指一个较难的多项目决策难题被看成整个系统，再把各项目分为多个小项目，进而分为很多个因素的一些层次，将定性的指标定量化，最后解算出层次单排序(权数)与总的排序，可以用来作为目标、对象优化策略的系统性方式。层次分析法的优点包括简洁实用、系统性强，但使用该方法时会有较多无法定量的因素，计算时没有准确的特征值及特征向量，新的方案较难提供[4]。

3) 模糊综合评价法(fuzzy comprehensive evaluation method)是美国教授在1965年提出的模糊集合理论的综合判定方法。它是按照模糊数学的原理把定性问题定量化，采用模糊理论对由各种因素影响的对象作出综合评判。模糊综合评判具有较强系统性，结论清楚明了，将较难定量化的定性难题定量化，再将定性与定量相结合，适合处理各种模糊的、较难定量化的对象。

城市地下空间构造复杂、开发不可逆、划分界限模糊，致使地下空间开发的定量分析具有一些难度。地下空间开发的影响条件都是难以用具体数据来定量化的，因此，根据各种评价方式的比较，本文利用AHP法、Delph法及模糊综合评估法相组合的综合评估方式来对昆明市主城区地下空间开发适宜性作出评估，如图1所示。

图1　评估流程

三、城市地下空间开发适宜性评估实例研究

1. 实例区域概况

(1) 昆明市中心城区地理概况

昆明市中心城区包括主城、呈贡新区与空港经济区，总面积为1722 km2。主城区也是昆明市的综合服务范围，应将它的发展重心置于公众服务设备的完善、市政基本设备的改善、旧城改新、增加绿色面积、维护旅游资源上；呈贡新区经过新兴产业链的集中，已经形成了具有完善的功能、适宜的环境、方便的交通出行、公众服务设备齐全的新兴城区；空港区以昆明长水机场作为基础，重点开发航空经济，是国内与东南亚、南亚、欧亚的客运与货运枢纽[5]，如图2所示。

(2) 昆明市中心城区地下空间开发概况

1) 地铁。昆明市中心城区地铁线网规划呈放射状分布，共由7条线构成，是将来城市地铁交通线网的主要线路。由昆明市主城到呈贡新区可通过地铁1号线到达，地铁2号线服务主城南北方向，地铁3号线服务主城东西方向，4号线连接主城西北—东南方向，5号线为主城东北—西南线路，6号线为主城到机场的专线，7号线主要为主城西市区和南市区服务。目前地铁1号线和2号线已经运行了两年，其他地铁线路正在建设中，如图3所示。

图2　昆明市中心城范围

图3　昆明市地铁交通网

2) 地下商业街。昆明市总体规划、商业发展规划中确定的主要公共服务中心商业中心、商圈、商业街区是地下商业文化设施建设的重点地区，其中部分涉及轨道地下站点，人流聚集地区的商业中心在地下空间开发时仍作为区级地下商业中心建设地下商业设施。

3) 地下市政管线。地下市政管网也被喻为“城市血管”，其稳定运行与人类正常作息息息相关。昆明市的市政管网包括供水管网、排水管网、电力工程、地下共同沟等。昆明城市地下共同沟的建设应与轨道交通建设相结合，在建设轨道的同时进行地下管线共同沟的相关建设。

2. 昆明市中心城区地下空间开发适宜性评估

(1) 数据获取

本文选取昆明市中心城区的盘龙区、五华区、西山区、官渡区、呈贡新区与空港经济区6个主体区域作为评价对象，探究昆明市中心城范围的地下空间开发适宜性。利用Delph方法，采用问卷形式对长时间致力于地下空间开发规划设计及有关方面的学者进行调研以获取数据。

(2) 昆明市中心城区地下空间开发适宜性评价指标体系

本文在认真研究相关研究资料的基础上，结合专家建议，构建了6个指标组成的昆明市中心城区地下空间开发适宜性评价指标体系，如图4所示。

图4　地下空间开发适宜性评价指标

1) 城市地铁线网。按照国际经验和TOD模式，城市轨道交通沿线，尤其是站点周边一定范围内，土地价值较高，将形成城市高强度、高混合度商业开发的地区，属于地下空间整体化、大规模开发的首要地区。

2) 土地开发强度。按照国家经验和一些地下开挖规律，地上发展越好的地区，土地价值也越高，往往地下空间也较适宜进行开挖。地上高强度发展地区将是地下空间大范围建设的潜在地区。

3) 用地功能布局。根据国内外经验，地上用地功能和地下用地功能与开发适宜性呈对应关系。地上为商业、文化、娱乐等公众服务设备用地集中的地区，地下空间开发价值相应也较高。地上为居住、商务、办公等用地的区域，地下停车需求相对较高[6]。

4) 基本地价。地下空间进行开发时的用度和开发技术的困难性均比地面开发要高，对地价的敏感性相对也比较高。一些地区的地价比较高，则这些地区的土地集约利用程度也将比较高，其地下空间开发的需求也相对较大[7]。

5) 就业岗位密度。按照国际经验，就业岗位多和人口密度高的地区，其地下空间开发需求也相对较高[8]。

6) 社会经济情况。一般说来，社会经济发展程度比较高的区域，其对应的地下空间也比较适合建设(如图4(f)所示)。

模糊综合评价的要素有：

1) 因素集U={u1,u2,…，um}，设有m个与被评判对象相关的因素；

2) 评语集V={v1,v2,…，vn}，设所有可能出现的评语为n个；

3) 单一因素评价，即对单个因素ui(i=1,2，…，m)的评判，可以得出V上的F集合(ri1,ri2,…,rim)，因此该模糊映射是由U到V上

模糊映射f能够确立一个对应的模糊联系R∈μm×n，称其为评估矩阵

这是由对单一要素进行的所有评估的模糊集合构成的。

由于不同要素影响情况并不一样，故应给不相同的要素赋予各自的权重。用U上的集合A=[a1a2…am]代表不同要素的权值，再与评估矩阵R组成，得出综合评估集合B=[b1b2…bn]，即

A·R=B=[b1b2…bn]

它是对各因素的综合评判，最后根据最大隶属度准则理论，选中综合评判集B中较大的bj相对应的评价语vi就可作为综合评估的结论，即得出综合评价模型I。

由综合评估的方法可得出，当只将因素ui考虑在内时，ui的评估对评语vj的隶属程度为rij=(j=1,2,…,n)。然后采用它们的模糊关系组合解算所得的结论为

(1)

式(1)含义为：将各种要素综合涉及在内时，ui的评估对于评语vj的隶属程度，也就是说涉及ui在总体评估中的决定程度ai时对rij所进行的调整。最后使用模糊关系合成解算对各个调整后的隶属程度进行综合处理，得到合理的综合评判结论[9]。

因素集合U={城市轨道交通线网，土地开发强度，用地功能布局，基本地价，就业岗位密度，社会经济情况}；评语集V={适合，较适合，较不适合}

采用Delph法确定权值，对专家给定的权值进行归一化后得到确定各指标的值，见表1。

表1　昆明市地下空间开发适应性权值

将所有单一因素判断结果组成以下评判矩阵

本研究中，专家认为，6个因素对昆明市中心城区地下空间开发的影响同等重要，因此，6个因素的权重为

A=[0.1670.1670.1670.1670.1660.166]

则可求得专家对五华区地下空间开发适宜性的综合性评判结果为

B=A·R=[0.270.470.26]

它表示的评价是：五华区适宜进行地下空间开发的程度为27%，较适宜开发的程度为47%，较不适宜开发的程度为26%。按照最大隶属度理论，五华区应该是比较适宜进行地下空间开发。

按照最大隶属度原则，官渡区适宜进行地下空间开发；盘龙区适宜进行地下空间建设；西山区较不适宜进行地下空间建设；空港经济区适宜进行地下空间开发；呈贡新区适宜进行地下空间建设，见表2。

表2　昆明市中心城区地下空间开发适宜性比例　(%)

四、结束语

通过德尔菲法、层次分析法、模糊综合评价法的综合使用，并对得出的数据进行比较可知：昆明市盘龙区、官渡区、空港行政区和呈贡区的地下空间开发适宜性为一级，应当对这4个区进行地下空间重点开挖；而昆明市五华区地下空间建设适合性为二级，开挖程度应低于上述4个地区；西山区地下空间建设适合性为三级，具有最低的地下空间建设适宜性。应用ArcGIS处理昆明市中心城区地下空间开发建设适宜性如图5所示。

图5　昆明市中心城区地下空间开发适宜性评价

现代城市发展，容量扩充离不开地下空间开发，针对“契合昆明实际”的目标，结合本文所做的地下空间开发适宜性评估结果，对昆明市盘龙区、官渡区、空港行政区和呈贡新区地下空间应选取重点区域，由重点区域向周围发射扩散的方法进行重点开发，充分完善地下空间功能；对五华区应该进行选取一部分重点区域进行地下空间适当开发；而西山区选取一两个重点区域进行地下空间限制开发，并且对地下空间开发时的使用类型方面该有所制约。地下空间开挖是不可逆的，一旦开挖便无法再恢复，故该评价对于昆明市中心城区地下空间开发规划具有较实际的意义，可促进城市生态文明的发展。

参考文献：

[1]欧刚. 南宁市城市地下空间开发地质环境适宜性评价[D].南宁：广西大学, 2008.

[2]马仕. 上海城市发展对地下空间资源开发利用的需求预测研究[D]. 上海：同济大学, 2007.

[3]朱立峰. 城市地下空间利用规划管理研究[D]. 武汉：华中农业大学, 2002.

[4]郑强. 城市地下空间开发潜力研究[D]. 雅安：四川农业大学, 2013.

[5]肖海平,华红莲,项载昌. 昆明城市总体规划的理论评析[J]. 云南师范大学学报：自然科学版, 2004, 24(4):66-71.

[6]姜云,吴立新,杜立群. 城市地下空间开发利用容量评估指标体系的研究[J]. 城市发展研究, 2005(5):47-51.

[7]张弛,姜芸. 成都市地下空间开发规划评价研究[J]. 四川建筑, 2008(1):24-26.

[8]都阳,屈小博. 城市产业发展、就业需求与人口流动:中国与国际经验[J]. 现代城市研究, 2013(3):26-32.

[9]李响,张晶,江南,等. 基于模糊综合评测法的移动电子地图分析研究[J]. 测绘通报, 2014(6)43-47.

[10]吴长悦,申立群,李小光. 基于模糊数学的测量实习成绩评定[J]. 测绘通报, 2004(1):60-61.

[11]张坤军,席广永,张玲彬. 基于变权法的模糊综合评判在地面沉降危害评价中的应用[J]. 测绘通报, 2009(1):45-47.