基于三维地质模型的地下空间开发适宜性评价——以嘉兴城市地质调查工作为例

方寅琛，龚日祥，李三凤，潘声勇，顾明光，黄卫平

(1. 武汉中地数码科技有限公司，湖北·武汉 430073；2. 浙江省地质调查院，浙江·杭州 311203)

基于三维地质模型的地下空间开发适宜性评价
——以嘉兴城市地质调查工作为例

方寅琛1，龚日祥2，李三凤1，潘声勇1，顾明光2，黄卫平2

(1. 武汉中地数码科技有限公司，湖北·武汉 430073；2. 浙江省地质调查院，浙江·杭州 311203)

系统介绍了嘉兴城市地质调查工作中地下空间开发适宜性评价新思路，重点对评价流程的实现及在政府规划管理中的应用进行阐述，特别是对如何利用三维地质模型进行评价做了比较深入的探讨。

地下空间开发；适宜性评价；城市地质；三维地质模型；政府规划

地下空间资源是人类宝贵的资源，是城市空间资源的重要组成部分，它是城市集约化发展、实施城市立体化开发的重要保障。嘉兴城市地质调查作为浙江省第一个在地级市开展的省部级合作的城市调查项目，地下空间利用适宜性评价作为其中的一个重要子专题，充分利用地质调查成果服务于城市发展。地质条件作为影响地下空间开发利用的重要因素，如何有效的将所涉及的工程地质、水文地质等众多专题地质信息综合应用于地下空间开发利用是地质信息化为城市发展提供服务的新方向。国内外关于地下空间开发利用研究存在的共同问题是：以地面为参照进行2D评估单元划分，没有在3D空间框架下定义城市地下空间资源质量评估，评估结果不能准确、细致地表征城市地下空间资源质量在3D空间上的客观分异特征，亦无法确切地引导城市地下空间的开发利用及城市地面的规划和开发建设[1]。

在嘉兴城市地质调查工作中提出的基于三维地质模型的地下空间开发适宜性评价首次将工程地质结构三维模型作为要素参与评价，并将评价结果进行三维可视化表达，可定性、定量的为地下空间开发利用提供前期的辅助决策，为地质信息服务于城市建设发展提供了新的思路。

1 地下空间开发适宜性评价

采用二三维数据耦合的评价模式进行地下空间开发适宜性评价，根据钻孔数据所建立的工程地质三维模型，为地下空间评价提供土体条件因素，区域内的工程地质条件通过地下所遇到的地层进行定量或定性提取，使得土体条件实际上是从整个三维空间中进行获取，同时融合其他自然条件因素、社会经济因素进行地下空间适宜性评价，最终生成地下空间开发适宜性评价模型。

1.1 评价流程

主要采用AHP法和专家调查法相结合的方法确定各评价指标和相关权重总序[2]，评价体系指标如图1所示：

图1 地下空间评价指标体系Fig.1 Evaluation index system of underground space

从评价因子的数据类型来看，分为二维数据和三维数据（表1）；从评价因子的属性信息特征的维度，分为定性和定量[3]。

表1 评价因子数据类型及属性信息特征Table 1 Evaluation factors, data types and attribute information features

整个评价流程主要包含以下5个步骤：三维模型的构建；划分评价单元；属性信息提取；信息耦合分析；按照准则进行自动出图及三维可视化（图2）。

1.2 三维地质结构模型的构建

三维地质结构模型建立的精确性，直接反应本区域地下空间开发适宜性评价的可靠性，地质的不确定性导致三维评价信息的不准确性。本项目研究区域处于平原地区，地质结构相对简单，采取的三维建模方法为利用钻孔数据的自动建模，在此特定条件下，随着钻孔数据的不断丰富地质模型的精度也会不断提高，评价的精度也会随之提高。

图2 地下空间评价流程Fig.2 Evaluation process of underground space

三维地质结构模型的构建是对地下地层分布的三维可视化展现，一方面是通过空间几何的概念体现各地层的位置关系；从另一个维度是对地质属性三维空间可视化，主要指各地层所包含的岩土体性质等，这些都是地下空间评价的必要因素[4]。

1.3 评价因子属性信息的提取

属性信息的提取首先需要确定按照什么规则进行提取，为了严格尊重诸如利用现状、用地性质等现实条件，本次采取的策略是利用二维数据进行叠加划分最小评价单元。

二维数据包括社会经济指标、地下空间现状指标及部分自然条件评价指标，对于属性信息的提取主要针对定性条件提取。

三维地质信息包括各层的力学性质参数及根据空间分布在纵向上下层土体对上层建设影响等，对于属性信息的提取主要是对定量条件的提取[5]。地质条件因素的提取从三维空间中进行，意味着不再像以往的地下空间评价，按照既定诸如0～10m，10～30m，30～50m固定区间进行评价，可按照任意深度进行信息提取，如以2m间隔在纵向上对0～50m空间划分为25个单元，通过控制评价间隔区间来提高评价的精度。

1.4 二三维数据耦合分析

二三维数据的耦合，实际上是从三维空间把地质信息按照最小划分单元进行正射投影，赋予最小单元地质条件要素条件并再次与二维数据耦合进行叠加分析。

1.5 问题因素体现

地下空间开发适宜性的评价结果是从宏观上去体现某一特定区域适不适合进行开发利用，若不适合进行地下空间开发，究竟是受什么因素的影响，也是评价结果中需要体现的重要方面。在整个评价过程中，对于评价为严格限制及适宜性差的区域进行影响因子反写，进一步通过影响因子可能引起哪些工程问题反馈出需要采取的应对措施，形成问题追溯机制（图3），更加明确的指导工程建设。

图3 影响因素追溯Fig.3 Influencing factors tracing

2 在政府规划管理中的应用

地下空间的利用要在保护与合理利用资源的前提下，重视综合开发、分层开发以及地下环境条件的改善等，以往的规划在地质方面因素考虑的较少。本项目中的系统建设将地下空间适宜性评价结果进行三维可视化表达，并在开发利用辅助分析方面做了大胆的尝试和应用，主要有以下几点方面的应用。

2.1 地下空间开发适宜性动态评价

改变以往常规的地下空间评价模式，可对任意深度或深度范围内的地下空间开发适宜性进行评价（图4），充分结合地质条件、自然条件、经济条件等各方面因素，为深层次的应用提供了可能。

图4 地下空间开发适宜性评价三维模型Fig.4 3D model of suitability evaluation of underground space development

2.2 资源量评估

通过地下空间评价结果的三维可视化表达，将地下空间的适宜性分布以三维实际体进行表现，并根据不同的适宜性对体积进行相关的计算统计（图5），方便政府部门对地下空间可开发利用的资源量进行宏观把控[6]。

图5 资源量评估Fig.5 Resource assessment

2.3 优化布局比选

政府部门在进行重点工程规划时，通过总体规划再结合相关的地质条件进行区域确定，主要的考量因素为经济，地质方面考虑相对较少，也往往缺乏可利用的工具和考量的标准。初步提供的相关辅助选址功能，主要通过建立的地下空间适宜性评价三维模型，对不同区域的地下空间适宜性分布情况和结果进行统计，通过图表的方式直接进行对比（图6），以直观的角度对不同区域的可建设性提供决策分析。

图6 优化布局比选Fig.6 Optimum layout comparison

3 结语

随着地质信息化及三维可视化技术的快速发展，以GIS为基础的综合分析平台将成为大数据应用主要载体[7]。以往地质信息类系统单纯从地质角度去提供应用服务，往往需要专业人员进一步解译，才能转化为可直接利用的成果提供政府部门进行使用。将地质因素直接融入到地下空间评价体系中，并融入城市规划、道路规划等综合因素，转化为定性、定量的评价成果，可直接提供政府部门进行使用。以地质数据为基础的大数据应用将在城市规划建设中承担着越来越重要的角色。

（References）

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Suitability evaluation of underground space development based on a three-dimensional geological model, using the Jiaxing urban geological survey as an example

FANG Yin-Chen1, GONG Ri-Xiang2, LI San-Feng1, PAN Sheng-Yong1, GU Ming-Guang2, HUANG Wei-Ping2
(1. Wuhan Zondy Cyber-Tech Co., Ltd., Hubei Wuhan 430074, China; 2. Geological Survey of Zhejiang Province, Zhejiang Hangzhou 311203, China)

This paper introduces new ideas for the evaluation of the suitability of underground space development in Jiaxing through the results of an urban geological survey, focusing on the realization of the evaluation process and its application in the management of government planning, particularly the evaluation of how to use the three-dimensional geological model to explore

underground space development; suitability evaluation; urban geology; 3D geological model; government planning

P642.4

：A

：2095-1329(2017)02-0043-03

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.02.011

2017-03-27

修回日期: 2017-05-01

方寅琛(1990-),学士,工程师,主要从事基于GIS的城市地下空间信息化研究.

电子邮箱: fangyinchen321@126.com

联系电话: 18672304011

中国地质调查局地质调查项目