城市土地立体化利用背景下三维地籍建设与应用探讨*

黎志坚,谭绵方,张祖宇,何湘平

( 1.平南县不动产登记中心，广西 平南 537300； 2.南宁师范大学 自然资源与测绘学院，广西 南宁 530001； 3.广西壮族自治区地理信息测绘院，广西 柳州 545000)

0 引言

土地立体化利用是伴随土地资源紧缺、社会经济要素集聚、城市化进程加速，土地利用由横向扩张转为纵向立体化开发利用而提出的。城市的快速发展带来了环境恶化、交通拥堵等城市问题，人地矛盾日渐紧张。为了集约和节约用地，土地立体化利用趋势越来越迫切。目前，我国大城市土地管理模式已逐步由以二维平面土地扩张为主转入以三维立体空间增效为主[1]。

2020年7月7日，《国务院关于做好自由贸易试验区第六批改革试点经验复制推广工作的通知》指出，要在全国范围内复制推广以三维地籍为核心的土地立体化管理模式。由此可见，通过三维地籍管理理念和新测绘技术手段来推动城市土地立体化管理模式实施，将是今后我国土地资源管理模式的重大探索和有效尝试[2]。基于现阶段土地利用模式转型升级，对城市三维地籍与土地利用立体化管理模式做了初步探究。

1 研究背景

1.1 国外研究现状

上世纪60年代，国外学者就开始探讨关于“垂直城市”(城市要素由横向变为纵向)的实践；70年代，提出了“紧凑城市”理念，主张高密度、结构紧凑的城市形态[3]；90年代，提出了“精明增长”的理念，主张兼顾社会、经济、环境三种效益合一的土地利用集约发展。同时，国际测量师联合会FIG工作组提出未来将会把空间维度引入到地籍记录中，通过计算机建模形式建立三维地籍信息管理系统[4]。

21世纪初期，国外学者开展三维地籍法律主体与三维自然对象的定义及其登记方法的研究；冯仑在哥本哈根会议上提出立体城市的概念，提倡城市的竖向发展，有了“立体城市”的概念[5]。部分发达国家对三维立体城市发展模型开展研究，在新技术应用、空间权利关系和立体空间登记等问题研究上取得了突破。立体化城市发展理念及实践在某种程度上有效解决了城市交通拥堵、环境恶化、土地资源匮乏等发展问题。

1.2 国内研究现状

我国土地立体化利用主要体现在对土地垂直方向上的多元化利用，包含地上、地表、地下空间的利用。有学者总结为：19世纪以桥梁为主、20世纪以高层建筑为主、21世纪以地下空间利用为主[6]。中华人民共和国成立初期，土地立体化利用主要表现为防备空袭而进行的地下空间开发[7]。进入21世纪，随着社会经济的快速发展，大城市尤其是重大城市的土地利用逐步由横向扩张为主转向纵向立体化开发利用为主。

在城市土地开发利用模式研究中，孙明等[8]提出了未来土地立体化城市的概念；楚秀娟 等[9]提出土地立体化城市的安全性问题；董贺轩 等[10]认为三维空间利用的实质是空间容量的提升和城市运作效率的优化。其中，董贺轩[11]指出城市立体化建设应遵循综合效益优先、要素开放、要素整合和环境怡人的原则，提出了4种立体化功能实现的路径。如何协调好生产、生活、生态空间合理结构，对稀缺土地集约化利用与合理配置，已成为当前城市土地利用与管理的研究热点。

2 城市三维地籍管理探讨

2.1 传统二维地籍管理的不足

传统二维地籍管理是以平面矢量、影像等基础地理信息数据作为载体进行土地权籍管理与应用的，存在地理空间重叠的权籍管理困难问题。随着城市土地立体化开发利用力度的不断加强，地下轨道交通、地下商场、架空廊道、高架桥等地下、地上空间的规模化开发利用，二维地籍管理遇到新的瓶颈问题。例如，在传统二维地籍图上难以清晰表达某一宗地的地上、地表和地下垂向空间的位置、大小、形态和相邻空间关系。尤其是地下空间结构复杂性、三维信息获取困难，亟需借助最新测绘技术和计算机虚拟现实的强大三维表达功能，建立具备立体化、多视角、不同尺度的全数字化三维地籍信息管理系统，实现地籍立体化、精细化管理[12]。

当前，大城市尤其是特大城市经济高速发展，导致城市土地资源日益紧缺，只有在存量土地上进行立体化开发利用，才能够满足社会经济发展对用地的需求。这也促使城市土地开发利用模式从粗放式的二维平面(地表)扩张开始向地上、地表和地下精细化的三维立体开发利用转变，进而提高土地集约高效开发利用水平。

2.2 三维地籍发展趋势

(1)土地立体化开发利用的需要

土地立体化开发利用是当前特大城市发展的主要方式，也是可持续发展、土地高质量利用的必要途径。土地立体化开发利用的本质是对宗地的地上、地表、地下三维空间的占用，必然会导致在同一个地理位置上的不同垂向高度上产生不同的土地权籍。例如，某城市一商住小区正好位于地铁换乘站的上方，该宗地的地下、地表(不同标高范围)使用权就归属不同的权属主；同一楼栋同一单元的不同楼层(不同标高范围)又分属不同的权利人所有。这种情况下传统二维地籍管理模式已不适应当前城市土地立体化开发利用的需要了。

城市土地立体化开发利用背景下，需要采用三维地籍管理理念和新测绘技术手段来推动土地立体化利用与管理。三维地籍信息管理系统可以简单、直观地表达垂向权籍的差异，在三维空间上建立权籍的实体和明确的边界，使权籍具体化、立体化，有效解决二维地籍管理存在的短板问题。

(2)促进城市地下空间合理开发利用

改革开放后，人防建设与城市建设结合日益紧密。战争时期人防工程除了发挥战备战略作用，在和平时期还可以作为地下商场、地下通道和地下物资储备场所，发挥经济效益和社会效益。

随着城市地下空间开发规模进一步扩大，需要依托三维地籍信息管理系统来解决地下空间土地权籍管理问题。通过三维地籍信息管理系统来准确界定地下土地利用立体范围，直观反映垂向不同层次的地下空间分布和利用状况，将权利人对应的属性信息与真实空间信息建立一一对应联系，实现地下空间权籍信息管理、建模与可视化表达功能。

2.3 三维地籍测绘技术构架设计

在城市土地立体化利用背景下，如何快速准确获取地上、地表和地下建/构筑物及界标的三维地籍数据，利用地理信息系统(GIS)平台进行空间数据与权属数据的挂接、建库、表达与应用服务，离不开新测绘技术的支撑。传统数字化测绘技术是采用全站仪、RTK等设备实地设站测绘，主要用于采集地表建/构筑物碎部点位置信息。地下建/构筑物结构复杂、细部特征多，地上建/构筑物不易安置测量设备，如采用传统数字化测绘技术开展三维地籍数据采集，效率低、难度大、周期长、成本高。因此，需要采用最新测绘技术及装备，设计三维地籍测绘技术构架来满足城市三维地籍测绘的实际需求。

近年来，随着无人机技术的快速发展，基于无人机平台搭载轻量级多镜头开展倾斜摄影测量[13,14]、或搭载轻量级激光雷达进行地上、地表三维扫描，实现对地上、地表建/构筑物快速、大范围三维数据采集。基于站式或移动式三维激光扫描技术开展地下建/构筑物的海量点云数据采集[15,16]，能够快速获取地下空间三维地籍数据。

三维地籍测绘技术构架设计如图1所示。针对城市土地立体化利用背景下三维地籍测绘的不同应用场景需求，选用最佳测绘技术方案开展地籍数据采集、3D建模、三维地籍数据库建库。采用最新测绘技术进行三维地籍测绘，除了获得必要的三维地籍数据，还可以获得DOM、DEM、DSM等多类型遥感数据，为后续土地权籍调查提供更加丰富的辅助信息，具有操作灵活、数据准确、效率高、成本低等优势。

图1 三维地籍测绘技术构架设计

利用ArcGIS基础平台提供的强大的三维数据可视化与空间数据分析、查询功能，开发三维地籍信息管理系统[17]，实现城市多源二、三维数据的融合管理与应用服务。系统提供二、三维数据分屏联动浏览、查询与数据录入，宗地立体空间可视化管理与应用服务，已有地籍、地价、审批、档案等土地管理相关业务基础数据智能化分析与共享服务；为政府多功能地籍查询、报批、监管和土地管理辅助决策提供技术支持。

2.4 加快相关法律法规建设

三维地籍管理从以地表为核心的土地产权制度升级为以空间为核心的土地产权制度。由地表发展到空间，必然会产生空间权问题[18]。空间权包括空间所有权和空间利用权。其中，空间利用权包括空间地上权和空间役权。传统二维地籍管理中，我国已建立了完善的法律规范来保护土地使用者的权利。空间权的出现，现有的法律法规已不能充分保护土地使用者的合法权益。因此，城市土地立体化开发利用背景下，国家与地方应加快推进三维地籍管理相关法律法规建设，将地上、地表和地下空间综合开发利用与地籍管理纳入法制化轨道[19]，让空间权利人得到法律的保护。

2.5 过渡期二三维地籍管理混合发展

目前，二维地籍管理模式仍然可以满足绝大部分大中小城市的需求。但对于特大城市而言，对地下、地上空间开发利用尤为迫切，亟需建立三维地籍信息管理系统来适应城市高速发展的需要。因此，过渡期内二三维地籍管理将处于一种混合式发展。例如，肖海波等[20]提出了深圳市土地管理思想：“二维常规化管理为主，三维特殊化管理为辅”，然后据此建立了二三维混合土地管理系统框架。另外，针对已有二维地籍数据库，如何高效升级为三维地籍数据库将是下一步技术研究热点。

3 结 语

受经济发展和传统测绘技术的限制，过去的地籍管理制度仅针对二维地籍进行管理。伴随着全球城市化进程，人地矛盾日趋紧张，土地立体化开发利用呈现空间扩散、数量增加、规模增长、类型多样的四大特征，逐渐成为当前及今后城市土地利用活动的主要形式。土地立体化开发不可避免地带来了权属空间复杂、管理困难等问题，例如地块垂直方向上产权主体的多元化，容易引发土地空间权属的纠纷。传统二维地籍管理模式已不能满足人地矛盾带来的土地空间权籍管理的需求。因此，在我国地政管理层面引入三维地籍技术手段并制定相应法律法规，对解决当前及今后城市土地立体化开发利用带来的空间权籍管理问题具有重要意义。