地下建(構)筑物普查成果數據庫的建設

周京春，黃　瑾

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 昆明市城市地下空間規劃管理辦公室，云南 昆明 650041)

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地下建(構)筑物普查成果數據庫的建設

周京春1,2，黃瑾2

(1. 武漢大學測繪學院，湖北 武漢 430079； 2. 昆明市城市地下空間規劃管理辦公室，云南 昆明 650041)

Construction of General Survey Database for Underground Building and Structure

ZHOU Jingchun,HUANG Jin

摘要：地下建(構)筑物信息的數據管理是城市地下空間整體信息化管理必不可少的一部分。地下建(構)筑物設施的一些獨特特性決定了其在空間形態和空間關系上較地上建(構)筑物更為復雜，也決定了對其信息化管理時要更側重其空間位置和應急防災信息的翔實程度。本文針對地下建(構)筑物信息的特點、分類、信息普查的目的、需求及其地下建(構)筑物的語義等方面，從地下建(構)筑物的語義模型、幾何形態和空間拓撲關系的存儲上詳細地探討了其普查成果數據庫的建設，并將其用于昆明市地下空間設施普查項目的實踐中，取得了良好的效果。

關鍵詞：地下建(構)筑物；普查；數據庫；建設；語義

21世紀初期，隨著城市城鎮化進程的加速、人口環境壓力的增長，長期“重地上、輕地下”的城市規劃、建設和管理模式所帶來的弊病越來越制約著城市的可持續發展。為了緩解城市建設用地不足、交通擁擠不堪、環境日益惡化、抗災自救能力降低等種種城市綜合征，人們開始把焦點聚集在了城市地下空間的開發利用上。城市地下空間是指城市規劃區內地表以下的空間[1]，其開發利用是擴充城市空間容量、調節城市土地利用強度分布、城市空間資源有序化配置的重要手段，是確保城市可持續發展，解決和緩解城市發展與空間資源矛盾的重要途徑之一。為了合理、有效、有序地開發利用和科學管理城市的地下空間資源，建立城市地下空間信息數據庫，就成為一項十分重要的基礎工作。

地下空間信息是一種戰略資源的科學數據，按其類型可劃分為地層信息、地質信息、地下管線信息和地下建(構)筑物信息4大類[2]。各大類所包含的各種實體對象在空間特征、性質形態和數據獲取手段上都有著很大的不同，且由于目前地下空間數據尚處于條塊分割、分散管理的狀態，因此導致現有的地下空間信息化的研究是在地層、地質、地下管線、地下建(構)筑物4類獨立信息基礎上分別進行的，將地下空間信息作為一個整體來規劃和建設的還非常少見[3-4]，且目前的研究工作還主要集中在地下管線和地質方面[5-7]，對地下建(構)筑物信息的空間數據模型、數據組織、數據管理等方面的研究則一直較為落后，甚至在我國大多數城市還沒有開展[8]。為了科學高效地開發利用城市的地下空間信息資源，提高地下建(構)筑物信息化管理水平，本文以昆明市重點區域地下空間普查項目為基礎，針對地下建(構)筑物信息的特點、信息的分類、地下建(構)筑物的語義模型、信息普查的目的和需求等方面，將對地下建(構)筑物普查成果數據庫的設計和建設進行深入思考和研究。

一、地下建構筑物信息的特點

與地上建(構)筑物相比，地下建(構)筑物的建設有著開發無限性與制約性相結合、層次性、不可逆性、致密性、穩定性和單一性內部空間的環境特性等特點，因此地下建(構)筑物信息具有以下特點：

1. 種類繁多

地下建(構)筑物設施種類繁多。隨著地下空間的開發利用，很多地面上的設施都被納入地下，致使地下建(構)筑物的種類越來越多，且其種類在不同時期還會發生演變，如平戰結合的人防工程設施在和平時期變成了地下停車場或地下商場。

2. 覆蓋區域廣

隨著城市擴張速度的加快，地上空間的極度緊缺導致不斷向地下延伸，各種功能設施如停車、商業、倉儲、防災減災等多種設施被不斷地放置于地下，日積月累的建設使得形態各異的地下建構筑物所覆蓋的范圍越來越廣。

3. 空間關系復雜

由于地下建(構)筑物設施的開發建設有淺層、中層、深層之分，又受到地質情況、已有地下建(構)筑物，或其基礎、施工技術、經濟能力、開發后的綜合效益等多種條件的限制，且目前城市地下空間的規劃設計和建設比較雜亂，因此具有不同功能的地下建構筑物設施在地下空間中的分布形態多種多樣，地下交通設施、地下建(構)筑物的主體設施、附屬設施之間交錯形成了不同的網絡，其空間關系錯綜復雜。

4. 信息普查難度大

由于地下建(構)筑物設施的資料分散且殘缺，協調工作巨大；地下環境惡劣，照明、通風、通信等條件較差；地下建(構)筑物內部空間狹窄、結構復雜、拐角較多、地下標志難設立、邊界難界定，內部及外圍層次較難區分，具有較強的隱蔽性、不確定性和不可見性，因此地下建(構)筑物信息的普查工作難度大，必須采用專門的儀器和測量方法，測量效率低，工作量大。

二、地下建(構)筑物信息的分類

基于不同的使用目的和研究方向，地下建(構)筑物信息的分類方法各異，主要包括以下幾種分類方法：①按照地下建(構)筑物的形成原因分類，分為自然地下建(構)筑物和人工地下建(構)筑物兩類；②按照地下建(構)筑物的開發深度分類，分為淺層空間(地表至-30 m)、中層空間(-30 m至-100 m)和深層空間(-100 m以下)3類[9]；③按照地下建(構)筑物的幾何布局形式分類，分為點狀、線狀和面狀地下建(構)筑物設施3大類；④按照地下建(構)筑物的功能用途分類，即采用線分類法，根據地下建(構)筑的主要功能及主特征進行分類，此種分類方法更適宜地下建(構)筑物信息的數字化管理和應用，可以為城市地下空間的規劃設計和規劃管理提供有效的數據支撐。

本文采用第④種分類方法，并根據《城市地下空間設施分類與代碼》(GB/T 28590—2012)[10]將地下建(構)筑物設施分為了7大類，并進行了向下的子類和設施實體擴充，如圖1所示。

三、地下建(構)筑物普查的成果數據庫設計

城市地下空間資源作為一種新興的國土資源，其開發利用的目的和意義在于能夠推動城市空間的立體化發展，促使土地節約、集約化利用，提升城市功能，提高城市的防災能力。因此，為了摸清地下空間設施的各種屬性而開展地下建(構)筑物設施的普查，并基于普查數據建設地下建(構)筑物信息數據庫，就成為現代化城市建設的一項重要內容和將來的發展方向，這對城市的建設和管理有著積極的意義[11]。

圖1　地下建(構)筑物信息分類

為了實現上述目的，地下建(構)筑物普查的成果數據庫建設應該著重包含地下建構筑物的三維空間位置信息、層次關系、功能類型、應急防災的出入口、通道的設置，以及內部環境調節方式、環衛功能設置等生理環境，以利于城市地上、地下空間資源合理有序的開發利用和科學的管理。本節將從地下建(構)筑物的語義概念模型出發，給出整個地下建(構)筑普查成果數據庫的設計方案。

1. 語義概念模型

從語義方面來看，地下建(構)筑物一般由具有多層次結構的建構筑物主體、地下基礎、出入口及其地下通道組成，同時，這些實體對象之間還存在著不同的空間關系，主要有以下4種空間關系：

1) 從屬關系：說明組成地下建(構)筑物的各實體對象在空間位置上存在著包含或位于的關系，用來表達地下建(構)筑物與整體地塊之間的依存關系，每個出入口與地下建構筑或地下建構筑層之間的包含關系。

2) 關聯關系：強調實體對象之間的相互關系，如地下、地上建(構)筑物之間存在的多對多的關聯關系，地下建(構)筑物主體與地下基礎存在一對一的關聯關系。

3) 組成關系：表達部分實體對象是整體實體對象的直接組成單元，但兩者分別具有各自的幾何特征，如地下建(構)筑物主體與建構筑物各層、與豎向設施之間存在的關系。

4) 連通關系：說明實體對象之間可以相互連接，形成網絡路徑，用來表達出入口與地下通道、地下通道與地下通道之間的連接關系。

除了上述4種空間關系之外，基于空間分析運算而得出的其他拓撲關系，如實體—鄰接、實體—相離、實體—相交等空間關系，因不需要在數據庫中顯式地存儲，本文將不再贅述。根據上述地下建(構)筑物的各種實體對象和對象之間的空間關系，本文設計了地下建(構)筑物的語義概念模型，如圖2所示。

圖2　地下建(構)筑物的語義概念模型

2. 普查成果數據庫的設計

針對上述地下建(構)筑物的語義概念模型，為了便于外業普查記錄和成果圖的自動化生成，本文根據每大類地下建(構)筑物設施的實體對象、空間關系及其幾何特征，設計了普查成果數據庫的層次結構，見表1。

表1　地下建(構)筑物普查成果數據庫的層次結構

續表

地下建(構)筑物各大類設施要素的共性屬性存儲在xxxx_Overview表中；幾何信息按照點、線、面幾何類型統一存儲在xxxx_Geometry表中；各對象之間的從屬、關聯和組成關系顯式地存儲在各自的關系數據表中，對象之間的連通關系顯式地存儲在DXKJ_Connectivity表中。整個地下建(構)筑物普查成果數據庫的數據組織結構如圖3所示。

圖3　地下建構筑物的數據組織結構

四、結束語

地下建(構)筑物信息的數據管理是城市地下空間整體信息化管理必不可少的一部分，在地下建(構)筑物普查中，若僅僅將其信息按照點、線、面分類存儲于3大類數據表內是遠遠不夠的。地下建(構)筑物設施的一些獨特特性決定了其在空間形態和空間關系上較地上建(構)筑物更為復雜，也決定了對其信息化管理時要更側重其空間位置和應急防災信息的翔實程度。本文從地下建(構)筑物的語義模型、幾何形態和空間拓撲關系3個方面詳細地考慮了地下建(構)筑物普查成果數據庫的建設，并已將其用于昆明市地下空間設施普查項目的實踐中，取得了良好的效果。

但是，可以預見4大類地下空間信息的綜合管理和集成應用還將對地下建構筑的數據管理提出更復雜的要求，還需在現今的數據庫模型上進一步深化研究，使之能夠切實地滿足城市地上、下資源統籌管理、有序開發利用的迫切需求，為城市未來的發展帶來有益的作用。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部．城市地下空間開發利用管理規定[Z]．2001-11-20．

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[6]史廷玉，黃勇，張志全．面向多種應用主題的地下綜合管線數據組織方法的研究[J]．測繪通報，2005(1)：35-38．

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[8]郭鵬，王超，夏吉祥，等．多層次地下建構物三維數據模型與應用[J]．地下空間與工程學報，2013，9(2)：309-313．

[9]陳偉，仝洪昌，焦永軍．如何成功開發利用城市的地下空間資源[C]∥礦山建設工程新進展——2006全國礦山建設學術會議文集(下冊)．合肥：合肥工業大學出版社，2006：556-560．

[10]中國國家標準化管理委員會．城市地下空間設施分類與代碼：GB/T 28590—2012[S]．北京：中國標準出版社，2012．

[11]酈璐，徐瑞龍．上海市地下空間開發利用現狀及建議[J]．上海建設科技，2010(5)：26-27．

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2016)04-0110-04

作者簡介：周京春(1972—)，女，碩士，教授級高級工程師，研究方向為空間信息服務與地下空間測繪。E-mail：zhoujingchun@hotmail.com

收稿日期：2016-01-29

引文格式： 周京春，黃瑾. 地下建(構)筑物普查成果數據庫的建設[J].測繪通報，2016(4)：110-113.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2016.0135.