長沙城市地下空間開發利用的適宜性評價體系研究

王振宇，朱太宜，王星華

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長沙城市地下空間開發利用的適宜性評價體系研究

王振宇，朱太宜，王星華

(中南大學 土木工程學院，湖南 長沙 410075)

基于我國經濟高速發展和城市化進程的不斷加速，人口超飽和、交通擁堵和污染嚴重等一系列城市病也越來越凸顯，亟需向下拓展城市空間來緩解城市病癥狀。城市地下空間是屬于不可再生資源，其開發利用是否科學、健康、合理和有序，將決定城市地下空間開發能否可持續發展。以長沙市為例，在定量與定性相結合的原則下，構建一個城市地下空間開發適宜性整體評價指標體系，并通過層次分析法計算得出長沙市地下空間開發適宜性得分為82分，適宜性等級為良好，符合大量開發地下空間的條件。

地下空間；開發利用；適宜性評價

地下空間作為城市一種不可再生的寶貴的自然資源，其開發利用越來越受到人們的關注，為了保證城市的可持續發展，必需科學合理地開發運用城市地下空間自然資源。而適宜性評估方法是編制城市地下空間規劃與開發利用的重要方法之一。John等[1?2]在規劃明尼阿波利斯?圣保羅市的城市地下空間開發時，依據該市的地質條件，對地層和水文地質的分布、地形坡度與地下空間開發利用的各種形式和適宜性等要素進行調查和分析，并對已建成使用的地下管線、地下建筑和地上建筑等對地下空間資源開發利用的影響方式進行了分類，采用綜合疊加的方法給出了明尼阿波利斯市可開發利用的地下空間資源的分布范圍和適宜的開發利用的各種形式，首次提出了適宜性概念。Boivin等[3?8]在總結加拿大Qubec市的地下空間布局時，發現影響該市地下空間開發的主要因素是地震和地質條件，最終根據沉積物厚度、地面坡度、下覆巖層的地質情況等因素確定了開發的難度分級。黃玉田等[9?12]提出使用灰色評估法用于地下空間資源質量進行分級的探討，并確立了6個影響因素分別是：工程地質條件的復雜程度、地下水條件、施工技術難度、環境影響程度、地域重要程度和綜合效益。官善友等[13?16]根據武漢市的條件，將武漢的主城區淺層地下空間開發地質條件適宜性劃分為適宜區、基本適宜區和適宜性差3個大區，并對這3個大區分別進行了評價。程子騰[17]使用層次分析法對荊州市地下空間開發利用的適宜性進行分析，結果顯示荊州市較適宜地下空間的開發利用。

1 適宜性評價方法選取

本文在參考國內外研究的基礎上，選取城市條件、自然條件、區位條件和經濟技術條件這幾個方面作為判斷指標，為了最終確定長沙市地下空間開發的適宜性程度，在采用層次分析法和專家調查法確定各指標因素權重的基礎之上，還運用模糊綜合評判法，并且綜合考慮各確定性和非確定性因素。

2 適宜性評價指標體系的構建

整個指標評估系統的基礎是評估體系，建立指標體系，能夠讓整體評價系統更科學和準確。必須在遵循指標體系構建的原則下建立地下空間開發適宜性評價指標體系，需要對整體目標進行分析，再將整體目標系統分解成各個子系統，然后將各個子系統分解成可調研和具有代表性的目標因子，從而形成科學嚴謹的地下空間評價指標體系[14, 16?17]。

2.1 指標體系的構建原則

構建指標體系應該遵循全面客觀、科學性、可操作性和層次性等原則。用于評價地下空間開發適宜性的條件比較多，所以評價指標體系要盡可能涵蓋所有能夠反映地下空間適宜性的各項內容，并且要避免各指標之間存在重疊或是交叉；并且評價指標體系必須要科學準確地反映出城市地下空間開發適宜性等級，必須按照相關理論依據，選擇代表性強的因素作為評價指標；在進行指標選取時應選可操作性強并易于采集數據的指標，對于那些獲得原始數據困難的指標暫不選取，以確保指標體系各指標數據和資料的收集是可行的；在組建的評價指標體系必須要有很強的邏輯性和層次性，使整個體系層次分明，結構嚴謹；通過定性與定量分析相結合，進而對目標進行綜合準確的評價。

2.2 建立指標體系

指標體系分系統層、目標層和項目層3個層次，如圖1所示。

2.2.1 構建判斷矩陣

用層次分析法進行系統分析的評分選擇主要來自專家的問卷調查[14]，根據調查問卷的專家打分，將每一層次各因素對于上一層次某因素的相對重要程度進行兩兩判斷，根據其重要性區別通過1~9度標度法轉換為數字，并寫成矩陣的形式，就得到了相對應的判斷矩陣[20]。同層次之間指標的重要程度比較，采用薩蒂的1~9標度法作為評判標 準[18]，如表1所示。

2.2.2 用專家打分構造出判斷矩陣

用專家打分構造出判斷矩陣如表2所示。

其中判斷矩陣滿足：1)a>0；2)a=1/a(,=1, 2, 3,…,)；3)a=0(,=1, 2, 3, …,)。

圖1 城市地下空間開發適宜性評價體系圖

表1 判斷矩陣標度

2.2.3 相對權重向量的確定方法

1) 和法

把階判斷矩陣的每列向量做歸一化處理，再求得算數平均值作為各個指標的權重：

表2 判斷矩陣示例

同樣，對行向量做同樣的處理也可得到相應權重。

2) 幾何平均法(求根法)

把階判斷矩陣的每列向量做歸一化處理后，再采用幾何平均法確定各個指標的權重：

3) 特征根法

2.2.4 檢驗矩陣的一致性

表3 隨機的一致性指標

2.2.5 指標的量化處理

指標的量化處理多為下列2種情況：

1) 由于許多指標沒法量化，可用專家經驗評分法確定。把各指標分為適宜、比較適宜、一般適宜和適宜度較差4個等級，對應的量化分值區間段分別取為75~100，50~75，25~50和0~25。然后由專家參照評價標準與自己的經驗，針對現場實際指標現狀等級進行打分，采用幾何平均值作為計算評估指標的分值。

2) 對于可以直接量化的指標，則可依據公式V=(X?Xmin)/(Xmax?Xmin)來計算各評估指標的分值，式中：V為X標準化之后的分值；X為指標的實值；Xmin為該指標的極小值；Xmax為該指標的極大值。

2.2.6 計算評價指標的綜合值

3 長沙市地下空間開發利用的適宜性評價

3.1 評價指標權重的確定

本文各個指標的權重值采用求和法求得。

評價系統層()對目標層()的判斷矩陣和權重，如表4所示。

根據判斷矩陣的求解可得：max=4.004 2，= 0.001 4，=0.9，=0.001 6<0.10表明判斷矩陣通過一致性檢驗，具有符合條件的一致性。

表4 目標層適宜性評價判斷矩陣

2) 項目層的城市條件1、城市規模2、人口規模3對評價系統層城市條件1的判斷矩陣和權重，見表5。

根據判斷矩陣的求解可得：max=3.009 2，=0.004 6，=0.58，=0.008 8<0.10說明判斷矩陣通過檢驗具有一致性。

3) 項目層地質構造條件4，程地質條件5，水文地質條件6，巖土體條件7對評價系統層自然條件2的判斷矩陣和權重，見表6。

表5 系統層城市條件B1的判斷矩陣

表6 系統層自然條件B2的判斷矩陣

根據判斷矩陣的求解可得：max=4，=0，=0.9，=0<0.1說明矩陣通過一次性的判斷，具有好的結果。

4) 項目層地下空間現狀8，地面條件9，交通條件10對評價系統層區位條件3的判斷矩陣和權重，見表7。

表7 系統層區位條件B3的判斷矩陣

根據判斷矩陣的求解可得：max=3.038 5，=0.019 3，=0.58，=0.037 0<0.10表明判斷矩陣通過一致性檢驗，具有滿意的一致性。

5) 項目層地下空間現狀11，地面條件12，交通條件13對評價系統層經濟技術條件4的判斷矩陣和權重，見表8。

表8 系統層經濟技術條件B4的判斷矩陣

根據判斷矩陣的求解可得：max=3.064 9，=0.032 4，=0.58，= 0.062 4<0.10表明判斷矩陣通過一致性檢驗，具有滿意的一致性。

6) 各因子總排序情況

用層次分析法得出的長沙市地下空間評價權重結果如表9所示。

3.2 分析適宜性

1) 分值計算

通過專家打分法對各個指標進行了評分，通過加權平均法求得各個指標的最終得分值(100分制)，見表10。

表9 評價因子最終權重

表10 各個指標得分

2) 分析適宜性結果

表11中，評價等級為優、良、中和差，分別表示地下空間開發利用的適宜性為適宜、比較適宜、較不適宜和不適宜。

表11 評價結果等級劃分

在地下空間開發利用適宜性評價指標體系中，技術水平為0.37所占權重最大；城市規模和人口規模為0.128所占權重為第二；人均GDP和地均GDP為0.074所占權重次之；地形地貌條件為0.006所占的權重最小。長沙市地下空間開發利用適宜性評分值最后得分為82分，評價等級為優，由此可知長沙市目前各方面情況都適宜地下空間的開發 利用。

4 結論

1) 地下空間的綜合利用作為未來城市開發的主要途徑之一，目前長沙市的地下空間開發利用迎來了良好的發展機遇。

2) 在總結、分析前人研究的基礎上，本文采用層次分析法構建了長沙市地下空間開發利用的適宜性評價指標體系。

3) 根據層次分析法分析了長沙市地下空間發適宜性評分為82分，認為長沙市城區適宜于地下空間的綜合開發利用。

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(編輯 蔣學東)

Study on suitability evaluation system of Changsha’s urban underground space for development and utilization

WANG Zhenyu, ZHU Taiyi, WANG Xinghua

(School of Civil Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

With China’s rapid economic development, city urbanization is speeding up, and the population of super saturation, traffic congestion, pollution and a series of urban diseases has become increasingly prominent, urgent need to expand the city space down to relieve the symptoms of urban diseases. As a kind of non renewable resources, the development and utilization of urban underground space should be scientific, healthy, reasonable and orderly, what will determine the sustainable development of urban underground space. In the paper, Changsha city as an example, the combination of quantitative and qualitative principles, to build a city underground space development suitability evaluation index system of the whole, and through the hierarchy analysis method to calculate Changsha City Underground Space Development Suitability score of 82 points, the suitability rating is good, suitable for large-scale development of underground space resources.

underground space; development and utilization; suitability evaluation

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2019.05.022

TU984

A

1672 ? 7029(2019)05 ? 1274 ? 08

2018?09?14

國家住建委資助項目(2012-R2-28)

王星華(1957?)，男，湖南衡山人，教授，從事巖土工程教學和科研工作；E?mail：xhwang@mail.csu.edu.cn