城市道路下方地下空間資源利用評估方法研究

趙 光，丁鴻志，李 奧，董 飛，鄒鴻浩

（1.蘇交科集團股份有限公司，江蘇 南京 210019；2.南京市公共工程建設中心，江蘇 南京 210019）

0 引 言

城市地下空間的開發利用在城鎮化發展的進程中，經歷了由淺層利用到深層利用，從單一開發到大規模開發，從解決“城市病”問題到提升城市發展空間和核心競爭力[1]。截至2020 年底，中國城市地下空間累計建設面積達24 億m2[2]，城市地下空間的建設規模和速度已居世界首位，中國已成為名副其實的地下空間開發利用大國。城市地下空間資源兼備資源與環境雙重屬性，且極其寶貴也十分敏感，具有復雜性、戰略性和不可逆性，其開發利用務必科學有序、合理統籌[3]。城市地下空間資源評價是地下空間開發利用的基礎性工作和重要前提，然而當前城市地下空間資源研究還存在許多問題，不能滿足蓬勃發展的城市地下空間資源開發利用巨大的實踐需求[4-5]。主要表現為：

（1）各城市在地下空間開發深度方面差異較大。《城市地下空間規劃標準》（GBT 51358—2019）提出城市地下空間可分4 層，即：淺層（0～-15 m）、次淺層（-15 m～-30 m）、次深層（-30 m～-50 m）和深層（-50 m 以下）[6]，部分城市的要求如下：天津（分4層，即淺層0～-5 m、次淺層-5～-15 m、中層-15～-30 m、深層-30～-60 m）長春（分3 層，即淺層0～-3 m、中層-3～-15 m、深層-15～-30 m）、寧波（分3 層，即淺層0～-15 m、中層-15～-30 m、深層-30～-50 m）、青島（分4 層，即淺層0～-10 m、次淺層-10～-30 m、中層-30～-50 m、深層-50～-100 m）[8]。因此，造成不同城市間分層開發深度的評價結果的對比性差、可靠性也不同。

（2）城市地下空間資源質量評價及適宜性評價指標等級劃分上不盡相同，質量評價指標存在設置5 級（很好、好、中等、較差、差）或4 級（優、良、中、差）。適宜性評價指標方面，一般劃分為適宜、較適宜、較不適宜和不適宜等4 個等級，或者適宜、較適宜/ 基本適宜/一般適宜、適宜性差/不適宜等3 個等級。不同評價結果的定量性不足，可遷移性和參考性較差，無法指導城市地下空間的高效利用。

（3）城市地下空間資源容量評估僅考慮了地面空間現狀，沒有顧及既有地下空間、工程水文地質條件、鄰近開挖或出于保護既有地下空間的需求等對地下可開發利用空間的影響，使得城市地下空間資源評估結果與實際差異較大，缺乏實用性。

當前必須掌握道路下方地下空間的容量、已利用及可利用的基本情況，提出實用性城市道路下方地下空間資源利用評估方法，從而為未來道路下方地下空間的科學規劃和利用提供依據。

1 城市道路下方地下空間資源利用評估的基本內容

道路下方地下空間資源是城市地下空間資源的重要組成部分，也是開發利用率較高的地下空間資源，承載了眾多的地下基礎設施功能。道路下方地下空間利用的基本用途為：地下道路，地下綜合管廊、地鐵車站、地鐵區間隧道、過街通道、地下商場等（見圖1）[8]。城市道路下方地下空間資源評估主要包含3項基本內容：（1）道路地下空間容量計算；（2）道路下方現有地下空間計算；（3）進一步可以得出道路下方地下空間利用率。

圖1 道路下方地下空間豎向層次劃分示意圖

2 城市道路下方地下空間容量計算方法

《城市地下空間規劃標準》（GBT 51358—2019）提出“在確定的評估范圍內，以城市規劃建設用地為基礎數據，分別對規劃用地范圍內的建筑物、道路、綠地廣場下部等可供開發的地下空間容量進行估算，整合后形成可供合理開發的地下空間容量。城市地下空間開發利用及地下軌道交通線路、車站建設時，應預留地下市政管線所需的淺層地下空間。當道路下建設地下空間時，其覆土深度不宜小于3.0 m，并應滿足重力流地下市政管線的實際埋深需求。”同時，對城市道路和綠地下方地下空間容量計算方法進行了規定，提出道路下方地下空間容量表達式為：

式中：Vr為道路下方地下空間容量；Sr為道路面積；Hi為開發深度。

城市綠地地下空間容量可按下式計算：

式中：Vg為綠地下地下空間容量；Sg為綠地面積；Hi為開發深度；Hii為植被所需深度（約1.5 m）；Hiii為排水層厚度（約0.3 m）。一般情況下Hii＋Hiii之和小于3.0 m 取值。

結合現有的規范成果、城市道路地下設施及道路下方地下空間的利用情況，從而提出道路下方地下空間容量表達式為：

式中：V 為道路下方地下空間容量；Sr為道路面積；Sg為道路兩側的綠地面積；Sf為道路兩側的輔道面積；Ha為允許開發深度，Hl為限制開發深度。

由于道路下方的地下空間分布較為分散，存在某一段道路下方地方空間密集的情況，比如城市核心區地段的道路，同時也有部分道路的下方無地下空間，同時即使同一條道路，由于所屬的區域經濟發展程度、巖土體參數及地質條件差異較大，允許開發和限制深度也不一致。因此為了便于道路任意區段內的地下空間容量的計算，提出一定長度范圍內道路下方地下空間容量（見圖2）表達式為：

圖2 道路下方地下空間容量圖示

式中：Vi為某一段內道路下方地下空間容量；li為主道路長度；lr為道路寬度；lg為道路兩側的綠地寬度，lf為道路兩側的輔道寬度。

因此，整條道路下方地下空間容量可通過各個區域內道路下方地下空間容量疊加計算得到，表達式為：

3 城市道路下方現有地下空間計算方法

城市地下空間規劃應以地下空間資源評估為基礎，對城市規劃區內地下空間資源劃定管制范圍，劃定城市地下空間禁建區、限建區和適建區，提出管制措施要求[9]。禁建區應為基于自然條件或城市發展要求，在一定時期內不得開發的城市地下空間區域；限建區應為滿足特定條件，或限制特定功能、或限制規模開發利用的城市地下空間區域；適建區應為規劃區內適宜各類地下空間開發利用的城市地下空間區域。禁建區的劃定是為了避免城市地下空間的開發建設對生態環境造成破壞，主要是基于保護的目的劃定該區域。限建區是一般條件下不得開發、僅在滿足特定條件后可進行開發的城市地下空間區域。適建區主要指在一般條件下允許開發建設的城市地下空間區域。

道路下方地下空間建設完成后，為了確保地下空間的結構安全，應對地下空間周圍的一定范圍內的巖土體進行保護，即地下空間周圍存在安全保障區。安全保障區應適用于禁建區的要求[10]。因此道路下方地下空間的實際利用區面積應是有效利用區和安全保障區面積的和（見圖3），表達式如下：

圖3 道路下方現有地下空間實際利用區面積計算圖示

式中：Ua為道路下方地下空間的實際利用區面積；Ue為有效利用區面積；Us為安全保障區面積。

對于不規則形狀的既有地下空間，應對既有地下空間的實際利用區進行修正，取其最長邊與水平面或者垂直面進行投影，進而形成的包絡區域為修正后的實際利用區，具體方法如圖4 所示。

圖4 不規則形狀的既有地下空間實際利用區計算方法圖示

考慮到地下空間安全保障區的范圍與巖土體特性，施工方法及地形等因素有關，各個區段內安全保障區面積差異較大，同時地下空間斷面尺寸也會發生變化，因此在某一段區域內，當隧道安全保障區的范圍一致時，道路下方既有地下空間量Vai表達式為：

式中：Uai，Ue，Usi分別為某一區段內道路下方地下空間的實際利用區，有效利用區及有效利用區面積。

則整條道路下方既有地下空間容量可由各段內的地下空間量疊加計算得到，表達式為：

4 城市道路下方地下空間利用率計算方法

基于道路下方的地下空間容量和既有地下空間容量計算方法（見圖5），可以得到某一區段內道路下方地下空間利用率的表達式為：

圖5 道路下方分層地下空間實際利用區面積計算方法圖示

式中：li為某一區段內道路長度，則整條道路下方地下空間利用率表達式為：

為了進一步揭示道路下方不同深度位置處地下空間的利用率，提出道路下方分層地下空間利用率計算方法。將道路下方地下空間進行分層，可以按照一定的深度（5/10/20 m 等）進行均分，也可以參考其他標準進行非均分設置，比如《城市地下空間規劃標準》（GBT 51358—2019） 中的4 層城市地下空間劃分結果等，因此某一區段內道路下方某一層地下空間容量表達式為：

式中：li為道路長度；lr為道路寬度；lg為道路兩側的綠地寬度；lf為道路兩側的輔道寬度；hci為道路下方某一層的深度。

同時在某一段區域內，道路下方既有地下空間容量Vai表達式為：

式中：la分別為某一區段內道路下方地下空間的實際利用區的寬度。

則某一區段內道路下方某一層地下空間利用率ξi的表達式為：

據此，可以實現沿道路縱向任意位置和分層條件下道路下方地下空間利用率的計算，進一步結合MapGIS，Suffer 等地理信息系統軟件實現道路任意位置處和任意深度范圍內道路下方地下空間資源評估（見圖6），也可獲得整條道路下方地下空間整體利用率。

5 結 論

（1）為便于道路任意區段內的地下空間容量的計算，提出一定長度范圍內道路下方地下空間容量計算方法。

（2）提出道路下方地下空間的實際利用區面積應是有效利用區和安全保障區面積的和，對于不規則形狀的既有地下空間，應對既有地下空間的實際利用區進行修正，取其最長邊與水平面或者垂直面進行投影。

（3）揭示道路下方不同深度位置處地下空間的利用率，提出道路下方分層地下空間利用率計算方法，實現了沿道路縱向任意位置和分層條件下道路下方地下空間利用率的計算。