導(dǎo)語：地下空間規(guī)劃建設(shè)三維輔助決策平臺研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:基于為地下空間規(guī)劃建設(shè)提供科學(xué)決策的目的，本文提出了基于三維仿真技術(shù)的地下空間規(guī)劃建設(shè)輔助決策平臺建設(shè)的思路，構(gòu)建了三維輔助決策平臺的整體框架，借助正元三維GIS平臺GeniusWorld，實(shí)現(xiàn)了對基礎(chǔ)地理、城市地質(zhì)、地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)的一體化存儲管理和三維可視化集成表達(dá)。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求，研究并實(shí)現(xiàn)了集地上地下一體化剖面分析、大型建筑物選址分析、地下軌道交通選線規(guī)劃、地下空間適宜性評價(jià)等于一體的地下空間輔助規(guī)劃平臺，提供了規(guī)劃設(shè)計(jì)方案的合理性綜合分析與模擬評價(jià)，提高了地下空間規(guī)劃建設(shè)的科學(xué)性、規(guī)范性、嚴(yán)密性和高效性。最后對地下空間規(guī)劃建設(shè)輔助決策做出了總體評價(jià)，并提出了下一步研究方向。

關(guān)鍵詞:地下空間;三維輔助決策;選址分析;方案對比;適宜性評價(jià)

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市地下空間開發(fā)利用已成為城市發(fā)展的重點(diǎn)方向。國際上也提出把“二十一世紀(jì)作為人類開發(fā)利用地下空間的年代”。中國工程院院士王夢恕先生預(yù)言，到本世紀(jì)末，將有1/3的世界人口工作、生活在地下空間中［1］。地下空間作為人類賴以生存的資產(chǎn)，是城市得以繁榮和發(fā)展的基石。隨著信息技術(shù)的快速變革，尤其是三維地理信息、虛擬仿真等技術(shù)的常態(tài)化應(yīng)用，傳統(tǒng)應(yīng)用支撐平臺缺乏可視化表達(dá)和定量分析能力的短板越來越突出［2－4］。城市規(guī)劃建設(shè)需要更生動、更直觀、更科學(xué)、更精準(zhǔn)的展現(xiàn)與分析，尤其是對規(guī)劃設(shè)計(jì)科學(xué)合理性要求較高的城市地下空間規(guī)劃領(lǐng)域［5－6］。為解決上述問題，需建立地下空間三維輔助決策平臺，在直觀立體的三維場景中，實(shí)現(xiàn)用戶通過動態(tài)交互方式對多種規(guī)劃方案進(jìn)行全方位對比分析和定量評價(jià)，以滿足城市規(guī)劃建設(shè)對多維形態(tài)空間進(jìn)行分析和科學(xué)決策的迫切需求［7－8］。本文在充分把握新時(shí)代城市發(fā)展模式變革的基礎(chǔ)上，聚焦城市健康和城市安全，面向地下空間規(guī)劃建設(shè)的迫切需求，將大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)與地理信息進(jìn)行深度融合，通過建成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系、地下空間全要素?cái)?shù)據(jù)中心、地下空間規(guī)劃建設(shè)三維輔助決策平臺，重點(diǎn)解決城市規(guī)劃建設(shè)過程中的痛點(diǎn)問題，顯著提升城市地下空間開發(fā)利用水平，為新型智慧城市建設(shè)提供有效的信息服務(wù)與決策支撐。

1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1．1目標(biāo)定位。平臺以城市地下空間開發(fā)利用政策為導(dǎo)向，面向地下空間規(guī)劃建設(shè)，創(chuàng)新性地研發(fā)出一套數(shù)據(jù)開放共享、空間結(jié)構(gòu)立體、決策精準(zhǔn)高效的三維輔助決策平臺，科學(xué)支撐重大工程選址評價(jià)與城市規(guī)劃優(yōu)化布局，讓城市規(guī)劃更安全、更直觀、更立體、更科學(xué)，為后續(xù)的城市建設(shè)指明方向，規(guī)避地下空間設(shè)施沖突、活動構(gòu)造和不良地質(zhì)體等安全風(fēng)險(xiǎn)。平臺主要面向城市規(guī)劃部門、城市建設(shè)部門、城市管理部門提供地下空間規(guī)劃建設(shè)輔助決策應(yīng)用服務(wù)。針對地下空間開發(fā)利用實(shí)際業(yè)務(wù)需求與現(xiàn)狀，地下空間規(guī)劃建設(shè)三維輔助決策平臺的定位歸納為以下幾點(diǎn):1)支撐地下空間數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理與維護(hù);2)支撐地下空間基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)與地下構(gòu)(建)筑物空間關(guān)系分析;3)支撐城市大型建筑物選址分析服務(wù);4)支撐城市地下軌道交通選線應(yīng)用服務(wù);5)從“定性、定級、定量”3個(gè)方面支撐地下空間利用適宜性評價(jià)與輔助決策應(yīng)用分析服務(wù)。1．2設(shè)計(jì)思路。平臺通過匯聚多尺度、多參數(shù)、多專業(yè)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、城市地質(zhì)數(shù)據(jù)和地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)，利用地上地下一體化存儲與融合技術(shù)將數(shù)據(jù)有層次地集成到三維場景之中，結(jié)合剖面分析、輔助評價(jià)等功能形成有機(jī)整體。以地上地下全空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將其導(dǎo)入正元三維GIS平臺GeniusWorld，以地形模型、地質(zhì)模型、構(gòu)(建)筑物模型、地表三維等模型數(shù)據(jù)為載體，研發(fā)地上地下一體化剖面分析、大型建筑物選址分析、地下軌道交通選線規(guī)劃、地下空間適宜性評價(jià)等功能，為城市地下空間規(guī)劃建設(shè)提供輔助決策支撐。1．3總體架構(gòu)。綜合考慮平臺的應(yīng)用對象、業(yè)務(wù)需求、目標(biāo)定位，采用面向服務(wù)的SOA與微服務(wù)混合架構(gòu)，構(gòu)建開放可擴(kuò)展的服務(wù)體系。結(jié)合私有云部署的形式平衡存儲、運(yùn)算、傳輸?shù)拳h(huán)節(jié)的負(fù)載，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和效率，為城市地下空間規(guī)劃部門、建設(shè)部門等不同使用者提供WEB端服務(wù)以及應(yīng)用支持［9－10］。城市地下空間規(guī)劃建設(shè)三維輔助決策平臺總體架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層(IaaS)、數(shù)據(jù)提供層(DaaS)、平臺服務(wù)層(PaaS)、業(yè)務(wù)應(yīng)用層(SaaS)以及用戶群組建，5個(gè)層次上下連接、互為支撐。如圖1所示。1)基礎(chǔ)設(shè)施層(IaaS)提供系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)支撐環(huán)境，實(shí)現(xiàn)計(jì)算虛擬化、存儲虛擬化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化和安全虛擬化，保證系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行。2)數(shù)據(jù)層(DaaS)數(shù)據(jù)層是整個(gè)系統(tǒng)平臺的靈魂所在，采用分布式數(shù)據(jù)庫與大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫聯(lián)合存儲的方式構(gòu)建地下空間全要素?cái)?shù)據(jù)中心，全面實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與管理，滿足多源異構(gòu)、海量地下空間數(shù)據(jù)存儲的特點(diǎn)。3)平臺層(PaaS)平臺層以正元三維GIS平臺GeniusWorld和正元時(shí)空大數(shù)據(jù)與云平臺為基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)、中間件服務(wù)、容器服務(wù)、對象服務(wù)以及文件服務(wù)，同時(shí)，提供對于服務(wù)的管理，如系統(tǒng)配置、服務(wù)管理、安全管理和運(yùn)行保障。4)應(yīng)用層(SaaS)應(yīng)用層主要由地上地下一體化剖面分析、大型建筑物選址分析、地下軌道交通選線規(guī)劃、地下空間利用適宜性評價(jià)組成，為地下空間相關(guān)部門提供決策支撐服務(wù)。5)用戶群系統(tǒng)用戶群涵蓋城市地下空間規(guī)劃與建設(shè)涉及的部門與個(gè)體，如承擔(dān)地下空間規(guī)劃建設(shè)相關(guān)業(yè)務(wù)的企事業(yè)單位等。6)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范與信息安全體系建設(shè)參考各項(xiàng)國家、行業(yè)和地方標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范要求，在滿足相關(guān)保密要求標(biāo)準(zhǔn)的前提下，根據(jù)地下空間建設(shè)需求，制定切實(shí)符合平臺建設(shè)實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)規(guī)范。1．4系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)。主要提供各種三維空間分析及評價(jià)功能，以基礎(chǔ)地理、城市地質(zhì)與地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)地上地下一體化數(shù)據(jù)集成與展示，并可基于地上地下一體化模型進(jìn)行定性、定級、定量分析，將地下構(gòu)筑物的空間關(guān)系與地質(zhì)地層關(guān)系以三維立體方式展示出來，為政府管理部門與規(guī)劃設(shè)計(jì)部門的相關(guān)決策工作提供參考依據(jù)。1．4．1地上地下一體化數(shù)據(jù)集成管理。通過B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對試驗(yàn)區(qū)地表傾斜攝影三維模型、DEM、DOM、基礎(chǔ)地理、地下三維地質(zhì)模型、三維管線模型、地下空間構(gòu)(建)筑物三維模型等地上地下全空間多源、多時(shí)相海量異構(gòu)數(shù)據(jù)的一體化融合，在三維場景中完美呈現(xiàn)地上建筑、城市景觀、地質(zhì)環(huán)境、地下管線等要素的三維特征表達(dá)。并支持對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯、導(dǎo)出、更新、備份與還原、查詢統(tǒng)計(jì)等功能，實(shí)現(xiàn)對地上地下數(shù)據(jù)的有效組織與管理。1．4．2地上地下一體化剖面分析。根據(jù)用戶輸入的折線形成線性緩沖區(qū)，結(jié)合三維地質(zhì)模型分析地下空間設(shè)施在地層的空間分布狀況，繪制剖面關(guān)系圖，并將指定區(qū)域內(nèi)的地下空間設(shè)施數(shù)據(jù)、地下地質(zhì)信息數(shù)據(jù)結(jié)合展示，最終生成基礎(chǔ)地質(zhì)分層圖、水文地質(zhì)分層圖和工程地質(zhì)分層圖，實(shí)現(xiàn)地上地下空間設(shè)施與地質(zhì)環(huán)境等空間關(guān)系的直觀展示，為地下空間的規(guī)劃、利用等工作提供指導(dǎo)。1．4．3大型建筑物選址分析。根據(jù)導(dǎo)入的建筑物矢量面以及設(shè)定的參數(shù)，進(jìn)行建設(shè)區(qū)域軟土層評價(jià)以及樁基與地下已有設(shè)施的沖突評價(jià)，主要是評估開挖面的穩(wěn)定性以及所在區(qū)域地質(zhì)條件對工程建設(shè)的影響和待建建筑物物樁基是否會影響到周圍區(qū)域內(nèi)的地下構(gòu)筑物或者地下資源等，將分析結(jié)果以三維立體方式展示并標(biāo)注出來;在三維場景中模擬生成建筑物原型，進(jìn)行日照條件、通視分析等三維空間模擬分析功能，最終得出大型建筑物選址的專業(yè)綜合建議，為城市進(jìn)行舊城改造、新城建設(shè)等提供輔助決策。1)基坑開挖模擬根據(jù)導(dǎo)入的工程規(guī)劃建筑矢量面以及建筑物基本信息(包括地上高度，地下高度等)，設(shè)定開挖參數(shù)，在三維場景中進(jìn)行建筑物地基基坑開挖過程模擬，實(shí)現(xiàn)地下空間賦存條件透視分析，并自動計(jì)算挖土方量［11］。2)軟土層評價(jià)通過構(gòu)建基坑含水量、孔隙比模型，計(jì)算基坑含水量和孔隙比數(shù)值，從而確定軟土地基的承載力基本值，對基坑軟土層進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)。3)布設(shè)樁基用戶輸入?yún)?shù)及繪制范圍，根據(jù)國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求進(jìn)行虛擬樁基布設(shè)，并進(jìn)行三維顯示。4)沖突評價(jià)根據(jù)樁基位置進(jìn)行沖突檢測，判斷樁基與其他地下空間設(shè)施或地下空洞等地質(zhì)災(zāi)害有無沖突碰撞，得出地基承載力、建設(shè)適宜性分析、地下設(shè)施沖突分析等評價(jià)結(jié)果，并將發(fā)生沖突的不合格條件進(jìn)行列舉。5)光照分析在符合上述評價(jià)的基礎(chǔ)上，模擬生成建筑物原型，可對建筑物模型做光照分析，建筑物定位時(shí)顯示俯視視角，根據(jù)太陽高度角和方位角生成日照陰影圖來反映建筑物的日照影響，從而確定是否符合《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的日照時(shí)數(shù)的最低值。1．4．4地下軌道交通選線規(guī)劃。通過分析軌道交通規(guī)劃方案路線與地區(qū)地質(zhì)條件、地下資源、地質(zhì)災(zāi)害和地下空間已有設(shè)施的碰撞情況，評估當(dāng)前設(shè)計(jì)線路的影響范圍、需搬遷房屋數(shù)量、建筑面積，為地鐵、過江隧道等線性軌道交通規(guī)劃、選址與施工提供有力支撐，提高選址規(guī)劃的科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。1)輔助評價(jià)根據(jù)導(dǎo)入的軌道交通選線方案，將線路在三維場景中進(jìn)行繪制，通過分析規(guī)劃方案路線穿越地區(qū)的地質(zhì)條件(地層、地下溶洞和地下空洞等)和地下空間已有設(shè)施(地上構(gòu)建筑物的樁基、地下構(gòu)建筑物等)情況，繪制包含地質(zhì)環(huán)境、軌道交通規(guī)劃線路(地鐵規(guī)劃線路數(shù)據(jù)、地鐵站數(shù)據(jù)等)、已有地下空間設(shè)施等數(shù)據(jù)在內(nèi)的綜合剖面圖、三視圖(前視圖、俯視圖、左視圖)，分析線路對地下資源的影響程度，計(jì)算拆遷建筑物的數(shù)量和拆遷總面積，判斷方案的適宜性。2)方案對比導(dǎo)入兩個(gè)或兩個(gè)以上選址方案，依據(jù)避讓原則對多個(gè)規(guī)劃方案路線與地區(qū)地質(zhì)條件、地下資源、地質(zhì)災(zāi)害和地下空間已有設(shè)施的碰撞情況進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出不同規(guī)劃方案穿越障礙物數(shù)量對比圖、工程及環(huán)境建設(shè)影響對比表、拆遷對比結(jié)果、地質(zhì)剖面與地下空間聯(lián)合二維和三維剖面圖、三視圖，通過分析穿越區(qū)不同地質(zhì)條件(包括含水層、軟土層、黃土層、巖層以及地下溶洞和地下空洞)，為下一步規(guī)劃和施工提供最優(yōu)方案。1．4．5地下空間利用適宜性評價(jià)?；诔鞘幸延械叵驴臻g設(shè)施以及地質(zhì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，參考區(qū)域的地質(zhì)情況、性質(zhì)、功能定位與發(fā)展目標(biāo)，采用專業(yè)的評價(jià)模型，進(jìn)行任意深度或任意深度區(qū)間地下空間開發(fā)利用適宜性分析評估，輔以三維可視化方式對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行表達(dá)，為城市區(qū)域規(guī)劃提供建議和依據(jù)。1)按任意深度或深度區(qū)間評價(jià)地下空間開發(fā)利用適宜性通過對各類原始采集數(shù)據(jù)的獲取和收集，用科學(xué)的插值分析算法，構(gòu)建三維屬性模型，將多元化的屬性信息分散賦值到每個(gè)單元屬性模型中?；谌S屬性模型，平臺可以評價(jià)任意深度或任意深度區(qū)間的地下空間開發(fā)利用適宜性，并將結(jié)果在三維場景中展示。2)區(qū)塊比選平臺將不同區(qū)塊的評價(jià)結(jié)果疊加在一起，對評價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較分析，評價(jià)結(jié)果包括適宜性資源量評價(jià)、適宜性分布評價(jià)(分為適宜、較適宜、一般適宜、適宜性較差、適宜性差5個(gè)等級)，并將評價(jià)結(jié)果在三維窗口中以柱狀圖、雷達(dá)圖和餅狀圖的形式展示，為相關(guān)部門提供規(guī)劃參考。1．5系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)。本文對平臺軟硬件環(huán)境配置的最低要求進(jìn)行了規(guī)定，具體配置環(huán)境最低要求詳見下表1。

2結(jié)束語

目前，面向地下空間規(guī)劃建設(shè)的三維輔助決策平臺已建設(shè)完成并投入使用，項(xiàng)目成果為四川成都天府新區(qū)、河北雄安新區(qū)等地下空間開發(fā)利用以及重大工程規(guī)劃建設(shè)提供了數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理平臺和地上地下全空間一體化三維數(shù)據(jù)管理、顯示平臺，并為地下空間開發(fā)利用提供了詳實(shí)精準(zhǔn)的空間信息服務(wù)和科學(xué)高效的決策支撐。平臺立足自主創(chuàng)新、安全可控，能夠?qū)Φ叵驴臻g多源海量時(shí)空地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理和三維可視化表達(dá)，為地下空間規(guī)劃建設(shè)提供分析評價(jià)和智慧決策服務(wù)平臺，有助于推動地下空間向著精細(xì)化管理和精準(zhǔn)化決策的方向發(fā)展。未來是地下空間開發(fā)利用勢頭迅猛的年代，后續(xù)可深度結(jié)合BIM、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)，構(gòu)建地上、地下全空間基礎(chǔ)時(shí)空框架，進(jìn)行地上地下空間統(tǒng)籌協(xié)同開發(fā)，在完善國土空間規(guī)劃建設(shè)管理體系的同時(shí)，為新型智慧城市建設(shè)提供全空間一體化的分析、評價(jià)和決策服務(wù)。

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作者:周文 李倩楠 石小蒙 潘良波 單位:1.正元地理信息集團(tuán)股份有限公司 2.北京市智慧管網(wǎng)安全評價(jià)及運(yùn)營監(jiān)管工程技術(shù)研究中心