王智强

（建材天水地质工程勘察院有限公司，甘肃 天水 741000）

0 引言

城市地下空间主要指的是地球表面人工开发形成的空间，使其成为自然资源和战备资源，从而推进城市的发展，保证城市发展需求。结合我国城市化的发展现状，可以看出地上空间现已形成饱和状态，因此需要开发地下空间，才可保证城市的可持续发展。在城市地下空间开发过程中，需要融合海量数据进行操作，因此信息化手段是城市地下开发的关键。城市地下空间信息化管理需要对整个城市空间数据进行整合，才能有效掌握地下地质条件和地下空间资源，进而为地下空间规划提供支持。

1 开发城市地下空间三维信息管理平台的目标、问题、创新点

本次城市地下空间三维信息管理平台建设的主要目的是辅助城市基坑监测工作，该建设不仅可以明确基坑位移、沉降、应力等问题，并且在连接无线通信系统后可以结合传输通道对监测的数据进行采集和存储，最终做好开发处理。开发城市地下空间三维信息管理平台不仅具有重要意义，也是我国地下空间开发的依据，有关部门和设计部门均需要高度重视[1]。

此过程中涉及的移动数据网络，可以帮助地下空间开发，还可以将各类数据输送至云服务系统，后续通过在线处理系统，对数据进行分析和整合。如果数据出现了问题，预警装置会发出预警，根据预警等级进行信号提醒，并通知相应的人员做出数据决策。为了保证平台的使用效果，相关设计人员还需明确工程设备管理模块，通过此模块对设备状态进行记录，判断数据是否出现异常问题，才可及时通知维护人员维护操作。

但是本次项目在技术方面也出现了各类难题，比如：基坑检测传感器的信号问题，由于是地下空间开发，在地下工作容易受到压力的影响，因此在信号方面也会出现问题，此类问题会影响传感器工作的能力。传感器工作需要明确工作环境，才可发挥出自身作用，并获得更准确的数据信息。但是结合实际情况来看，由于压力问题和信号问题导致传感器的工作能力下降，基坑监测所获得的数据需要经过处理才可使用，此时只有剔除异常值，才可确保数据处理的有效性，最终明确预警比值，从而选择合适的方式为决策工作提供数据。

本文研究的地下空间三维信息管理平台可以帮助基坑检测数据开展连续性工作，同时也降低时间和气候的影响，因此安全性得到了保障。不但满足了动态设计，并且还提供决策信息，指导基坑施工操作。除此之外，在监测比值方面也具备一定优势，可以采取自动预警操作，优化处置效率，不仅有效控制了成本，还减少了损失。

2 城市地下空间三维信息管理平台设计和关键技术

2.1 地下空间三维信息管理平台设计

2.1.1 基础云平台

基础云平台需要具备稳定性和高效性，并且还需保障安全性。首先是物联网，主要建设专线网络，专线网络可以向使用者提供服务。此类网络和公众网络之间存在差异性，结合城市需要进行构建，才可实现物理隔离需求。其次是云平台，此平台主要包括下述内容：服务器集群、管理系统、相关工具、监控设备、预警系统、运维系统等，多者融合组成互联网云平台[2]。具体的平台体系架构如图1 所示。

图1 平台体系架构

2.1.2 城市地下空间大数据中心

大数据中心包含3 个数据库：静态数据库、动态监测数据库、业务数据库。静态数据库主要针对地下空间的设施数据进行整合，所涵盖的信息较为基础。地质数据库主要包括各类水工环境、遥感影像等；地下空间设施数据库主要整合地下公共服务设施的数据。动态监测数据库需要对地下的各类管线和交通设施进行分析和优化，按照不同的领域需求，对可能出现的监测数据进行实时监测。业务数据库主要对地下各类设施进行分析，结合设施的具体参数划分业务，同时还需整合日常管理中出现的各类业务数据，为后续业务开展提供支持[3]。

2.1.3 城市地下空间通用支撑平台

城市地下空间通用支撑平台若要对地下空间的各类因素进行分析，需要走智能化发展方向，智慧应用功能为系统提供支持，可满足平台的运行需求。其中三维空间地理信息软件、地理信息时空云平台等多者之间的融合，可以对地下空间中出现的各类数据信息进行管理，还可满足各个服务系统之间数据共享的需求，进一步实现全过程管理的目标，最终有效构建空间通用支撑平台。

2.1.4 智慧应用和用户群

智慧应用主要指的是地下空间中多个应用平台，其中包括空间开发利用管理平台和辅助决策平台，通过对地质信息的管理，分析智慧管网信息系统中的综合管廊；按照实际需求采取智慧人防的措施，保证地热资源的有效开发和管理，最终明确地下水资源的管理目标；针对地质灾害问题，积极采取管理措施，减少病害；使用地球化学理论分析地下空间可能出现的各类问题，从而为上述各项功能提供数据支持和功能需求[4]。

用户群主要指的是多个用户构成的网络集群，城市地下空间规划和有关部门之间需要建立联系，其中主要包括建设和维护部门，后续决策层和设计部门也需纳入此类系统，按照不同的等级划分开放访问权限，保证各个部门都可对系统内部信息有充分了解，以此有效开展相关工作。

大研究需要有大平台，大平台应当有大作为。为了抢占引领未来社会经济发展的关键核心技术的战略制造高点，扎实推进创新驱动发展战略，自2016年以来，国家先后在上海、合肥、北京建设了以大科学设施为基础支撑的综合性国家科学中心(见表1)。综合性国家科学中心以大科学设施为基础支撑，集聚了一流的研究机构，汇集和吸引尖端科研人才，开展基础研究、进行原始创新、突破关键核心技术，成为我国科技创新体系中浓墨重彩的一笔。

2.2 地下空间三维信息管理平台设计的关键技术

2.2.1 地上地下一体化技术

地上地下一体化技术主要采用信息技术手段站在统一的标准下，保证地上空间和地下空间数据的统一性，有效进行组织管理，并且进行集成展示，按照综合分析的标准进行设计，具体内容如下所述：首先是地上地下空间资源的矢量、影响、模型等各类数据的统一存储，其中包含多元、多尺度特征，还涉及了数据映射问题，该问题是构建统一时空基准的关键。地上地下一体化技术使用分布式存储架构，可以满足可视化需求，同时在工程数据方面还可以进行模拟分析，以此为空间提供互动查询需求[5]。

对于时空一体化而言，需要使用混合架构进行分析，并且在分辨率方面更能满足三维真实感。此时在混合架构下数据和可视化之间处于平衡，突破了可视化技术的难题，尤其是在硬盘和数据索引问题上，打破了数据可视化技术分析的瓶颈，更能解决可视化匹配问题。

对于智能分析和预测服务而言，此项工作的分析预测主要对全空间的大数据进行维度关联分析，因此需要依赖深度学习和人工智能等各类理论，站在全空间大数据的角度，按照特征建立关联分析模型和预测模型。智能预测主要指的是较为复杂的异构和海量全空间数据，在城市空间开发过程中，需要对动态地域和空间网格等多个内容形成可视化建设，基于此，时空数据也要分析规律。数据分析需要使用回归分析的方式按照时间序列进行预测，在人工神经网络支持下，预测工作可以更好地开发城市地下空间。

2.2.2 地上地下全空间数据管理

在数据汇总过程中平台通过物联网传感器收集静态数据信息和各类业务数据，让其形成动态数据信息。此时有效使用三维动态交互可视化技术可以帮助数据划分层次，让其在三维场景中，对各类信息进行汇总，并且满足信息查询和辅助功能的需求，从而满足整体性需求。因此平台建设通过搭建地下全空间数据库，能够保证数据管理的有效性。

3 地下空间三维信息管理平台的使用效果

3.1 数据展示

从上述可知，无论是地上还是地下平台建设的使用结果均为开发工作提供了三维场景操作的工具和浏览工具，在线路方面也可以进行漫游操作，同时实现了地上地下一体化的数据展示目标。在多重定义下，按照一定规则条件可以对数据进行系统化分析并形成图表，辅助后续的决策工作。数据展示效果如图2 所示。

图2 数据展示效果

3.2 辅助决策

在数据一体化集成管理方面，可以模拟城区地下的规划，分析地质条件，对地下空间的设施和资源进行有效划分，保证工程规划的合理性，最终为评价提供数据支撑，实现为整体规划提供辅助决策的目标。此过程涉及了三维空间分析和评价，地质数据和地下空间设施的数据在其中起到了决定性作用，它可以用科学的方式有效计算，并充分利用地下空间设施的数据分析，可以明确空间关系并进行平面剖析，有关部门和规划部门可以结合上述数据进行决策操作。辅助决策可以为大型建筑的规划提供评价和有效划分地下空间，合理开发，满足各方面功能，为后续施工提供数据依据，确保数据的有效性。

3.3 安全监测预警与应急指挥

在当前的安全监测中，物联网可以对实时监测的数据进行有效处理，如果出现异常现象，需要立即报警并操作，此类事故可以采取应急处置，还可对城市中出现的各种事故进行救援，保证城市地下空间的有效运行，并且满足整体安全性。此过程中应急指挥需要明确完整的服务流程，同时在事故预警后，对事故发生的原因进行分析，有效进行事故处理，最终对产生事故的原因进行总结，并且对事故结果进行评估，保证可以对城市发展提供辅助应急措施。

4 结语

综上所述，城市地下空间信息集成管理与平台建设在三维技术的支持下，实现了一体化管理目标，此时在同一个空间坐标下，地形和城市建筑均可在三维管理平台中体现。三维信息管理平台帮助人们更为直观地了解建筑地上和地下空间，因此更能对地表和地下设施的安排提供针对性信息。在三维信息管理平台中，有关部门可以有效使用数据管理、定位查询、辅助测量等功能，从而实现对地下空间的开发。