王振宇，朱太宜，王星华



长沙城市地下空间开发利用的适宜性评价体系研究

王振宇，朱太宜，王星华

(中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410075)

基于我国经济高速发展和城市化进程的不断加速，人口超饱和、交通拥堵和污染严重等一系列城市病也越来越凸显，亟需向下拓展城市空间来缓解城市病症状。城市地下空间是属于不可再生资源，其开发利用是否科学、健康、合理和有序，将决定城市地下空间开发能否可持续发展。以长沙市为例，在定量与定性相结合的原则下，构建一个城市地下空间开发适宜性整体评价指标体系，并通过层次分析法计算得出长沙市地下空间开发适宜性得分为82分，适宜性等级为良好，符合大量开发地下空间的条件。

地下空间；开发利用；适宜性评价

地下空间作为城市一种不可再生的宝贵的自然资源，其开发利用越来越受到人们的关注，为了保证城市的可持续发展，必需科学合理地开发运用城市地下空间自然资源。而适宜性评估方法是编制城市地下空间规划与开发利用的重要方法之一。John等[1−2]在规划明尼阿波利斯−圣保罗市的城市地下空间开发时，依据该市的地质条件，对地层和水文地质的分布、地形坡度与地下空间开发利用的各种形式和适宜性等要素进行调查和分析，并对已建成使用的地下管线、地下建筑和地上建筑等对地下空间资源开发利用的影响方式进行了分类，采用综合叠加的方法给出了明尼阿波利斯市可开发利用的地下空间资源的分布范围和适宜的开发利用的各种形式，首次提出了适宜性概念。Boivin等[3−8]在总结加拿大Qubec市的地下空间布局时，发现影响该市地下空间开发的主要因素是地震和地质条件，最终根据沉积物厚度、地面坡度、下覆岩层的地质情况等因素确定了开发的难度分级。黄玉田等[9−12]提出使用灰色评估法用于地下空间资源质量进行分级的探讨，并确立了6个影响因素分别是：工程地质条件的复杂程度、地下水条件、施工技术难度、环境影响程度、地域重要程度和综合效益。官善友等[13−16]根据武汉市的条件，将武汉的主城区浅层地下空间开发地质条件适宜性划分为适宜区、基本适宜区和适宜性差3个大区，并对这3个大区分别进行了评价。程子腾[17]使用层次分析法对荆州市地下空间开发利用的适宜性进行分析，结果显示荆州市较适宜地下空间的开发利用。

1 适宜性评价方法选取

本文在参考国内外研究的基础上，选取城市条件、自然条件、区位条件和经济技术条件这几个方面作为判断指标，为了最终确定长沙市地下空间开发的适宜性程度，在采用层次分析法和专家调查法确定各指标因素权重的基础之上，还运用模糊综合评判法，并且综合考虑各确定性和非确定性因素。

2 适宜性评价指标体系的构建

整个指标评估系统的基础是评估体系，建立指标体系，能够让整体评价系统更科学和准确。必须在遵循指标体系构建的原则下建立地下空间开发适宜性评价指标体系，需要对整体目标进行分析，再将整体目标系统分解成各个子系统，然后将各个子系统分解成可调研和具有代表性的目标因子，从而形成科学严谨的地下空间评价指标体系[14, 16−17]。

2.1 指标体系的构建原则

构建指标体系应该遵循全面客观、科学性、可操作性和层次性等原则。用于评价地下空间开发适宜性的条件比较多，所以评价指标体系要尽可能涵盖所有能够反映地下空间适宜性的各项内容，并且要避免各指标之间存在重叠或是交叉；并且评价指标体系必须要科学准确地反映出城市地下空间开发适宜性等级，必须按照相关理论依据，选择代表性强的因素作为评价指标；在进行指标选取时应选可操作性强并易于采集数据的指标，对于那些获得原始数据困难的指标暂不选取，以确保指标体系各指标数据和资料的收集是可行的；在组建的评价指标体系必须要有很强的逻辑性和层次性，使整个体系层次分明，结构严谨；通过定性与定量分析相结合，进而对目标进行综合准确的评价。

2.2 建立指标体系

指标体系分系统层、目标层和项目层3个层次，如图1所示。

2.2.1 构建判断矩阵

用层次分析法进行系统分析的评分选择主要来自专家的问卷调查[14]，根据调查问卷的专家打分，将每一层次各因素对于上一层次某因素的相对重要程度进行两两判断，根据其重要性区别通过1~9度标度法转换为数字，并写成矩阵的形式，就得到了相对应的判断矩阵[20]。同层次之间指标的重要程度比较，采用萨蒂的1~9标度法作为评判标 准[18]，如表1所示。

2.2.2 用专家打分构造出判断矩阵

用专家打分构造出判断矩阵如表2所示。

其中判断矩阵满足：1)a>0；2)a=1/a(,=1, 2, 3,…,)；3)a=0(,=1, 2, 3, …,)。

图1 城市地下空间开发适宜性评价体系图

表1 判断矩阵标度

2.2.3 相对权重向量的确定方法

1) 和法

把阶判断矩阵的每列向量做归一化处理，再求得算数平均值作为各个指标的权重：

表2 判断矩阵示例

同样，对行向量做同样的处理也可得到相应权重。

2) 几何平均法(求根法)

把阶判断矩阵的每列向量做归一化处理后，再采用几何平均法确定各个指标的权重：

3) 特征根法

2.2.4 检验矩阵的一致性

表3 随机的一致性指标

2.2.5 指标的量化处理

指标的量化处理多为下列2种情况：

1) 由于许多指标没法量化，可用专家经验评分法确定。把各指标分为适宜、比较适宜、一般适宜和适宜度较差4个等级，对应的量化分值区间段分别取为75~100，50~75，25~50和0~25。然后由专家参照评价标准与自己的经验，针对现场实际指标现状等级进行打分，采用几何平均值作为计算评估指标的分值。

2) 对于可以直接量化的指标，则可依据公式V=(X−Xmin)/(Xmax−Xmin)来计算各评估指标的分值，式中：V为X标准化之后的分值；X为指标的实值；Xmin为该指标的极小值；Xmax为该指标的极大值。

2.2.6 计算评价指标的综合值

3 长沙市地下空间开发利用的适宜性评价

3.1 评价指标权重的确定

本文各个指标的权重值采用求和法求得。

评价系统层()对目标层()的判断矩阵和权重，如表4所示。

根据判断矩阵的求解可得：max=4.004 2，= 0.001 4，=0.9，=0.001 6<0.10表明判断矩阵通过一致性检验，具有符合条件的一致性。

表4 目标层适宜性评价判断矩阵

2) 项目层的城市条件1、城市规模2、人口规模3对评价系统层城市条件1的判断矩阵和权重，见表5。

根据判断矩阵的求解可得：max=3.009 2，=0.004 6，=0.58，=0.008 8<0.10说明判断矩阵通过检验具有一致性。

3) 项目层地质构造条件4，程地质条件5，水文地质条件6，岩土体条件7对评价系统层自然条件2的判断矩阵和权重，见表6。

表5 系统层城市条件B1的判断矩阵

表6 系统层自然条件B2的判断矩阵

根据判断矩阵的求解可得：max=4，=0，=0.9，=0<0.1说明矩阵通过一次性的判断，具有好的结果。

4) 项目层地下空间现状8，地面条件9，交通条件10对评价系统层区位条件3的判断矩阵和权重，见表7。

表7 系统层区位条件B3的判断矩阵

根据判断矩阵的求解可得：max=3.038 5，=0.019 3，=0.58，=0.037 0<0.10表明判断矩阵通过一致性检验，具有满意的一致性。

5) 项目层地下空间现状11，地面条件12，交通条件13对评价系统层经济技术条件4的判断矩阵和权重，见表8。

表8 系统层经济技术条件B4的判断矩阵

根据判断矩阵的求解可得：max=3.064 9，=0.032 4，=0.58，= 0.062 4<0.10表明判断矩阵通过一致性检验，具有满意的一致性。

6) 各因子总排序情况

用层次分析法得出的长沙市地下空间评价权重结果如表9所示。

3.2 分析适宜性

1) 分值计算

通过专家打分法对各个指标进行了评分，通过加权平均法求得各个指标的最终得分值(100分制)，见表10。

表9 评价因子最终权重

表10 各个指标得分

2) 分析适宜性结果

表11中，评价等级为优、良、中和差，分别表示地下空间开发利用的适宜性为适宜、比较适宜、较不适宜和不适宜。

表11 评价结果等级划分

在地下空间开发利用适宜性评价指标体系中，技术水平为0.37所占权重最大；城市规模和人口规模为0.128所占权重为第二；人均GDP和地均GDP为0.074所占权重次之；地形地貌条件为0.006所占的权重最小。长沙市地下空间开发利用适宜性评分值最后得分为82分，评价等级为优，由此可知长沙市目前各方面情况都适宜地下空间的开发 利用。

4 结论

1) 地下空间的综合利用作为未来城市开发的主要途径之一，目前长沙市的地下空间开发利用迎来了良好的发展机遇。

2) 在总结、分析前人研究的基础上，本文采用层次分析法构建了长沙市地下空间开发利用的适宜性评价指标体系。

3) 根据层次分析法分析了长沙市地下空间发适宜性评分为82分，认为长沙市城区适宜于地下空间的综合开发利用。

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(编辑 蒋学东)

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

国家住建委资助项目(2012-R2-28)

王星华(1957−)，男，湖南衡山人，教授，从事岩土工程教学和科研工作；E−mail：xhwang@mail.csu.edu.cn