黄 莉，王直民

（浙江财经大学公共管理学院，浙江·杭州 310018）

21世纪是人类开发利用地下空间的世纪。开发利用城市地下空间（以下简称地下空间）是提高土地利用效率、扩大空间容量、优化空间结构、增强城市综合承载能力、促进城市可持续发展的重要途径[1]。当前，开发利用地下空间已成为我国城市建设和城市更新的重要组成部分，并呈现出大规模、高速度、多层次和多类别的发展趋势。大规模的地下空间开发利用实践需要相关学科理论予以指导。地下空间开发利用涉及多个学科，学者们从土木工程、规划学、法学、经济学、管理学等不同学科视角对地下空间开发利用问题进行研究并积累了一定的研究成果。但是，现有研究大多是从地下空间开发利用中某一局部问题展开，研究成果相对独立且碎化片[2]，无法回应大规模地下空间开发利用实践的现实需求。为此，有必要梳理城市地下空间研究的演化以及发展脉络，从科学学视角审视城市地下空间研究的现状及探讨未来研究的发展方向。

本文以中国学术期刊网络出版总库（CNKI）收录的地下空间相关期刊论文为研究对象，采用科学计量软件CiteSpace统计分析期刊论文信息，形成地下空间研究的知识图谱，并结合地下空间开发利用实践发展历程，梳理中国地下空间研究的发展、审视研究现状以及探究发展趋势，旨为地下空间研究和开发利用实践提供学术参考。

1 数据与方法

1.1 数据来源

地下空间开发利用涉及多个学科，为全面获取相关领域的研究文章，在CNKI中以“地下空间”为主题词检索期刊文献，检索时间为2018年11月20日。首先，设定文献来源为“核心期刊”，时间段为1992-2018，检索显示1992-2018年期间的核心期刊文章。去除书评、声明、译文、通讯报道等非学术性文章，以及缺乏关键词、摘要等数据信息的研究论文，共获得期刊文章1086篇。由于中国1992年才推出《中文核心期刊目录总览》，因此，仍以“地下空间”为主题词，不设文献来源检索1992年之前的期刊文章，同样去除非学术文章和缺乏关键词等数据信息文章后，获得1981-1991年时间段内期刊文章42篇。最终，共获得1128篇论文作为本次科学计量分析的研究对象，时间年限为1981-2018年。

1.2 方法与工具

科学计量学是运用统计数学方法分析科学活动投入产出，探讨科学内在演进机制，刻画科学发展特征，揭示社会大背景下科学活动定量规律性的一门科学分支学科[3]。科学计量学用定量方法处理科学信息的产生、流行、传播和利用，研究结论较为客观，更有助于加深对科学发展内在规律的认识。因而，近年来科学计量学被广泛应用于研究发展分析。

本文采用适用于文献数据信息计量分析的CiteSpace软件进行地下空间领域研究的分析。其是基于共引分析理论和寻径网络算法等的信息可视化软件，对特定领域文献进行计量，以探寻出学科领域演化的关键路径及知识转折点，并通过一系列可视化图谱的绘制来形成对学科演化潜在动力机制的分析和学科发展前沿的探索[4]。采用CiteSpace计量分析和可视化的知识图谱展示，有助于更好地理解城市地下空间研究，寻找研究主流主题、演变趋势以及各研究领域间的关联。

2 城市地下空间研究的知识图谱

关键词能够反映研究领域和论文内容的精髓，高频关键词则反映出该领域的研究热点和核心。因此，本文通过分析数据信息的关键词来了解城市地下空间领域的研究发展动向。

2.1 研究热点演变趋势

首先对获取的期刊论文数据信息进行规范化预处理，包括合并同义关键词、去掉泛义关键词等。鉴于CiteSpace软件计算原理，关键词中的“地下空间”、“城市地下空间”和“地下工程”不计入统计分析。再将处理好的数据信息导入CiteSpace 5.1进行关键词提取和分析。设置时间阈值为1981-2018，时间分片为1年，节点阈值为每时间分片中出现前30%的关键词。经运算，共提取出关键词节点125个，其中具有中介中心性的关键词36个（表1），突现词4个（表2）。CiteSpace中具有中介中心性的节点表示连接不同聚类（研究主题或领域）的节点，可能是某个研究热点转向另一研究热点的重要拐点 ；突现词是指特定年代（突变时间）有突发骤然增多的关键词，其代表该时间段内的研究热点。

表1 地下空间研究热点关键词Table 1 The hotspot keywords of research in urban underground space

关键词时区图能清楚地展示研究热点的变化趋势（图1）。由于关键词数量较多图中仅显示出具有中介中心性的部分关键词名称。关键词所在时点为关键词提取的初现时间，两节点间连线表示两关键词存在共现关系，两时区间连线越多则表明两时区间的传承关系越紧密。从图1中可以看出，2005年以后关键词数量开始迅速增多、关键词内容也不断丰富，表明研究主题、研究对象和研究内容在不断拓展。

表2 地下空间研究突现词Table 2 The burst keyword of research in urban underground space

图1 关键词时区图Fig.1 The timezone drawing of keyword

通过对关键词词义、出现频次以及突现词的分析发现：

（1）地下工程领域是地下空间研究最早开展的内容也是最重要组成部分。提取的125个中地下空间工程领域相关关键词27个，约占全部关键词的22%；具有中介中心性的热点关键词36个中，除去名词性关键词外，与地下工程领域相关的关键词11个，约占全部热点关键词的31%；地下工程领域关键词中的40%为热点关键词。

（2）地下空间资源受关注的时间较早但研究发展较慢。地下空间资源出现频次19，其突现时间为1994-2010年，但其中介中心性仅0.01，表明地下空间资源相关研究开展较早但相较于其它领域或主题其研究展开不多。

（3）地下空间规划和地下空间权受关注的时间较晚且研究展开不多。地下空间规划和地下空间权受关注或研究热潮时段分别为2008-2010和2010-2011年，而两者的中介中心性值较小，分别为0.06和0.04，表明两者相关研究展开不多。

（4）“可持续发展”成为城市地下空间开发方向，相关研究也逐渐展开。可持续发展作为关键词在时区图中出现于2004年，而其突现时间为2013-2015年，表明近年来城市地下空间可持续发展研究成是关注热点。

2.2 研究内容聚类分析

CiteSpace采用聚类来分析研究主题的演变，聚类图能体现研究主题间的结构特征，突出关键节点及重要连接。地下空间研究关键词的聚类分析结果如图2所示。节点和字体大小表示关键词出现频次，节点采用年轮样式（年轮节点能展现关键词出现的历史，颜色表示出现年份，厚度则与该年出现次数成正比），节点间连线表示关键词间共现关系，连线粗线则表示节点间连接强度。明显可以看出，“地下空间开发利用”和“地下轨道交通”是关键节点，“隧道”、“数值模拟”“地下空间资源”、“基坑”和“地下综合管廊”等是重要连接节点。

图2 关键词聚类图谱Fig.2 The cluster atlas of keywords

根据地下空间研究的知识图谱分析结果，发现：

（1）“地下空间开发利用”出现频次最高、中介中心性最大且为核心连接节点，这表明地下空间研究围绕着“地下空间开发利用”展开，因此保证、促进和指导地下空间开发利用是地下空间研究的根本目的和最终目标。

（2）从研究内容和对象上，地下空间热点研究领域有5个，分别为“地下空间工程”、“地下空间资源”、“地下空间权”、“地下空间规划”和“地下空间管理”。其中，“地下空间管理”研究通常与其它领域相结合，涉及内容较多、研究成果较分散，因此其不具有明确的中介中心性。

最终，根据知识图谱分析结果以及文献研究成果，梳理出地下空间热点研究领域及各领域的研究对象和研究主题，详见表3。

表3 地下空间的研究领域和主题Table 3 The fi elds and topics of research in urban underground space

2 基于实践的地下空间研究发展脉络

2.1 地下空间开发实践历程

地下空间研究与开发利用实践密切相关，厘清地下空间开发利用实践历程以及开发战略变化有助于梳理地下空间研究发展脉络。

我国地下空间开发利用始于20世纪60年代中后期的人防工程建设。是在“深挖洞，广积粮”号召下，为防备战争和保护战争潜力所开展的群众性地道建设活动。1978年，第三次全国人民防空会议确立了“平战结合”的人防建设方针。此后，城市建设开始结合民用建筑修建防空地下室（结建人防工程），以及地下街、地下商城等商业用途的地下工程，北京、上海等核心城市开始探索地下轨道交通建设。21世纪，地下空间开发的战略由“平战结合”转变为“与城市发展紧密结合”，提出多元化、综合化、集约化的开发利用地下空间，以提高土地利用效率、缓解交通拥堵等“城市病”、增强城市综合承载能力，实现城市可持续和集约化发展。地下空间开发类型拓展为地下轨道交通、地下停车场、地下快速路、地下过街隧道、地下交通枢纽等交通设施以及地下仓库、地下综合体等商业设施。截至目前，开发利用地下空间是我国城市建设和城市更新的重要组成部分，地下空间开发总量位居全球前列。

2.2 地下空间研究发展脉络

2.2.1 研究文献分析

年际文献数量分布能展现地下空间研究随时间的整体状态。本文所针对的1128篇研究文献的年际数量分布如图3所示。论文数量整体呈现年际指数增长的趋势，局部上2000年之前论文数量较少且呈现波动状态，2000-2005年论文数量平衡，2005年之后论文数量迅速增加，这与前述时区图（图1）中2005年之后关键词数量迅速增长相对应。

事实上，由于冶金采矿、水利工程等需要，岩石力学、开挖技术、洞体稳定、工程防水等属于地下空间开发的地下工程领域研究在上世纪60年代已经开展。由于这些研究针对的山区采矿、水坝建设等地下空间开挖，而非开发利用地下空间开展城市建设，因此本文不予考虑。但是，这些研究为开发利用地下空间建设城市提供了相关力学理论基础和开挖技术。1980年，“地下空间开发与利用”被列为国家“建筑科学技术发展规划纲要”的方向预测性研究课题之一[5]，标志着城市地下空间开发利用研究工作正式启动。

图3 1981-2017年际论文数量Fig.3 The annual number of research paper in 1981-2017

2.2.2 研究发展脉络

根据我国城市地下空间开发利用方针变化、实践发展历程、研究热点演变及研究内容演进，从研究围绕的核心问题和目标可将城市地下空间研究划分为两大阶段：

（1）1980-1999年：以解决地下空间开发技术问题为目标的研究

20世纪80年代初，受美日等国地下空间综合利用案例影响，以及我国城市建设面临的用地不足、交通组织困难、房屋过分拥挤等现实问题，利用地下空间开展地上与地下相结合的城市建设模式被提出[6]。利用地下空间开展城市建设的技术经济可行性[5]，以及如何结合城市建设开发利用地下空间[7]，成为城市地下空间开发利用最早的研究内容。由于地下空间开发实践的现实需要，解决地下空间开发工程技术问题、指导和促进地下工程建设的地下工程技术原理、结构设计、施工技术、施工工艺及建筑材料等地下工程领域研究成为关注重点并迅速发展[8-12]。整体而言，这一时期的地下空间开发利用主要类型为建筑物基础、地下管线等建筑附属物，研究关注重点和主要内容为土木工程学科体系下解决技术问题的地下工程领域，地下空间研究范式属于建筑附属物范式[2]。

（2）2000年至今：以促进地下空间资源利用为目标的研究

新世纪，地下空间开发利用对城市建设的重要性越来越明显，地下空间研究内容也进一步拓展：保证高层（超高层）建筑基础、隧道、基坑等大型地下工程的承载力、稳定性及安全性的设计原理、施工技术、项目管理、环境影响、施工安全等方面研究[13-16]；解决地下空间使用过程中暴露的矛盾和问题以及保证地下空间的安全使用的地下空间行政管理、安全管理、防灾减灾、应急管理、运营管理等研究[17-24]；提高地下空间资源利用效率和促进可持续开发的地下空间权属[25-28]、地下空间资源的特征分析[29]、资源评价与评估[30-31]、地下空间规划[32-34]、地下空间投融资[35]、地下空间开发利用法制[36]与监管[37]等研究相继展开。这一时期，随着地下工程领域研究进一步拓展和深化并在技术水平上达到国际领先水平，地下空间开发实践面临的主要矛盾转变为城市建设对空间的高需求与地下空间资源利用低效率之间的矛盾。因此，研究开始转向以实现土地的立体化开发以及地下空间资源利用为目标的相关领域，研究范式也从土木工程学科体系下、以工程技术为核心的建筑附属物范式逐渐转移到土地科学学科和资源学学科体系下、以地下空间资源利用为核心的资源利用范式[2]。实践表明，城市地下空间开发利用涉及众多学科，需要建立“地下空间学”促进地下空间开发利用[38]。

2.3 地下空间研究发展特征

为更加清楚地展现地下空间研究发展脉络与内容演进，以及总结研究发展特点和探讨研究未来发展方向，归纳提炼出各阶段地下空间开发利用实践与研究的主要内容和特征，如表4所示。地下空间研究及其发展具有如下特点：

（1）形成了以开发利用地下空间促进城市建设为目标的研究框架。经过几十年的发展，地下空间研究由最初的土木工程学科拓展到资源学、法学、规划学、管理学等多个学科领域，各学科从各自的视角对工程技术、空间资源、空间权属、空间规划、使用管理等方面展开了研究与探讨。

（2）研究内容的演进过程与开发利用实践发展历程相契合。开发实践由群众活动到“平战结合”指导下结合民用建筑开发利用空间再到“多元化、集约化利用空间资源”的大规模开发利用地下空间，研究则经历了解决开发实践需求与工程技术之间矛盾的初始期和城市建设发展对空间的高需求与空间资源利用低效率之间矛盾的发展期，两者相呼应且都与社会背景相对应。

（3）研究属于“问题导向型”和“实践推动型”发展模式。大规模开发利用实践暴露出越来越多的矛盾和问题，为解决这些问题与矛盾研究领域和内容不断拓展，的重点在于解决开发实践中暴露出的问题和矛盾，研究滞后于开发利用实践，而实践则推动研究内容和方向的演变，属于研究发展模式。

（4）研究重点开始转向地下空间资源可持续利用。随着地下工程技术水平的不断提高，工程技术不再是地下空间研究关注重点。而地下空间资源对于城市建设和可持续发展的重要性越加越突显，如何提高地下空间资源利用效率和实现资源的可持续利用是开发利用实践的最终目标也是研究的最后目标。

表4 地下空间开发实践与研究发展历程Table 4 The development history of practice and research of urban underground space

3 结论与展望

3.1 研究结论

（1）地下空间研究发展态势稳健。新世纪以来地下空间研究论文数量增长态势良好，研究领域、主题和内容不断拓展，形成了以开发利用地下空间促进城市建设为目标的研究框架以及该研究框架下的多学科研究体系。

（2）理论研究仍落后于开发实践。地下空间研究与实践的发展历程相契合，研究重在解决开发实践中暴露出的问题和矛盾，实践则推动研究领域、方向和内容演进，属于“问题导向型”和“实践推动型”研究发展模式。

3.2 研究展望

经过几十年的发展，地下空间研究取得了一定的研究成果，但仍存在理论落后于实践、各学科研究视角单一、研究成果分散等不足之处，为促进地下空间资源的可持续利用与开发，提出以下研究建议：

（1）构建地下空间时空发展研究范式。资源的可持续利用需要从时空角度来审视，地下空间开发与研究也需要放置于时间系统之下，构建一个以系统发展观、动态发展观、可持续发展观、人本发展观为基础，以时空分析、行为分析等方法为手段，以地下空间资源的可持续利用为目标的研究范式才能实现可持续利用。

（2）开展多学科交叉研究。系统总结和整合集成地下空间各相关学科的研究成果，围绕地下空间资源的可持续开发，开展多学科协作与协同创新，突破单一学科研究的局限，形成一个完善的地下空间理论框架，不断深入、广泛地探索地下空间开发利用的内在规律性以及科学合理的方法和技术，提高研究成果的理论指导意义和实际应用价值。