城市地下建构筑物调查方法研究

城市地下建构筑物调查方法研究

王群1，赵卫丽2，金守哲1

1.自然资源部第三地形测量队，黑龙江 哈尔滨 150081；2.黑龙江地理信息工程院 黑龙江 哈尔滨 150081

摘要：本文着重讲述了城市地下空间调查中地下建构筑物的调查方法，通过资料收集、数据提取加工、三维建模等技术手段，为城市管理数字化转型提供数据支撑，间接服务于城市规划、日常管理等领域。

关键词：地下空间、数字化

Research on the investigation method of urban underground buildings and structures

Wang Qun1，Zhao Weili2，JinShouzhe1

(1.The Third Topographic Survey Brigade，Ministry of Natural Ｒesources，Harbin,150081; 2. Heilongjiang Geographic Information Engineering Institute, Harbin 150081 )

Abstract: This paper focuses on the survey methods of underground buildings and structures in the urban underground space survey. Through data collection, data extraction and processing, three-dimensional modeling and other technical means, it provides data support for the digital transformation of urban management, and indirectly serves urban planning, daily management and other fields.

Keywords: underground space, digitalization

引言

进人21世纪以来，随着我国城市化进程的进一步加快，城市的集聚效应进一步凸现，随之而来的土地短缺、交通拥堵、环境恶化等城市问题也日趋严重，城市的无序蔓延带来了城市运转效率低下、防灾能力薄弱等城市病已严重影响到城市的正常运行和百姓的日常生活。[1]

地下空间作为重要的国土空间资源，在集约、节约利用土地，构建高效便捷的紧凑型城市方面具有重要的作用。[2]

面对城市的可持续性发展 ，应强化对地下空间的有效开发 ，通过发展地下空间来为城市提供有效的服务，利于子孙后代的不断发展，成为当前城市发展与建设的重要使命之一。[3]

近年来，为查清已建成地下工程的位置、体量、分布、利用状况，上海市规划和国土资源管理局结合市科委“城市地下空间权籍调查与管理关键技术研究和应用示范”等项目，持续推进地下空间初始调查工作[4]，全面摸清已建成地下建构筑物，为城市地下空间规划提供数据支撑，已成为当代测绘人必须要面对的课题。

1.城市地下空间调查内容

由于人类建设活动包括人防工程建设、市政工程建设、土地与房屋建设、交通工程建设等不同建筑工程领域，对城市地下空间利用状态不尽相同，综合各类建设工程对城市地下空间利用情况，地下建构筑物调查内容总体上分为地下交通工程、地下场室和隐蔽的地下工程。

地下场室是指地下建筑工程竣工后，人类活动仍能到达的区域，包括地下停车场、地下仓库等建筑工程。地下场室的调查内容包括地下场室地下四至范围、上下地面高程、分层面信息以及场室内的各类要素，包括出入口、楼梯、斜面、行车道、墙体、立柱、集水坑等。

地下交通工程指城市轨道交通工程地下场站、地下隧道、地下过街通道等。

隐蔽的地下工程指不能通过常规的外业实测方式进行量测的各项地下工程，包括桩基、基坑等。调查内容包括桩顶标高、桩底（桩尖）标高、位置信息、型号等。

2.城市地下空间调查方法

城市地下空间数据调查根据调查内容不同、精度要求不同，可以采用内业数字化法、外业实测法和内外业结合法进行。

2.1 内业数字化法

内业数字化法指通过收集地下空间设计、竣工资料，通过总平面图、平面图、剖面图等图件及竣工测量报告、桩基静载荷报告等文字资料经图件纠正、要素矢量化、信息提取等技术环节，获取地下空间数据的方法。

1、地下空间资料来源

地下建构筑物项目资料主要分为房建项目档案和行业项目档案。以上海为例房建项目收集渠道以市、区两级城建档案馆馆藏资料为主，部分民防工程图档为市、区民防部门管理。轨道交通、道路桥梁、防汛墙以及其他市政线性工程、场站工程的档案以各行业档案管理部门为主，各行业分别收集。

2、内业数字化法作业流程

1）资料规范化整理

每个项目中都有大量的竣工图档资料，首先确定资料内容主要是地下将构筑物竣工图纸，包括总平面图、分层平面图、剖（立）面图，以及桩基、桩基围护结构的平面图、剖面图等。

通过对所有的项目图档资料逐一查看，遴选出本次工作需要的图档资料，通过填写资料搜集记录表、执行归档技术要求等完成图纸资料的梳理、分析和归档，形成记录。

2）图件资料矢量化

图件资料矢量化的目的是通过矢量化图形表达地下空间位置、形态、要素等信息。矢量化过程中首先要对规范化后的平面图件根据实际尺寸进行纠正，在考虑图件伸缩、卷曲，甚至折叠、褶皱等形变的前提下，竣工图件的几何纠正宜采用仿射变换模型[4][5]，在矢量化软件内提取各类地下建构筑物要素，包括外围护墙内墙体、出入口等等。提取的各要素尺寸与实际尺寸保持一致。矢量图形文件按照点、线、面分图层表达。

3）地理配准

地理配准的目的是要确定地下空间的绝对位置，地理配准可采用总平面图配准和地形图配准。总平面图配准是根据收集到的总平面图上控制点绝对坐标进行定位，在没有总平面图或总平面图无法用于配准的情况下，采用地形图上同名点坐标作为控制点进行配准。

4）数据库建设

数据库建设的目的是记录不便通过矢量化图形表达的各项属性信息，提取的信息以数据库形式保存，并与矢量图形进行关联。

要素属性表

2.2外业实测法

外业实测法指通过野外实地测绘，获取地下空间空间位置、高程、要素信息，经外业踏勘、控制测量、地下空间要素测量、数据库建设、三维建模等技术环节，获取地下空间数据的方法。

（1）外业踏勘调查：外业踏勘调查的目的是了解测区地下空间分布情况，获取地下空间业主方信息及联系方式，与地下空间业主方沟通获取进入地下空间内部测绘准许。

（2）地面控制测量：通过网络 RTK 定位、导线测量方法，开展地面控制测量，通过水准测量，开展地面高程控制测量，完成平面控制点、高程控制点测设。

（3）地下控制测量：通过导线传递，将地面控制传递至地下空间；通过导线测量、三角高程测量，在地下空间内部布设图根导线。

（4）地下空间要素测量：通过全站仪极坐标法、钢尺量测法等，对地下空间要素点的平面坐标、分层顶板、底板高程等进行实地测量。

（6）地下空间要素图制作：在汇总外业中间过程成果的基础上，通过地下空间要素解析与展绘、拓扑检查，分层制作地下空间要素图。

（7）地下空间数据建库：。

2.3 内外业结合法

内外业结合法指通过内业数字化法获取地下空间各要素相对位置、属性信息，通过外业实地测量回去位置信息、高程信息的作业方法。工作流程可以分为：内业资料收集处理、外业调查核实、内业矢量化、定位测量、绝对定位5个阶段。

内业资料收集处理：通过内业资料收集处理，掌握地下空间总体分布情况，为外业调查核实提供数据基础。

外业调查核实：主要调查核实地下空间实地情形与内业资料反映情况是否相符，是否存在重建、装修、翻新等改造。确认内业资料收集处理与实地情形一致后，进入内业矢量化阶段作业，不一致则采用外业实测法完成地下空间调查。

内业数字化：作业方法参照2.1

定位测量：通过选取一定数量特征点，一般选取地下空间内部外围轮廓点，特征点平面坐标、相对间距、上顶下底高程等定位信息。 

绝对定位：根据实测的相关数据，对内业矢量化采集的图形进行定位，同时根据多余观测特征点坐标对定位精度进行检验，对定位不合格的地下空间原则上认为发生了重建、装修、翻新等改造情况或收集的资料不可采信，转为外业实地测量方法完成地下空间调查。

3.地下空间调查方法对比

内业数字化法具有获取数据速度快成本低的优点，但受限于资料收集、保存、归档情况、原始资料准确定情况，内业数字化法并不能保证地下空间数据获取的完整性，故内业数字化法适合应用场景对地下空间数据完整性要求不高、精度要求低的情况，如城市地下空间分布情况分析。

外业实测法具有精度高、要素与实地一致性高的优点，但测量活动只能对可见的地下空间部分进行测绘，如地下停车场，不能对隐蔽的地下空间要素进行测绘，如桩基，成本高不适合在地下空间普查方面全量采用。因此外业实测法适用于应用场景对精度要求高的情况，如城市地下施工。

内外业结合法结合了内业数字化法和外业实测法两种方法优点，损失了部分精度合要素与实地一致性要求，适用于预算有限应用场景对地下空间完整性要求较高的情况，如城市地下空间规划。

参考文献:

[1]王海阔,陈志龙.城市地下空间规划的社会调查方法研究[J].地下空间与工程学报,2009,5(06):1067-1070+1091.

[2]赵怡婷,吴克捷,石晓冬.国土空间规划体系下的地下空间规划管控方法探索——以北京城市副中心地下空间规划管控为例[J].隧道建设(中英文),2022,42(02):313-319.

[3]宗言.城市中心区地下空间规划设计分析[J].城市地理,2016(22):30-31.

[4]顾卫锋,唐杭.上海城市地下空间调查数据采集方法与精度研究[J].上海国土资源,2014,35(02):74-78+85.

[5]徐东风,高俊强,谢文国.常州市城市地下空间数据采集及测量方法应用[J].交通科技与经济,2015,17(04):121-124+128.DOI:10.19348/j.cnki.issn1008-5696.2015.04.029.