歐洲地質調查支撐服務城市發展規劃探索與實踐

滿地寶 便攜式鉆機

    自然資源管理體制改革要求建立統一的空間規劃體系，探索實現“多規合一”模式下的規劃編制。實踐證明，土地利用規劃、生態環境保護規劃和城市發展規劃都離不開對地上地下的統籌考慮，離不開地質工作的基礎性、先行性支撐。盡管城市地質工作已有近百年歷史，但是如何有效支撐服務城市發展規劃仍是城市地質“提質增色”面臨的一項重大挑戰。2013年，針對歐洲城市規劃中缺乏地質工作有效支撐的問題，歐盟國家地質調查聯盟實施了一項名為“城市地下空間”的計劃，探索如何推動地質工作及其成果真正納入城市發展規劃中。經過4年實踐，該計劃取得了一系列亮點性的成果，包括：形成了涉及地下空間調查8個方面的最佳實踐和可推廣的技術方法；開發了整合地上地下信息專門支撐城市規劃的“城市地質信息模型”（GeoCIM）；推動地質工作向數據管理，3D模型開發，知識開發、應用、傳播與集成等全鏈條延伸；加強城市地下空間專家與城市規劃者的溝通協調，促使雙方產生新的合作需求。本文對歐洲城市地質支撐服務城市規劃的探索和實踐進行了全面的分析，以期為加快推進我國城市地質工作提供有益參考。

    一、歐洲加快城市地下空間調查工作的背景

    在2013年啟動伊始，“城市地下空間”計劃首先對歐洲城市所面臨的重要地質問題和地下空間工作現狀進行了全面分析，以明確城市規劃對地質工作的需求。計劃選取了格拉斯哥、漢堡、赫爾辛基等12個城市，重點梳理各個城市地下空間工作現狀，包括過去城市地質工作所取得的成果和當前地下空間工作存在的不足，以及城市規劃對地下空間問題的重視程度和發展需求等�；�于此，計劃發布了一份題為《眼不見心不煩？城市規劃應考慮地下空間問題》的報告，在其中指出歐洲城市地質工作在支撐服務城市規劃中所存在的短板和不足，表現在歐洲地下空間調查工作對城市規劃的支撐較為有限，工作成果尚未納入城市規劃的范疇，地質工作基礎性、先行性的作用未能得到良好發揮，地質工作人員與城市規劃者之間缺乏有效溝通。針對地下空間受到重視程度不夠的問題，報告呼吁要加快歐洲城市地下空間調查工作。

    （1）具有一定工作基礎，但與城市規劃的關聯性普遍較差

    歐洲許多主要城市都有數個世紀的發展歷史，均已度過了快速發展階段，目前經濟繁榮，人口和經濟增長率穩定，處于后工業化階段。12個城市中，地下空間調查工作均有一定的基礎，其中大部分城市開展過地下水監測和建模工作，地下水監測網絡已建成或正在建設中；部分城市開展過土壤質量地球化學調查，且掌握一定的巖土工程數據；工作程度較高的城市如都柏林和格拉斯哥，開展過城市地下空間的三維建模。然而，從地下空間工作與城市規劃的關聯性上看，由于目前所開展的城市地質工作內容單一、服務面窄，且存在地下數據整合共享難度大等問題，絕大部分城市的總體發展規劃、計劃中都沒有專門考慮地質問題，城市地質工作也缺乏直接支撐城市總體規劃的產品，大多還處在數據生成階段，或者停留在服務特定市政工程、特定地下空間用途的層面，無法全面應對城市發展所面臨的主要地質問題、也不能滿足城市規劃的需求。

    （2） “頭痛醫頭，腳痛醫腳”，地質工作先行性作用未能有效發揮

    歐洲部分城市嘗試開展的地下空間調查工作，往往是用于解決城市發展中的單一性問題，或是針對某一城市特定的地下空間利用需求，通常是小范圍、低程度的。比如，科魯那將地質和地下數據應用于特定市政工程和建筑項目的規劃階段；歐登塞、盧布爾雅那和南特對地下水進行了有力管理；格拉斯哥側重對工業遺留問題的處理，包括土壤和水質監測，以及對礦山開采留下的隱患排查；奧斯陸和卑爾根利用地下數據對考古遺跡進行保護。歐洲這些經濟發展水平較高的城市在制定發展規劃時，不僅要考慮基礎設施建設等基本規劃問題，更多要考慮限制城市擴張、綠色和開放空間的保障、舊工業區的更新與改造等問題。由于缺乏對城市地上地下空間的綜合考量和總體統籌，城市地質工作不能有效發揮其在城市發展規劃制定過程中的先行性作用，無法提供全面科學的支撐。這也就導致了目前歐洲很多城市的地下空間調查工作及其成果未能被納入城市規劃的范疇。

    （3）地下空間調查開始受到重視，但與城市發展規劃存在需求對接不暢的問題

    歐洲已逐漸開始重視城市地下空間工作，但目前城市地下空間調查與城市規劃存在需求對接不暢的問題，突出表現在地球科學研究人員與城市規劃人員之間存在著溝通上的鴻溝，主要體現在兩個方面：一是全社會對地下和地質問題的認知度較低。提高認知度是一個重要的先決條件，不僅是針對專業人士（規劃人員和地球科學研究人員）中，更重要的是政府機構和社會大眾，從而推動城市規劃人員和地球科學研究人員之間產生合作需求。二是規劃人員和地球科學研究人員之間的溝通和相互理解亟待加強。兩個群體間需要在合作中建立一種能夠促進雙方相互理解并進行有效溝通的機制，使得規劃專家能夠清楚地說出他們需要什么（數據、信息、專業知識），知道哪些是已有的，哪些是沒有的；地球科學專家能夠清楚地理解規劃專家的需求，知道哪些是他們能提供的，或經一定工作后能提供的。

    二、主要進展與經驗

    計劃實施的4年中，“城市地下空間”計劃取得一系列重要進展：建立了城市地球科學家/地下空間專家（主要來自歐洲地質調查機構和高等院校）和城市規劃者、政策制定者及其他決策者之間知識的交流；探索形成良好的城市地下空間調查工作經驗和一系列技術方法；開發整合地下與地上信息的地質模型，實現地下水動態、熱量、巖性、可持續排水系統和工程性能的預測建模，可用于城市整體規劃、確定地下發展機遇、減少地質條件的不確定性從而降低成本；創新方法以推動地下空間數據的共享與傳播。突出表現在以下幾個方面：

    （1）積極開展多方面探索，打造形成良好實踐經驗與可推廣的技術方法

    在23個大小規模不同的歐洲城市所開展的專門服務于城市發展規劃的地下空間調查工作中，由于各個城市在地質、土地利用、氣候和歷史，以及可獲得數據方面都不盡相同，它們通常探索采取不同的技術手段和方法來解決所面臨的最緊要的地下空間、資源利用問題，以滿足城市規劃制定的需求。計劃在推進中，非常重視對相關探索實踐和技術方法進行評估，以形成良好實踐經驗。同時，致力于構建一套系統的方法，形成一些可廣泛推廣的方法和技術，以指導未來更多的城市開展地下空間調查。目前，這些技術和方法主要分為以下幾類：地下信息及規劃、數據采集與管理、三維城市地下建模和可視化、地下水、地熱監控和建模、巖土數據和危害、地下地球化學和文化遺跡等（表2）。

    表2  歐洲城市地下空間調查形成的良好實踐和方法技術

    這方面工作成效最為顯著的是英國格拉斯哥市。英國地質調查局在該市開展了地下水水位和流量的建模工作，并建立了地下水監測網絡；編制了該市的區域沉積物和基巖數字地圖，開發了沉積物和基巖的綜合三維地下模型；開展了土壤和沉積物地球化學調查。作為在英國的首次嘗試，格拉斯哥市議會基于英國地質調查局的三維模型，正逐步開發一套城市地下開發利用規劃體系，同時積極推動地下空間數據共享。這表明，格拉斯哥市政廳和英國地質調查局已開始初步建立地下空間數據信息共享渠道，并為城市規劃人員和地質工作者搭起了溝通的橋梁，從而推動城市地下空間調查工作逐步納入城市規劃中。

    （2）開發專門應用服務產品，不斷滿足城市規劃需求

    城市規劃者在制定決策時，需要大量的基礎數據作為規劃依據，包括城市人口、商業發展、社區流動性、健康發展、能源需求、土地利用條件和地下空間等，但這些本應相互關聯的數據往往是孤立和分散的。為了最大限度地發揮各類數據的效用，需要將它們整合到一個具有整體性、地上和地下統籌的系統中。過去的城市信息模型均存在一定的局限性，比如“建筑信息模型”（Building Information Modelling，簡稱“BIM”）綜合了城市開發項目中的相關數據，但使用上主要針對的是單個項目層面的設計、建造和管理階段，在更廣闊的城市層面上缺乏有效支撐；“城市信息模型”（Civil Information Model，簡稱“CIM”）可以看作是土木工程師和城市基礎設施專業人士對BIM在橫向應用上的拓展。這兩種模型最大的問題是都不包含地下空間和地下建筑的信息，且只是2D-2.5D視圖。為了解決現有信息模型的缺陷，“城市地下空間”計劃提出了“城市地質信息模型”（Geo City Information Modelling，簡稱“GeoCIM”）的概念，在BIM和CIM的基礎上進行拓展，將城市地表以上和以下的數據根據城市規劃和管理的明確需求進行整合。

    GeoCIM的建模過程涵蓋了多個層面的物理和功能數據的生成、共享、集成和管理，主要包括表層（天然和人為的地表特征）、人工地下層（人造地坪、地下基礎設施、地基）、自然地下層（地質單元、災害和過程）。GeoCIM采用3D或4D數字表達，支持數據更新，并且能夠滿足不同規模的需求，其成果的輸出形式靈活多樣。GeoCIM的主要目標用戶包括地下空間研究人員、城市規劃人員、政策制定者和普通大眾，可供個人、企業、政府機構和研究人員用于可持續地規劃、設計、建造、運營和維護各種基礎設施和城市資源，包括水、熱能、生態系統、電力設施、通信設施、交通網絡和建筑等。當前該模型的建立還處于探索階段，還沒有一個城市在GeoCIM建模上的實踐能達到完全符合GeoCIM概念設計，但一些城市在GeoCIM建模的某些方面取得了良好的進展（專欄一）。

    （3）推動地質工作向全鏈條延伸，更加有效支撐服務規劃制定

    不可預見的地質條件是繼市場機制之后城市基礎設施項目中最大的不確定性因素。從對城市發展規劃、政策制定的影響程度而言，以往的地質調查工作更多集中于獲取數據、繪制地圖等初級工作，以提交地質調查數據和簡單的分析結果為主，通常對城市規劃的制定影響程度較小，更多是一種參考性因素。而目前所推進的城市地下空間調查，直接的目的就是從根本上影響城市規劃的制定，推動城市地下空間問題納入規劃決策中，因此，在調查工作中更加注重形成具有決策影響力的信息和產品，包括4D和定制模型、地下空間資源多要素分析和地上地下綜合信息模型，這就推動地質工作向數據管理、3D模型開發、知識開發、知識應用、知識傳播與集成等后端流程延伸，不斷提高地質工作知識密集程度。

    （4）強調地質工作者與城市規劃者之間的溝通協調

    “城市地下空間”計劃的實施，通過地下空間專家和規劃者之間的協作，在努力形成了一個重要共識，即在規劃過程中及早交付地球科學數據和知識，將有效減少城市建設中存在的較大的不確定性。為解決過去存在的地質工作只管提交專業報告，規劃者無法充分使用，或者需求不能有效對接的困境，在計劃實施中，首先強調建立地下空間調查者和專家與城市規劃者之間要建立密切的合作關系和協調對接，尤其是在規劃制定的早期階段。不同發展階段，不同建設需求，以及不同地質背景的城市，也使得城市地質工作者與規劃決策者之間的溝通與合作向著深入化和個性化發展，迫切需要滿足不同城市規劃需求的定制化產品。奧斯陸要求明確城市規劃發展對地下信息的具體需求，格拉斯哥探索鼓勵地下專家參與城市規劃，鹿特丹市政府引導加強城市規劃者和地下專家之間開展交流，這些工作的目的都是不斷推進地質工作者與城市規劃者之間的溝通向著更深層次且更加有效的方向發展。

    三、下一步重點工作內容

    在目前的工作進程中，隨著對城市規劃建設的參與程度在不斷加深，地下空間調查的需求也在不斷深化，這也成為歐洲城市地下空間調查下一步重點關注的方向和領域，主要表現在以下幾個方面：

    1.地下信息和規劃

    一是形成恰當比例尺的地質和巖土信息圖件，諸如滑坡災害圖、基巖深度圖等，以更好地應用于戰略規劃。二是明確國家地質調查機構在支撐城市規劃的城市地下空間調查中的角色和定位。三是從現有城市地下空間總體規劃的更新或修改中獲得經驗。四是探索在具有限資源（如數據、時間和經濟資源）的城市，將地下信息應用到城市規劃的方法。五是加強城市地下空間管理，由于新建隧道、地鐵線路、文化遺跡、地下停車場和大樓地基與已經存在的地下基礎設施間的影響正變得越來越緊迫，必須加強地下空間不同利用方式間的協調。

    2.數據采集和管理

    一是明確與數據采集和管理政策有關的法規。二是采用標準命名規范，使用標準化術語。三是開發專用的數據交換和驗證工具。四是最大程度地利用公開的數據平臺。五是獲取多元數據以提高數據挖掘和發現能力，克服數據應用上的限制。

    3.3D地質地下建模

    一是充分認識城市地下空間的復雜性。由于不同城市的規劃對地質資料需求的詳細程度不盡相同，加之在城市中收集、獲取新數據存在一定困難性，要求地質工作者跳出傳統數據獲取來源（例如鉆孔、淺層地球物理），轉而更多地利用第三方數據。二是人工堆積物和自然沉積物的小規模綜合3D屬性建模要求新的建模方法。歐登賽的綜合方法取得一定效果，但仍需在其它城市進行測試。三是城市地下空間的特征和功能常常發生改變，要求城市地下空間建模保持更新，以便快速添加信息，并適應新的應用要求（如災害管理）。四是開發動態（4D）城市地下空間模型，對地下屬性進行實時監測。五是建立一個基礎性的地質框架模型，作為城市各種專用模型的一個共同基礎，以節省成本。六是力促在合適的時間，按照恰當的形式，提供準確的城市地下信息，從而推動地下空間調查納入城市規劃和管理中。

    4.地下水監測和建模

    一是以正式的法律或法規形式明確地下水監測基礎設施的規范。二是系統設計地下水監測網，由于城市地下水監測系統是逐步開發，具有臨時安排性質，通常無法滿足目前的監測需要。三是重點解決缺少地下水歷史資料且沒有監測基礎設施的城市建立地下水監測網絡所面臨的困難。四是加強對人工堆積物和地下基礎設施的含水層特性的認識，探索在地下水建模中如何有效考慮這些因素。五是對沿海城市地下水位與海平面變化之間關系進行建模。六是將實時監測數據整合到地下水模型中，便于進行城市規劃的預測和預報。

    5.地熱監測和建模

    一是基于當地和區域風險最小化，同時考慮中長期開發，將一系列地下熱水利用系統整合到一個網絡中。二是有效協調不同系統整合的復雜性，并將其融入城市規劃中。三是不斷優化地下熱水利用系統。四是研究地下熱水利用所產生的熱、化學以及微生物影響，以及它們對未來地下水利用的影響。

    6.巖土建模和災害

    一是提高城市規劃者和利益相關者對巖土建模和災害調查編錄重要性的認識。二是推動巖土建模和地質災害數據納入城市規劃的早期階段。三是鼓勵私人公司、地質勘查機構與市政府分享巖土數據，這可能需要通過一系列規范推動相關資料匯交至地質檔案館，或通過互利合作方式進行。四是確定2D/3D巖土模型與城市3D模型進行整合的最佳框架/標準。

    7.地下地球化學

    一是開發3D和4D填圖技術。二是加強地球化學數據采集和管理。三是推動實現地球化學的3D呈現和應用。

    8.文化遺跡

    一是評估現存遺跡遭到破壞的風險，破壞因素可以來自諸多方面，包括自然因素、政治或管理決策、土壤特征、歷史活動、水循環、人類活動等，正確認識這些影響遺跡的自然和人為的環境及過程，從而提高遺跡現場保護、遷移設計和科學管理的能力。在城市規劃過程中，需要將文化遺跡資源作為一個整體加以考慮。二是改變過去考古遺跡在城市規劃過程中往往受到忽視或沒來得及保護的困境，充分認識和利用地下環境作為考古遺跡的載體或為地面遺跡提供支撐的作用。三是構建現代可持續水管理系統，推動其對文化遺跡的保護，并產生更多效益。

    9.地下數據標準化建設

    一是構建開放、高效、共享的數據平臺，加快推進歐洲地下數據的標準化建設，包括數據記錄、采集、傳輸和歸檔的標準化，指導眾多地調機構、第三方機構采用標準化的數據格式生產新的數據。二是解決數據的整合難度大的問題，城市規劃所需數據來源廣泛，包括地質/巖土工程鉆井、地下水和地熱監測、原位和實驗室測試、地球化學調查、制圖和基礎設施建設等，目前不同的數據分散在不同的機構。三是對老的數據進行系統的電子化處理，解決封存在檔案里的數據無法有效利用的問題。

    10. 成果綜合集成工具

    一是開發并完善在線知識成果集成工具——“城市地下空間工具箱”，不斷整合計劃實施中所形成的各種資產（報告和出版物等）、良好實踐案例和推薦的技術方法等，以更加快速有效地推廣城市地下空間調查所取得的良好實踐和技術方法。二是提高“工具箱”支撐服務功能，重點在地下空間和資源的合理開發利用、城市地下生態系統保護、地下空間利用方式的有效管理等方面發揮指導作用。

    盡管歐洲地下空間調查在支撐服務城市發展規劃中已經做了大量的探索性工作，也取得了一定的成效，但一個為期4年的計劃是遠遠不夠的，該計劃的一個長期目標是推動地質和地下空間調查真正納入城市規劃中，進而推動全球城市可持續發展。因此，未來該計劃將開展更為廣泛的國際合作：一是加強與歐洲內外對地下空間資源利用感興趣的組織（國際隧道協會（ITA）、國際地下空間聯合研究中心（ACUUS）、“智慧城市”）之間的知識成果交流和經驗共享，并協同行動；二是在中國《“十三五”國家科技創新規劃》的引導下，加強與中國城市在地下空間調查、開發和利用等方面的協作，與中國建立密切的合作關系并共享知識經驗；三是通過歐洲一些國家的國際開發項目，獲取世界快速城市化地區（亞洲和非洲）城市地下空間相關知識和實踐經驗。

滿地寶 便攜式鉆機

上一篇：地學旅游是實現地勘行業轉型的路徑之一
下一篇：自然資源時代礦產資源怎么管？請看礦政管理體制機制改革的廣西經驗