应用地理信息系统技术的地下防灾空间选址研究

时间：2024-08-31

杨智云

（新疆国源测绘规划设计院有限公司新疆库尔勒 841000）

近年来，随着我国城市化进程的加快，越来越多的人口和资源向城市集中。目前，我国城市灾害损失约占全国总量的70%，城市灾害发展迅速［1］。城市防灾问题备受关注，只有对城市灾害及其减灾进行更多研究，才能确保城市未来的安全。

基于城市防灾机制，城市防灾能力取决于城市空间结构和规划设计。目前，城市防灾体系是通过地面空间的开发实现的，地下空间的潜力尚未开发，它受到了很多关注。防灾空间是城市不可分割的一部分，防灾空间的物理形态会受到城市纵向集约发展的影响。地下空间具有热稳定性好、安全性高、防水性强等特点，在地上空间遭受巨大破坏时，地下空间对于城市功能的维护和灾后恢复具有不可否认的优势。开发地下空间，提高了城市安全体系和防灾能力，正在成为城市防灾的主要内容［2］。然而，城市防灾需求尚未系统地融入地下空间开发过程，地下空间的利用受到限制。

地下防灾空间作为城市综合防灾体系中不可或缺的关键要素，是一个由人防、地下交通、地下贸易组成的庞大子系统，形成多层次的半网络组织。现有关于地下空间灾害防治的研究成果尚不明确，大部分结论只是提出总体规划层面的主观原则或一般要求，而忽略了场地的详细描述和选择方法。目前，计算机技术和地理信息系统（GIS）的改进应用为地下防灾空间的定性和定量分析奠定了坚实的基础［3］。

本研究以库尔勒市某核心区为例，建立评价模型，基于GIS分析，对各类地下空间防灾场地进行评价，为地下空间规划提供量化数据库，提升城市防灾能力。此外，该数据库的进一步开发还可以提高城市防灾的管理和决策水平。

1 GIS在地下防灾空间选址中的应用

城市是一个由经济、社会、自然等因素构成的复杂系统，地下防灾空间的选址也受到复杂因素的影响。由于这些因素对评价目标的影响程度不同，需要建立定性和定量分析相结合的综合评价模型。防灾地下空间是城市地下空间的一部分，其选址应考虑其他要素之间的关系，评价指标体系应满足城市防灾空间的功能、适用性和优化要求（如图1所示），它将最大限度地利用城市地下空间［4］。

图1 评价指标体系

1.1 建立评价指标体系

根据专家评分结果，定义基本要素和影响因素，并通过进一步分析，列出影响最大的因素。本研究建立了一个评价指标体系，比较了各因素之间的关系。本研究在考虑如何发挥防灾作用及如何将其与城市建设相结合后，选取功能性、适宜性和防灾3个要素作为选址的主要影响指标。然后，根据影响因子的选取原则、数据获取的难易程度和评价对象的实际情况，选取相关评价因子构建指标体系。具体指标从以下几个方面确定［5］。

1.1.1 功能性

地下空间作为一种防灾空间，必须在防灾定位上发挥作用。为便于疏散和救灾，选址应便于交通，布局合理，主要考虑以下3 个因素。一是目标与重要目标位置的距离要近，重要目标包括通信、能源、食品、市政、工业制造和金融领域的大型工厂和公司。二是良好的交通条件很重要，如果离城市主干道较近，可以提高逃生和复发效率。三是设计优化。一个项目在一定范围内提供庇护，为了不与防灾地下空间的“覆盖”重叠，新项目应远离现有项目。良好的设计形式可以最大限度地保护扩建项目。

1.1.2 适宜性

即选址要与城市规划相适应，与土地利用政策相协调。不同城市用地利用城市地下空间的可行性存在差异。一般来说，公共设施用地最适宜，其次是绿地、工业用地、商业用地、居住用地和不适宜建设用地（如水域、历史建筑区和自然保护区等）。

1.1.3 防灾性

这意味着在选址时要考虑规避灾害风险，提高防灾能力，可通过地质条件、海拔、FAR（容积率）等因素进行评价［6］，如图2所示。

图2 防灾性指标

1.2 建立评价模型

在这种情况下，本研究构建了规划区各评价单元各因素之间的关系，建立了多因素评价模型。在每个评价单元中量化各因素对选址的影响，最后计算出综合评价得分，综合评价模型为：

式中，y为综合评价得分，Sik为各评价单元中i元素在k因子处的评价得分，uik为k因子的次权重，wi为i元素的权重。

1.3 权重测定

因子权重在选址中表现出影响程度，首先由专家判断因素的重要性，然后通过同一层次的比较，给出各要素的重要特征值，并用特征值建立矩阵。从矩阵中提取特征向量并测试其一致性后，得到相对权重值。由于目前已有许多已证实的重量测定方法，因此本研究尚不进一步探索。

1.4 数据获取和计算

数据是GIS 综合评价过程中的关键组成部分，在这种情况下，应用于评价的地理信息包括防空工程现状、地质条件等信息，数据来源于CAD 文件和传统地图文件，数字化后导入GIS，在GIS中，通过空间分析可以对数据进行处理。当指标体系扩展到传统方法难以获得的坡度、坡向等指标信息时，GIS的三维分析和空间分析能力就可以解决这一问题。在这种情况下，通过ArcGIS平台上的评价模型，结合评价指标，对GIS数据进行处理，基本评价单元设置为10m×10m（单位集越小，评价结果越精确），主要分析过程如图3所示。

图3 空间分析过程

本研究首先对收集到的不同类型的信息进行整理，将传统的非数字信息格式化为数字形式。根据指标体系，提取评价所需的数据，导入GIS。由于研究的方法是对栅格数据进行分析，所以必须将矢量数据转换成栅格形式。数据录入完成后，可以在GIS 中建立数据层。对每个因素的评价有多种分析方法，主要应用有缓冲区、叠加、距离分析等，经过初步计算分析后，再应用重分类函数，根据评价标准对生成的值进行赋值，并绘制了各因子的专题评价图。最后，利用ArcGIS的栅格计算功能，在综合评价模型中计算出各评价因子的得分，生成综合评价图。在该地图中，各评价单元根据评价模型，通过GIS，计算出评价得分。然后，将分数分为5个等级，用同一颜色的不同饱和度来识别，每个单元以分级颜色显示。高饱和度的颜色意味着高得分水平，同时适宜性更好，并生成最终的选址评价图，综合评价图如图4所示。

图4 综合评估图

2 评价结果

本研究以规划区内设定的单元为基础，对地下空间的防灾适宜性进行评价，通过综合评价模型，得出各单元的评价得分，并在GIS上进行图形化显示。此模型综合考虑了功能性、适宜性和防灾性等因素，其适宜性随着分值的增加而提高。综合评价图显示了规划区地下防灾空间的有利位置分布，一级用地占整个规划区的16.7%，中部地区用地相对集中，其余为零散用地。