烏魯木齊市城市地下空間需求預測
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摘要：以烏魯木齊市城市規劃文本、社會人口和2002—2016年建設用地等數據，采用人均需求模型和灰色系統模型對烏魯木齊市中心城區的地下空間需求量進行組合預測，綜合各個模型得到的結果，預測得到烏魯木齊市地下空間需求量。結果表明，烏魯木齊市的地下空間開發利用處于快速增長的階段，未來一段時間仍將持續高速發展的態勢，且用地需求主要集中在存車用地和商業用地。
關鍵詞：地下空間;需求預測;烏魯木齊市
中圖分類號：TU28 文獻標識碼：A
文章編號：0439-8114（2019）06-0044-06
DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.011 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：
Abstract： Based on the data of Urumqi city planning text， socio-population and 2002—2016 construction land data to predicted the demand of underground space. By the per capita demand model and gray system model for the urban area of Urumqi， through the corresponding underground space allocation coefficient. After synthesizing the results obtained by each model， the future underground space demand in Urumqi was obtained. It was found that the development and utilization of underground space in Urumqi was in the stage of rapid growth， and which would continue to develop at a high speed for some time to come.
Key words： underground space; demand forecast; Urumqi
地下空間的開發利用與規劃有著密切的聯系，在城市地下空間規劃中，地下空間需求量的預測是非常關鍵的一項工作。地下空間需求量的大小直接影響對地下空間的開發利用[1]。了解烏魯木齊市地下空間的需求，有利于地下空間的有序合理開發利用，促進城市三維空間協調發展、改善城市生態環境質量、提高土地資源利用效率、增強城市可持續發展能力。目前，城市地下空間開發利用適宜規模還沒有公認的成熟預測方法。歸納總結國內的地下空間需求預測方法主要有以下幾種：①人均需求預測法是在城市規劃用地人均指標基礎上相加得到人均生活用地面積，推算人均用地規模，結合規劃人口規模，計算得到城市地下空間需求量。②建設強度預測法是通過地面規劃建設強度計算城市地下空間需求量，將總體規劃指標歸納為主要影響因素，并以此為基礎將城市建設用地劃分為若干地下空間開發層次進行需求規模預測，確定各層次的新增地下空間建設用地，得到地下空間的需求量。③功能需求預測法是根據城市地下空間使用功能類型進行分類、細化，分別對不同功能類型的地下空間進行預測，加和求出地下空間的需求規模。④類比預測法，以類似城市、地區的已建成地下空間總量作為參考，分析城市地下空間規模占地上總建筑規模的比例，賦予研究區域地下空間規模與地上空間規模不同的比值，再根據總體規劃確定的地上空間總規模，計算得出地下空間的需求量。⑤綜合需求預測法從城市的區位需求、系統性需求、設施需求3個方面出發，對城市地下空間需求規模進行預測。根據烏魯木齊市的實際情況和數據的可得性，選用人均需求法和改進后的功能需求法對烏魯木齊市地下空間的需求量進行預測。
1 研究區域概況與研究方法
1.1 研究區概況
烏魯木齊市位于新疆中部，地處歐亞大陸腹地，轄區東以恰克馬克塔格至大河沿一線與吐魯番市接壤;西以頭屯河與昌吉市為界;南以喀拉塔格-克孜勒伊接南山礦區，突出部分折向東南，沿未日洛克-阿拉溝以東與托克遜縣相連。烏魯木齊市是新疆維吾爾自治區的首府，南北疆交通的樞紐，也是第二座歐亞大陸橋中國西段的橋頭堡，是中國西部地區重要的中心城市和面向中西亞的國際商貿中心。全市總面積13 783.1 km2。根據國際發達國家地下空間大規模開發利用的情況，到2009年烏魯木齊市人均GDP約為6 000美元，已具備地下空間快速發展的經濟條件。
烏魯木齊市地下空間利用主要分布于天山區、高新區、沙依巴克區、水磨溝區，現有地下空間以市政管線、民防設施和地下配建停車場為主，地下空間開發利用處于初級階段，開發量較小，多位于地下淺層，布局分散，沒有形成功能完善的地下空間綜合體。
烏魯木齊市區地下空間存在介質主要為土層， 地質環境在采取相應的技術措施基礎上，較為適合地下空間開發利用。但應盡可能避開在地質斷裂帶進行地下空間開發，如需開發應加強地基處理，滿足抗震要求。
1.2 研究方法
1.2.1 人均需求預測 城市規劃用地人均指標分為人均居住用地、人均服務設施用地、人均工礦倉儲用地、人均綠化用地、人均人防用地等[2]，以烏魯木齊市的城市總體規劃、國家各類人均建設用地標準為依據，以城市未來人口數量為基礎，測算烏魯木齊市未來用地需求總量，根據地下空間分配系數測算地下空間需求量。 式中，S′為地下空間向量;S為各因素所需的地面面積，mi為各因素分配到地下去的比例系數，0≤mi≤1，mi的大小根據國家相關標準和城市的實際情況，并結合相關城市的實際操作確定。Ki為各類人均建設用地面積，W為烏魯木齊市常住人口數。
1.2.2 灰色模型預測 灰色預測模型的核心是GM（1，1）模型，可根據少量的已知信息進行建模和預測，當前已應用于各類實際預測模型中。該模型類似一個微分和差分方程，同時具有指數、差分、微分等數學特性，模型的參數和結構可根據已知的參數變化來選擇少量的數據信息，打破了大樣本數據建模的局限性[3]。對2002—2016年的建設用地數據進行數據累加使數據呈現一定的規律性，起到降噪的作用。通過構造累加矩陣B與常數向量求解灰參數得出預測模型。模型建立后不能直接使用，需用方差比檢驗法和小誤差概率檢驗法對模型進行檢驗，預測精度通過要求后才可使用。該模型的預測精度由小誤差率P和方差比C同時決定，如果小誤差率P>0.7且方差比C<0.65，則該模型預測值具有一定的可靠性;若小誤差率P≤0.7且方差比C≥0.65，則該模型預測值不可靠（表1）。
根據2002—2016年的建設用地數據[4]，通過灰色模型預測得到2017—2030年的建設用地預測數據，通過《2016年烏魯木齊市土地利用現狀變更表》得到2016年烏魯木齊市中心城區各類建設用地總量，從而測算出烏魯木齊市未來用地需求總量，根據地下空間分配系數測算地下空間需求量。
各類建設用地需求灰色預測模型如下。
1）x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（k）是要預測的原始數據，分別將各類建設用地數據帶入，對原始數據進行累加生成處理。
可以得到一個規律性更強的新數列，變化更加平穩。
2）定義灰微分方程。
式中，a、b是待辨識的參數，a是發展系數，b是灰作用量。a、b的值可由最小二乘法求出。
3）將新數列的變化趨勢用微分方程表示。
4）求出預測模型。
對建立的模型進行檢驗，模型精度通過驗證后得到的結果才具有一定的準確性，由此可以得到各類建設用地的預測值。
地下空間需求預測模型簡記為S′=βi·S （6）
式中，S′為地下空間向量;S為各因素的建設用地面積，βi為各因素分配到地下去的比例系數，βi的大小根據國家相關標準和城市的實際情況，并結合相關城市的實際操作經由專家審定后確定。
2 預測過程及結果分析
2.1 預測過程及結果
2.1.1 人均需求法預測過程及結果 根據烏魯木齊市的實際情況，選取以下因素作為預測地下空間的考慮要素，并根據烏魯木齊市常住人口和人均對周圍環境的需求，即可對各因素所占面積進行預測。
根據《2016年烏魯木齊市統計年鑒》[5]，2015年烏魯木齊市常住人口為355萬人;根據《烏魯木齊市城市總體規劃2014—2020》[6]，到2020年，烏魯木齊市常住人口預計達到410萬人。
根據有關統計和《烏魯木齊市城市總體規劃2014—2020》，經過綜合考慮，得出各類人均用地面積（Ki），結果見表2。
關于地下空間分配系數mi的確定，各類建設用地所需考慮的因素不同，如表3所示。其中，考慮到居民居住的舒適度，選定居住面積分配到地下的數值為0;公共設施用地的分配比值參考其他大城市地下空間預測值下限的60%左右獲得;對商業服務用地采用東京商業用地地下空間開發強度均值0.2為基準[7]，對比烏魯木齊市與東京的相關經濟指標，根據實際發展狀況最后確定分配系數為0.09;工業用地為了滿足一些特殊工藝對生產環境恒溫、恒濕、無震動的要求，參考東京的分配系數為0.008，得到地下空間分配值;倉儲地下空間應按防空防災要求用于貴重物資的安全貯存和部分貨運車輛的防護，參考工業用地地下空間需求量預測取值，按用地面積的3%計;公園和綠地是戶外活動的理想場所，有利于城市居民緩解壓力、脫離緊張的工作環境，創造和諧美好的城市空間，故不宜分配到地下，分配系數取值為0;道路交通包括路面道路和軌道交通，單純的地面路網已不能疏導過大的車流量和人流量，需要發展地下軌道，結合實際情況，并咨詢國土資源局相關規劃部門，確定分配到地下的比值為0.08;由于地面空間緊張，停車空間大部分應該建在地下，而地下建筑單位面積的施工費較高，故參照各種技術經濟指標定為0.50;當城市受到戰爭或其他自然和人為災害的威脅時，建立以地下空間為主體的城市綜合防災空間體系可以充分利用地下空間抗爆、抗震、防火、防毒、防風等優勢，有效地起到綜合防災減災的作用，因此分配到地下的比例由防空防災規劃確定為0.90。人均需求法預測地下空間分配系數mi匯總見表3。
根據表2、表3，結合不同時期烏魯木齊市中心城區人口數，推算出城市地下的各類用地面積，從而估算出烏魯木齊市地下空間的總需求量預測值。隨著人口的增長，預計到2020年，地下空間的需求量達到3 733.87 hm2，其中包含現已開發的地下空間面積（表4）。
2.1.2 灰色模型法預測過程及結果
1）數據修正。國土資源部門建設用地的供應數量以確保政府制定的投資重點項目落地見效為根本，供地量會隨政策導向的變化出現波動，國土資源部門優先保障國家、自治區及烏魯木齊市重點項目、重要產業國有建設用地需求量;其次，保障公共管理與公共服務用地、交通運輸用地、保障性住房用地，各類建設用地供應量會因當年政策傾斜而相互影響;商服用地和工礦倉儲用地是根據實際的需求進行供應，當年的經濟發展狀況與工地的數量密切相關;還有辦理審批手續的時間問題造成供地時間的拖后、政府資金的使用情況都會影響本年的建設用地供應量。需根據實際情況對得到的建設用地數據進行修正，結果見表5。 2）模型預測?；疑A測通過鑒別數據之間發展趨勢的相異程度，即進行關聯分析，并對原始數據進行生成處理來尋找系統變動的規律。MATLAB具有強大的數據處理和分析功能，可以方便、快捷、準確、直觀地進行預測分析。通過MATLAB進行編程對2002—2016年的烏魯木齊市建設用地供應數據進行處理，得到2017—2030年烏魯木齊市建設用地供應的預測數據，結果見表6，且模型精度均通過檢驗，得到的預測值有一定的可靠性。
烏魯木齊市中心城區包括天山區、沙依巴克區、新市區、水磨溝區、經開區、米東區，通過2016年烏魯木齊市土地利用現狀變更表得到2016年中心城區建筑用地面積為69 871.54 hm2，其中商服用地5 904.17 hm2，工礦倉儲用地23 187.17 hm2，公服用地8 809.26 hm2，交通運輸用地與水利設施用地14 091.76 hm2，住宅用地17 879.18 hm2。根據表5可得到2020年和2030年的建設用地面積，具體見表7。
商服用地、工礦倉儲用地、公服用地的分配系數參考mi的取值，交通運輸用地與水利設施用地的用地指標沒有區分，而水利設施的地下空間需求相對較弱，調整后的分配指數為0.05。住宅用地就要有一定的私密要求，對其內部地下空間的利用以滿足自身的存車等功能為主，一般布置停車庫和物業管理用房等配套設施，同時滿足民防設施配建要求，結合《烏魯木齊市地下空間開發利用總體規劃》和向烏魯木齊市國土資源局規劃部門征求意見得出住宅用地的地下空間分配系數取值為0.07?；疑Ｐ头A測地下空間分配系數具體見表8。
根據表7、表8，可推算出2020、2030年的城市地下各類建筑用地的面積，從而估算出2020、2030年烏魯木齊市地下空間的總需求量預測值。隨著時間的推移預計到2020年，地下空間的需求量達到3 817.45 hm2，到2030年，地下空間的需求量達到7 065.38 hm2，其中均包含現已開發的地下空間面積（表9）。
2.2 預測結果分析
根據灰色系統模型預測得到的2017—2030年的建設用地數據中包含了中心城區以外的區域，因此得到的數值比中心城區范圍的指標更大。根據烏魯木齊市的實際發展狀況，綜合不同的因素最后得到2020年的地下空間需求量為3 800.00 hm2。預測到2030年的地下空間需求量為7 000.00 hm2（表10）。
3 小結與討論
由于需求預測對預測精度的要求高，單一預測方法總有各自的缺點，預測結果往往不能滿足需求。因此，在所獲得的數據量有限的情況下采取人均需求-灰色系統的組合模型進行預測，可以提高預測精度，使得到的結果更加可靠。
以烏魯木齊市為研究區域，依據社會經濟統計資料、城市規劃文本、2002—2016年建設用地數據等資料，采用人均需求模型和灰色系統模型預測烏魯木齊市未來年度建設用地規模，預測結果通過模型精度檢驗，得到的結果具有一定的可靠性。再通過地下空間分配系數得出未來年度烏魯木齊市中心城區地下空間需求量。綜合各個模型的預測數據得到更加準確的預測結果。
結果表明，烏魯木齊市的地下空間開發利用處于快速增長的階段，未來一段時間仍將持續高速發展的態勢，通過人均需求法預測得到的結果來看，地下空間需求主要集中在存車、道路交通和商服用地?；疑Ｐ皖A測法得出地下空間主要需求也來自住宅用地（存車、配件設施需求）、道路交通和商業用地。由此可以得出烏魯木齊市地下空間開發利用應著重解決城市的停車問題，大力發展地下交通和地下商業。通過本研究可以反映烏魯木齊市未來一段時間內的地下空間需求量。需求量并不等于實際的地下空間開發數量，實際的開發情況要根據國土部門的相關政策規劃和施工技術條件等決定。預測結果可為決策者提供社會經濟發展和地下空間土地利用規劃的參考依據，使得其更加有目的地研究地下空間建設用地的開發利用，并通過合理調控，不斷完善地下空間、有序發展城市三維空間、改善城市生態環境、提高地下空間土地集約利用水平，使地下空間開發建設步入系統化、規范化的軌道。避免開發過度，使城市空間可持續發展。
參考文獻：
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