地下管线监测与城市发展适应性分析
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作者王泽根 等
出版社科学出版社
ISBN9787030520296
出版时间2017-04
装帧平装
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定价118元
货号25081276
上书时间2024-10-30
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前言
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导语摘要
《地下管线监测与城市发展适应性分析》以**次地理国情普查工作为契机，以城市发展适应性理论为支撑，阐述地下管线空间布局安全性、地下管网承载力和地下空间资源利用状况与城市发展的相互关系，以地理国情普查成果数据、地下管线普查数据、管线权属单位专业数据以及基础地理信息数据为基础，分析各类数据处理技术，采用GIS空间分析方法、系统综合评价方法，建立地下管线监测与城市发展适应性分析指标体系与评价模型，搭建地下管线监测与城市发展适应性分析辅助系统，为实例分析提供辅助支撑，*后是实例分析，选择试点区域开展地下管线空间布局安全性、地下管网承载力和地下空间资源利用状况分析工作。
作者简介
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目录
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第1章 绪论 1
1.1 城市与城市地下空间发展 1
1.1.1 城市与城市化 1
1.1.2 城市容量与城市空间 3
1.1.3 城市地下空间及其发展 4
1.1.4 城市地下空间开发利用约束条件 10
1.2 地下管线监测与城市发展适应性分析的必要性 12
1.2.1 城市地下管线监测的内涵 12
1.2.2 地下管线监测是城市可持续发展的客观需求 15
1.2.3 地下管线监测是地理国情监测的重要内容 15
1.2.4 城市发展适应性评价 17
1.3 城市地下管线信息化 18
1.3.1 城市地下管线信息化建设的必要性 18
1.3.2 城市地下管线信息化发展与现状 20
1.3.3 城市地下管线信息化发展趋势 21
1.4 地下管线监测与城市发展适应性发展现状 22
1.4.1 地下管线监测发展现状 22
1.4.2 城市发展适应性研究现状 26
第2章 城市发展适应性理论基础 29
2.1 城市结构及其特性 29
2.1.1 城市结构 29
2.1.2 城市系统特性 31
2.2 城市可持续发展 36
2.2.1 集约节约利用土地 37
2.2.2 节约能源和水资源 39
2.2.3 缓解城市发展中的矛盾 40
2.3 城市发展适应性评价 46
2.3.1 适应观的思想基础 46
2.3.2 适应性及其测度 46
2.3.3 适应性城市评价的方法基础 48
2.3.4 传统城市建设的适应性因素 51
2.3.5 城市发展适应性评价的基本要素 55
第3章 地下管线与城市发展适应性 61
3.1 地下管线空间布局安全性 61
3.1.1 城市地下管线卒问布设原则和要求 62
3.1.2 城市地下管线空间布局特点 63
3.1.3 地下管线空间布局安全隐患 64
3.1.4 地下管线空间布局安全性与城市发展的相互作用 66
3.2 地下管网承载力 67
3.2.1 地下管网承载力基本概念 68
3.2.2 地下管网承载力特征 69
3.2.3 地下管网承载力与城市发展的关系 70
3.3 地下空间资源利用状况 71
3.3.1 城市发展对地下空间的需求 72
3.3.2 地下空间资源的特征 72
3.3.3 地下空间资源开发与城市发展适应性的关系 73
第4章 地下管线与城市发展适应性评价数据资源及处理 75
4.1 数据源 75
4.1.1 数据分类 75
4.1.2 数学基础 82
4.1.3 数据分类利用 85
4.2 数据模型 87
4.2.1 对象模型 88
4.2.2 场模型 89
4.2.3 网络模型 90
4.3 数据获取与融合 90
4.3.1 坐标转换 90
4.3.2 投影转换 91
4.3.3 格式转换 94
4.3.4 尺度变换 94
4.3.5 数据的提取与融合 96
第5章 地下管线与城市发展适应性评价基本方法 103
5.1 GIS空间分析方法 103
5.1.1 空间量算 103
5.1.2 空间分析 107
5.1.3 空间统计分析 113
5.2 系统综合评价方法 114
5.2.1 综合指数法 114
5.2.2 层次分析法 114
5.2.3 主成分分析法 117
5.2.4 人工神经网络评价法 118
5.2.5 灰度关联度评价法 1 19
5.2.6 模糊综合评价法 121
5.2.7 小结 122
5.3 评价指标体系建立方法 122
5.3.1 基本原则 122
5.3.2 指标构建及筛选 123
5.3.3 指标标准化处理 125
5.3.4 加权系数的确定 127
第6章 地下管线与城市发展适应性评价模型 128
6.1 地下管线空间布局安全性评价 129
6.1.1 占压分析 129
6.1.2 净距分析 130
6.1.3 顺序分析 131
6.1.4 空间布置分析 132
6.1.5 埋深分析 133
6.1.6 穿越分析 134
6.1.7 地下空间布局安全性综合评价 135
6.2 地下管线承载力评价 135
6.2.1 给水管网承载力评价 135
6.2.2 燃气管网承载力评价 139
6.2.3 排水管网承载力评价 142
6.2.4 供电管网承载力评价 145
6.3 地下空间资源利用状况评价 147
6.3.1 地下空间资源开发利用适宜性分级 148
6.3.2 地层深度对地下空间利用的影响 150
6.3.3 地面现状划分 150
6.3.4 地下空间开发利用状况评价指标 152
第7章 地下管线监测与城市发展适应性分析辅助系统 154
7.1 设计目标 154
7.2 系统设计原则 154
7.3 系统总体架构 155
7.4 基础平台选择 157
7.5 数据库设计 158
7.5.1 数据库总体结构 158
7.5.2 数据库概念设计 159
7.5.3 数据库表结构设计 160
7.6 地下管线监测与城市发展适应性分析辅助系统功能设计 168
7.6.1 数据编辑与处理子系统 168
7.6.2 地下管线空间布局安全性分析子系统 171
7.6.3 地下管网承载力分析子系统 171
7.6.4 地下空间资源利用状况分析子系统 173
7.6.5 成果展示与输出了系统 173
第8章 地下管线监测与城市发展适应性分析应用 175
8.1 试点区域基本情况 175
8.1.1 试点区域概况 175
8.1.2 试点区域地下管线概况 176
8.1.3 试点区域数据源 176
8.1.4 数据处理 178
8.2 地下管线空间布局安全性分析 182
8.2.1 占压分析 182
8.2.2 净距分析 186
8.2.3 顺序分析 189
8.2.4 空间布置分析 196
8.2.5 埋深分析 200
8.2.6 综合分析 203
8.3 地下管网承载力分析 207
8.3.1 给水管网承载力分析 207
8.3.2 燃气管网承载力分析 209
8.4 地下空间资源利用状况分析 210
8.4.1 地面现状划分 211
8.4.2 地下空间开发限制分区 213
8.4.3 地下空间资源容量估算 216
8.5 试点区域地下管线与城市发展适应性结果 217
8.5.1 地下空间布局安全性 217
8.5.2 地下管网承载力 218
8.5.3 地下空间利川状况 218
第9章 结束语 219
9.1 主要结论 219
9.2 研究展望 219
主要参考文献 221
内容摘要
《地下管线监测与城市发展适应性分析》以**次地理国情普查工作为契机，以城市发展适应性理论为支撑，阐述地下管线空间布局安全性、地下管网承载力和地下空间资源利用状况与城市发展的相互关系，以地理国情普查成果数据、地下管线普查数据、管线权属单位专业数据以及基础地理信息数据为基础，分析各类数据处理技术，采用GIS空间分析方法、系统综合评价方法，建立地下管线监测与城市发展适应性分析指标体系与评价模型，搭建地下管线监测与城市发展适应性分析辅助系统，为实例分析提供辅助支撑，*后是实例分析，选择试点区域开展地下管线空间布局安全性、地下管网承载力和地下空间资源利用状况分析工作。
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精彩内容
第1章 绪论
1.1 城市与城市地下空间发展
1.1.1 城市与城市化
1. 城市
城市也叫城市聚落，是以非农产业和非农业人口集聚而成的较大居民点。人口较稠密的地区称为城市，城市一般包括住宅区、工业区和商业区。城市具备行政管辖功能，可能涉及较其本身更广泛的区域，包括居民区、街道、医院、学校、公共绿地、写字楼、商业卖场、广场、公园等公共设施。
城市是“城”与“市”的组合词。“城”在古代是指为了防卫并且用城墙等围起来的地域。《管子 度地》中提及“内为之城，内为之阔”。“市”则是交易的场所，“日中为市”。这两者都是城市*原始的形态，严格来讲，都不是真正意义上的城市。从城市的起源来讲，有因“城”而“市”和因“市”而“城”两种类型。因“城”而“市”就是先有城后有市，市是在城的基础上发展起来的，这种类型的城市多见于战略要地和边疆城市，如天津起源于天津卫。因“市”而“城”则是由市的发展而形成的城市，即先有市场后有城市，这类城市比较多见，是人类经济发展到一定阶段的产物，实质是人类交易、聚集中心。城市的形成，无论多么复杂，都不外乎这两种形式。
城市是人类文明的主要组成部分，是伴随人类文明与进步而发展超来的。人类在农耕时代便开始定居，城市就逐步出现了，但其作用是军事防御和举行祭祀仪式，并不具有生产功能，只是消费中心。因为周同的农村口可提供的余粮不多，城市的规模很小。每个城市及其控制的农村，构成了一个小单位，相对封闭，自给自足。真正意义上的城市是工商业发展的产物，如13世纪的地中海沿岸、米兰、威尼斯、巴黎等，都是重要的商业和贸易中心，其中，威尼斯在繁盛时期，人口超过20万。工业革命之后，城市化进程加快，农民不断涌向新的工业中心，城市获得了前所未有的发展。**次世界大战前夕，英、美、德、法等同绝大多数人口都已生活在城市，这既是富足的标志，也是文明的象征。
2. 城市化
城市化是现代化进程中社会结构不断演变的普遍动态过程，是人类生产、生活和居住方式的一种重人变迁，其表现包括农业人口向非农产业转移并向城市集中，城市在空间数量上增多、在人口规模上扩大，城市生活方式向农村扩散等。狭义地讲，城市化指农业人口不断转变为非农业人口的过程；广义而言，城市化是社会经济变化过程，包括农业人口非农业化、城市人口规模不断扩张，城市用地不断向郊区扩展，城市数量不断增加，以及城市社会、经济、技术变革进入乡村的过程。
城市化本质上是经济社会结构变革的过程，加快城市化进程的本质并不是处处都出现城市，而是要使全体国民享受现代城市的一切成果并实现生活方式、生活观念、文化教育、素质等的转变，即实现城乡空间的融合发展——产业融合、就业融合、环境融合、文化融合、社会保障融合、制度融合等，真正实现城市和农村人民群众共同富裕、发展和进步。
从世界范围看，英国的城市化发生*早且发展*为广泛，历时超过130年，1760～1851年，英国城市人口比重率先超过了50%，至19世纪末已超过70%，如今英国全国城市人口比例已达90%以上。伴随工业化的扩展，城市化波及全球，首先是北美地区，然后是亚洲和非洲。美国的城市化进程始于1840年，到1970年，美国城市化率达到73.6%，城市化基本完成。而在亚洲**开始城市化的国家是日本，明治维新后，日本开始城市化进程，到1955年，日本城市化率达到56%；至1970年，日本城市化已基本完成。
联合国**报告显示，全球人口“城市化”进程还在不断加速，且地区差异大，大城市人口数量过人。在1950年，全球城市人口比例仅为30%，2014年，全世界共有38.4亿人生活在城市，城市化率为53.47%，北美地区城市化率为81%，拉美地区为80%，欧洲为73%，大洋洲为71%，亚洲为48%，非洲为40%。北美是全球人口城市化比例**的地区，超过80%的人住在城里。而非洲则是城市化比例**的地区。全球近50%的城市总人口数不到50万，而全球每8个城市人口中，就有1个人住在全球**的28个超级大城市中，日本的东京地区城市居民人口达3800万，是全球人口*多的城市。2011～2025年，这些超级大城市的人口增长率都在15%以上。
如表1.1所示，新中国成市以来，我国城市化进程可以分为以下几个阶段。
(1) 起步阶段（1949～1957年）。1949年，我国城市仅有132个，人口城市化率仅为5.1%。在国民经济恢复阶段和“一 五”建设时期，随着156项重点工程建设的开展，出现了4批新兴的工矿业城市。与此同时，还对武汉、成都、太原、西安、洛阳、兰州等一批老工业城市进行了扩建和改造，加强发展了鞍山、本溪、哈尔滨、齐齐哈尔、长春等大中城市。到1957年未，已发展到176个城市，非农业人口的比重上升到8.4%（王宁，2011；童玉芬等，2013）。
(2) 波动阶段（1958～1965年）。城市发展呈现出由扩大到紧缩的变化过程，三年“大跃进”后，全国城市南1957年的176个增加到1961年的208个；1962年开始，我国陆续撤销了一人批城市，到1965年底只剩下168个，比1961年减少了40个，城市人口出现负增长，人口城市化率也由1961年的10.5%减少到1965年的9.2%。
(3) 停滞阶段（1966--1978年）。此期间城市只增加25个，人口城市化率在8.5%左右。
(4) 快速发展阶段（1979年至2014年末）。改革开放促进了我国城市的发展。根据国家统计局2015年1月发布的数据显示，截至2014年末，我国总人口近13.68亿人，有城市653个，城镇常住人口7.49亿人，城镇人口比重为54.77%。
根据世界城镇化发展普遍规律，我国仍处于城镇化率30%～70%的快速发展区间，据《国家新型城镇化规划（2014～2020年）》的规划，到2020年我国常住人口城镇化率将达到60%左右①。
表1.1 我国城市人口发展统计②
1.1.2 城市容量与城市空间
城市容量是指一个城市在某一时期容纳人口、人类活动以及与人类活动有关的各类设施（建筑物、道路等城市设施）的能力（陈市道等，1997）。这种能力是综合性的，包含人口、建筑、交通、环境容量等。城市容量是动态发展的，其大小取决于城市用地面积、条件、社会经济技术发展程度等因素。在其他条件不变的情况下，用地面积的大小和社会经济技术发展程度的高低与城市容量的大小成正比。
城市容量会因为某一种或几种因素的改变而改变，拓展城市容量的**步是保持城市功能的协调发展。城市容量必然要落实到城市空间，所以，拓展城市容量的根本方法是开发城市空间（陈立道等，1997）。
城市空间可划分为上部、地面和地下空间三大部分。从城市空间的一般开发顺序来看，首先开发利用地面空间，然后是上部空间，*后才是地下空间。这与经济技术条件和人们的生活习惯有关。也有例外情况，如我国西北的黄土高原，从古至今一直以窑洞（地下空间）为主要起居空间。
城市空间的拓展一般可以分为外延式水平方向扩展和内涵式立体方向扩展两种方式。其中，前者是地面发展，即以增加城市用地为主，后者则在不增加城市用地的前提下，通过向上和向下发展进行空间拓展。在城市发展过程中，这两种方式并不排斥，既可以独立存在，也可以两者并用。
1.1.3 城市地下空间及其发展
1. 城市地下空间
地下空间(underground space)是指在岩层或土层中形成或经人工开发形成的空间，包括天然形成的地下空间和人工开发的地下空间。目前，我国的地下空间开发主要集中于城市及其周边。
《城市地下空间开发利用管理规定》（1997年10月27同住房和城乡建设部令第58号发布，2001年11月20日住房和城乡建设部令第108号修正）巾所称的城市地下空间，是指城市规划区内地表以下的空间。凶此，可以将地下空间理解为地表以下的空间，是主要针对建筑方面来说的一个名词，它的范围很广，比如地下商城、地下停车场、地铁、矿井、人防、军事、隧道、城市地下管线等建筑空间。
1981年，联合国自然资源委员会正式将地下空间确定为“人类重要的自然资源”。1991年，东京国际会议中讨论城市地下空间资源利用达成如下共识：19世纪是桥的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪将是人类开发利用地下空间的世纪。
如表1.2所示，按照地下空间的用途可以将其分为七种类型。
表1.2 地下空间按用途分类①
如表1.3所示，按照开发利用深度，可以将地下空间分为浅层、中层和深层空间三大类。
表1.3 地下空间按开发深度分类。
2. 发达国家城市地下空间的利用情况
从1863年英国伦敦建成世界上**条地铁开始，地下空间发展的历史已超过150年，地下空间开发利用从大型建筑物向地下的自然延伸发展到复杂的地下综合体（地下街）再到地下城（与地下快速轨道交通系统相结合的地下街系统），地下建筑在旧城改造、城市再开发中发挥了重要作用。同时，地下市政设施也从地下供、排水管网发展到地下人型供水系统、地下大型能源供应系统、地下大型排水及污水处理系统及地下生活垃圾的清除、处理和回收系统等。北美、西欧及日本在进行旧城改造及历史文化建筑勿、建的同时，建设了相当数量的大型地下公共建筑，包括公共图书馆和大学图书馆、会议中心、展览中心以及体育馆、音乐厅、大型实验室等，而且地下建筑的内部空间环境质量、防灾措施以及运营管理都达到了较高的水平。地下空间利用规划从专项规划开始，逐步形成系统的规划，其中，以地铁规划和市政基础设施规划*为突出。一些地下空间利用较早和较为充分的国家，如芬兰、瑞典、挪威、日本、加拿大等，已经从城市中某个区域的综合规划走向整个城市和某些系统的综合规划。不同国家的地下空间开发利月各具特色，了解其特色和经验，对我们具有重要的参考价值。
1930年至今，日本东京上野火车站的地下街已从单纯的商业街演变为多功能的，南交通、商业及其他设施共同组成的相互依存的地下综合体。据统计，日本已至少有26个城市建造地下街，如横滨的港湾21 世纪地区（新建），又如名古屋大曾根地区（旧城改造）、札幌的城市中心区都规划并对地下空间进行开发利用。日本在地下高速道路、停车场、综合管廊、排洪与蓄水的地下河川、地下热电站、蓄水的融雪槽和防灾设施等市政设施方面，充分发挥了地下空间的作用。
美国和加拿大虽然国土辽阔，但为解决城市高度集中带来的城市问题，仍然人规模地进行地下空间开发。纽约地铁线路在世界诸多大都市中堪称*长，共有26条地铁线，总长为1142km，自市中心曼哈顿发散并覆盖了纽约5个行政区的绝大部分区域，490个地铁站散布全市，24小时运行①。在曼哈顿，70%的区域在小于500m半径范围内必有一个地铁站或火车站。纽约中心商业区有80%的上班族采用公共交通、地铁和四通八达不受气候影响的地下步行道系统到达目的地，很好地解决了人、车分流的问题，缩短了地铁与公共汽车的换乘距高，同时把地铁车站与大型公共活动中心以地下道的方式连接起来，突出了地铁经济、方便、高效等特点。此外，美国地下建筑单体设计在学校、图书馆、办公楼、实验中心、工业建筑中也成效显著，既较好地利用了地下空间满足功能要求，又合理解决了新、老建筑结合的问题，并为地面创造了宽敞的空间。如美国明尼阿波利斯市南部商业中心的地下公共图书馆，哈佛大学、加州大学伯克利分校、密歇根大学、伊利诺伊入学等的地下、半地下图书馆，既保持了与原馆的联系，又保存了校园的原有面貌。美国纽约市的大型供水系统完全布置在地下岩层中，石方量达130万m3，混凝土达54万m3，除一条长22km、直径为7.5m的输水隧道外，还有几组控制和分配用的人型地下洞室，每一级都是一项复杂的人型岩石工程。
加拿大的多伦多市和蒙特利尔市，也有很发达的地下步行道系统，以其
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