乌鲁木齐市城市地下空间需求预测
——基于灰色系统GM（1，1）模型
林晓东，王承武
（新疆农业大学管理学院，乌鲁木齐 830052）
摘要： 以乌鲁木齐市城市规划文本、社会人口和2002—2016年建设用地等数据，采用人均需求模型和灰色系统模型对乌鲁木齐市中心城区的地下空间需求量进行组合预测，综合各个模型得到的结果，预测得到乌鲁木齐市地下空间需求量。结果表明，乌鲁木齐市的地下空间开发利用处于快速增长的阶段，未来一段时间仍将持续高速发展的态势，且用地需求主要集中在存车用地和商业用地。
关键词： 地下空间；需求预测；乌鲁木齐市
地下空间的开发利用与规划有着密切的联系，在城市地下空间规划中，地下空间需求量的预测是非常关键的一项工作。地下空间需求量的大小直接影响对地下空间的开发利用［1］。了解乌鲁木齐市地下空间的需求，有利于地下空间的有序合理开发利用，促进城市三维空间协调发展、改善城市生态环境质量、提高土地资源利用效率、增强城市可持续发展能力。目前，城市地下空间开发利用适宜规模还没有公认的成熟预测方法。归纳总结国内的地下空间需求预测方法主要有以下几种：①人均需求预测法是在城市规划用地人均指标基础上相加得到人均生活用地面积，推算人均用地规模，结合规划人口规模，计算得到城市地下空间需求量。②建设强度预测法是通过地面规划建设强度计算城市地下空间需求量，将总体规划指标归纳为主要影响因素，并以此为基础将城市建设用地划分为若干地下空间开发层次进行需求规模预测，确定各层次的新增地下空间建设用地，得到地下空间的需求量。③功能需求预测法是根据城市地下空间使用功能类型进行分类、细化，分别对不同功能类型的地下空间进行预测，加和求出地下空间的需求规模。④类比预测法，以类似城市、地区的已建成地下空间总量作为参考，分析城市地下空间规模占地上总建筑规模的比例，赋予研究区域地下空间规模与地上空间规模不同的比值，再根据总体规划确定的地上空间总规模，计算得出地下空间的需求量。⑤综合需求预测法从城市的区位需求、系统性需求、设施需求3个方面出发，对城市地下空间需求规模进行预测。根据乌鲁木齐市的实际情况和数据的可得性，选用人均需求法和改进后的功能需求法对乌鲁木齐市地下空间的需求量进行预测。
1 研究区域概况与研究方法
1.1 研究区概况
乌鲁木齐市位于新疆中部，地处欧亚大陆腹地，辖区东以恰克马克塔格至大河沿一线与吐鲁番市接壤；西以头屯河与昌吉市为界；南以喀拉塔格-克孜勒伊接南山矿区，突出部分折向东南，沿未日洛克-阿拉沟以东与托克逊县相连。乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区的首府，南北疆交通的枢纽，也是第二座欧亚大陆桥中国西段的桥头堡，是中国西部地区重要的中心城市和面向中西亚的国际商贸中心。全市总面积13 783.1 km2。根据国际发达国家地下空间大规模开发利用的情况，到2009年乌鲁木齐市人均GDP约为6 000美元，已具备地下空间快速发展的经济条件。
有学者研究发现[10-12]，由于利用数字化方法制作，印模无实体模型，可切削瓷块颜色较为单一，技工无法实现在模型上堆加饰瓷，只能依靠外染色调节修复体颜色，所以在颜色匹配方面的满意度仍有欠缺，这也是使用数字化方法修复前牙缺损所面临的比较大的挑战。
乌鲁木齐市地下空间利用主要分布于天山区、高新区、沙依巴克区、水磨沟区，现有地下空间以市政管线、民防设施和地下配建停车场为主，地下空间开发利用处于初级阶段，开发量较小，多位于地下浅层，布局分散，没有形成功能完善的地下空间综合体。
乌鲁木齐市区地下空间存在介质主要为土层，地质环境在采取相应的技术措施基础上，较为适合地下空间开发利用。但应尽可能避开在地质断裂带进行地下空间开发，如需开发应加强地基处理，满足抗震要求。
1.2 研究方法
1）x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（k）是要预测的原始数据，分别将各类建设用地数据带入，对原始数据进行累加生成处理。
2.1.2 灰色模型法预测过程及结果
地下空间需求预测模型：
式中，S′为地下空间向量；S为各因素的建设用地面积，βi为各因素分配到地下去的比例系数，βi的大小根据国家相关标准和城市的实际情况，并结合相关城市的实际操作经由专家审定后确定。
简记为 S′=m×S
式中，S′为地下空间向量；S为各因素所需的地面面积，mi为各因素分配到地下去的比例系数，0≤mi≤1，mi的大小根据国家相关标准和城市的实际情况，并结合相关城市的实际操作确定。Ki为各类人均建设用地面积，W为乌鲁木齐市常住人口数。
2）定义灰微分方程。
各类建设用地需求灰色预测模型如下。
1.2.2 灰色模型预测 灰色预测模型的核心是GM（1，1）模型，可根据少量的已知信息进行建模和预测，当前已应用于各类实际预测模型中。该模型类似一个微分和差分方程，同时具有指数、差分、微分等数学特性，模型的参数和结构可根据已知的参数变化来选择少量的数据信息，打破了大样本数据建模的局限性［3］。对2002—2016年的建设用地数据进行数据累加使数据呈现一定的规律性，起到降噪的作用。通过构造累加矩阵B与常数向量求解灰参数得出预测模型。模型建立后不能直接使用，需用方差比检验法和小误差概率检验法对模型进行检验，预测精度通过要求后才可使用。该模型的预测精度由小误差率P和方差比C同时决定，如果小误差率P＞0.7 且方差比 C＜0.65，则该模型预测值具有一定的可靠性；若小误差率 P≤0.7 且方差比 C≥0.65，则该模型预测值不可靠（表1）。
表1 灰色模型精度检验对照
根据 2002—2016年的建设用地数据［4］，通过灰色模型预测得到2017—2030年的建设用地预测数据，通过《2016年乌鲁木齐市土地利用现状变更表》得到2016年乌鲁木齐市中心城区各类建设用地总量，从而测算出乌鲁木齐市未来用地需求总量，根据地下空间分配系数测算地下空间需求量。
在很长时间里，我就有一种神圣的感觉，您不会把自己既给了我，又给了别人。您是我的一切，而别人只是从您生命边上轻轻擦过去的路人，在多年漫长的岁月中，我就是这样认为的，可后来，我认识到这想法出了点差错。
1.2.1 人均需求预测 城市规划用地人均指标分为人均居住用地、人均服务设施用地、人均工矿仓储用地、人均绿化用地、人均人防用地等［2］，以乌鲁木齐市的城市总体规划、国家各类人均建设用地标准为依据，以城市未来人口数量为基础，测算乌鲁木齐市未来用地需求总量，根据地下空间分配系数测算地下空间需求量。
可以得到一个规律性更强的新数列，变化更加平稳。
本文利用轴压屈曲试验平台进行了圆柱壳、开孔圆柱壳、含补强件圆柱壳轴压屈曲试验，试验结果表明：轴压屈曲临界载荷开孔圆柱壳最小，含补强件圆柱壳次之，圆柱壳最大，与模拟结果规律一致。圆柱壳开孔导致轴压临界载荷下降，可通过补强方法提高临界载荷。可为壳体屈曲设计分析提供参考价值。
令 Y=（x（0）（2），x（0）（3），…，x（0）（n））T，u=（a，b）T，
可以得到矩阵的乘法形式。
极值法的理论依据是：若函数f(x)在闭区间[a,b]上连续，则函数在该区间上必取得最大、最小值.一般来说，求连续函数在区间[a,b]上的最大值与最小值，首先求出函数的全部驻点和不可导点，计算这些点的函数值及区间端点函数值f(a)及f(b)，比较它们的大小，其中最大者即区间[a,b]上的最大值，最小者即区间[a,b]点上的最小值[3].依此理论，上述课题学习问题采用极值法的解题过程如下：
式中，a、b是待辨识的参数，a是发展系数，b是灰作用量。a、b的值可由最小二乘法求出。
公共课和基础课为校内笔答考试方式；校企共同开发的课程由校企双方共同考核；企业单独上的课程完全由企业自行考核。校企共同考核课程根据上课的内容的比例确定双方给出成绩所占的比例。企业考核课程，根据每门课程的内容，制定相应的考核单，实施过程考核，并且把对员工的基本要求纳入考核。
3）将新数列的变化趋势用微分方程表示。
对建立的模型进行检验，模型精度通过验证后得到的结果才具有一定的准确性，由此可以得到各类建设用地的预测值。
（1）经销商的信用以及财务状况：详细调查经销商的经营理念、商业道德、诚信度、公共关系与社会责任；评估其资金实力(银行存款、现金、股票、债券等)，可投入B公司产品的有效资金必须达到规定要求。
面对纸张等原材料的大涨和数字媒体的冲击，绝大部分实力有限的中小出版企业，更倾向于通过相对较小的代价实现转型升级。转轨即通过调整现有产品线、提高销售效率、进入新的市场等来改变增长方式，如“书网教育”放弃毛利率低的学习一体机和期刊销售，“佳友科技”增加学校信息咨询服务等。或通过加大研发投入、增强品牌运营能力、优化产品质量提高创新能力，推进企业向低消耗、高附加值的价值链前端上移，如“仙剑文化”创立增强现实（AR）早教，“荣信教育”建立“趣趣乐”故事会品牌等。另外，以兼并重组、设立控股子公司、剥离并出售部分业务等为主要渠道的资源整合也成为中小出版企业提升竞争力的重要工具（详见表1）。
2 预测过程及结果分析
2.1 预测过程及结果
2.1.1 人均需求法预测过程及结果 根据乌鲁木齐市的实际情况，选取以下因素作为预测地下空间的考虑要素，并根据乌鲁木齐市常住人口和人均对周围环境的需求，即可对各因素所占面积进行预测。
新疆塔里木河流域面积102万km2，涵盖5个地州和兵团4个师的近百个县市和国营农场，农业灌溉面积1.65万hm2。流域内河流众多，水系庞杂，历史上和田河、叶尔羌河、阿克苏河、开都—孔雀河、喀什噶尔河、迪那河、渭干河、克里雅河、车尔臣河等9大水系都有流水汇入塔里木河干流。但是，从20世纪50年代以来，由于人口增长，经济发展，加之无节制的水土资源开发利用和失控的水资源管理，使得许多源流水资源消耗殆尽，再也无法给塔里木河干流补给水量。目前，只有阿克苏河、叶尔羌河、和田河、开都—孔雀河有水汇入塔里木河干流，形成“四源一干”的流域格局。
根据《2016 年乌鲁木齐市统计年鉴》［5］，2015 年乌鲁木齐市常住人口为355万人；根据《乌鲁木齐市城市总体规划 2014—2020》［6］，到 2020 年，乌鲁木齐市常住人口预计达到410万人。
根据有关统计和《乌鲁木齐市城市总体规划2014—2020》，经过综合考虑，得出各类人均用地面积（Ki），结果见表 2。
表 2 人均用地面积（Ki） （单位：m2/人）
关于地下空间分配系数mi的确定，各类建设用地所需考虑的因素不同，如表3所示。其中，考虑到居民居住的舒适度，选定居住面积分配到地下的数值为0；公共设施用地的分配比值参考其他大城市地下空间预测值下限的60%左右获得；对商业服务用地采用东京商业用地地下空间开发强度均值0.2为基准［7］，对比乌鲁木齐市与东京的相关经济指标，根据实际发展状况最后确定分配系数为0.09；工业用地为了满足一些特殊工艺对生产环境恒温、恒湿、无震动的要求，参考东京的分配系数为0.008，得到地下空间分配值；仓储地下空间应按防空防灾要求用于贵重物资的安全贮存和部分货运车辆的防护，参考工业用地地下空间需求量预测取值，按用地面积的3%计；公园和绿地是户外活动的理想场所，有利于城市居民缓解压力、脱离紧张的工作环境，创造和谐美好的城市空间，故不宜分配到地下，分配系数取值为0；道路交通包括路面道路和轨道交通，单纯的地面路网已不能疏导过大的车流量和人流量，需要发展地下轨道，结合实际情况，并咨询国土资源局相关规划部门，确定分配到地下的比值为0.08；由于地面空间紧张，停车空间大部分应该建在地下，而地下建筑单位面积的施工费较高，故参照各种技术经济指标定为0.50；当城市受到战争或其他自然和人为灾害的威胁时，建立以地下空间为主体的城市综合防灾空间体系可以充分利用地下空间抗爆、抗震、防火、防毒、防风等优势，有效地起到综合防灾减灾的作用，因此分配到地下的比例由防空防灾规划确定为0.90。人均需求法预测地下空间分配系数mi汇总见表3。
根据表2、表3，结合不同时期乌鲁木齐市中心城区人口数，推算出城市地下的各类用地面积，从而估算出乌鲁木齐市地下空间的总需求量预测值。随着人口的增长，预计到2020年，地下空间的需求量达到3 733.87 hm2，其中包含现已开发的地下空间面积（表 4）。
表3 人均需求法预测地下空间分配系数
表4 2020年乌鲁木齐市地下空间需求量汇总
我在院子里发现了一只小蚂蚁。这只蚂蚁，差不多有一粒米那么长，全身乌黑发亮。只见它这边走走，那边逛逛，既像是在认真地寻找食物，又像是在那里独自快乐地玩耍。看着小蚂蚁如此悠闲，我莫名冒出了一个奇怪的念头：蚂蚁怕水吗？它会游泳吗？
1）数据修正。国土资源部门建设用地的供应数量以确保政府制定的投资重点项目落地见效为根本，供地量会随政策导向的变化出现波动，国土资源部门优先保障国家、自治区及乌鲁木齐市重点项目、重要产业国有建设用地需求量；其次，保障公共管理与公共服务用地、交通运输用地、保障性住房用地，各类建设用地供应量会因当年政策倾斜而相互影响；商服用地和工矿仓储用地是根据实际的需求进行供应，当年的经济发展状况与工地的数量密切相关；还有办理审批手续的时间问题造成供地时间的拖后、政府资金的使用情况都会影响本年的建设用地供应量。需根据实际情况对得到的建设用地数据进行修正，结果见表5。
表5 2002—2016年乌鲁木齐市建设用地供应数据修正 （单位：hm2）
2）模型预测。灰色预测通过鉴别数据之间发展趋势的相异程度，即进行关联分析，并对原始数据进行生成处理来寻找系统变动的规律。MATLAB具有强大的数据处理和分析功能，可以方便、快捷、准确、直观地进行预测分析。通过MATLAB进行编程对2002—2016年的乌鲁木齐市建设用地供应数据进行处理，得到2017—2030年乌鲁木齐市建设用地供应的预测数据，结果见表6，且模型精度均通过检验，得到的预测值有一定的可靠性。
乌鲁木齐市中心城区包括天山区、沙依巴克区、新市区、水磨沟区、经开区、米东区，通过2016年乌鲁木齐市土地利用现状变更表得到2016年中心城区建筑用地面积为69 871.54 hm2，其中商服用地5 904.17 hm2，工矿仓储用地 23 187.17 hm2，公 服 用地8 809.26 hm2，交通运输用地与水利设施用地14 091.76 hm2，住宅用地 17 879.18 hm2。 根据表 5 可得到2020年和2030年的建设用地面积，具体见表7。
商服用地、工矿仓储用地、公服用地的分配系数参考mi的取值，交通运输用地与水利设施用地的用地指标没有区分，而水利设施的地下空间需求相对较弱，调整后的分配指数为0.05。住宅用地就要有一定的私密要求，对其内部地下空间的利用以满足自身的存车等功能为主，一般布置停车库和物业管理用房等配套设施，同时满足民防设施配建要求，结合《乌鲁木齐市地下空间开发利用总体规划》和向乌鲁木齐市国土资源局规划部门征求意见得出住宅用地的地下空间分配系数取值为0.07。灰色模型法预测地下空间分配系数具体见表8。
表6 2017—2030年乌鲁木齐市建设用地供应数据预测 （单位：hm2）
表7 乌鲁木齐市建设用地面积预测 （单位：hm2）
表8 灰色模型法预测地下空间分配系数
表9 乌鲁木齐市地下空间需求量汇总 （单位：hm2）
根据表7、表8，可推算出2020、2030年的城市地下各类建筑用地的面积，从而估算出2020、2030年乌鲁木齐市地下空间的总需求量预测值。随着时间的推移预计到2020年，地下空间的需求量达到3 817.45 hm2，到2030年，地下空间的需求量达到7 065.38 hm2，其中均包含现已开发的地下空间面积（表 9）。
2.2 预测结果分析
根据灰色系统模型预测得到的2017—2030年的建设用地数据中包含了中心城区以外的区域，因此得到的数值比中心城区范围的指标更大。根据乌鲁木齐市的实际发展状况，综合不同的因素最后得到2020年的地下空间需求量为3800.00hm2。预测到2030年的地下空间需求量为7 000.00 hm2（表10）。
表10 乌鲁木齐市地下空间需求量汇总 （单位：hm2）
3 小结与讨论
由于需求预测对预测精度的要求高，单一预测方法总有各自的缺点，预测结果往往不能满足需求。因此，在所获得的数据量有限的情况下采取人均需求-灰色系统的组合模型进行预测，可以提高预测精度，使得到的结果更加可靠。
以乌鲁木齐市为研究区域，依据社会经济统计资料、城市规划文本、2002—2016年建设用地数据等资料，采用人均需求模型和灰色系统模型预测乌鲁木齐市未来年度建设用地规模，预测结果通过模型精度检验，得到的结果具有一定的可靠性。再通过地下空间分配系数得出未来年度乌鲁木齐市中心城区地下空间需求量。综合各个模型的预测数据得到更加准确的预测结果。
结果表明，乌鲁木齐市的地下空间开发利用处于快速增长的阶段，未来一段时间仍将持续高速发展的态势，通过人均需求法预测得到的结果来看，地下空间需求主要集中在存车、道路交通和商服用地。灰色模型预测法得出地下空间主要需求也来自住宅用地（存车、配件设施需求）、道路交通和商业用地。由此可以得出乌鲁木齐市地下空间开发利用应着重解决城市的停车问题，大力发展地下交通和地下商业。通过本研究可以反映乌鲁木齐市未来一段时间内的地下空间需求量。需求量并不等于实际的地下空间开发数量，实际的开发情况要根据国土部门的相关政策规划和施工技术条件等决定。预测结果可为决策者提供社会经济发展和地下空间土地利用规划的参考依据，使得其更加有目的地研究地下空间建设用地的开发利用，并通过合理调控，不断完善地下空间、有序发展城市三维空间、改善城市生态环境、提高地下空间土地集约利用水平，使地下空间开发建设步入系统化、规范化的轨道。避免开发过度，使城市空间可持续发展。
参考文献：
［1］陈志龙，王玉北，刘 宏，等.城市地下空间需求量预测研究［J］.规划师，2007，23（10）：9-13.
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［5］乌鲁木齐市统计局.乌鲁木齐市统计年鉴［M］.北京：中国统计出版社，2016.
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［7］董丕灵.城市地下空间开发需求的规模预测［J］.上海建设科技，2006（2）：34-37.
Demand forecast of urban underground space in Urumqi——based on grey system GM（1，1）model
LIN Xiao-dong，WANG Cheng-wu
（College of Administration，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China）
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
中图分类号： TU28
文献标识码： A
文章编号： 0439-8114（2019）06-0044-06
DOI： 10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.06.011 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
林晓东，王承武.乌鲁木齐市城市地下空间需求预测——基于灰色系统GM（1，1）模型［J］.湖北农业科学，2019，58（6）：44-49.
收稿日期： 2018-12-24
基金项目： 新疆维吾尔自治区社会科学基金项目（2016BGL102）；国家自然科学基金项目（71663052）
作者简介： 林晓东（1994-），男，山东沂源人，在读硕士研究生，研究方向为土地资源管理，（电话）15739448716（电子信箱）1273483104＠qq.com。
标签：地下空间论文; 需求预测论文; 乌鲁木齐市论文; 新疆农业大学管理学院论文;