城市土地立體化利用背景下三維地籍建設與應用探討*

黎志堅,譚綿方,張祖宇,何湘平

( 1.平南縣不動產登記中心，廣西 平南 537300； 2.南寧師范大學 自然資源與測繪學院，廣西 南寧 530001； 3.廣西壯族自治區地理信息測繪院，廣西 柳州 545000)

0 引言

土地立體化利用是伴隨土地資源緊缺、社會經濟要素集聚、城市化進程加速，土地利用由橫向擴張轉為縱向立體化開發利用而提出的。城市的快速發展帶來了環境惡化、交通擁堵等城市問題，人地矛盾日漸緊張。為了集約和節約用地，土地立體化利用趨勢越來越迫切。目前，我國大城市土地管理模式已逐步由以二維平面土地擴張為主轉入以三維立體空間增效為主[1]。

2020年7月7日，《國務院關于做好自由貿易試驗區第六批改革試點經驗復制推廣工作的通知》指出，要在全國范圍內復制推廣以三維地籍為核心的土地立體化管理模式。由此可見，通過三維地籍管理理念和新測繪技術手段來推動城市土地立體化管理模式實施，將是今后我國土地資源管理模式的重大探索和有效嘗試[2]?；诂F階段土地利用模式轉型升級，對城市三維地籍與土地利用立體化管理模式做了初步探究。

1 研究背景

1.1 國外研究現狀

上世紀60年代，國外學者就開始探討關于“垂直城市”(城市要素由橫向變為縱向)的實踐；70年代，提出了“緊湊城市”理念，主張高密度、結構緊湊的城市形態[3]；90年代，提出了“精明增長”的理念，主張兼顧社會、經濟、環境三種效益合一的土地利用集約發展。同時，國際測量師聯合會FIG工作組提出未來將會把空間維度引入到地籍記錄中，通過計算機建模形式建立三維地籍信息管理系統[4]。

21世紀初期，國外學者開展三維地籍法律主體與三維自然對象的定義及其登記方法的研究；馮侖在哥本哈根會議上提出立體城市的概念，提倡城市的豎向發展，有了“立體城市”的概念[5]。部分發達國家對三維立體城市發展模型開展研究，在新技術應用、空間權利關系和立體空間登記等問題研究上取得了突破。立體化城市發展理念及實踐在某種程度上有效解決了城市交通擁堵、環境惡化、土地資源匱乏等發展問題。

1.2 國內研究現狀

我國土地立體化利用主要體現在對土地垂直方向上的多元化利用，包含地上、地表、地下空間的利用。有學者總結為：19世紀以橋梁為主、20世紀以高層建筑為主、21世紀以地下空間利用為主[6]。中華人民共和國成立初期，土地立體化利用主要表現為防備空襲而進行的地下空間開發[7]。進入21世紀，隨著社會經濟的快速發展，大城市尤其是重大城市的土地利用逐步由橫向擴張為主轉向縱向立體化開發利用為主。

在城市土地開發利用模式研究中，孫明等[8]提出了未來土地立體化城市的概念；楚秀娟 等[9]提出土地立體化城市的安全性問題；董賀軒 等[10]認為三維空間利用的實質是空間容量的提升和城市運作效率的優化。其中，董賀軒[11]指出城市立體化建設應遵循綜合效益優先、要素開放、要素整合和環境怡人的原則，提出了4種立體化功能實現的路徑。如何協調好生產、生活、生態空間合理結構，對稀缺土地集約化利用與合理配置，已成為當前城市土地利用與管理的研究熱點。

2 城市三維地籍管理探討

2.1 傳統二維地籍管理的不足

傳統二維地籍管理是以平面矢量、影像等基礎地理信息數據作為載體進行土地權籍管理與應用的，存在地理空間重疊的權籍管理困難問題。隨著城市土地立體化開發利用力度的不斷加強，地下軌道交通、地下商場、架空廊道、高架橋等地下、地上空間的規?；_發利用，二維地籍管理遇到新的瓶頸問題。例如，在傳統二維地籍圖上難以清晰表達某一宗地的地上、地表和地下垂向空間的位置、大小、形態和相鄰空間關系。尤其是地下空間結構復雜性、三維信息獲取困難，亟需借助最新測繪技術和計算機虛擬現實的強大三維表達功能，建立具備立體化、多視角、不同尺度的全數字化三維地籍信息管理系統，實現地籍立體化、精細化管理[12]。

當前，大城市尤其是特大城市經濟高速發展，導致城市土地資源日益緊缺，只有在存量土地上進行立體化開發利用，才能夠滿足社會經濟發展對用地的需求。這也促使城市土地開發利用模式從粗放式的二維平面(地表)擴張開始向地上、地表和地下精細化的三維立體開發利用轉變，進而提高土地集約高效開發利用水平。

2.2 三維地籍發展趨勢

(1)土地立體化開發利用的需要

土地立體化開發利用是當前特大城市發展的主要方式，也是可持續發展、土地高質量利用的必要途徑。土地立體化開發利用的本質是對宗地的地上、地表、地下三維空間的占用，必然會導致在同一個地理位置上的不同垂向高度上產生不同的土地權籍。例如，某城市一商住小區正好位于地鐵換乘站的上方，該宗地的地下、地表(不同標高范圍)使用權就歸屬不同的權屬主；同一樓棟同一單元的不同樓層(不同標高范圍)又分屬不同的權利人所有。這種情況下傳統二維地籍管理模式已不適應當前城市土地立體化開發利用的需要了。

城市土地立體化開發利用背景下，需要采用三維地籍管理理念和新測繪技術手段來推動土地立體化利用與管理。三維地籍信息管理系統可以簡單、直觀地表達垂向權籍的差異，在三維空間上建立權籍的實體和明確的邊界，使權籍具體化、立體化，有效解決二維地籍管理存在的短板問題。

(2)促進城市地下空間合理開發利用

改革開放后，人防建設與城市建設結合日益緊密。戰爭時期人防工程除了發揮戰備戰略作用，在和平時期還可以作為地下商場、地下通道和地下物資儲備場所，發揮經濟效益和社會效益。

隨著城市地下空間開發規模進一步擴大，需要依托三維地籍信息管理系統來解決地下空間土地權籍管理問題。通過三維地籍信息管理系統來準確界定地下土地利用立體范圍，直觀反映垂向不同層次的地下空間分布和利用狀況，將權利人對應的屬性信息與真實空間信息建立一一對應聯系，實現地下空間權籍信息管理、建模與可視化表達功能。

2.3 三維地籍測繪技術構架設計

在城市土地立體化利用背景下，如何快速準確獲取地上、地表和地下建/構筑物及界標的三維地籍數據，利用地理信息系統(GIS)平臺進行空間數據與權屬數據的掛接、建庫、表達與應用服務，離不開新測繪技術的支撐。傳統數字化測繪技術是采用全站儀、RTK等設備實地設站測繪，主要用于采集地表建/構筑物碎部點位置信息。地下建/構筑物結構復雜、細部特征多，地上建/構筑物不易安置測量設備，如采用傳統數字化測繪技術開展三維地籍數據采集，效率低、難度大、周期長、成本高。因此，需要采用最新測繪技術及裝備，設計三維地籍測繪技術構架來滿足城市三維地籍測繪的實際需求。

近年來，隨著無人機技術的快速發展，基于無人機平臺搭載輕量級多鏡頭開展傾斜攝影測量[13,14]、或搭載輕量級激光雷達進行地上、地表三維掃描，實現對地上、地表建/構筑物快速、大范圍三維數據采集?；谡臼交蛞苿邮饺S激光掃描技術開展地下建/構筑物的海量點云數據采集[15,16]，能夠快速獲取地下空間三維地籍數據。

三維地籍測繪技術構架設計如圖1所示。針對城市土地立體化利用背景下三維地籍測繪的不同應用場景需求，選用最佳測繪技術方案開展地籍數據采集、3D建模、三維地籍數據庫建庫。采用最新測繪技術進行三維地籍測繪，除了獲得必要的三維地籍數據，還可以獲得DOM、DEM、DSM等多類型遙感數據，為后續土地權籍調查提供更加豐富的輔助信息，具有操作靈活、數據準確、效率高、成本低等優勢。

圖1 三維地籍測繪技術構架設計

利用ArcGIS基礎平臺提供的強大的三維數據可視化與空間數據分析、查詢功能，開發三維地籍信息管理系統[17]，實現城市多源二、三維數據的融合管理與應用服務。系統提供二、三維數據分屏聯動瀏覽、查詢與數據錄入，宗地立體空間可視化管理與應用服務，已有地籍、地價、審批、檔案等土地管理相關業務基礎數據智能化分析與共享服務；為政府多功能地籍查詢、報批、監管和土地管理輔助決策提供技術支持。

2.4 加快相關法律法規建設

三維地籍管理從以地表為核心的土地產權制度升級為以空間為核心的土地產權制度。由地表發展到空間，必然會產生空間權問題[18]?？臻g權包括空間所有權和空間利用權。其中，空間利用權包括空間地上權和空間役權。傳統二維地籍管理中，我國已建立了完善的法律規范來保護土地使用者的權利?？臻g權的出現，現有的法律法規已不能充分保護土地使用者的合法權益。因此，城市土地立體化開發利用背景下，國家與地方應加快推進三維地籍管理相關法律法規建設，將地上、地表和地下空間綜合開發利用與地籍管理納入法制化軌道[19]，讓空間權利人得到法律的保護。

2.5 過渡期二三維地籍管理混合發展

目前，二維地籍管理模式仍然可以滿足絕大部分大中小城市的需求。但對于特大城市而言，對地下、地上空間開發利用尤為迫切，亟需建立三維地籍信息管理系統來適應城市高速發展的需要。因此，過渡期內二三維地籍管理將處于一種混合式發展。例如，肖海波等[20]提出了深圳市土地管理思想：“二維常規化管理為主，三維特殊化管理為輔”，然后據此建立了二三維混合土地管理系統框架。另外，針對已有二維地籍數據庫，如何高效升級為三維地籍數據庫將是下一步技術研究熱點。

3 結 語

受經濟發展和傳統測繪技術的限制，過去的地籍管理制度僅針對二維地籍進行管理。伴隨著全球城市化進程，人地矛盾日趨緊張，土地立體化開發利用呈現空間擴散、數量增加、規模增長、類型多樣的四大特征，逐漸成為當前及今后城市土地利用活動的主要形式。土地立體化開發不可避免地帶來了權屬空間復雜、管理困難等問題，例如地塊垂直方向上產權主體的多元化，容易引發土地空間權屬的糾紛。傳統二維地籍管理模式已不能滿足人地矛盾帶來的土地空間權籍管理的需求。因此，在我國地政管理層面引入三維地籍技術手段并制定相應法律法規，對解決當前及今后城市土地立體化開發利用帶來的空間權籍管理問題具有重要意義。