空间框架体系

空间框架体系（共7篇）

空间框架体系 篇1

摘要：高效、灵活和可持续发展是医院建设的主题。医院运营效率与医院建筑空间构成有着必然关联, 对医院建筑空间框架体系的研究将有助于运营效率的提升。本文列举医院建筑空间框架体系的衍变, 分析在不同医院规模及医疗诊治模式下, 各类框架体系的优劣势与发展方向, 以及对医院运营效益的影响。

关键词：医疗资源,运营效益,空间框架体系

近二十年, 社会的进步和人类健康理念的变化使医院的建设模式发生了巨大变化。医院建设能否应对社会环境及医疗技术不断变化的功能需求, 保持长远稳定的适用性, 以提高医院建筑的生命周期, 成为现代医院建设方关注的焦点。

现代医院表现出高效、兼容、安全、人性等特征, 医院的功能亦从疾病诊疗逐步向健康保障的方向发展。医院也不再是传统意义上只为病患服务的概念, 其服务对象已扩展到涵盖健康人群在内的全人群。所提供的服务也从病患者的诊断、治疗、护理逐步延伸到健康养生、医学美容等提高民众生活品质的领域。

高效、灵活和可持续发展是医院建设的主题。人性化的建筑环境为患者的健康恢复、医务人员工作效率的提高提供了有力保障。合理的建设成本和高效的运营成本是医院建设投资方最为关切的内容。医院运营效率与医院建筑空间构成必然关联, 对于医院建筑空间框架体系的研究将有助于提升医院的运营效率。

一、医疗资源和运营效率

不论在当今中国, 还是在西方发达国家, 由于人们日益提高的健康意识, 医疗资源似乎始终处于稀缺的尴尬境地, 随着人们健康观念的不断更新, 对医疗资源的要求也在不断变化。而目前有限的医疗资源所凸显的最大问题是尚处于利用率不足、与需求不相匹配的状态。

在现行医疗运作模式下, 我们所认识的医疗资源包括以下三方面:医护人员及相关人员的配备 (包括执业人数、专业技术优势等) ;医疗设备设施与医疗技术软硬件的配置 (包括现有医院建筑和土地资源) ;病患人群人口构成 (应含对医疗服务有需求的健康人群) , 疾病病谱, 以及医疗服务半径。

医院运营管理的目标是发挥上述医疗资源的最大价值, 而运营的核心在于效率的提升——即提升资源利用率。

在有限的医疗资源条件下, 医院运营应避免大材小用、优材劣用, 以适用原则充分发挥每一份资源的作用;避免短视行为, 提高资源的重复利用率, 延长资源利用的生命周期;同时提升资源的共享性和便利性;另外, 控制风险和规避意外损失也是提高资源利用率的重要原则。医疗建筑设施作为医疗资源的重要组成, 其构成和运用的合理性、适用性会给医院的运营效率带来巨大影响。

随着经济全球化、一体化进程的加速, 不论政府公立医院还是民营医院抑或中外合资医院, 都面临着激烈的竞争。医院缺乏竞争力的最主要原因往往就是运营效率低下、成本过高。影响医院运营效率最关键的因素是就诊人数, 就诊人数的多少又取决于患者满意度、医技人员的数量及技术水平综合素质、医疗流程、HIS (Hospital Information System) (1) 、专家负荷等因素。医院要吸引更多的就诊患者数, 必须提高患者的满意度、增加医技人员数量、改善医院流程合理度及拓展HIS应用性。其中, 患者满意度和医疗流程是属于医院建筑可影响的范畴。

二、医院建筑的空间框架体系

医院建筑的空间形式与医院运营效率有着密切关联。医疗功能的区分引发医院建筑空间的划分。最初时诊断与治疗是分离的, 随着大型医技设备的出现, 医技逐渐形成一个独立的功能区域。当诊断、医技、住院治疗三大核心医疗功能开始分离时, 就出现门急诊、医技、病房三种类型的建筑模块。通过长期的医院运营实践经验的积累, 三者之间的组合方法和设计理念也逐步发展, 形成各种相对固定的组合模式, 即医院建筑不同的空间框架体系。

最初医院建筑的空间框架体系是自然形成的, 医院的发展从最初的无序状态 (由教堂或成药铺发展而成) 到形成固定的空间模式 (框架体系) , 医疗技术发展和医院运营管理起了决定性作用。医院建筑的空间框架是医疗功能的载体, 其发展是与医疗作业方式以及医院运营管理模式相匹配的。

中国的医院建设也经历了从无体系到各种形式纷杂的局面, 近些年逐步形成以下文所述几大体系为核心的稳定格局。医院建筑空间框架体系的形成主要围绕着“以医技为中心”的传统诊疗模式和“以疾病系统为中心”的新型诊疗模式展开, 应对两种诊疗模式分别形成不同的医院规模。

三、“以医技为中心”诊疗模式下的医院建筑空间框架体系及其运营效率

随着大型医技设备的出现, 医技逐渐形成一个独立的功能区域。医技作为门急诊与病房共同使用的单元往往被布置在医院的核心部位, 从而形成了“以医技为中心”模式的若干医院建筑空间框架体系, 主要包括以下三种。

1. 王字形框架体系

“王字形”是最初形成的框架体系, 也是最典型的模式, 后期形成的各类框架体系基本上都是从王字形衍生变异而来的。王字形模式以医技为中心, 兼顾门急诊和病房的使用, 主要适用于中小型医院 (200～400床) (图1) 。

随着城市土地资源的逐渐稀缺, 平展的建筑形制无法大规模兴建, 王字形模式开始垂直伸展形成王字形框架体系的衍生模式 (图2) 。但当医院规模进一步发展时 (如床位数超过400～500) , 王字形的核心部位就会成为人流和物流的交叉点, 给医院感染控制和医疗流程组织带来困难。

2. 环环形形框框架架体体系系

环形框架体系力图避免王字形框架体系的缺陷, 以环路串联各医疗功能模块, 避免王字形模式人和物的流线交叉 (图3) 。但随着医院规模更进一步发展 (如600床位以上) , 环线会变得越来越长, 人们的诊治路线也随之拉长。

3. 网格形 (织网形) 框架体系

综观王字形和环形体系的缺陷, 网格形框架体系在王字形的基础上, 将医患、人、物混合功能流线分离成限制路线 (污物和医生工作路线) 和开放路线 (患者就诊路线) , 二者互不交叉, 避免了患者、探视者或陪同者与医疗工作流程的交叉而导致引发感染事故或干扰医疗作业的现象。目前, 网格形框架体系已成为中国新建的大中型医院 (500～1000床) 建筑空间组织主流体系 (图4) 。

综上所述, 无论环形还是网格形的空间框架体系, 都是在王字形空间框架体系基础上的延伸或改良, 建筑布局要点都是以医技空间为中心。在这种诊疗模式下的空间框架体系对医院运营效率的影响主要取决于医技的服务半径和能力。一般在中小型医院中, 医技的服务覆盖能力足可以匹配。但当医院床位数规模较小时, 医技的设备利用率很难提高;而床位数规模偏大的医院, 患者的就医距离、等候时间以及防疫安全等方面会出现问题。

根据我们的设计经验, 规模在300床位的医院, 其医技的利用率和患者就医环境及方便程度相对令人满意。于是在中等规模的医院里, 我们把门诊医技与住院医技合并使用, 布置在医院医疗区的核心位置, 采取医技兼用模式。但对于较大规模的医院, 医技的服务覆盖能力就显得捉襟见肘。为避免患者就诊路线过长, 多数会采取门诊医技与住院医技分设的形式。

医技的服务覆盖能力取决于医技的服务半径、医技空间环境、等候时间、医技的防疫控制能力和抗干扰能力。患者从诊室或病区到达医技的路径应控制在一个合理的距离内。病种单一的专科医院, 医技治疗环境、效率和防疫能力均优于综合性医院。传统的以医技为中心的医疗诊治模式, 在医院规模日趋扩大和医疗解决手段日渐丰富的现实条件下, 已逐渐显现其弊端, 难以应付现代医疗服务的新需求。

四、“以疾病系统为中心”诊疗模式下的医院建筑空间框架体系及其运营效率

床位数规模超过1 000床的医院被称为超大型医院, 因其在资源整合上的巨大优势, 目前深受中国各地各级政府的支持, 但同时也产生了一些负面影响。首先它直接导致区域性医疗资源的掠夺, 其次因规模超大导致患者就诊路线变长、环境人流混杂、功能复杂、管理难度增加、医疗资源不易调配等问题。于是“以疾病系统为中心”的新型诊疗模式应运而生。

这种模式遵循系统医学思想, 确定了以某一疾病系统专科为诊治单元的医疗中心模式。专病专科减少了非相关病种人流的接触, 相应降低了交叉感染的几率;同时, 医疗中心内针对性的医技设备的配置也减少了患者在检查和诊断间往返的距离, 大大提高了医院管理效率。因此, 超大型医院建筑多以医疗诊治中心模式布局。

1. 王字形组合框架体系

将超大型综合医院分解成几个专科化的医疗单元, 每个王字形为一个专病医疗诊治中心, 横向并列组合, 并共享大型医技设备, 一般患者活动流线是纵向的 (沿王字形方向) (图5) 。

2. 组团式框架体系

类似于城市中居住小区与中心商业区的概念。每个医疗诊治中心均有各自常用的诊治体系, 同时各医疗中心围绕医技中心布置, 共享大型医技服务, 以求资源利用的最大化 (图6) 。

3. 卫星城式框架体系 (网格形+医疗中心)

一些大型综合医院规模进一步扩张时, 会将一些优势专业科室独立成疾病医疗中心, 既保证原有医疗体系框架的完整, 又形成了医疗专业优势。这与城市发展卫星城的模式类似, 故本文称之为卫星城式框架体系。卫星城式的发展模式逐步成为中国中心城市三甲老医院发展的主要形式。

在“以疾病系统为中心”诊疗模式的空间框架体系中, 往往采用模块化设计, 即以相同空间形式组成建筑单元来承载医疗功能。模块化建筑空间具备三大特点:一是规则柱网, 尺度统一的建筑空间梁柱形式和设备管线走向均相对统一, 大大降低了建设成本和运营维护成本;二是模块空间相对独立, 利于封闭改造, 当某建筑模块单元需要功能置换时, 可进行封闭改造而不影响全局, 同时对防疫控制也十分有利;三是空间利用灵活, 由于采用标准单元模块, 各医疗功能单元可根据需要选取模块的数量, 并依据变化增减, 调整成置换模块空间, 为应对医疗需要的变化提供便利。

当医院的医疗需求发生转变时, 可以对医院功能模块进行调整, 运用“抽屉原理”, 灵活调整医院功能模块, 不仅对整个医院的运营影响降至最低, 同时也为医疗功能模块空间置换创造便利。事实上, 整个医院的运营机制也正是通过这一类的升级调整来实现, 更新换代地满足新的医疗需要, 进而延长医院建筑的“产品生命周期”。

作为医院功能组织中枢的“医疗街”, 每条“街”上有若干个模块, 由各科室与辅助科室组成, 患者可在某一模块中, 将挂号、候诊、诊疗、影像检查等环节一并完成, 大大缩减就医时间, “医疗街”是一种注重效率的医疗功能的组织方式。

以医疗街串联所有的功能模块是大型医院交通组织惯用的方式, 事实上医疗街不仅仅是一个交通组织空间, 还是一个开放式的患者活动、服务空间, 所以在医疗街及其相关区域内必须设有交通 (水平、垂直交通流线) 、服务、问询、饮水、通讯、医疗服务窗口及陪同人员的滞留空间等, 清晰的标识系统以及医技医疗区域的一次候诊空间。医院的内部设施与环境应能确保提供优质护理, 为患者提供私密性空间以及缓解其精神压力, 同时为员工提供提高工作效率和满意度的工作场所。

结语

近年来中国医院建设进入快速发展时期, 建设理念和需求也在发生着根本性的变化。医院建筑的空间框架体系是支撑医疗流程的骨骼, 稳定的框架体系才能确保在医院功能转换过程中医疗流程的完整和合理。稳定的空间框架确定了医院的性质, 灵活的模块决定了医院的性能, 高效的组织方式体现了医院的品质。我们可以在医院建筑稳定的空间框架体系上, 通过模块的更替提高医院的性能, 通过组织方式的更新适应新的需求, 从而延伸医院建筑的生命周期, 这才是医院建筑发展的正确路径。■

框架结构空间刚度的研究 篇2

框架结构是一个空间受力体系, 为方便起见, 现今采用忽略结构纵向和横向之间的空间联系, 忽略各构件的抗扭作用, 将纵向框架和横向框架分别按平面框架进行分析计算的设计方法, 未能考虑楼板和框架结构的空间连接刚度形成的空间作用影响。本文对框架结构的空间作用进行研究, 尽可能地解决好结构安全性与经济性之间的矛盾, 即在优先保证结构安全的原则下, 使结构的工程造价经济合理, 为工程设计找出行之有效的方法。

混凝土结构设计规范GB50010-2002第5.2.1条和5.2.2条指出:线弹性分析方法可用于混凝土结构的承载能力极限状态及正常使用极限状态的作用效应分析。杆系结构宜按空间体系进行结构整体分析, 并宜考虑杆件的弯曲、轴向、剪切和扭转变形对结构内力的影响。体形规则的空间杆系结构, 可沿柱列或墙轴线分解为不同方向的平面结构分别进行分析, 但宜考虑平面结构的空间协同工作。可见, 随着科研试验技术水平的不断提高以及有限元方法的不断完善和相关计算机技术日趋成熟, 各种结构形式下的空间作用问题将越来越提上议事日程, 并且得到不断地深入研究。

当力作用在某一榀结构中时, 其余结构对它的空间作用可以简化为弹性支座上的连续梁来计算, 其计算示意图如图1所示:

当有力F作用于某一柱顶时, 由于结构的空间作用, 与作用有力的柱相临的其它柱端必然也要承担荷载, 其所承担的荷载值的大小与结构的空间刚度有关。

图1中的弹性支座相当于水平荷载传至柱子时柱子的抗侧能力对水平梁的作用。其平面图如图2所示。

弹性支座上的连续梁的计算问题, 实系在荷载与支座位移的两种因素共同作用下的计算问题, 这种支座位移的量决定于荷载的大小及弹性支座的柔度系数C的大小。所谓的柔度系数, 意即弹性支座在单位力作用下的伸缩量。施加荷载后截面方程的形式如下:

式中:△np为由于外力作用而使n点产生的角位移, 其计算公式如下:

式中:ωn, ωn+1分别为在跨度ln和ln+1内由于荷载所引起的弯矩图的面积

an, bn+1分别为这两个弯矩图面积的形心至各该跨度的左支座与右支座之间的距离, 如图3所示:

由于荷载总是通过梁作用于支座位置处, 把所求得的系数δ及自由项△代入原方程经过整理后就得出弹性支撑连续梁的方程的计算表达式为:

式中, Mn为第n跨支座处的弯矩

E为纵梁的弹性模量

I为梁对于y轴的截面惯性矩

Ln为第n跨的跨度

Rn0为将第n跨简化为简支梁时的支座反力

按照弹性理论, 对连续梁来讲, 与其相隔两跨以远的其余跨对其内力的影响很小, 所以当连续梁为多跨时可简化为五跨进行计算。又由于第1、2跨间更具有吊车作用的代表性, 故取荷载作用在第1、2跨间。其计算简图如图4所示。

当荷载的作用方式如上图所示且梁的跨度相等时, 五弯矩方程可表示为如下形式:

此方程组的解为:

此方程组中的M值为由于柱子对于水平梁的弹性支撑作用而在梁中产生的水平方向的弯矩。在工程设计中, 一般都是先根据竖向荷载定出梁的纵向配筋和截面尺寸, 之后, 再对比水平弯矩值。如果所得的水平弯矩值同竖向弯矩值相比很小, 则可认为该梁为无限刚梁, 水平弯矩可不加考虑;如果水平弯矩值很大时, 则纵梁的设计就要同时考虑水平和竖向两个方向的弯矩。通过计算可得出, 随着截面惯性矩I值的增加, 纵向弯矩值在减小, 且随着混凝土E值的增大, 在相同I值的情况下弯矩值也在减小。可见梁的纵向抗弯刚度越大、混凝土的级别越高, 纵梁的水平弯矩越小, 即结构的空间刚度越好。

参考文献

[1]古国纪.单层工业厂房整体空间作用的研究 (大型屋面板屋盖体系) [J].清华大学学报, 1973 (1) :85-98.

[2]李大为.双T板在工业建筑中的应用[J].工业建筑, 2002 (8) :65-71.

[3]王金国, 廖健.双T板屋面体系单层工业厂房模型结构的地震模拟实验[J].世界地震工程, 1994 (2) 89-96.

网际空间认证框架及相关量子技术 篇3

网际空间(即Cyberspace,简称网际,也称网络空间),指全球信息基础结构范围内用数字化或电子手段进行交流的虚拟世界。它超越了传统意义上的网络概念,与人们的社会生活产生了密切联系,网际空间的概念便应运而生,并被美国宣称为是继陆地、海洋、天空和太空之后的“第五空间”。网际空间安全即全球范围内立体化网络环境的安全,超越了网络安全范畴,开始强调互联网相关各方的安全利益,国家利益也受到了高度关注。在围绕网际空间及其安全问题的讨论中,最具代表性的事件是美国于2011年5月发布了《网际空间国际战略》,明确反对其他国家出于对各自国家利益的考虑而对网络进行分割的行为,既宣示了美国在网际空间拥有强大优势,又直接对其盟国和相关国家的网络安全战略产生了深刻影响。这些战略无一例外地共同关注如何获得网际空间的边界控制权,以及如何增强边界内部控制信息流动的能力。从国家安全的角度考虑,“网际空间的边界”通常被认为是在一个国家治理范围的基础上,由该国重要网络与信息系统及相关操作所划定的逻辑边界,边界控制权则由主要依据相关各方依据技术优势或者契约合同而获得。在边界内部控制信息流动的有效方法,主要是利用密码技术实现信息的机密性,利用访问控制技术实现授权的信息访问,以及采用必要的认证技术确保信息的来源真实和流向正确。

网际空间中的认证技术起源于互联网之前的本地系统认证技术。一般地,可以依据认证目的的不同,将其分为身份认证和消息认证。前者用于解决查验身份伪造问题,后者用于确认消息来源真实和消息自身正确。有些认证协议借助对称密码技术或者公钥密码技术可以同时实现身份认证和消息认证。在网际空间安全中,口令机制、硬件标识认证、认证协议、生物识别认证等方法,以及随着物联网和云计算等新兴应用出现的更多认证方式,提供了实现认证需求的不同技术途径。这些技术具有两个特点:①进行认证所依据的原理和具体方法主要侧重实际效用,整体而言迄今尚未形成体系化发展路线;其中,证书认证技术略显特殊,由公钥技术发展而来并在实际需求的推动之下,基本形成了基于公钥的认证体系;另一个被看作自成体系的认证技术是麻省理工学院设计的Kerberos认证服务系统 [1],它提供了一个认证服务器结构,认证服务器采用对称密码技术在用户和其访问的服务器之间进行鉴别,从而实现三种身份认证策略;②各种认证技术相互间不具备独立性,经常出现结合应用的情况,例如,动态口令认证机制可以通过基于U-key的认证方案来实现,也可以通过量子技术实现;一些认证协议的细节涉及针对口令类简单身份信息的处理机制;云计算应用中通过口令相关或者协议相关的方式来进行认证。

鉴于认证在网际安全中的重要性,人们在深入研究各类传统认证技术的同时也高度关注新型技术的应用,其中一个重要内容是基于量子信息科学的认证技术。量子信息科学的发展已经对当今世界的科学技术走向产生了重要影响,在量子计算、量子信息和量子密码等研究方向都取得了丰硕的成果。虽然目前量子态在存储方面还比较困难,光子传输也对信道要求苛刻,但是,由于量子技术相对传统技术具有难以替代的优势,量子技术已经被应用于网络安全研究中,在口令机制设计、身份认证和消息认证协议设计等方面都已经出现了一些量子方案,为认证技术带来了新的设计思想和方法。由于量子认证技术不再依赖认证实施者的计算能力,其安全性也不再依赖于对攻击者计算能力的假设,从而有效规避了未来网络中分布式网络攻击者的攻击能力和被攻击者的个体计算能力严重不对等的状况所将带来的安全问题。

2 网际空间的认证

2.1 认证需求

网际空间中的认证需求主要是身份认证、消息认证、混合认证和新兴应用中的认证。其中,身份认证需求在网际空间中普遍存在。“身份”可以被理解为一种标识或者凭证。“身份认证”即对这种标识或凭证进行识别。网际空间中,可以被当作“身份”的信息主要有口令、标识符、生物特征、密钥、证书等。这些信息一旦被盗用就可能成为攻击者获利的工具。消息认证的目的是确保消息来源真实,并且消息在传输和存储过程中没有被篡改、重放或者延迟等。消息认证是保障网际空间中消息完整性的主要措施。消息认证协议的设计需要考虑计算能力、网络协议和数据格式等因素。

混合认证指在认证中同时实现身份认证和消息认证的认证方式。混合认证一般由具体的认证协议实现。这些协议在信息交互过程的初始阶段,会将口令、标识符、证书等身份信息作为参数,在身份认证的基础上启动后续消息认证过程。这种做法与数据通信安全保护中的传统做法类似,即:先确认消息发送方和接收方的身份是否正确,再进行消息传输。一般地,为确保身份信息的机密性,身份认证不一定在混合认证的初始阶段进行,而是出现的其后必要的过程里,或者被放进某个具体的消息传输过程里和消息认证同时实现。在网际空间中,混合认证是一个更为实际的认证需求。通过在协议中有效结合身份认证和消息认证的实现过程,既能够节省实现这些认证所需的存储资源和计算资源,能够实现身份信息保护,又能够实现消息在传输过程中和身份信息相互绑定,增强认证的安全性。

目前,网际空间中代表性的新兴应用是物联网和云计算,相关的认证需求都和大规模的应用场景相关。其中,云计算应用与传统网络应用的一个显著不同之处是,用户与云服务提供商以及业务相关的云服务提供商之间的交互变得频繁而且多样,由此导致云计算应用中的用户身份认证异常繁琐,认证技术重点需要解决同一用户在不同应用环境中的多次认证问题,力求使这些认证环节简易便捷。

2.2 认证技术

对应前述认证需求,本文将认证技术分为身份认证、消息认证、混合认证和新兴应用中的认证。

2.2.1 身份认证

身份认证的重点是对身份信息的真伪进行验证。目前,进行身份认证的常见途径是采用经典的口令机制(包括简单口令、动态口令、一次一密口令、图形口令等)、硬件标识符认证(例如,智能卡认证、令牌认证)、生物特征认证(主要是基于人脸、指纹、声音、虹膜等生物特征的认证)。这些传统的身份认证机制已经发展成熟,各具特点。例如,口令机制简单易用,生物特征认证更为便捷。

动态口令认证目前被认为是较为安全的口令机制。经典动态口令认证[2,3]所用的动态口令由预先存储的初始种子和时间参数依据哈希算法而生成,哈希算法的单向性和时间量的变化共同提高了口令猜测的难度,增强了系统安全性。动态口令机制有两个特点:①为避免实际设备的走时误差和网络传输时延,要求认证双方保持高度的时间同步,需要精准的时间参数和采用时间误差容忍技术,并且依据实际系统的性能来设定时间变化频率和冗余阈值;②除非及时更新初始种子,否则无法在经典密码学基础上设计实现统计安全的动态口令认证系统(动态口令认证中的初始种子具有不变性,若攻击者通过持续的监听获得了足够多的信息并拥有无限计算资源,则有可能分析得到有效的碰撞集合,不断缩小这些碰撞集合的交集即有可能猜测出初始种子)。Blonder在1996年提出了图形口令的概念[4],解决用户忘记和遗失口令时的认证问题,同时也降低了口令信息泄露的风险。其后出现的Passfaces[5]将人脸图形用于口令机制中,在口令输入操作被偷窥或图像选择行为泄露时面临风险,但它将生物特征信息和口令机制相结合的做法非常独特。

在Shamir等人提出基于公钥和零知识的身份认证系统[6]之后,很多身份认证协议[7,8]都涉及该思想,直到1999年,Dǔsek等人[9]提出一个基于量子密钥的经典身份识别系统,采用量子密钥分配和经典的认证过程(密钥是量子的,认证过程是经典的)。与之对应的另一类协议是经典密钥的量子身份识别系统(密钥是经典的,认证过程是量子的)。一系列协议[10,11,12]都与量子身份认证有关。量子身份认证能够实现统计安全的身份认证系统。共享纠缠态是一个很强的条件,因而很容易由其构造认证协议,但是共享纠缠态不易物理实现。目前量子身份认证协议多采用共享保密测量基的协议设计思想。

2.2.2 消息认证

进行消息认证的方法有:基于消息加密的消息认证,基于消息认证码(MAC)的认证,基于哈希(HASH)的认证,以及在此基础上形成的认证协议。其中,基于消息加密的消息认证可以采用对称密码体制来提供机密性和认证,可以基于公钥密码体制仅提供认证,也可以基于公钥密码体制来实现加密、数字签名和认证。由于它被发现具有多种易被攻击的风险,目前已经较少被采用。

基于消息认证码(MAC)的认证所需的MAC函数无需可逆并且破解难度增大。基于MAC的消息认证可以单独实现消息认证,也可以同时提供基于明文或者密文的消息机密性保护(一般认为基于明文的此类消息认证相对更理想)。基于哈希的消息认证有六种具体实现方式,可以单独采用对称密码体制或者公钥密码体制中的某一种,对消息及其哈希值单独或同时进行加密,也可以同时采用对称密码体制和公钥密码体制分别对消息和哈希值进行加密。后一种方式同时提供认证、机密性保护和数字签名,因此实际应用较多。消息认证协议可以是单向认证协议或者双向认证协议,可以采用对称密码体制或者公钥密码体制。量子认证技术借鉴了这些传统认证协议的设计方法,设计出了一些单向和双向的量子认证方法。

2.2.3 混合认证

混合认证的特点是采用了对称密钥或者公钥加密技术,或者二者兼而有之。混合认证的典型代表是公钥基础设施(PKI)和密钥管理基础设施(KMI)中采用的认证技术。公钥基础设施和密钥管理基础设施在网际空间安全保障中承担着重任。对于公钥基础设施而言,在简单应用中,证书被用来进行身份认证;在复杂应用中,证书可以被当作消息源的身份标识,参与到消息认证中。在密钥管理基础设施中,某些密钥(例如,设备密钥)具有身份信息的特征,另一些密钥(例如,会话密钥)则在消息认证中实现保护作用。

共享信息型量子身份认证方案可将身份认证和消息认证同步实现。该类协议采用共享秘密的量子态编码基的技术,使用共享的秘密值做认证符,由共享编码基编码为量子态进行认证。

2.2.4 新兴应用中的认证

截至目前,物联网、云计算等新兴应用所采用的认证技术主要仍在传统认证技术的范围之内。针对云计算中存在海量用户认证需求的情况,单点登录技术受到关注,OpenID、OAuth、联合身份认证、多因素认证等身份认证技术也陆续出现。在工业界,Google、Microsoft、Amazon等已经在其云计算环境中使用了身份认证技术[13]。此外,有研究人员在具体的设计方案[14]中提出,可以在OpenID、OAuth协议的基础上,通过增加身份发现与联合组件及其相应流程,实现不同身份的自动联合,达到联合同一用户不同身份对应数据空间的目的,并实现包括身份信息在内的资源细粒度授权。

3 量子认证技术

量子认证包括量子身份认证和消息认证。认证方案的基本功能就是防伪造(包括冒充,替换,篡改,等等),量子认证也是如此。量子身份认证方案的认证主体仍然是经典的,其量子性体现在协议的若干步骤涉及了量子态的传输、变换或测量。量子消息认证方案的认证对象可以是经典消息,也可以是量子消息,认证的类型可以是消息源认证,也可以是单纯的消息完整性认证。从安全性的角度看,量子认证方案既有信息论安全的方案,也有计算安全(后量子安全)的方案。从研究动机来看,量子认证方案既有着眼于未来网络安全实际需求而设计的方案,也有从探索未来的密码学理论的动机出发构造的方案。除个别用于进行理论探索的方案之外,大多数量子认证方案的安全性建立在量子不可克隆定理之上,因而具有超越任何计算假设的安全性。目前,量子态的制备、传输、检测、存储等方面仍然存在诸多问题,量子认证方案的缺点显而易见。但是,考虑到今后10年至20年里量子信息技术可能取得的巨大进步,网际空间的量子认证技术是值得积极探索的。

3.1 量子身份认证

3.1.1 基于对称密码体制的单向量子身份认证

此类协议需要证明者和验证者在协议执行之前先共享一些证明者的个人身份信息。当协议执行的时候,证明者出示某种包含个人身份的信息,验证者将之与证明者事先共享的个人身份信息相比较,从而使验证者相信对方的身份真实合法。

文献[15]提出的身份认证协议引入了量子单向函数(见图1)。证明者和验证者共享一个n比特的密钥k;当证明者需要证明自己的身份时,首先通过量子信道向验证者发送一个建立连接的请求,请求信息中包含证明者自己的身份信息(用于使验证者知道该选择哪一个密钥进行验证);验证者通过经典信道答复证明者的请求信息,并选择合适密钥;证明者通过量子信道向证明者发送由一系列量子态组成的认证信息,验证者对接收到的认证信息进行认证。

量子单向函数与经典单向函数相似,也存在碰撞。但是,因为不存在确定性算法,敌手无法找出这个碰撞来判定未知量子态是否与已知量子态相等。若假设敌手获得一个与已知量子态一模一样的量子态,则违反了量子态不可克隆定理。在一次认证过程中,即使敌手截获证明者所发送的认证信息,也得不到关于证明者与验证者所共享的密钥k的任何信息。

3.1.2 量子动态口令认证

量子动态口令是一个单向通信的认证协议,认证过程不需要交互。[16] 中提出的协议过程如下:证明者与验证者初始共享一个秘密的初始种子S,并使用一个扩展函数G作用于S生成一个非常长的比特序列L(G是一个单向函数且输出结果均匀);证明者使用共享秘密初始种子S和当前时间通过散列函数作用得到k比特经典动态口令P,并且随机均匀选择k×n比特序列A和L中前k×n比特得到比特序列B,B确定的编码序列将A编码为量子口令;验证者从L中选取相同k×n比特组作为B,使用B所确定的编码基对接收到的量子口令解码得到动态口令,使用预先设定的时间变化单位和变化阈值生成多个口令P1,Pt与P比对,若有一个比对一致则认证通过。认证通过时选取L中下一k×n组比特更新B供下次认证使用,若比对不一致则认证失败。证明者发现通过认证,则选取L中下一k×n组比特更新B供下次认证使用。

量子动态口令认证方案的统计安全性在于通过保密编码基B编码动态口令P,从而将P有效地保护起来。该协议在继承了经典动态口令将敌手攻击时间有效压缩在时间变化单位内的优点外,进一步将系统安全性升级并达到了统计安全,使得初始共享密钥可以长期重复使用。

3.2 量子消息认证

量子消息认证首先由Barnum 等[17]提出,他们构造了一个非交互对称密钥加密的消息认证协议。文献[18] 构造了一个基于公钥体制的量子消息认证协议。文献[19] 中提出的量子消息认证方案是基于经典NP完全问题。该方案用到了经典的SN-S认证码[20]。若用户A要向用户B发送由一系列纯态组成的消息,用户A利用量子线路和随机选择的Goppa码的标准生成矩阵以及另一个随机选择的可逆矩阵对消息进行变换,之后加上一个随机的错误向量,就完成了消息加密过程;用户B收到加密的量子消息后,通过对不同量子寄存器之间进行量子运算以及量子测量得到校正子S(j),再根据Goppa码的快速译码算法找到错误向量e(j),最后利用e(j)得到用户A传输的消息。

3.3 含双向混合认证的量子无密钥协议

文献[21]引入了针对参与方的身份认证和消息认证(见图2)。发送方和接收方在认证过程开始之前共享代表着各自身份的两个布尔函数,只有通信双方知道。在该协议中涉及到三个量子寄存器,发送方传送给接收方的消息首先储存在第一个寄存器里。进行认证时,发送方选择一个布尔函数对第一个寄存器做变换,将结果存在第二个寄存器,使得两个寄存器之间产生纠缠,采用这种方式的动机是保护共享的身份信息不泄露,之后将消息发送给接收方;接收方独立随机地选择一个布尔函数对第一个寄存器做变换,将结果储存在第三个寄存器里,并且用之前共享的含有接收方身份信息的布尔函数再对第二个寄存器做计算;发送方收到接收方返回的消息后,利用共享的布尔函数可以使第二个寄存器的量子态为零,并对第三个寄存器做变换,若第二个寄存器状态不为零,则发送方可以判断消息不是接收方发送的并且中止协议;若是,则继续。当接收方再次收到发送方发送的消息时,用共享的身份信息使寄存器解纠缠,从而得到第一个寄存器中存储的量子消息。

在图2中,undefined表示发送方发送的消息,SA和SB代表发送方和接收方共享的代表身份信息的布尔函数,FA是发送方独立选取的布尔函数,FB是接收方独立随机选取的布尔函数。

4 结束语

随着不同国家在网际空间中的利益冲突不断涌现,网际空间的安全受到了许多国家政府的高度关注。认证技术作为网际安全保障的重点技术之一,近年来不断地在传统技术领域和新技术领域取得进展。在传统领域,基于对称或者公钥密码体制的认证技术继续呈现多样化。在量子技术所代表的新技术领域,一些独特的量子认证方案已经被提出来,既是对当前信息时代认证技术进行的补充,也是针对未来量子计算时代的认证需求进行的必要科学探索。

空间框架体系 篇4

国内舆论研究发端于上世纪80年代中后期, 网络舆情的研究则晚十年左右, 大致经历了三个阶段:1999年至2002年, 主要是探讨网络舆情的形成、特征和功能, 是对网络舆情发生初始时期简单现象的梳理和判定;2003年至2006年, 分析重点转移到网络舆情的监督作用, 其价值在于突出了网络舆情“重新赋权”后的正面影响;2007年至今, 研究开始强调网络舆情的导向, 试图解决网络舆情与构建和谐社会之间存在的矛盾, 但多从宣传的角度看问题, 雷同现象严重, 研究成果以论文居多, 多以介绍和描述性文字为主, 而著作明显数量不足。

总的来说, 网络舆情的研究处在尚未成熟的阶段, 上面罗列的成果大都是一些零散的思考, 侧重于探讨网络舆情产生的表象因素和网络舆情管理的初级方式, 视野不够开阔, 缺乏宏观、深度的分析。2007年以来 (特别是2009年这一年) , 传播私渠道的博客和微博客等自媒体迅速成长, 同原有的新闻与论坛板块一起形成网络公共空间, 它们相互作用产生强烈的网络舆情共振效果, 但对于这一公共舆论场迅速着陆的研究却没有跟上。在此宏观背景下, 笔者对相关领域研究的框架有一些新的思考:

对网络舆情共振动力的研究。这部分是求证舆情产生的缘由及其之间的关系和相互作用。网络舆情的载体是互联网上公共空间新闻、论坛、博客和微博板块, 分析博客群体中公共知识分子的微言论、微观点如何促动了社会知觉的苏醒;论坛、微博的随机现象和浮动意识怎样由于舆情因变事项的发生、发展、变化, 进而影响了公众所持有的社会政治态度;而新闻栏目作为传统媒体在网络上的化身, 如何激活了网络舆情的发散;它们之间究竟怎样反射、积累、叠加、互动、渗透最终达到舆情的扩大化。另外, 网民由利益需求、心理驱使等自身因素在政治体制和经济发展的宏观语境中对网络舆情影响到底有多大也是研究中不可缺的内容。舆情共振动力模型如图一所示 (1) 。

对网络舆情共振特质 (如图二所示 (2) ) 的研究:这部分的着眼点在于评论解析网络舆情共振各价值维度内部的弹性关系。比如形式维度中从隐匿性到外显性的释放、个性化与群体极化性之间的反转;内容维度中理智性与情绪化性的波动;时间维度中即时性与连续性的比照。能肯定的一点是, 共振造成了网络舆情边际效益递增, 而其他预测尚有些不清晰之处。

对网络舆情共振负向引发因子的研究。这部分内容包括分析网络信息病毒式传播的几何递增效果;验证网络虚拟性所带来的对虚假信息无限放任的观点 (实名制社区与匿名制社区对照) ;观测局部事件的放大效应、制造所谓内幕消息的“眼球”效应、少数人操控效应、集体煽情效应等如何造成舆情因变事项的恶性发展, 当然也应看到网络舆情共振中存在偶然引发因素的不可预见性。

对网络舆情共振干预手段适用性的研究。舆情疏导的介入方式与其成熟度、政治影响度、网站类型有很大关系。研究的目标是想探索舆情事态分极标准, 进而确定舆情的具体化解手段。其中手段的“针对性”、“脱敏化”、“灵活性”、“示范性”和“参照性”是重要指标。

对网络舆情的生命周期 (如图三所示 (3) ) 的研究。这部分内容的某些片段涉及工科中的网络信息科学, 目的是想通过技术来解决网络舆情信息的汇集、分析、报送与反馈 (比如舆情信息主观屏蔽数与客观存在数对比、舆情载体分布对比、舆情关键词增量对比、舆情传播路径对比、置顶新闻跟帖数及变化、舆情载体共振点出现与消失等) , 让数据说话, 进而确定对网络舆情共振的预警规划。通过对多主题舆情共振生命周期的确定和评鉴, 建立起一套回应网络舆情共振的系统。

在上述研究内容圈定之后, 大致可以确认研究框架是以网络舆情传播本体、价值体系和作用影响为对象, 以揭示网络舆情共振现象背后的各种原因为目标, 描述十年来, 尤其是近三年在社会矛盾凸显、网络快速普及的情况下, 作为主体的民众对作为客体的执政者所持有的社会政治态度的变化过程和发展趋势, 从而展现对其进行系统化管理的社会意义和历史意义。

接下来是研究方法的选取。依据本研究的特点采用质化研究为主, 量化研究为辅的方式。其中包括文献研究法:从已有文献出发, 对近十年来网络舆情的论文和著作按内涵、类别进行解读, 归纳和概括出一些基本结论, 将这些结论融入本课题的研究框架 (时间上的纵断研究) ;实地观察法:从网络舆情的现实出发, 既遵从政府的权威导向, 也承认研究中的逻辑、直觉和科学的重要性, 选取多个标本性网络舆情个案进行剖析, 完成从感性材料到理性认识的上升 (时间上的横断持续研究) ;一定的实证研究:数据一方面来自CNNIC/i Research季度报告、中国社科院《社会蓝皮书》年度报告、人大IRI网络舆情指数周报等;另一方面来自网络观测调查。

在研究进行的过程中, 有几个值得注意的问题。一是对中央关于网络传播政策的把握和领会;二是在中国国情的大背景下, 对于网络上不同舆情的定位、定性以及舆情因变事项观测点的选择;三是量化研究中某些网络后台数据的获取。

从本研究前期所占有的资料出发, 不难发现:一、网络舆情载体主要分布在新闻、论坛、博客和微博客板块。微博客填平了互联网与通信网之间的界限, 有效突破了信息屏障, 变为爆料平台;而博客则成为公共知识分子默默地、渐进地传播思想的阵地。它们与以前的新闻、论坛一起构成网络公共空间, 其中人民意见的无穷组合和人民智力的相互借力造就了网络舆情的共振, “民间舆论的独立源头由此显现” (4) 。二、网络舆情显示出强烈的社会关怀, “是一个可以让亿万人同时围观, 让亿万人同时参与, 让亿万人默默作出判断和选择的空间” (5) , 这无疑提示我们民气可用、民怨可畏。三、在群体性事件、突发性事件、个人极端事件的网络传播中, 网民非理性情绪和极端言论容易抬头和蔓延, 所形成的负面舆情共振可能造成对社会的极大破坏。

这是一个研究的假设也是希望求证的结论:在防止网络舆情的共振中, 像过滤、删帖、封堵等强力手段, 可有针对性地使用, 但不能成为最普遍的方式;学会即时回应一定时间一定地点的民意, 快速启动危机公关预案应该成为应对网络舆情共振不可缺少的部分, 然而它也并非百分之百可靠;只有进一步提高政务信息透明度, 修复政府公信力, 承担对人民整体和长远福祉的责任, 才是维护稳定的根本途径。

参考文献

[1].陈力丹:《舆论学:舆论导向研究》, 北京:中国广播电视出版社, 1999年版。

[2].展江、张金玺:《新闻舆论监督与全球政治文明:一种公民社会的进路》, 北京:社会科学文献出版社, 2007年版。

[3].王强华、王荣泰、徐华西:《新闻舆论监督理论与实践》, 上海:复旦大学出版社, 2007年版。

[4].刘建明:《穿越舆论隧道:社会力学的若干定律》, 北京:中共中央党校出版社, 2000年版。

空间框架体系 篇5

经过改革开放三十多年的发展,余姚市的城市建设取得了令人瞩目的成就,但是城市建设的速度日益加速,也给城市规划与管理带来了诸多问题,其中由于利益驱动和管理不善产生大量的违章建设是一个突出的问题[1]。城市违章建筑识别与监管是城市规划管理部门的一项重要工作,现有违章建筑识别主要靠人工巡视,投入大,效率低。本文结合目前余姚市正在开展的地理空间框架建设,探讨利用地理空间框架建设的成果开发违章建筑检测系统的可行性;探讨了违章建筑识别的流程与关键技术,并对违章建筑检测系统进行了设计,同时根据系统开发需要解决数据和技术上的问题,对空间框架建设提出了要求,这项工作有利于建设一个兼具实用性、先进性的市地理空间框架。

1 余姚市地理空间框架建设主要内容

余姚市地理空间框架由基础地理信息数据体系、目录与交换体系、公共服务体系、政策法规与标准体系和组织运行体系五部分构成。其中,基础地理信息数据建设包括地形数据、管线数据、地名数据、境界数据、三维模型、DEM、正射影像等内容。此外,由于专业数据库缺乏城市政务管理和公用咨询所需要的社会经济方面的要素信息,还需构建政务数据库,集成规划、国土、建设、水利、交通、教育等部门的信息。地理空间框架的建设将整合余姚市地理空间信息资源,构建一个统一的多尺度、多类型、多时态的市级地理空间数据基础设施平台。

2 违章建筑识别的流程与关键技术

本文研究违章建筑识别方法,利用市地理空间框架建设成果,以影像数据库、规划专题数据库、地形数据库为研究对象,集成RS、GIS技术对城市违章建筑和城市发展改建、扩张等进行动态监测。

2.1 违章建筑识别的流程

首先,采用多级影像金字塔进行影像匹配及其他预处理;然后,对像素信息比较生成差值图像,找出发生变化的局部范围;最后,采用规划数据库或其他数字地图作为先验知识导引的特征提取方法,提取建筑物多边形矢量,结合已有的专题规划GIS矢量数据,通过GIS分析来完成违章建筑识别。具体识别过程如图一所示。

2.2 违章建筑监测的关键技术

如何利用不同时期的遥感影像数据,特别是多时相的影像进行变化检测,是违章建筑监测研究的重点内容。

2.2.1 多时相影像的变化探测技术

多时相遥感影像的目标变化探测技术大致可以分为两类:基于光谱特征的变化检测和基于空间结构特征的变化检测。对于大多数地物,光谱特征的差异是判断其发生变化的主要依据。基于光谱特征的技术和方法正是根据这种原理来实现对地物变化的检测,这类方法在当前变化监测的应用中最为广泛。主要有三种方法[2]:

(1)基于最小二乘相关匹配的变化检测

基于灰度信息的匹配进行变化分析,即根据最小二乘法改正影像的几何变形,迭代出最大的相关系数。这样既得到了最佳匹配点,又可以根据相关系数判断出影像是否发生了变化。该方法能有效解决影像配准误差对变化检测的影响问题,得到较精确的检测结果。

(2)结合像元级与特征级的变化检测

首先利用像元级变化检测的方法检测变化,检测出发生变化的大致范围并以此作为背景,使用特征级的变化检测,进一步确定感兴趣的人工地物变化。

(3)基于分类后比较的变化检测

首先,基于分类训练库对新旧图像进行分类;然后,对分类后的新旧特征图像实施变化检测,得到若干变化图斑;最后,用滤波因子剔除这些图斑中的虚假变化信息。该方法可以回避影像间辐射校正等问题,除了可以确定变化的空间范围外,还可以提供有关地物变化性质的信息,但是变化检测的精度依赖于图像分类的精度,可能会夸大变化的程度。

2.2.2 基于GIS的变化探测分析技术

根据图像处理与变化检测产生的矢量图斑、审批图、矢量地形图、影像图等各种资料,利用GIS技术数据处理功能和空间分析能力,以及提供的属性信息查询手段,对变化图斑进行分析、判别、去伪等处理。利用空间框架建设中的先验知识与GIS集成分析的变化检测方法,较传统的方法有明显的优势,它能够集成不同类型的数据进行分析,适用面广,检测的结果更可靠、精度更高。

2.2.3 多时相影像数据的管理与调度

对不同时相的影像数据,分别建立无缝影像库。在实际应用中,需要对不同时相的影像数据进行浏览和分析,因此,不同时相影像数据的管理和调度也是系统的一项关键技术。在不同时相无缝影像库的基础上,建立时相索引,再利用算法来实现多时相影像数据管理与调度。

3 系统设计与开发

系统主要用于城市违章建筑的发现,以及重点地区的变化分析。系统处理的结果可以作为目前市“智慧城管”建设的子系统,或者把分析结果输入“智慧城管”系统中,作为重点监控区域,安排执法人员到现场勘验,提高作业效率。

3.1 系统设计

按照业务流程和功能划分,余姚市违法建筑监测查处系统将由影像分析子系统、变化检测子系统、影像数据建库与管理子系统、违章建筑变化监测子系统和Web GIS应用子系统构成,如图二所示。

(1)影像分析子系统

在违章建筑普查、典型地物提取中需要诸多的影像分析操作,如边缘检测、纹理分析、光谱匹配等才能正常运行。影像分析子系统主要用于完成这些影像分析操作。主要采用高分辨率遥感影像作为数据源,目前公认的面向对象的影像分析方法更适用于高分辨率遥感影像的分析。

(2)变化检测子系统

变化检测子系统是建立在影像分析子系统基础上的高级分析系统,实现像素级的变化检测、对象级的变化检测以及分类后图像变化检测等功能,而且提供完善的后处理技术。

(3)影像数据建库与管理子系统

对每年的不同时相影像数据,分别建立无缝影像库。在不同时相无缝影像库的基础上,建立时相索引,再利用算法来实现多时相影像数据管理与调度[3]。

(4)违章建筑变化监测子系统

违章建筑变化监测子系统,监测现有违章建筑的整治拆迁工作和违章建筑的出现过程。以现有违章数据为基础,结合多时相遥感影像实现现有违章建筑拆除进度的监控,及时了解整治情况。同时,根据多时相遥感影像及时发现违章建筑的修筑、扩建等,将其消灭在萌芽状态。

(5)Web GIS应用子系统

地理空间框架建设包括共享平台的建设,利用共享平台空间数据发布的功能在政府内网发布违章监测的成果,供工商、城管等部门使用。Web GIS应用子系统由地理信息发布和数据维护两部分构成:地理信息发布部分总体结构采用跨平台的多层B/S体系结构;数据维护部分以Oracle数据库作为后台支持。通过将矢量数据与影像数据相结合的方式,直观形象地展现所需的信息,提供良好的可视化和简单、方便的操作界面。

3.2 系统实现

系统基于Arc GIS Engine组件以及Arc GIS Server平台的基础进行开发,系统可以支持多个用户进行并发作业和访问。系统所使用的GIS数据库以Oracle Spatial方式进行存储。为充分保证数据库系统的稳定性、安全性、高效性和海量数据存储及快速访问能力,在服务器端采用Oracle10i数据库服务器,数据库客户端操作系统采用Windows操作系统。同时,为了高效率访问Oracle数据库和充分利用Oracle数据库提供的强大功能,直接调用Oracle提供的API接口OCI(Oracle Call Interface)来访问GIS数据库。

外加系统界面及部分功能实现界面。

4 结束语

地理空间框架是余姚市重要的基础设施,为我市“数字城市”、“智慧城市”、“智慧城管”建设提供空间数据基础,可以迅速提高我市信息化建设水平。各行各业可以把地理空间框架建设成果作为基础,方便快捷地叠加各自的行业信息,并开发各自的行业应用系统。本文对地理空间框架的建设应用领域进行研究,结合余姚市正在进行的“智慧城管”建设,探讨地理空间框架成果应用于违章建筑监测领域。

对现有的技术方法进行整合与集成,从而使整个违法建设监测和发现的流程更加高效,是本研究今后需要继续深入的难点问题。保证影像数据、地形数据、规划数据及时、准确地更新,是违法系统发挥作用的关键问题。建议余姚市在地理空间框架的建设过程中加强与应用部门的沟通,共同推动我市“智慧城市”建设。

摘要：地理空间框架建设为余姚市自然、社会、经济、人文与环境等各种信息建立定位基础、集成工具和交换平台;讨论利用框架建设的成果构建违章建筑监测系统,对系统建设所涉及的空间数据、技术问题一一进行分析。文章选取违章建筑监测这一角度,揭示地理空间框架建设成果在城市管理中的广泛应用,也对余姚市地理空间框架建设下一步工作提出新的要求。

关键词：地理空间框架,违法建设监测系统,城市管理

参考文献

[1]马建文,田国良,王长耀,等.遥感变化检测技术发展综述[J].地球科学进展,2004,19(02):192-196.

[2]李德仁,王密,胡芬.利用我国高分辨率卫星影像监测北京市违章建筑[J].科学通报,2009,54(03):305-311.

空间框架体系 篇6

随着旅游业在国际范围内产业地位的提升、国际旅游市场竞争的加剧,促使国家形象在吸引国际旅游者方面的作用受到关注。国家作为旅游目的地,其公共意象是国际旅游者对该国环境信息的共同记忆,它建立在该国历史、文化与主客交往的基础上。本文将地域尺度扩展至国家,将国家尺度的目的地意象定义为国际旅游者对某国作为旅游目的地时的印象,它是由无数地方旅游目的地构成的。研究国际旅游者意象图示内容,洞悉国际游客空间认知的特殊性,有助于指导与优化国家作为旅游目的地的空间结构规划,同时体现出旅游规划倡导“以人为本”和“公众参与”的趋势。

受传统结构—功能主义的影响,早期的空间意象研究多以城市居民为对象,忽视了对旅游者群体的研究［1，2］。城市意象从早期的意象类型、构成要素等基础性研究［3 － 5］逐步深入到意象内部差异性的研究［6，7］。国内学者顾朝林［8］、冯健［9］、申思［10］分别对北京城市意象地图类型、构成要素、发展阶段进行了分析,并根据社会人口学等特征进行了城市意象空间差异性研究［11，12］。自从Lynch的城市意象理论和方法被证明适用于城市旅游地空间意象研究后［1，13］,以旅游者为调查对象,探讨旅游者空间感知视角下目的地空间意象的形成过程与空间结构［2］的研究不断出现。如Walmsley、Jenkins［14］,Young［15］、Pearce［16］研究了意象的类型、构成要素和认知过程。国内学者张春晖［17］、田逢军［18］、蒋志杰［1］分别探讨了旅游地空间意象的发展过程、旅游地意象空间的结构特点、目的地意象地图的演变过程、旅游者感知环境的空间构成要素等问题。聚焦国内外旅游地空间意象相关研究( 表1) ,研究成果丰硕,反映的主要问题是: 1研究对象上,从早前的注重居民感知发展到以居民和旅游者并重［1］。2研究方法上,多用意象草图和空间数据分析方法。随着科技的进步,GIS、GPS定位技术和手机智能导航技术被当作获取旅游者空间数据的新方法［19 － 22］。3研究地域范围上,现行实证研究都以城市、景区为研究案例地,有关国家尺度上目的地空间意象的相关研究鲜有涉及。4研究视角上,在为数不多的以国家为旅游目的地的研究中,多从传播学的学科视角,运用数理统计方法探析国家形象的相关问题,很少注意到国家空间意象与城市空间意象之间的区别,缺乏从旅游者空间感知角度的案例研究。

国际旅游者对目的地国家空间意象的感知有助于形成丰富切实的国家旅游形象,而国家尺度空间意象的研究为解释目的地国家中国际游客与旅游环境的相互作用提供了重要研究视角,对目的地国家空间管理与环境规划具有非常重要的实践指导价值。基于研究地域范围的空缺,本研究提出以国家作为旅游目的地的分析框架,从旅游者感知环境的构成要素、旅游者获取旅游地信息的内容等方面着手,探讨国家尺度目的地空间意象与城市、景区目的地空间意象的异同点,目的是探讨如何将目的地空间意象感知研究扩展到国家层面,以期促进多学科的融合,扩大传统旅游目的地的空间概念,为目的地研究提供更广阔的视角。

2 文献回顾及概念梳理

Boulding最早提出意象是指人们的主观价值和知识的凝结,是主客体沟通的工具,对主体的行为决策具有重要的作用［23］。Lynch早在《城市意象》一书中指出意象的三个构成部分———特性、结构、意义: 特性代表场所具有的特质,结构是地物间的关联特征,意义是帮助个体深入联接特质［24］。后续学者,如Crompton、Dicher、吴佩芬等都对意象的概念进行过总结［25 － 29］。基于前人的研究,白凯指出意象是由个体对知觉、认知、情感的评价而产生,定义为个体心目中对某一事物所持的信念、意见与态度,这种意象同时受到主观经验、社会文化、外界讯息的影响［30］。

旅游目的地意象概念被普遍接受,但是至今还没有一个统一的定义。不同学科背景的学者基于不同的研究视角几乎都下过该类定义: 如传播学领域以目的地形象称呼［31］; 地理学和心理学背景下的研究者多以旅游意象［32］、旅游目的地意象［33］、旅游地意象［34］称呼。从个体的心理活动视角来看,则表示旅游者对目的地各类信息加工的一种“意象图式”的凝结［30］。本研究主要是从国际旅游者空间感知视角着眼,探讨国际旅游者对目的地空间认知的“意象图示”,因此译为旅游目的地意象可以说更为合适。

近年来,随着认知地理学和认知心理学的发展,旅游地空间意象研究受到重视,逐渐与旅游者地理空间认知模式相融合。已有研究关注更多地是目的地公共意象图示的空间结构性分析,而目的地空间认知过程研究成果少; 马耀峰、吴小根等结合旅游者空间认知模式,解释了不同阶段旅游者的空间认知规律［35，36］; 马耀峰等基于空间认知阶段和认知方式不同,阐述了旅游目的地空间意象的形成过程,从空间认知规律视角不仅解释了各类信息的作用,更多的是在信息提示下,旅游者对各类信息的认知效果与操作,以顺利完成旅游活动,获得丰富体验与回忆［35］; 吴小根等从发生学的角度解释了各类讯息作用于旅游者,致使旅游者产生旅游动机直至旅游行为的发生,这一系列过程在旅游者的大脑中形成意象,并点明意象的形成过程包括原生意象、诱发意象和复合意象三类［36］。

以上研究的区域范围多是特定的城市或景区,国家尺度上旅游目的地空间意象研究虽少但已有涉及。有学者［37］在初步研究中指出,国际游客作为跨国游客,有自己独特的空间认知特征: 旅游活动空间尺度大、文化跨度大、认知过程的完整性、空间对象的选择性、认知时间的有限性,提出国际游客空间认知模式。由于该模式是建立在马耀峰研究的基础之上,缺少对国家尺度目的地意象特殊性的讨论。如从认知方式、认知要素构成对空间信息的依赖程度上探索国家尺度目的地的空间意象与城市,景区目的地空间意象的异同,同时也缺少由城市、景区过度到国家空间尺度转向上的探讨。有研究指出,跨文化旅游者的目的地意象认知要素因旅游的主题性超越一般居民城市意象的物质形态,空间认知的符号化特征显著,并且表现出明显的尺度差异［38］,点明国家作为旅游目的地与一般目的地有其特殊之处。

总体看,目的地空间意象的研究案例地主要集中在城市、景区( 表1)［39］,国家尺度上的空间意象研究很少,但呈现逐步发展趋势。如郑荣娟、白凯等采用客流跟踪方式获取我国八个入境旅游城市中美国团队游客的手绘认知地图,以空间认知元素和认知结构为切入点,研究中国旅游目的地意象［38］; 郑荣娟、白凯等运用扎根理论,以来华的美国游客为对象,探究美国游客对中国旅游目的地的意象［40］。在国际旅游业发展的今天,国家作为旅游目的地的整体形象亟待提升,对国家旅游地空间意象的研究有助于重构国家旅游目的地在国际旅游者心目中的形象,有助于对目的地国家空间管理与环境规划提供理论与实践指导。

3 城市、景区空间意象研究的国家尺度转向

3. 1 个性与共性的辩证

结合以往研究,将国家尺度旅游目的地意象定义为国际旅游者对某个国家作为旅游目的地时的印象,是由该国无数地方旅游目的地构成,由单个目的地城市扩展至国家目的地层面的多个旅游城市,由城市内扩展为城市间,这里就涉及到尺度的转换问题。以城市整体为对象的城市空间意象研究,在数据收集过程中可随意抽取城市居民样本作为受访对象,具有共性特征,即搜集的样本可叠加分析。国家尺度的空间意象研究则不同,在国家目的地空间范围内只能选取国际旅游者作为受访对象,且不同客源国旅游者由于地方文化差异,其空间意象具有独特性特征,不同客源国的意象地图无法叠加比较,因此调查样本具有个性特征。另一方面,相对于城市空间意象受访者来说,受访对象必须来自该城市,而国际旅游者可是来自四面八方的除东道主以外的任何国家,即客源国是多样的。若未指定某个特定的客源国作为研究对象,对东道主国家来说,每个客源国的旅游者均可作为受访对象,因此国家空间意象的调查样本又具有共性特征,即其调查样本可叠加。

3. 2 社会与空间互构

人们的社会、经济、文化背景不同,由此产生的生活习惯、行为方式等方面存在差异,进而形成的城市空间意象也不相同,是城市空间意象研究者的逻辑思路［39］。该过程存在一个单向的作用机制,即认知主体属性差异决定空间意象差异［39］。根据社会—空间辩证法,社会与空间之间存在着复杂的交互作用,人们在创造和改变生活环境的同时也被他们所创造的空间环境所影响［41］,是一个连续的双向过程。

在国际旅游情境中,国际旅游者来自不同国家,基于不同文化背景,他们所创造和改变的社会空间及这种空间对创造者自身的影响与目的地国家存在很大差异,不同国家的旅游者对目的地国家的空间意象感知方式需要考虑到旅游者生活空间差异带来的影响。一般来说,不同文化群体以不同的日常生活轨迹体验和创造不同的空间环境,使国际旅游者对周围生存环境形成一种惯常的思维和感知模式,目的地国家空间意象随着不同的感知方式和记忆模式被记忆,结果形成有差别的空间意象地图。Davies、Pederson的研究表明,不同民族集团的意象地图由于生活城市结构的不同而易［42，43］。因此,基于社会—空间的辩证关系,在原有研究的逻辑框架上,建构社会—空间辩证视角下的国家尺度空间意象研究逻辑框架( 图1) 。图1 中的关系A到B经过检验已得到公认［39］。在这种单向作用机制的基础上,从形成意象的固有思路中将文化因素、空间作用因素剥离出来,在主体差异决定意象差异的逻辑思路中引入文化、空间差异因素的讨论,就得到关系一至八的双向作用机制。关系一中,认知主体的属性差异主要包括文化差异和惯常空间环境差异两方面; 关系二解释了关系一所导致的结果,即不仅文化差异影响社交,导致行为方式的差异,在社会—空间辩证视角下,人们所创造的生活环境也在影响和改变着他们的社交和行为方式。关系三中,由于社交,行为方式差异将会导致认知主体空间行为存在差异。关系四表明,由于不同的空间行为方式使所感知的目的地国家空间意象存在差异。关系五至八是关系一至四的验证,即由结果推论原因。关系一至八是根据国际旅游者这个特殊认知群体而假定设立的,主要参照城市意象相关研究和跨文化旅游相关知识,根据单向社会决定论下的城市空间意象研究逻辑模型,引入中间变量( 文化、空间环境差异) ,建立国家尺度空间意象的研究逻辑链。这样的研究逻辑链加入文化差异要素和居住空间作用要素后形成一个连续的双向过程,其中国际认知主体的属性( 包括文化) 差异和惯常空间差异是这个双向过程的推动因素。

4 国家目的地空间意象的特殊之处

根据城市空间意象研究的基本范式,本研究从旅游者空间认知过程、空间认知要素、对空间信息的依赖程度三个基础理论方面探讨了国家尺度目的地空间意象与城市目的地空间意象的异同。

4. 1 空间认知要素

Lynch指出,人类之所以能识别和记忆环境,与环境的形象性( imageability) 和易读性( legibility) 有着密切的关系,归纳大量实证研究之后建立五种意象要素( 道路、标志物、区域、节点、边界) ,它们在城市中的分布、可识别程度、空间组合结构等形成城市空间意象特点［2，44］,为城市空间意象研究奠定了基础。随着研究的深入,在旅游目的地研究中把这五种要素归纳为标志物、路径、区域、节点、边界,服务于旅游者对旅游地意象感知的研究中［45，46］。由于这五种意象要素都属于城市空间范围,是构成城市空间结构的基本单位,而国家是由不同城市组成,若将城市范围扩展至国家层面,组成国家空间架构的是各个大小不等的城市,即国家尺度上的空间意象组成要素是以城市和景区为单位。

道路( Path) 是居民或旅游者习惯、偶然或是潜在的移动通道［44］。根据不同的研究目的,可称为路径( 旅游线路) 、通道［46］。由于国际旅游者具有空间行为的多目的性( 即国际旅游者在目的地国家偏向于游览多个城市型目的地)［47］,说明国家旅游目的地上的道路要素是各旅游城市或景区间的线路组合,在空间跨度和空间位移上大于城市旅游者,体现出国际游客旅游活动空间尺度大的特征。标志物是具有明显特征又充分可见的定向参照物［48］。它是居民或游客观察城市的定向参考点,具有单体性质,不与空间范围相联系,不论国家尺度上还是城市范围内,两者无本质区别。不同的是,国家目的地标志物不仅具有空间方位参考功能,还具有代表功能( 即将国家目的地抽象为某种符号) ; 节点即可进入的战略性焦点［45］,具体表现为连接点或线性上突出的地物点。一些学者在实证研究中把节点具体概括为交通站点、道路交叉点、广场、桥梁等［49］。在国家空间意象研究中,由于国际旅游者活动空间尺度较大,空间行为具有多目的地性,由一个目的地位移到另一个目的地时,会以中心城市、口岸城市、交通枢纽城市、出入境城市、特大交通站点( 飞机场、高铁站) 等这种大范围的概念视作为节点。区域是具有共同特征的较大空间范围,可理解为节点的放大［46］,对旅游者而言即旅游景观区,它是旅游意象的基本元素,也是意象形成的高级阶段,旅游者不易表达出来［1］。在旅游领域中,节点与区域的概念无严格划分标准,一座旅游城市往往是游客关注的战略性节点,也是承载旅游行为的空间载体。城市区域要素的概念嵌套在国家尺度空间意象中,体现为多个城市的风景名胜区、不同城市不同风格的历史文化街区等; 边界即不同区域的分界线,具有划定区域范围的作用,因此常与区域要素相伴而生［46］,主要表现为旅游地的区域分界线、景区景点分界线等［47］。国家层面的边界要素可以是目的地国家中各个旅游城市的行政边界线,也可以是景区景点的分界线等,与城市边界要素既有重叠又有不同。

4. 2 对空间信息的依赖程度

空间信息能反映出地理实体间空间分布的特征。这些空间特征可以是地物点的位置、地物点的形状、地物点间的空间联系等。把目的地扩大到国家尺度上,由于国际旅游者对目的地国家较陌生,尤其是语言上的交流障碍,为了能顺利完成旅游活动,获得最大旅游体验,他们在游览之前加大了对目的地国家相关信息的搜集。在相关信息的搜集过程中,有关方位、位置的空间信息( 如交通线路、交通枢纽城市、港口等) 对国际游客来说比一般游客更重要,或者说国际游客比一般游客更依赖目的地国家的空间信息。这些问题从国际游客的认知特征中或许可找到答案。首先,有实证证明国际游客的旅游活动空间尺度较大,空间位移一般在1000m左右甚至更长距离［37］,这种空间行为特征就决定了国际旅游者更加注重和依赖目的地国家的空间方位信息。其次,国际游客的旅游时间相对有限,需在有限的时间内完成旅游活动,这就促使他们的空间认知具有很强的目的性。在信息筛选过程中,只重点选择那些对解决问题有帮助的信息而忽略那些不重要的信息。第三,国际旅游者对空间对象的认知是有选择性的,空间信息在一定程度上引导游客的旅游活动,在大尺度空间位移中国际游客对空间信息的依赖程度比国内游客或其他人群高。

5 总结和讨论

本研究主要综述了前人研究成果,根据现状提出问题,着重分析了如何将研究尺度扩展至国家以及扩展后的研究与城市空间意象研究相比可能出现的异同: 1在本特征上,分析城市目的地与国家目的地样本的特征,指出国家目的地研究对象( 即国际旅游者) 不仅具有个性特征同时还具有共性特征。由于文化差异、行为、社交方式的差别,导致不同客源国旅游者对目的地国家空间感知存在差异。这种差异可用“意象图示”表现出来,因此国家目的地研究样本不可叠加,具有个性特征。同时指出,在对国家目的地空间意象研究样本的选择中,若为指定某个特定的客源国,即每个客源国的旅游者均可作为受访对象,因此国家目的地研究样本可叠加,具有共性特征。2在逻辑上,打破以往单向作用机制下的思路局限,根据社会—空间辩证法,结合国际游客跨文化旅游这一特殊因素,在原有的城市空间意象研究思路上建构社会—空间辩证视角下的国家尺度空间意象研究逻辑框架。新的逻辑框架是一个连续的双向过程,其中认知主体的文化差异和居住空间差异是双向过程的主要推动因素。3在间认知过程中,杨敏在马耀峰提出的旅游者空间认知模式基础上探讨了国际旅游者的认知特征与认知过程,对比二人研究,得出从认知过程上国际旅游者与一般旅游者无异,即地理空间认知贯穿于旅游动机产生、旅游信息收集、旅游决策、空间行为等一系列过程中,构成完整的认知链。4空间意象要素上,目的地空间意象要素可用图示方式表现,支撑意象地图的要素如何取决于旅游者与目的地环境相互作用的结果。Lynch的城市意象五要素已成为后续学者进行意象研究的基础工具。

由于尺度不同,国家尺度上的空间意象要素与城市意象要素有所区别: 国家旅游目的地上的道路要素可能是各旅游城市间的线路组合,在空间跨度和空间位移上大于城市意象道路要素的范围,这印证了国际游客多目的地的空间行为特征。由于标志物要素具有单体性质,与环境的意象性和可读性有关,不与空间范围相联系,所以两者无本质区别,旅游目的地上的标志物可能是国际游客到访的各城市标志物的总和。节点要素与道路要素相联系,由于国际游客空间尺度变化大,空间行为具有多目的地性,可能以中心城市、港口城市或特大交通站点等这种大范围的概念视作节点。边界与区域要素相伴而生,两者有重叠部分( 如城市边界线、风景名胜区等) 。在旅游活动实施前,国际游客对目的地国家的感知要素多为标志物、节点、道路,区域和边界要素感知不强,随着旅游活动实施,对目的熟悉程度增强,较多关注要素的空间组合关系,即区域和边界要素的记忆逐渐明显,它们是空间意象形成的高级阶段。

由于目的地存在不同的尺度,可能是城市、区域、国家［50］,而目的地意象研究中很少有专门针对以国家作尺度的目的地进行讨论,很少考虑国家目的地与其他尺度目的地意象感知的区别,两者少有交叉和互引。基于这种研究考虑,本文重新界定了旅游领域中的国家目的地意象,并探讨了如何将空间范围扩展至国家层面。以上多是对以国家作为旅游目的地的可行性探讨,在今后的实证研究中应根据不同的研究方法具体分析国家目的地意象,以便深入探讨国家作为目的地与一般目的地的异同。

摘要：国家尺度目的地空间意象为解释目的地国家中的国际游客与旅游环境的相互作用提供了重要的研究视角,对国家品牌建设具有一定参考价值,对国家尺度旅游地规划、开发和营销具有重要的指导作用。归纳了近20年目的地空间意象的实证研究,发现研究案例地限于城市、区域景区,国家层面旅游目的地空间意象的实证研究较少,但显现出逐渐增多的趋势。从研究的尺度转向(由城市、景区转向国家)和国家作为旅游目的地的特殊地位进行阐述,目的是提供一个分析框架,探讨如何将目的地意象研究的空间范围扩展到国家层面。

空间框架体系 篇7

近年来,在上海深基坑工程实践中,发展和形成了与传统逆作法不同的新型半逆作法技术[3]。采用结构楼板后作的结构梁替代水平支撑的框架逆作法新形式,是逆作法与明挖顺作法的综合,充分利用了逆作法的大刚度支撑及顺作法开挖方便的优点。框架逆作法施工的主要特点是将楼盖混凝土分两次浇筑,第一次浇筑楼盖的肋梁部分,使之与边梁一起组成平面正交的交叉梁系,形成水平框架内支撑,其下的土方开挖变成半开敞式,可利用框架中的空间进行上下运输,比封闭式的全逆作法要方便得多,施工速度快。

本文针对上海陆家嘴“塘东总部基地”项目的框架逆作法基坑支护技术,主要对框架逆作法支撑系统技术进行分析,评价超大、深基坑框架逆作法的优点带来的经济效益、环境效益和社会效益,为大型地下空间开发提供节能减排的工程示范。

1 框架逆作法优势

由于基坑规模、环境条件和主体结构以及施工方法等不同,难以对水平支撑结构选型确定一套标准方法。因此,实际工程需要综合考虑各种与基坑有关的情况,在确保基坑安全可靠的前提下,水平支撑体系的选型应满足经济合理、施工便利的要求。临时水平支撑是传统顺作法采用的坑内支撑体系,相对于逆作法而言,临时内支撑系统的设计和施工均比较便捷。但是,对于大面积、大深度的基坑,采用临时内支撑体系存在明显的劣势,较长的支撑受到自身的弹性压缩和温度应力等因素影响显著,水平支撑体系传力效果较差。同时,大面积、大深度的基坑需要设置和拆除大量的临时支撑,经济效益较差;拆除水平支撑体系引起的围护墙二次变形,将对周边环境产生不利影响。

软土地区对于大面积的深基坑,框架逆作法与传统顺作法施工相比较,在经济和社会效益方面具有显著优势。由于围护墙的支撑体系由框架梁结构代替,省去大量支撑费用,而且梁结构作为支撑体系,还可以解决特殊平面形状建筑所带来的水平支撑体系布置困难,使内支撑体系受力更加合理。此外,框架逆作法用永久性钢筋混凝土梁柱代替传统的临时性竖向支撑,且采用一柱一桩的永久性工程桩代替传统的临时立柱桩。框架梁结构替代临时支撑措施可以节省支撑体系的钢筋混凝土用量,也减少了爆破清运临时性钢筋混凝土支撑过程中产生的建筑废渣和爆破时的烟雾和噪声扰民,工程的环境效益显著,有利于实现资源和环境的可持续发展。

框架水平刚度虽不如全逆作法大,但只要平面布置合理,构造措施得当,即可得到良好的支撑效果[4,5]。这种新型逆作法在满足主体工程的结构形式前提下进行设计。工程中采用肋梁楼盖比较适合该方法的施工。尽管二次浇筑楼板,存在整体性问题,但是该设计方法显著地加快工期,提高了经济效益。

建筑平面图见图1。

2 工程实例概况

塘东中央总部基地中块地下空间开发项目,面积大、工期较长、环境保护要求较高,属一级基坑(见图1)。基坑呈长方形,东西长约251 m,南北宽约189 m。基坑总面积约46 240 m2,围护总长度约957 m。整个地下空间将分设3层,建筑使用要求整个地下空间整体开挖。因此,本工程围护方案采用水平支撑体系与结构梁相结合,竖向支撑系统与结构竖向框架柱、工程桩相结合,采用框架逆作法由上而下施工,在施工期间裙楼地下室各层结构以结构梁替代水平支撑,主楼区域设置临时圆环支撑。塔楼区顺作,基坑开挖深度为13.9 m～15.2 m,采用1 100@1 300钻孔灌注桩作为围护桩,设置三道临时圆环撑。裙房区逆作,基坑开挖深度为13.6 m,采用1 050@1 250钻孔灌注桩作为围护桩,采用三道结构梁支撑。

在基坑开挖阶段,主要采用“一柱一桩”的竖向结构形式,钢格构柱设置在地下室的结构柱位置,与柱下桩共同承受施工期间的结构自重和施工荷载等竖向荷载。待逆作施工至基底并浇筑基础底板后再逐层外包混凝土构成劲性钢筋混凝土框架柱。裙楼地下各层结构采用由上而下的逆作施工方式,而主楼待逆作施工至基底时采用由下而上的顺作施工方式。钻孔灌注桩围护桩与地下室周边各层结构框架梁之间,通过在结构边跨设置的型钢和钢筋混凝土围檩形成水平传力体系。立柱桩均利用主体工程桩,桩径800 mm。

3 框架逆作法支撑体系

本基坑地下3层,地下室整体开挖,采用三道结构梁支撑,主楼区域设置临时圆环支撑。表1汇总了框架逆作法结构梁支撑体系的截面尺寸。

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基坑支撑立柱尽量利用主体工程桩进行布置,同时结合临时加打的立柱桩。该工程钢立柱在基坑逆作实施施工阶段主要承受3层地下结构梁以及用于结构梁上的施工荷载,竖向支撑采用角钢格构柱结合钻孔灌注桩进行设计,钢立柱采用4L160×16的型钢格构柱,钢格构柱截面为470×470,角钢采用440×300×12@700钢缀板连接,钢材牌号Q235B,格构柱插入立柱桩的800的钻孔灌注桩中。表2为不考虑栈桥设计时,利用主体工程桩和加打立柱桩的统计情况。结果表明,本工程框架逆作法采用一柱一桩的永久性工程桩代替传统的临时立柱桩,可以大幅度减少加打立柱桩的数量。

4 框架逆作支撑平面计算

4.1 支撑平面计算

在支撑体系的计算中,将支撑与围檩作为整体,水平支撑的等效弹簧刚度取值为:第一道支撑为150 MN/m2,第二道和第三道支撑均为200 MN/m2。由平面竖向弹性地基梁法计算得到的三道支撑处的支座反力分别为184.1 k N/m,491.4 k N/m和724.9 k N/m,分别施加于支撑围檩上,采用平面杆系有限元法计算得到各道支撑杆件的内力,如表3所示为三道框架逆作区域的支撑体系结果。

4.2 竖向支承计算

在基坑逆作阶段,由于结构基础底板尚未形成,立柱桩各自独立受荷,考虑到立柱桩间距一般大于6倍桩径,采用单桩在不均匀荷载下的差异沉降进行分析计算。立柱沉降目前尚无明确的规范方法进行整体的沉降计算分析,实际工程中为预估单桩在不均匀荷载作用下的沉降差异,以Mindlin单桩荷载应力公式为依据的实用方法进行估算:S=ΔQL/EpAp+Q/EpL[6]。经过计算,单桩的沉降均小于5 mm,差异沉降小于规范要求的20 mm及L/400。

实际工程中,由于基坑土体开挖卸荷,坑底土体会发生明显的隆起,从而带动立柱上抬,因而从大量的工程实践中发现,一般立柱桩的竖向位移多表现为回弹,仅有少数承载力较大的立柱可能发生沉降[7,8]。因此按上式计算的结果往往偏大,可以理解为估计的最大可能性沉降结果。

5 顺作分区施工分析

本基坑面积大、挖度深,在软弱土层中由施工引起的工程问题会更严峻。为有效防范基坑工程施工对工程周边环境及基坑围护本身的危害,若要保证顺作施工的可靠性,宜对超大面积的基坑进行分区施工,将基坑工程处于受控状态以降低施工风险,确保基坑及周边环境的安全。

考虑到5栋塔楼的位置(见图1),可以采用分区顺作方案,先对TD4-1,TD4-2和TD4-3所在区域单独围护,采用顺作施工,待该基坑结束后,进入上部结构的施工,开始采用顺作施工余下部分。在分区基坑内采用排桩围护墙结合坑内设置临时支撑进行支护。

若采用此方案,给本工程的经济效应和工期上带来影响。分区顺作需要设置临时围护体,围护墙的工程量显著增加。在工期上,将大大延长TD4-4和TD4-7号塔楼的施工工期。由于工期紧迫,采用分区顺作方案反而没有框架逆作法方案节省造价和投资。

6 结语

本文结合上海陆家嘴“塘东总部基地”项目的示范工程,针对大型地下空间框架逆作法施工中结构梁替代内支撑系统进行分析。框架逆作法基坑支护技术可以对周边围护采用临时性围护结构,内部区域采用地下结构框架梁(结构板后施工)作支撑逆作,主楼核心筒区域采用临时支撑顺作;当开挖到预估基坑变形较大、土质情况较差的关键部位时,也可以刚度较大的楼板梁体系作支撑,在楼板上预留出土孔,形成框架梁板支撑。

框架逆作法具有如下优点:1)采用临时性围护结构,相对于两墙合一的地下连续墙围护形式而言,围护结构的造价大大降低。同时由于减少了支撑量,立柱承受的荷载小,立柱造价低。2)无需设置内衬墙,地下室有效使用面积大。3)施工工期快,结构楼板后施工,挖土为明挖,施工方便,施工速度快,地下室工期节省。4)与顺作法相比,无需爆破支撑,既可减小拆撑引起的二次变形,又缩短了施工工期。5)核心筒局部采用顺作法,更容易满足结构的精度要求。6)属于节能环保型支护形式,具有较强的社会效益。7)与顺作法相比,增加支撑体系总刚度,无需换撑及拆除框架,能有效控制基坑位移。

参考文献

[1]蒋曙杰.逆作法施工在城市地下空间开发中的应用及发展前景述评[J].建筑施工,2004(4):280-283.

[2]牛青山.地下工程中逆作法的现状及发展趋势[J].工业建筑,1995(3):3-8.

[3]王卫东,翁其平,胡玉银.新型逆作法结构型式的设计与应用[J].岩土工程学报,2006(S1):1546-1551.

[4]李镜培,柏挺,杨军.框架逆作超大基坑施工对周边环境的影响[J].岩石力学与工程学报,2012(11):2354-2362.

[5]柏挺,李镜培,丁鼎,等.框架逆作的超大基坑监测分析[J].地下空间与工程学报,2012(6):1302-1310.

[6]黄绍铭,高大钊.软土地基与地下工程[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

[7]杨敏,逯建栋.深开挖基坑回弹引起的坑中桩受力与位移计算[J].同济大学学报(自然科学版),2010(7):1730-1735.