《Buildings》：A Conceptual Interdisciplinary Framework for the “Dual-Use” of Abandoned Gypsum Mine Goafs in China
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在全球不稳定局势加剧与气候变化影响日益显著的背景下，韧性人居环境特别是地下空间的开发需求不断增长。与此同时，资源开采遗留的大面积地下采空区(Goaf)为拓展兼具日常使用与应急避难功能（即平战结合/Dual-Use）的多功能空间、支持城乡转型与可持续发展目标提供
在全球不稳定局势加剧与气候变化影响日益显著的背景下，韧性人居环境特别是地下空间的开发需求不断增长。与此同时，资源开采遗留的大面积地下采空区(Goaf)为拓展兼具日常使用与应急避难功能（即平战结合/Dual-Use）的多功能空间、支持城乡转型与可持续发展目标提供了宝贵契机。受地质条件与开采工艺影响，地下采空区在平战结合开发中具备天然优势。鉴于此，本研究从建筑空间营造视角出发，针对石膏矿地下采空区平战结合利用面临的三大基本挑战提出理论解决方法。本研究未进行实证验证，而是构建一个概念性跨学科方法论框架，以指导未来实证研究及工程实施。具体框架如下：（1）通过构建融合灾害物理学、人群行为模拟及VR校准实验的动态评估模型，界定灾害冲击下的逃生安全能力；（2）运用空间句法(Space Syntax)与多模态心理实验阐明空间拓扑特征与人类反应模式之间的关联机制，揭示空间形态如何影响方位认知、情绪及行为；（3）突破传统"空间适应功能需求"观念，提出"预定功能适应既有空间"的创新策略。
论文解读：中国废弃石膏矿采空区平战结合利用的概念性跨学科框架研究
一、研究背景与立项依据
随着国防与应急安全新要求及沉浸式特色文旅体验需求的兴起，地下空间特别是具备平战结合（平时使用与应急避难双重功能，Dual-Use）属性的深层既存地下空间受到广泛关注。国际上波兰维利奇卡盐矿、瑞典萨拉银矿、罗马尼亚图尔达盐矿等案例证明了既有地下采空区改造为城市文化及旅游设施的可行性，但其高额初期投入难以广泛复制。中国石膏资源储量超800亿吨，年产超2亿t，分布于23个省区市，长期开采留下大量废弃石膏矿采空区（Goaf，房柱式开采形成）。此类采空区埋深通常100～300 m，具自然通风条件，保留较完整岩柱支撑，渗水少、无有毒气体聚集，且由巷道、矿房、矿柱构成多尺度三维网络空间，具备优于其他矿种的人居再开发潜力。然而现有研究多集中于采空区稳定性分析、灾害防治与充填处置，缺乏从人因工程学、环境心理学及建筑学角度探讨长期人居适宜性的整合框架；传统建筑空间理论基于地上或浅层地下标准空间，无法直接适用于深层非标准化采空区；常规"按功能设计空间"范式也不适用于已存在的非人居目的开挖空间。因此，研究人员提出以人为中心的跨学科概念框架，旨在填补采矿工程与人本空间营造间的空白，为废弃石膏矿采空区平战结合再利用提供理论基础。该文发表于《Buildings》。
二、主要关键技术方法概述
研究人员采用概念性研究设计(Conceptual Research Design)，综合采矿工程、环境心理学、人因工程与建筑设计学知识构建三模块方法论框架，未开展具体工程实证。关键技术方法包括：（1）火灾烟气在复杂巷道网络中传播的数值模拟——采用计算流体动力学(CFD)与离散元方法(DEM)耦合建模，分析不同通风、火源位置及断面几何下的热积聚与扩散；（2）基于虚拟现实(VR)的疏散行为校核实验——构建沉浸式石膏矿采空区场景，纳入老年及行动受限等异质人群，采集决策数据以校准多智能体仿真(Multi-Agent Simulation)中行人行为规则集；（3）空间拓扑分析——运用空间句法(Space Syntax)计算连通度(Connectivity)、集成度(Integration)、选择度(Choice)等拓扑参数；（4）多模态生理心理实验——结合VR、眼动追踪(Eye-Tracking)、皮肤电反应(GSR/SCR)、心率变异性(HRV)、脑电图(EEG)及量表测评，建立深层地下空间人因响应数据库；（5）多目标决策分区——依据可用安全疏散时间(ASET)与必需安全疏散时间(RSET)比值及心理体验标签进行高/中/低风险区划分与功能匹配。
三、研究结果
2.1 灾害条件下疏散安全评估(Evacuation Safety Assessment Under Disaster Conditions)
研究人员指出，需建立融合复杂空间条件、火灾（为主）及复合灾害物理过程、恐慌状态下人群疏散行为的数字化模型。通过CFD-DEM模拟揭示迷宫状巷道几何对高温烟气传播的阻碍、引导或加速（烟囱效应或阻滞效应）机制，绘制烟气积聚区与快速蔓延区热图，为功能布局提供依据。通过VR实验校准多智能体模型中异质人群的步行速度、决策偏差与应激反应参数，使仿真更贴近真实访客人口特征，依此判定各空间单元疏散难易程度，建议易疏散区设为主要活动区，难疏散区限制人员进入或仅作低人员密度用途。
2.2 拓扑空间人类感知评价(Evaluation of Human Perception of Topological Spaces)
研究人员提出借由空间句法量化采空区（环形、网格状、高度均质）拓扑参数并与特定心理体验强相关指标匹配——如低集成度(Integration)、高相对深度、低回路指数预测迷失感；适中集成度与局部视线遮挡激发探索欲；小视野域、少邻接单元、高围合感促生私密感。叠加连通度、集成度、选择度热力图赋予冷几何数据以行为学释义。进一步通过多模态实验（VR+眼动+GSR+HRV+EEG+访谈问卷）在不同尺度矿房、矿柱群、主运输巷及盲端巷道中系统考察尺度、宽高比、材质、色温、声景对人注意力分配、情绪效价与唤醒度、空间记忆精度及停留意愿的影响，拟建立深层地下环境心生理响应基础数据库。
2.3 多目标功能适配策略(Multi-Objective Functional Adaptation Strategy)
摒弃传统"空间适应需求"，研究人员提出"功能适应空间(Function Adapts to Space)"理念。首先基于ASET与RSET关系构建安全潜能评估模型，将空间单元划分为高风险区（极难逃生，限无人仓储或设备间）、中风险区（较难逃生，需优化路线并限制人员密度）、低风险区（易逃生、方向清晰、安全可控）。其次建立三级约束决策模型：第一级为刚性安全约束（按风险等级强制筛选功能类型，高风险区禁长时密集人员功能）；第二级为人本体验导向约束（在安全许可空间池内，依据空间拓扑心理语义标签——迷失感/好奇感/私密感/愉悦感——与目标功能的空间体验需求做匹配度优化）；第三级为工程经济可行性约束（改造工程量、机电适配性、运维成本）。举例而言：高迷失倾向通道改为主题迷宫或定向越野训练场；激发探索欲侧巷设沉浸艺术装置或寻宝站点；高私密感小矿室设冥想室或私人阅览室；大跨度规整低唤醒高愉悦区设展厅或咖啡厅。该安全—体验—功能关联图谱随实验数据扩充迭代更新。
四、讨论与结论
讨论部分指出，"功能适应空间"逻辑将适应性再利用(Adaptive Reuse)理论从遗产建筑延伸至深层地下采空区，强调安全、寻路与环境适应的特殊要求。框架产出包括：基于CFD-DEM+多智能体+VR校正实验的动态疏散安全分区；结合空间句法与多模态心生理实验建立的安全—体验—功能关联图谱，桥接几何数据与主观体验。该框架对超越石膏矿范畴的深地下空间开发具有普适参考价值，倡导从工程主导转向人本视角，支持韧性基础设施与地下城镇化战略，推动废弃地下资产转化为城乡可持续发展组成部分。局限性在于本文属概念性理论提案，尚缺石膏矿再利用案例实证数据；且当前石膏矿多为单层开采（工作面约4 m高），空间认知主要二维化，对大规模三维空间认知及未来多层开发的三维疏散设计有待深化。
结论(Conclusions)翻译：
本研究针对中国废弃石膏矿采空区平战结合（平时使用与应急避难）改造提出概念性跨学科框架，弥补采矿工程实践与人本空间设计间的缺口，不提供实证验证而给出结构化方法论以指导未来研究与工程实施。主要理论贡献有三：第一，通过整合CFD-DEM灾害物理模拟、多智能体人群建模及VR校准人群行为实验，构建疏散安全评估模块，基于可用安全疏散时间(ASET)与必需安全疏散时间(RSET)动态评价将地下空间单元划分为高/中/低风险区，确立功能可达性的安全基线。第二，通过结合空间句法分析与多模态心生理测量（眼追踪、GSR、HRV、VR行为记录），阐明空间拓扑特征（连通度Connectivity、集成度Integration、选择度Choice）与人类反应模式（迷失感、探索欲、私密感知、情绪唤醒）的关联机制，构建安全—体验—功能关联图谱以桥接客观几何数据与主观人本体验。第三，超越传统"空间满足需求"范式，提出创新性"功能适应空间(Function Adapts to Space)"策略，建立含刚性安全约束、人本体验引导及工程—经济可行性的分层多目标决策模型，将既有空间形态限制转化为设计资源进行功能匹配。该框架对中国以外地区及其他类型废弃矿井的深地下空间开发具有广泛引申意义，倡导从工程导向转为以人为本视角，支持韧性城乡转型、废弃地下资源可持续适应性再利用及地下空间融入未来聚居体系。后续将基于真实石膏矿三维激光扫描数据开展计算机模拟研究验证该框架可行性，并为全空间类型利用的三维可视化奠定基础。
