地下空间开发利用与城市建设发展

钱七虎2015年3月安徽宣城地下空间开发利用与城市建设发展1上个世纪末在巴西的里约热内卢召开了联合国世界可持续发展大会，制定了世界的发展战略——可持续发展。1991年在东京召开的地下空间国际学术会议通过的《东京宣言》指出：“二十一世纪是地下空间开发利用的世纪”。引言2可持续性：——满足当代人的需求而不影响后代的需求——经济、社会和资源、环境的协调发展遵循科学发展观，要求构建资源节约型、环境友好型社会和城市。遵循可持续发展国策要求建设具有高防灾减灾水平的社会和城市。3可持续发展是我国的基本国策。如何建设具有中国特色的资源节约型、环境友好型社会和城市，以及具有高防灾减灾水平的社会和城市，成为我国城乡建设面临的重大问题。解决该课题的关键在于运用先进的城乡规划理论，先进适用的科学技术来进行城乡的规划、建设和运营，其中的一个重要方面是应该和必须充分开发利用地下空间。4一、节约土地5据第六次人口普查的结果，全国总人口为13.397亿人，如此众多的人口需要大量耕地以保证粮食供应问题，国务院提出的我国耕地面积红线是18亿亩。国土资源部数据显示，我国现有耕地为18.18亿亩（2010年）。按照联合国的标准，每一个城市人口约需要100平方米的建设土地，中国的城镇化速率约为1%，那么每年约需要使用200万亩土地以满足城市化发展的需求，土地余量仅仅能支撑3-5年的城市化进程，城市建设将面临无地可用的困境。因此，必须严格控制土地需求，科学合理进行土地利用。土地资源问题6城市已建成区紧密化和功能变化7城市节地的一个主要方面在于宏观上努力实现土地的多重利用。土地的多重利用可沿两个方向实施。城市无建筑区土地额外利用土地多重利用开发利用地下空间，把城市交通（地铁和轨道交通、地下快速路、越江和越海湾隧道）尽可能转入地下，把其它一切可以转入地下的设施（如停车库、污水处理厂、商场、餐饮、休闲、娱乐、健身等）尽可能建于地下，就可实现土地的多重利用，提高土地利用效率，实现节地的要求。89中国有很多具有城市湖泊的城市，都在湖下修建城市道路。如南京、苏州、无锡、南昌、武汉、杭州等。修建城市湖下隧道南京玄武湖、九华山隧道1苏州独墅湖隧道2无锡蠡湖隧道3南昌青山湖隧道4武汉水果湖隧道5杭州西湖（湖滨）隧道6玄武湖隧道九华山隧道南京玄武湖隧道出口南京玄武湖隧道长约2.68公里，其中暗埋段为2.23公里。九华山隧道全长2780米，包括山体隧道和湖底隧道两段南京玄武湖、九华山隧道10独墅湖隧桥工程全长7.37公里，其中隧道部分长3.46公里。苏州独墅湖隧道11无锡蠡湖隧道全长1180米的蠡湖隧道，其中穿越湖中暗埋段880米。无锡蠡湖隧道12工程全长1965米，隧道主体工程长1070米，其中湖底暗埋段为550米。南昌青山湖隧道13隧道全长1735米（含引道），其湖中段长621米。武汉水果湖隧道14西湖隧道分东西两线，西线全长1415米，东线隧道全长1335米。其中湖底部分长约800米。杭州西湖（湖滨）隧道15其中，人民广场地下商城是中国目前最大的地下商业中心，总面积4万余平方米。地下车库共分为7个区域，拥有600多个车位。上海市人民广场人民广场的地下，有地铁车站、地下变电站、地下商城、地下车库和香港名品街等市政、商业设施。16北京国贸中心地下滑冰馆17大连奥林匹克广场18北京金融街中心区金融街地下环廊已建好2.3公里，总建筑面积2.6万平方米，可以连接金融街中心区11座大厦的地下车库，总计有8000多个车位。连接金融街中心区11座大厦的地下车库，总计8000个车位。19王府井商业区地下空间规划王府井商业区规划建筑面积350万平方米，其中地下空间开发利用面积约100万平方米，主要包括停车、步行通道、商业等功能。20中关村西区地下空间规划中关村西区采用立体交通系统，实现人车分流，各建筑物地上、地下均可贯通。地下一层的交通环廊全长1.9公里，连接着中关村西区的14座大厦，有10个出入口与地面相连，13个出入口与单体建筑地下车库连通，共规划建设了10000个机动车停车位；地下二层为市政综合管廊的支管廊；地下三层主要是市政综合管廊主管廊。21中关村地下商场22江苏南通智能地下立体车库虹桥综合交通枢纽是高速铁路、城际和城市轨道交通、公共汽车、出租车及航空港紧密衔接的国际一流的现代化大型综合交通枢纽。建筑面积约100万平方米，其中地下空间面积超过50万平方米。23上海虹桥枢纽上海市徐家汇换乘枢纽24世博园区地下空间规划是结合上海世博会特点，实现“城市－让生活更美好”的主旨。地面为广场道路，供游客游览集会；地下-1层为地下街，沟通枢纽和主要场馆；地下－2层为机动车通道，连接过江通道，同时弥补沿江通道容量的不足。地下空间规划还包含了园内四个集散枢纽、园外三个大型综合型集散换乘枢纽，园内枢纽通过世博大道进行连接。地下街为结合通道、休闲、购物、展览等多种功能复合的综合型通道模式。世博园地下空间规划25500千伏静安（世博）输变电工程工程占地约13300m2，总建筑面积57615m2，其中地下建筑面积55809m2，地上建筑面积1806m2，是容量最大，电压等级最多、接线最复杂，设备最先进、安全监测系统最完善的中国首座世界第二座大型超高压地下变电站。逆作结束地上结构施工实景内部设备实景图是集普通铁路、城市轨道交通与公交出租等市政交通设施于一体的大型综合交通枢纽站。地下一层为整个车站的换乘空间以及旅客出站系统，面积119940平方米，是北京南站的枢纽。另外设上下两层设停车泊位909个。北京南站27国内最大“立体式”交通综合换乘站，汇集了地铁2号线、3号线、11号线，以及广深港客运专线福田站。是集城市公共交通、地下轨道交通、长途客运、出租小汽车及社会车辆于一体的、并与地铁竹子林站无缝接驳的立体式交通枢纽换乘中心。地下枢纽空间总建筑面积约13.73万平方米，相当于192个足球场这么大。深圳福田地下交通枢纽28广州珠江新城核心区地下城建筑面积60万m2。核心区地下空间剖面图规划图29杭州钱江新城核心区地下城，以波浪文化城（10万m2）和地铁1、2号线换乘站为骨干，形成地下城，地下空间总量达到200万m2。杭州钱江新城30王家墩商务区地下空间建设，包括地下交通、地下市政设施、地下商业和地下防灾等4个部分。其中，地下交通设施196万平方米，包括7.6万个车位以及众多地下道路、地铁站点等；商业面积为46万平方米，包括商业步行街、商场和商铺；地下人防面积为3万平方米；其他各类设施面积为17万平方米。武汉王家墩商务区地下城3132加拿大蒙特利尔和多伦多－地下城33法国双层城市－拉德芳斯新城法国巴黎——卢浮宫地下空间开发34德国法兰克福火车站法国巴黎LeGrandLouver35芬兰赫尔辛基游泳池36斯德哥尔摩伯尔瓦尔德地下音乐厅37挪威霍姆德亚地下运动厅和游泳池3839芬兰国家技术研究院地下试验室40法国国家图书馆哈佛大学普塞图书馆美国明尼苏达大学地下系馆4142日本地下8层－国立国会图书馆积极合理开发地下空间，其效果是相当明显的。以北京为例，至2009年底，北京地下空间建成面积已达到3000万平方米；全市地下空间平均每年将增加建筑面积约300万平方米，占总建筑面积的10％。有专家估算，其可合理开发的地下面积为41.2平方公里，以地下二层建筑计，可提供0.55亿平方米的建筑面积，比旧城区原有建筑面积还多。43二、节约能源44建筑能耗，包括建造能耗、生活能耗、采暖空调等，约占全社会总能耗的30%。按照目前的建筑能耗状况，到2020年我国建筑耗能的新增量相当于目前建筑总能耗的1.3倍。我国城市化进程如果按照发达国家发展模式，使人均建筑能耗接近发达国家的人均水平，需要消耗全球目前消耗的能源总量的1/4来满足中国建筑的用能要求。城市总耗能中交通耗能和建筑能耗占据较高比例。城区面积的无限制增大也刺激了城市机动交通的需求发展，交通拥堵造成怠速行车，交通能耗增大。据住建部的统计，中国城市交通能耗约占总能耗的20％，并且正在逐年上升，正向30％迈进。城市能耗45中国年耗能33亿吨标准煤，已经超过美国，因此必须大幅度节能减排。2010年，我国石油消耗量4.41亿吨，仅次于美国的10亿吨，位居世界第二位。其中车用石油消费占57%上下。我国原油对外依存度正逐年上涨，2010年中国原油产量突破2.02亿吨，原油进口2.39亿吨，原油对外依存度达54％。未来五年，中国对原油需求将保持一定增速，增幅有所下降。2013年，我国原油消费量将超过5亿吨，对外依存度将达到60%左右。国际能源机构(IEA)预测，2030年我国石油对外依存度将可能达到80%。原油对外依存度“石油魔咒”46美国的掩土住宅以及地下低温储库及冷冻库实现了能源的节约。47新型窑洞建筑设计原理图48延安大学学生宿舍中国的新式窑洞实现了能源的节约，又改进了阳光和通风49延安新型窑洞旅馆延安东馨家园窑居住区5152世博轴阳光谷地下空间太阳能利用土地的多重利用有助于城市“减肥”：相对减少城市面积，制止城市超限扩展，建成“紧凑型”的城市结构。国际上提倡的“紧凑型”城市减少了居民的出行距离和机动交通源，相对降低对机动交通，特别是私人轿车的依赖度，相对增加居民的步行和自行车的出行比例，这一切将导致能耗大户——交通能耗的降低，实现城市节能的要求。53美、德国还正在研究开发地下永久非枯竭的清洁能源——深层干热岩发电，美国LosAlamos实验室在卡尔德拉的芬登山上建成了一个10MW的HDR（深层干热岩）发电站，该电站主要由两个深度为3千多米的钻孔及其连通孔组成，冷水由一个钻孔灌入，另一个孔产生200度蒸汽，进入汽轮机发电。54地下空间为可再生和洁净能源利用开辟一条有效途径。太阳能、风能、潮汐能、冰能等不稳定能源需要季节性、昼夜性储存。在地下岩、土介质中修建热水洞库、水库、压缩空气储库和超导磁储电库是最佳的选择。如德国在地下岩层中建成贮气压力8MPa的29万KW的地下压缩空气库。我国正在江苏金坛地区论证建设压力为5.6-8MPa的4×15万立方米的30万KW的地下压缩空气库供调峰电站用。55充分开发利用地下空间，建设节能型城市还包括充分利用地下土壤、地下水的低密度天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供热供冷，地源热泵技术就是这样一种利用地下可再生能源的既可供暖又可供冷的新型中央空调系统，它包括地下埋管式地源热泵和抽取地下水然后回灌的水源热泵。埋管式地源热泵技术目前在国外大面积推广，在欧美更已得到普遍应用，是一种成熟可行的可持续发展的节能新技术。56地源热泵系统到达地下一定深度时（5米以下），四季的地层温度保持在一稳定值。温度廓线图利用地热进行节能57低能耗的温度调节方式：1、覆土结构或住宅；2、地下气热管；3、地源热泵系统；4、活化桩。58科罗拉多的地源热泵系统安装地源热泵系统后，每个家庭可降低电力峰值需求、节约能源和减少CO2排放约10-30%。59通过采用竖直的地源热泵线圈，来节约成本和节能。在建筑物基坑桩基里面安装地源热泵管道系统阿布扎比的地源热泵系统60直接江水源与地源热泵系统集成应用节能技术直接式江水源热泵系统和桩基埋管地源热泵系统全年地源承担负荷部分的冷热源功耗比较（kW）世博轴节能技术010002000300040005000600070008000地源负荷对应常用冷水机组和燃气锅炉地源热泵系统61节能方法节省用电量减少二氧化碳排放节能率（%）夏季冬季全年江水源地源热泵系统利用地表水和地下的可再生能源(冷量和热量)562.9万千瓦时/年5629吨/年26.9671.0361.40世博轴节能情况62目前，地源热泵正进一步与太阳能结合。由于太阳能的辅助供热，可实现系统向地下排热与取热的平衡，从而使得地下温度场保持稳定。既可克服单独使用地源热泵时，土壤温度场不断降低（或升高）后不能有效恢复的局限性，又可克服单独使用太阳能空调系统时，太阳辐射受天候因素制约的局限性。6364截至2011年3月，我国应用浅层地温能供暖制冷的建筑项目2236个，地源热泵供暖面积达1.4亿