城市地下空间的开发与利用

城市地下空间的开发与利用程海达如果说19世纪是桥的世纪；20世纪是高层建筑的世纪；那么21世纪是地下空间开发利用的世纪。主要内容一、地下空间开发利用的历史发展二、目前国内外地下空间开发利用的现状三、地下空间开发利用中存在的问题四、实例介绍一、地下空间开发利用的历史发展1）原始时代：人类出现到公元前3000年的新石器时代。利用地下洞穴防遮风避雨、防寒防暑、防御自然灾害等；如北京周口店天然栖生溶洞、陕西蓝田猿人的黄土窑洞等；2）古代时期：公元前3000年到5世纪，进入铜器和铁器时代，生产力初步发展，地下空间初步利用阶段。如：秦汉出现砖瓦后，出现楼阁、宫廷地面建筑；地下建造拱形结构物、陵墓、墓穴（秦始皇陵、长沙马王堆汉墓、徐州中山靖王墓等）国外：埃及金字塔、采矿穴、罗马下水道、巴比伦城幼发拉底河下的人行隧道、引水隧道等；3）中世纪时代：5世纪到14世纪，进一步发展时期。地下开采（湖北大冶铜禄山古采矿遗址）、洛阳地下粮仓、云冈石窟、龙门石窟、敦煌莫高窟等；4）近代和现代：炸药的发明和应用，推动地下空间开发，20世纪80年代后，大规模开发利用时代。至2003年我国铁路隧道6876座，总长3670km，公路835km，城市地铁5300km；5)19世纪是桥的世纪；20世纪是高层建筑的世纪；21世纪是地下空间开发利用的世纪。•纵观漫长的历史，可以发现人类从来没有忽视过地下空间的开发价值，尽管不同的历史阶段的文明史都各有其特点，但在争取生存的过程中，人们都在不同程度地利用着地下空间，随着人类自身的发展，社会生产力的提高和科学技术的进步，对地下空间的利用经历了自发到自觉的过程，不管是从原始的“穴居”到突尼斯玛特玛塔的“地下村庄”，还是从中国西北下沉式“窑洞”到现在的“地下都市”，地下空间利用的深度及广度不断得到深化和发展。1.现代城市地下空间开发利用的背景现代城市地下空间的广泛开发利用，是在工业革命，城市化的出现以后。城市化在促进城市现代化的同时，由于城市人口的不断增加，城市规模的不断扩大，必然造成生态空间和生存空间在用地上的矛盾，造成城市功能的失控和管理失调，城市问题丛生：大城市内部人口超密度聚集，住房拥挤，污染严重，城市环境质量恶化，城市规模的扩大使大批良田丧失，土地资源逐渐减少，人类的生存空间面临危机！由于人口和产业过分集中的城市化所产生的一系列城市发展问题也就迫使城市在更大的空间地域谋求新的发展，扩大城市空间容量，探索并开拓新的生存空间。•现代城市地下空间的开发利用，通常是以1863年英国伦敦建成的第一条地下铁道为起点，进入20世纪后，一些大城市普遍陆续修建了地下铁道，城市的地下空间开始为改善城市交通服务，交通的发展又促进了商业的繁荣。自本世纪六十年代初至七十年代末，城市地下空间的开发利用建设进入一个高潮，在数量和规模上发展很快。日本东京、大阪的地下商业街，美国曼哈顿的高密度空间的出现，都是在这一时期，以1973年石油危机为转折点。从七十年代中期起，发展势头渐趋平缓。开发地下空间将是城市可持续发展，解决城市土地紧缺的有效途径。城市环境迅速恶化，开放空间越来越少城市景观遭到破坏二、国外城市地下空间开发利用概况•国外城市地下空间大规模开发利用起步早，已经历了大约150多年的发展历程，经验成熟，现代城市地下空间建筑的出现．一般以1863年英国伦敦建成的世界上第一条地铁为标志．国外地下空间开发利用从大型建筑物向地下的自然延伸发展到复杂的地下综合体，再到地下城，地下建筑在旧城的改造、再开发中发挥了重要作用．同时地下市政设施也从地下供水管网、排水管网发展到地下大型排水及污水处理系统，地下生活垃圾的清除、处理和回收系统。以及地下综合管线廊道．地下建筑的内部空间环境质量、防灾措施以及运营管理都达到了较高的水平．在亚洲，国土狭小的日本城市用地紧张，地下空间的综合利用虽比北欧等国起步晚，但地下街道、地下车站、地下铁道、地下商场、地下共同沟的建设规模、成熟程度已居世界领先地位．国外城市地下空间的开发利用成就较高的是日本、美国、欧洲等发达国家。战后一些欧洲国家德国、法国、英国等和美国的一些大城市如美国的费城、西德的汉堡，法兰福、慕尼黑。斯图加特，法国的巴黎，北欧的斯德哥尔摩，奥斯陆、赫尔辛基等。重建和改建中，发展了高速道路系统和快速有轨交通线合大型地下综合体，特点是规模大、内容多、水平垂直方向上的布置也较复杂。城市中心综合开发地下空间，把市中心的部分功能(主要是交通)转入地下，地面实行步行化，并充分绿化，把步行街中设置地铁出入口，以达到扩大空间容量，美化环境、疏导交通，80年代中期法国巴黎市中心的列•阿菜地区再开发，是迄今为止城市市中心再开发中，地下空间规模最大的一个实例。一个现代地下都市中心，不仅给都市市区提供了有效的功能设施，且同时更新和丰富了市中心的风貌，与周围许多古老建筑取得和谐协调，它的更大意义在于说明，地下空间的多层次利用，已成为在非常密集的市中心地区解决集中活动和交通循环的有效方法。现状介绍：美国城市由于高层建筑过分集中，城市空间环境恶化，在高层建筑最密集的地区，如纽约的曼哈顿区，费城的市场东街，芝加哥的中心区等，通常开发建筑物之间的地下空间与高层建筑物地下室连成一片，形成大面积的城市地下综合空间，成为整个综合性建筑群的组成部分，设置停车场、商场、地下通道、游乐设施，特别是下沉袖珍广场、庭园、洛克菲勒中心是这类地下空间的代表。日本的地下商业综合体。日本国土狭小，城市用地十分紧张。积极拓展城市地下空间已成为日本城市再开发的重要内容。尤其是日本东京上野火车站的“地下街之端”以及大阪的长掘地下街商业街，至今，地下街已从扮演单一的商业角色演变成为一个角色多样的地下综合体，包括集城市功能如交通、商业等为一体的共同组成的大集合。目前日本已在26个城市建造地下街，至少多达150处，并且日进出人口数量达到1200万人，约占其国民总数的八分之一到九分之一之间。地下共同沟的数量在全球兴建数量居于前列的国家中名列前茅。在地下街里，环境怡人，且内部设计富有吸引力，使人有耳目一新的感觉，有达到去除旅途的疲劳的作用。国内城市地下空间开发利用概况•我国是建国以后才逐步开发利用城市地下空间的，并随着国防战备建设和城市建设实践发展而不断发展．上个世纪，城市地下空间开发利用的主战场是国防、人防工程建设．进入21世纪后，防空防灾、平战结合人防工程建设开发与地下空问开发、兼顾人防要求建设开发协调发展，速度、数量实现了跨越式发展．目前，已有的地下空间利用设施有：交通隧道、地铁及其沿线开发、供给设施、排放设施、地下街、地下车库、地下步行道网、地下综合体等．在近3O年的时间里．我国城市地下空间的开发利用取得了显著的成就，对城市的发展起到了积极的作用．据中国工程院院士钱七虎评论：进入2l世纪以后，中国城市地下空间的开发数量快速增长，体系不断完善。特大城市地下空间开发利用的总体规模和发展速度已居世界同类城市的先进行列．中国已成为世界上城市地下空间开发利用的大国．但与发达国家相比，尚有不少差距．存在的问题主要有：缺乏城市地下空间开发利用的统筹安排和全面规划；管理机构条块分割，形不成合力；平战结合利用不足、处理不当，影响了地下空间开发的积极性；地下动态交通功能开发不足等三、国外地下空间发展趋势1、综合化国外地下空间利用发展的主要趋势是综合化，其表现首先是地下综合体的出现，欧洲、北美和日本等一些大城市，在新城区的建设和旧城区的再开发过程中，都建设了不同规模的地下综合体，成为具有大城市现代化象征的建筑类型之一。其次综合化表现在地下步行道系统和地下快速轨道系统、地下高速道路系统的结合，以及地下综合体和地下交通换乘枢纽的结合。第三综合化表现在地上、地下空间功能既有区分，更有协调发展的相互结合模式。2、分层化与深层化随着一些发达国家地下空间利用先进城市的地下浅层部分已基本利用完毕，以及深层开挖技术和装备的逐步完善，为了综合利用地下空间资源，地下空间开发逐步向深层发展。如美国明尼苏达大学艺术与矿物工程系系馆的地下建筑物多达七层，加拿大温哥华修建的地下车库多达14层，总面积72324平方米。以日本学者为主正在研究30米以下的深层地下空间利用的规划。深层地下空间资源的开发利用已成为未来城市现代化建设的主要课题。在地下空间深层化的同时，各空间层面分化趋势越来越强。这种分层面的地下空间，以人及为其服务的功能区为中心，人、车分流，市政管线、污水和垃圾的处理分置于不同的层次，各种地下交通也分层设置，以减少相互干扰，保证了地下空间利用的充分性和完整性。3、城市交通和城市间交通的地下化城市交通和“高密度、高城市化地区”城市间交通的地下化，将成为未来地下空间开发利用的重点。交通拥挤是二十世纪不变的城市问题，城市道路建设赶不上机动车数量的发展也是二十世纪城市发展的规律。发展高速轨道交通也就成为主要的选择。二十一世纪人类对环境、美化和舒适的要求越来越严格。人们的环境意识和对城市的环境要求将越来越加强和提高，以前修建的高架路，如美国波士顿1950年建成的中央干道将转入地下。地下高速轨道交通将成为大城市和高密度、高城市化地区城市间交通的最佳选择。4、各种联合掘进机（ＴＢＭ）和盾构将成为地下隧道快速开挖的主要趋势随着地下空间开发利用程度不断扩展，长大隧道开挖以及遇到不良地层机会的增多，要求隧道开挖速度及开挖安全越来越高，预计在硬岩采用ＴＢＭ开挖，软岩中采用各种盾构的趋势将更加明显。5、微型隧道工程将加速发展微型隧道是人进不去的隧道，直径一般在25~30厘米，最大可达2米。在隧道表面入口处采用遥控进行开挖和支护。这种方法快速、准确、经济、安全。所以适宜在高层建筑下，历史文化名胜古迹下，高速公路和铁路下，河道下安设管道。目前世界采用微型隧道技术已修建了5000公里管道。由于地下管线不断增多，这种工程的应用将越来越广。6、市政公用隧道（共同沟）在二十一世纪将得到更广泛的应用和发展随着城市和生活现代化程度的提高，各种管线种类和密度、长度将快速增加，共同沟的发展将成为必然。7、三Ｓ技术在地下空间开发中的作用将得到加强由于地下空间开挖中定位和地质地理信息、勘察现代化的需要，ＧＰＳ（卫星全球定位）、ＲＳ（遥感）和ＧＩＳ（地理信息系统）技术在地下空间开发中的应用将会得到越来越大的推广。国内地下空间开发利用发展趋势现阶段的城市地下公共空间开发，已经从单纯扩大商业空间容量进入综合开发阶段，开始与改善城市交通的措施结合起来，内部环境和安全问题也全受到重视。但与国外相比，国内地下公共空间内容比较简单，主要有：a)车库一商场型，如上海人民广场，大连站前广场；b)地下过街通道──商场型，如长春市中心、吉林市中心，沈阳北新客站前广场，天津东站站前广场；c)利用良好的经济、地理条件(譬如火车站前广场)简单建造以方便旅客或市民购物营利为目的独立的地下商场，如广州市中心南方大厦洞天商场。即音站前迎宾商场；d)车库──过街通道型，如兰州中心广场地下部分这些规模相对较小，层数为地下一层或二层，范围较小，视为我国城市建设在市中心和交通枢纽地带地下空间利用的开始，比过去单纯为战备目的而建造的人防工程向前迈了一步。•（一）城市轨道交通的建设必将大规模、有序化地推进地下空间资源的开发利用。•（二）城市综合防灾建设必将推进地下空间的开发利用。•（三）城市环境保护和城市绿地建设与地下空间的复合开发将是我国城市地下空间开发利用的新动向。•（四）小汽车的发展必将带动城市地下车库的建设及地下空间的开发利用。•（五）城市基础设施的更新必将会推动共同沟的建设与地下空间的开发利用。•（六）城市地下空间的大规模开发利用必将加快相关政策、法规建设的步伐。•（七）城市地下空间开发利用与管理的相关科学技术将会得到飞速发展。四、存在的问题•早期由人防工程改造使用的地下空间(绝大部分为商业)规模小，内部环境质量差，辅助设施简陋，设计水平低下，使人们对地下公共空间利用认识上产生不好的印象，使用上人防工程战时的封闭性与地下空间特别使用的开敝性产生较大的矛盾。现有大部分地下空间多处于浅层地下空间，特别