地下空間開發知多少

麗琴

近年來，我國城市粗放式的快速發展，使城市GDP獲得了突飛猛進的提高，但也帶來了許多令人頭疼的問題，比如土地緊缺、交通擁堵、環境污染等。當人們為地上空間的這些城市綜合癥頭疼不已的時候，不由會把開發方向對準地下空間。但地下空間資源有什么特征？我國開發地下空間的歷史？又比如開發地下空間的技術和途徑有哪些？我們應該如何開發地下空間呢？這些疑問小編將為你一個個“消滅”。

地下空間資源的特點

所謂地下空間是指在地表以下的、天然形成的或人工開發形成的空間。除地下溶洞和地下暗河等通過自然力作用形成的地下空間外，其他地下巖土都是實體，并不存在空間。所以，自然狀態下的地下空間資源只是一種潛在的資源，而且是一種不可再生的且儲量較豐富的寶貴資源。

科學開發利用和管理好地下空間資源，首先要正確認識這一資源的四大特點。一是資源的潛在性。二是環境的互補性。地下空間具有隔離性、隱蔽性、恒溫恒濕性、穩定性等特點，這些特點是地面空間所不具有的，因而具有互補性。三是效益的綜合性。地下空間開發利用后一般表現為綜合效益，包括經濟效益、社會效益、環境效益和防空防災效益。四是建設的不可逆性。表現在：淺層地下空間開發不可能在地面高層建筑完工后進行，必須同步開發；完工后的處于巖土介質包圍中的單個建筑不可能像地面建筑那樣容易拆除和改建；群體地下建筑完工后其布局不合理也無法進行調整。因此，不僅地下建筑設計要考慮好方方面面的需要，進行精心設計，而且地下空間開發利用規劃也必須具有整體性、協調性和前瞻性。

地下空間資源的開發特征

1863年，英國倫敦地鐵的建成及運營是人類近代史上大規模開發利用城市地下空間的里程碑，也是城市現代化的重要標志之一。從那以后，城市地下空間的開發得到了長足的發展。

地下空間的開發呈現空間上多層次化、功能上多樣化的特征。

地下建筑從大型建筑向地下的自然延伸發展到復雜的地下綜合體，再到與地下快速軌道交通系統相結合的地下街系統。與此同時，地下建筑的內部空間環境質量、防災措施以及運營管理都達到了較高的水平。

地下市政設施從地下供、排水管網發展到地下大型供水系統，地下大型能源供應系統，地下大型排水及污水處理系統，地下生活垃圾的清除、處理和回收系統，以及地下綜合管線廊道。

地下空間的開發規劃從專項規劃入手，逐步形成系統的規劃；從城市中某個區域的綜合規劃入手，走向整個城市和某些系統的綜合規劃。地下空間的開發呈現出空間上多層次化、功能上多樣化的特征。

地下綜合管線廊道，是指將設置在地面、地下或架空的各類公用管線集中容納于一體，并置于地下，同時留有供檢修人員行走通道的隧道結構。北京中關村西區的公共設施地下部分共有3層，總建筑面積超過40萬平方米，分為綜合環廊部分和空間開發部分。其中綜合環廊地下一層為車道，構成西區的交通大動脈；地下二層為物業用房；地下三層為水、電、氣、通信等能源信息管廊，為各地塊建筑物開發提供了良好的公共設施支持。

系統發達的地下步行道系統，把地下快速軌道交通和商業串聯在一起，不僅改善交通、節省用地，還改善環境、保證了惡劣氣候下生活的便利。加拿大多倫多的地下步行道系統，以其龐大的規模、方便的交通、綜合的服務設施和優美的環境享有盛名。該系統共有4個街區寬、9個街區長，地下連接了停車庫、旅館、電影院和購物中心，還連接著市政廳、聯邦火車站、證券交易所、地鐵車站和30座高層建筑的地下室。此外，該地下步行道系統中還布置了幾處花園和噴泉，共有100多個地面出入口。

大型地下綜合體地下空間的開發在舊城的改造再開發中發揮重要作用。法國巴黎的列·阿萊地區曾經是一個交通擁擠的食品交易和批發中心，經過成功改造后，它變身為一個多功能的以綠地為主的公共活動廣場，其中的商業、文娛、交通、體育等多種功能設施被安排在廣場的地下空間，形成一個大型地下綜合體。該綜合體共4層，總面積超過20萬平方米。

城市地下空間的開發可保護環境和景觀，法國巴黎盧浮宮擴建工程就是保護古典建筑的成功典范。設計師巧妙地利用拿破侖廣場下的地下空間，使古典建筑向地下自然延伸，不僅拓寬了盧浮宮博物館的展覽空間，還為盧浮宮增添了獨具特色的“金字塔”風情——在廣場中央和兩側設置了3個大小不等的錐形玻璃天窗。

地下工程的關鍵技術

我國在地下空間開發過程中，發展了非常成熟的地下工程技術，其中具有代表性的是下列三項技術：

1.明挖技術（基坑技術）

隨著我國地下空間的發展，地下工程建設項目的數量和規模也迅速增大，產生了大量的深基坑工程，并形成了種類齊全的多種基坑圍護開挖技術。基坑工程的設計理論、計算方法也得到不斷改進，基坑工程的設計規范也有一定的發展。上世紀90年代以來，基坑工程規模不斷加大，深度不斷加深，與建筑物等已有設施距離越來越近，推動了深基坑工程的設計向更高水平邁進，使我國基坑工程的設計施工進入環境設計階段，促進了時空效應基坑工法的生產與應用，并達到國際領先水平。

2.暗挖技術（以隧道設計施工技術為代表）

在我國，大量的線形地下空間均是以暗挖法形成的。其中兩項關鍵技術，適于軟土（巖）地區的盾構法與適于硬土（巖）地區的新奧法（及礦山法）在我國均有較大的應用與發展。

3.托換技術

我國城市的密集與空間的緊張，在地下空間開發利用中，遇到大量的設施沖突、空間交叉及文物和環境等需要保護的情況，由此促進了托換技術的發展。托換技術是解決對原有建筑的地基需要處理和基礎要加固的問題，和解決在原有建筑基礎下需要修建地下工程以及鄰近需要建造新工程而影響到原有建筑物的安全等問題的技術總稱。

開發地下空間的意義

有利于集約使用城市土地資源，拓展發展空間。地下空間開發利用，可使城市的部分功能由地上轉入地下，實現由“二維”向“三維”轉變，能夠極大地提高城市土地的空間利用率，緩解城市發展與土地資源緊張的矛盾。實踐表明，充分合理開發城市地下空間，至少可增加城市空間面積30%左右。

有利于發展城市低碳經濟，節約能源。地下空間具有一定的恒溫保溫性，地下建筑物能量消耗比地面建筑明顯要少。有資料顯示，地下建筑相對于地上建筑的節能率，服務性建筑可達60%，倉庫達到70%。此外，地下空間獨具的熱穩定性和封閉性，對貯存某些物資極為有利，如地下油庫、糧庫和冷藏庫等，其中地下冷庫比地面的運行費用低25%～50%。

有利于市政設施優化，緩解城市交通矛盾，有利于改善城市生態環境。近年來，城區行車難、停車難、行路難等問題日益突出。如能科學地開發利用地下空間，特別是合理修建地鐵、隧道和地下過街人行道、商業街、地下停車場等，將會較好地解決此類問題。

有利于經濟繁榮，增加就業崗位。地下空間有效開發利用，不僅方便了群眾生活，還可大大增加就業崗位，改善和促進民生。例如，哈爾濱市建成了23個地下商業街，總面積達80萬平方米，年營業額超過30億元，解決13萬人就業。

有利于防空防災一體化建設，提升城市綜合防護能力。地下空間相對于地面上難以抗御的外部災害，如戰爭空襲、地震、風暴等，有較強的防御能力，可以作為災害時的避難空間、防災物資的儲備倉庫及救災安全通道和疏散通道等。如1976年唐山大地震，地面死亡人員達25萬人，而在地下空間（礦山）作業的2.5萬人無一傷亡。同時，隨著現代城市的高密度化和生活水平的高標準化，城市生命線工程的供給設施、管線建設越來越多，如果結合人防工程修建共同溝，有利于減少馬路的反復開挖以及施工對交通和城市居民生活的影響，便于維護、檢查和拆換，從而極大地提升城市基礎設施的抗毀能力。

利用大深度地下空間為城市蓄水排洪

2012年7月21日，北京遭受到61年一遇的暴雨侵襲。根據7月26日報告，已有77人死亡，10 660間房屋倒塌，160.2萬人受災，經濟損失116.4億元。這場暴雨不僅給北京脆弱的排水體系又一次毀滅性打擊，同時也給全國的城市管理和市政設計者們敲響了警鐘。

由于強降水或連續性降水超過城市排水能力，城市內產生積水災害。如今，周期性城市內澇已成為制約城市發展的一塊心病。心病還需心藥醫，根治周期性城市內澇必須改變以往排水體系滯后發展的思路，建設先進的地下排水體系。大深度地下蓄水排洪體系不失為一個好的選擇。該體系是建于大深度地下空間內（地下40米以下）的地下大型蓄水排洪網絡，包括大型地下泵站、大深度排水隧道（地下河川）、大型地下蓄水庫以及大型地下污水處理站等設施。它可以作為現有排水及防洪體系的強有力補充，與原有體系一起構成城市高效、完備的排水網絡。

國外許多城市都采用大深度地下蓄水排洪體系，作為城市大型排水設施。相比于淺層的排水體系，大深度排水體系具有以下幾方面優勢：首先，大深度地下空間由于其空間容量巨大，適宜容量巨大的大直徑隧道和大體積地下水庫。其次，大深度隧道修建對地表已有建筑的影響很小，一定程度上避免了淺層地下空間因線路改造導致的多次開挖。此外，將城市排水體系引入大深度地下空間，有助于解放淺層地下空間，緩解目前淺層管線密集的現狀，提高地下空間的豎向利用效率。

因此，無論從改善淺層現狀還是從提高城市防洪排水能力角度，建立大深度防洪排水系統都具有其必要性。隨著城市地下空間開發熱度不斷升溫，開發大深度地下蓄水排洪體系對于研究城市地下空間開發利用具有重要的戰略意義和實踐價值。

國外城市地下蓄水排洪體系的先進經驗

巴黎大深度下水道 早在19世紀霍亂爆發時期，法國巴黎就開始設計建設大深度下水道。如今，修建在巴黎城市50米以下的下水道長達2 347千米。2.6萬個下水道蓋、6 000多個地下蓄水池均有統一編號，由1 300多名專業人員負責維護。位于塞納河畔的巴黎下水道還設有博物館，供游人參觀。

慕尼黑地下儲水庫 德國慕尼黑擁有2 434千米長的排水管網，其中布置了13個地下儲水庫，充當暴雨進入地下管道的中轉站。下暴雨時，地下儲水庫有706 000立方米的容量，暫時儲存雨水，然后將雨水慢慢釋放入地下排水管道。在地上，慕尼黑不斷擴大灘涂、河流兩岸的濕地和綠地，以減少河水對兩岸的壓力。德國許多城市里受壓不大的道路，普遍采用透水性地磚，不僅解決了積水，還能補充地下水，減少揚塵。

東京“地下神殿” 1992年～2007年，日本投資2 400億日元（約合200億元人民幣），在東京北郊琦玉縣境內建設名為“首都圈外郭放水路”的巨型分洪工程。該工程位于地下50米，是一條全長6.3千米、直徑10.6米的巨型隧道。隧道連接著東京市內長達15 700千米的城市下水道。隧道通過5個高65米、直徑32米的豎井，連通附近的江戶川、倉松川、中川、古利川等河流，作為分洪入口。隧道末端有一個高25.4米、長177米、寬78米的大型蓄水池。在這里，4臺燃氣輪機驅動大型水泵，將水以200立方米/秒的速度排入江戶川，再排入大海。這項工程被譽為世界上最先進的排水系統，全程使用計算機遙控，并在中央控制室進行全程監控。工程建成當年，相關區域遭水浸的房屋由最嚴重年份的41 544家減至245家，浸水面積由27 840萬平方米減至65萬平方米。

芝加哥深隧蓄水 以芝加哥為代表，美國在20世紀70年代就鼓勵興建深隧蓄水系統，以解決城市防洪和雨水利用問題。美國設有強制性防城市內澇的法律，城市新開發區域必須強制實行“就地滯洪蓄水”，并制定了詳盡的城市內澇防范、治理措施以及問責手段。這些條例規定，新開發區的暴雨洪水洪峰流量不能超過開發前的水平。

大深度地下蓄水排洪體系發揮的功能

排水功能 當現有排水管網超負荷時，打開大深度排水系統，合流制管道中的溢流就可以排入深層排水隧道內，再通過大型地下泵將水排入主要干流或大海。

蓄水功能 在深層排水管網終端設置閥門，利用大直徑隧道的巨大空間貯水，同時興建大型蓄水庫，將雨季的大量降水引入水庫內儲存，供旱季使用，大大提高城市水資源利用率。

泄洪功能 對于洪澇災害較嚴重流域，大型深層地下隧道可以連通洪水流域上的主要河流，通過閥門控制，將過量洪水引入地下隧道，再排入大海。

污水處理 體系終端和蓄水庫旁興建大型地下污水處理站，將隧道及水庫內的儲水進行凈化處理，部分可作為城市供水循環使用，既可以節約土地，又可減輕二次污染。

我國地下空間開發利用展望

隨著我國經濟、科學技術水平發展、城市化水平的提高及城市可持續發展戰略的貫徹，開發利用城市地下空間越來越表現出巨大效益和潛力，我國城市地下空間開發利用必將向現代化、國際化、科學化的方向發展。具體說來，我國城市地下空間開發利用事業將出現下述幾個發展趨勢：

1.綜合開發利用的趨勢。城市地下空間開發利用將不再是滿足某一單項功能，將立足于城市的整體建設與功能要求，是多項城市功能的整合共容，如滿足交通、商業、供給與環境等的大型綜合體。同時，也不再是一種空間形態的孤立，而是由點、線、面、體等多種形態的空間靈活組合貫通的有機的、豐富的空間整體。

2.規劃與設計理論的發展。建立在城市可持續發展與城市三維立體發展的戰略思路上，將地下空間作為城市三維發展的一個維度，地下空間規劃與設計理論將會逐步充實完善，其將指導城市科學地向地下延伸。

3.開發技術的發展。我國目前的地下空間開發的土木技術已接近或處于世界先進水平，但涉及到一些關鍵輔助設備等技術，如機具技術、計算機與電氣控制技術、自動化技術等等，與世界先進水平還有大的差距，會影響到地下空間開發的規模與成本，將來隨著對引進技術的消化吸收和加大研制開發的投入，將會逐步縮小這些差距。

4.法規與管理維護越來越完善。不僅有完備的法規、政策及管理措施和先進的維護技術水平，還將形成一整套推動地下空間綜合開發利用的實體和管理部門。

5.環境要求與環境控制將被更加重視，相應技術工藝日益成熟。無人的城市地下空間設施會更加安全、高效，有人的城市地下空間設施會更加舒適、美觀，地下空間內環境中的造景、幻境及地面環境模擬等技術會大大發展。同時，將更多地從環境保護、城市景觀保護和歷史文物保護的角度開發利用城市地下空間。

6.新工藝與新材料不斷涌現。為了降低城市地下空間開發的成本與難度，并適應多種形態的地下空間的組合，滿足多種設施功能的交叉與共容，高效、經濟的施工工藝將會不斷產生，尤其是機械挖掘技術與施工自動化技術會有較大進步。同時，新的建筑裝飾材料尤其是地下防水與環境改善的材料也會不斷涌現。

結語

開發城市地下空間是實現城市經濟發展與環境、資源相協調發展的重要途徑，在解決城市交通擁堵、提高土地集約化利用、改善環境污染等方面可以發揮巨大的作用。合理開發利用地下空間，我國尚處于起步階段。唯其如此，地下空間發展的可行性也就更大。所以，必須以科學發展觀為指導，以城市總體發展戰略為依據，學習借鑒發達國家的成功經驗，以改革創新的精神，統籌兼顧，形成配套的法規政策體系，逐步建立健全城市地下空間開發利用的運行機制，加快我國城市地下空間開發利用步伐。

我國歷史上的地下空間開發利用主要分為如下幾類

1.窯洞居住

早在4 000年以前，以我國黃河流域的山西、河北、河南、陜西、甘肅省為中心，當地居民已在遼闊的黃土地帶上建造地下窯洞，這些窯洞一直沿用發展至今，主要分為下沉式和靠山式：下沉式是從地表向下挖5米～6米深、邊長10米的正方形下沉式院子，然后從院子橫向挖洞造房；靠山式窯洞則從斜面或斷崖上橫向挖洞造房，多數朝南。目前，我國擁有世界上最多的地下建筑群體，主要集中在隴東、陜北、豫西、晉中南、冀北和內蒙中部等6個地區，寧夏和青海的部分地區也有，與隴東窯洞近似。這些地區約有200個縣，居住在窯洞的總人口估計有3 500萬～4 000萬人。根據各地的自然和社會條件不同，居住在窯洞中的人口占總人口的比例有多有少，大體上是越向西北，比例越高，向東南則漸少，基本上與黃土高原的上層厚度和氣候的變化趨勢一致。

2.宗教建筑

在我國封建社會這一漫長的歷史時期中，建造陵墓和滿足一些特殊宗教要求的建筑是地下空間開發利用的重要方面。具有代表性的有殷朝王墓、始皇陵、明陵等大墳墓。

3.倉庫

利用地下空間作為倉庫，在我國由來已久。1971年，在洛陽市東北郊發掘出一座古代地下糧庫，系隋朝建造（7世紀），一直使用到唐朝，庫區面積600米×700米，以后逐漸發掘出的半地下糧倉近200個。這是我國很早就利用地下空間作為倉庫的例證。到了現代，盡管保冷、保溫技術發達，但在我國北部用于儲藏土豆、紅薯的地窖及地下糧庫，仍在大量建造。

4.采掘與水利建筑

我國是世界上最早進行采礦的國家。《天工開物》一書是中國古人闡述有關地下采礦工程方面的較早文獻。

此外，在水利工程方面，也有開發地下空間的事例，如陜西褒城的石門隧洞，陜西大荔縣修建洛水渠時，曾發現有給水隧洞，規模都非常大。這說明，我國古代在生產建設中，曾致力于地下空間的開發，尤其是施工技術方面，當時處于世界領先的地位。

5.軍事

地下空間作為軍事用途，在我國的古代與現代均有利用。

1961年在河北峰礦區發現軍事目的的古代地道，是800年前宋朝時挖掘。在北雄縣等地也有類似發現。在一些古籍中，也有關于利用地道作戰、攻城的記載。在抗日戰爭中，我國華北地區的大規模地道戰，則更能說明我國地下空間在軍事上的應用。