城市軌道交通規(guī)劃環(huán)評中的文物振動影響評價

(交通運輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所，北京100028)

1 城市軌道交通發(fā)展和文物保護問題

城市軌道交通是城市綜合交通系統(tǒng)的重要組成部分，在優(yōu)化公共交通結(jié)構(gòu)、緩解交通擁堵、解決市民出行難等方面扮演重要角色。隨著中國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程加快，城市軌道交通在中國大城市中受到普遍關(guān)注[1-2]。截至2012年12月31日，中國內(nèi)地累計開通70條城市軌道交通線路，總運營里程達到2 064 km[3]。目前，全國已有軌道交通線路及獲準建設(shè)軌道交通線路的城市達39個(不含港澳臺地區(qū))，包括除海口、西寧、銀川、拉薩以外的27個省會城市、5個計劃單列市和7個地級市(蘇州、常州、徐州、無錫、佛山、東莞和溫州)，城市軌道交通建設(shè)規(guī)模位居世界第一。未來中國東部地區(qū)還會有更多的城市開展軌道交通建設(shè)，今后一段時期仍是城市軌道交通建設(shè)的大力發(fā)展期。

城市軌道交通在帶來交通便利的同時，其建設(shè)和運營引發(fā)的環(huán)境問題也日益突出，尤其是運營期間的振動對沿線文物的影響成為線路布設(shè)的重要約束條件。文物保護問題已經(jīng)成為城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)的三大難題之一[4]。中國39個建有或規(guī)劃軌道交通的城市中，有27個城市被列為國家歷史文化名城(見圖1)，如古都型歷史文化名城西安、南京、北京、杭州、鄭州和太原；近現(xiàn)代史跡型歷史文化名城上海、天津、武漢、廣州、重慶、哈爾濱、青島、南昌、沈陽等。國家歷史文化名城市域內(nèi)分布著大量的歷史遺存建筑物、歷史文化街區(qū)、重要史跡等歷史文化遺產(chǎn)。為防止工業(yè)振源引起的地面振動對古建筑結(jié)構(gòu)的危害,文獻[5]對古建筑結(jié)構(gòu)的容許振動、動力特性等進行研究；北京、西安等古建筑較多的城市，地鐵建設(shè)部門對古建筑的振動評估和防護也十分重視[6-9]。為了避免城市軌道交通建設(shè)對歷史文化保護目標造成不利影響，必須在規(guī)劃階段前期介入、盡早重視，優(yōu)化線網(wǎng)布局和走向，合理布局場站，科學(xué)合理地評估并減緩或消除軌道交通運營引發(fā)的振動對文物建筑結(jié)構(gòu)造成的不利影響。本文在梳理中國有關(guān)歷史文物建筑保護法規(guī)條例的基礎(chǔ)上，分析軌道交通規(guī)劃環(huán)境影響評價工作中文物振動影響評價存在的問題和難點，并提出相應(yīng)對策和建議。

2 文物保護法規(guī)條例對城市軌道交通規(guī)劃布局的要求

城市軌道交通規(guī)劃涉及的文物主要為不可移動文物，如古文化遺址、古墓葬、古建筑、石窟寺、石刻、壁畫、近代現(xiàn)代重要史跡和代表性建筑等，根據(jù)文物的歷史、藝術(shù)、科學(xué)價值，定級為全國重點文物保護單位、省級文物保護單位以及市、縣級文物保護單位。2007年12月29日修訂的《中華人民共和國文物保護法》(以下簡稱《保護法》)第二十條規(guī)定：建設(shè)工程選址，應(yīng)當盡可能避開不可移動文物；第十七條規(guī)定：因特殊情況需要在文物保護單位的保護范圍內(nèi)進行其他建設(shè)工程或者爆破、鉆探、挖掘等作業(yè)的，必須保證文物保護單位的安全，并經(jīng)核定公布該文物保護單位的人民政府批準，在批準前應(yīng)當征得上一級人民政府文物行政部門同意；第十八條規(guī)定：在文物保護單位的建設(shè)控制地帶內(nèi)進行建設(shè)工程，不得破壞文物保護單位的歷史風(fēng)貌，工程設(shè)計方案應(yīng)經(jīng)相應(yīng)的文物行政部門同意后，報城鄉(xiāng)建設(shè)規(guī)劃部門批準。

圖1 中國已建有或規(guī)劃城市軌道交通的國家歷史文化名城Fig.1 National historical and cultural cities with completed or planned urban rail transit in China

從上述國家文物保護法的規(guī)定可以看出，在城市軌道交通布局、選線規(guī)劃中，要明確規(guī)劃范圍內(nèi)文物的分布點位、類型、范圍、保護級別等信息。規(guī)劃原則為：首先，線路、車站、變電站、風(fēng)亭、冷卻塔、停車場、車輛段、車輛維修基地等場站在布局選址上要避開文物本體；其次，地面線路、高架線路、地面車站、地下車站進出口以及其他涉及占地的各類場站應(yīng)布置在文物保護單位的保護范圍和建設(shè)控制地帶之外。如果確實受地質(zhì)、技術(shù)等特殊情況限制，需要在文物保護范圍內(nèi)開展鉆探、挖掘等作業(yè)甚至修建設(shè)施時，應(yīng)在確保文物安全的前提下，需經(jīng)上級文物部門的同意和當?shù)厝嗣裾呐鷾省Ｈ绻诮ㄔO(shè)控制地帶內(nèi)進行工程建設(shè)，需要文物部門同意和規(guī)劃部門批準。由于國家文物保護法沒有對地下空間做出規(guī)定，因此，軌道交通可以地下線路形式穿越文物保護范圍和建設(shè)控制地帶，其前提也是確保文物本體的安全。

為了保持和延續(xù)傳統(tǒng)格局和歷史風(fēng)貌、維護歷史文化遺產(chǎn)的真實性和完整性、正確處理經(jīng)濟社會發(fā)展與歷史文化遺產(chǎn)保護的關(guān)系，國務(wù)院于2008年出臺了《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護條例》，條例第二十八條規(guī)定：在歷史文化街區(qū)(一般位于歷史文化名城內(nèi))、名鎮(zhèn)、名村核心保護范圍內(nèi)，新建、擴建必要的基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施的，城市、縣人民政府城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門核發(fā)建設(shè)工程規(guī)劃許可證、鄉(xiāng)村建設(shè)規(guī)劃許可證前，應(yīng)當征求同級文物主管部門的意見；第二十六條規(guī)定：歷史文化街區(qū)、名鎮(zhèn)、名村建設(shè)控制地帶內(nèi)的新建建筑物、構(gòu)筑物，應(yīng)當符合保護規(guī)劃確定的建設(shè)控制要求。

可見，與文物保護法強調(diào)的對單個文物小范圍“點狀保護”不同，《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護條例》更強調(diào)大范圍的“片狀保護”，其保護范圍一般較大。由于城市軌道交通屬于基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施，按照條例要求，在征求文物部門意見并取得規(guī)劃部門許可后，可以在核心保護范圍內(nèi)進行建設(shè)活動，但在建設(shè)控制地帶內(nèi)的建設(shè)活動應(yīng)符合保護規(guī)劃的控制要求。考慮到城市軌道交通的建設(shè)特點，歷史文化街區(qū)、名鎮(zhèn)、名村核心保護范圍和建設(shè)控制地帶內(nèi)，不宜布局地面線、高架線、變電站、停車場、車輛段、車輛維修基地，可以布局地面車站、地下車站進出口、風(fēng)亭、冷卻塔等設(shè)施，但需要控制設(shè)施高度、體量、外觀及色彩等，并融入當?shù)氐臍v史文化元素，不得對其周邊傳統(tǒng)格局和歷史風(fēng)貌構(gòu)成破壞性影響。

為了加強對歷史文化名城內(nèi)的歷史文化街區(qū)、反映歷史風(fēng)貌和地方特色但未被列為文物保護單位的歷史建筑的保護，原建設(shè)部2004年出臺了《城市紫線管理辦法》，規(guī)定城市紫線為歷史文化街區(qū)和歷史建筑的保護范圍界線。第十三條規(guī)定：在城市紫線范圍內(nèi)禁止進行大面積拆除、開發(fā)和改建；禁止修建破壞歷史文化街區(qū)傳統(tǒng)風(fēng)貌的建筑物、構(gòu)筑物和其他設(shè)施；禁止占用或者破壞園林綠地、河湖水系、道路和古樹名木等。

城市紫線范圍內(nèi)的城市軌道交通建設(shè)，應(yīng)遵循少拆少占的原則，因此在紫線范圍內(nèi)須采用地下線，不建變電站、停車場、車輛段、車輛維修基地等，少建地面站，可建地下車站進出口、風(fēng)亭、冷卻塔等設(shè)施。

3 當前文物振動影響評價存在的問題

《環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通》(HJ 453—2008)[10](以下簡稱《導(dǎo)則》)是城市軌道交通振動環(huán)境影響評價的技術(shù)性指導(dǎo)文件，《導(dǎo)則》規(guī)定了振動環(huán)境影響評價的內(nèi)容、等級、范圍、方法等技術(shù)問題。雖然《導(dǎo)則》主要適用于建設(shè)項目振動環(huán)境影響評價，但由于缺乏專門針對規(guī)劃項目的技術(shù)導(dǎo)則，因此，目前城市軌道交通規(guī)劃環(huán)評中的文物振動影響評價基本遵照該導(dǎo)則進行。《導(dǎo)則》規(guī)定：文物振動影響的評價范圍為距地下線路外軌中心線兩側(cè)60 m；評價內(nèi)容為評價范圍內(nèi)各文物保護建筑的振動速度，振動速度預(yù)測按照《古建筑防工業(yè)振動技術(shù)規(guī)范》(GB/T 50452—2008)[11](以下簡稱《規(guī)范》)的規(guī)定執(zhí)行，根據(jù)預(yù)測結(jié)果，按照《規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，對運營期各文物保護建筑的振動速度進行達標評價。然而，目前在使用《規(guī)范》進行文物振動影響評價時，還存在一些問題和不足，造成預(yù)測和評價結(jié)果不夠深入，影響結(jié)果的準確性和科學(xué)性。

1）部分類型文物的振動影響無法評估。

根據(jù)《保護法》規(guī)定，不可移動文物包括古文化遺址、古墓葬、古建筑、石窟寺和石刻、壁畫。但《規(guī)范》主要關(guān)注的是古建筑這類文物，分別給出了磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)古建筑和石窟的容許振動速度。而對于像文化古跡遺址類、古墓葬類、石刻和壁畫類文物，由于其沒有明顯的承重結(jié)構(gòu)，在規(guī)范中尚缺乏相應(yīng)的參考標準和預(yù)測方法，目前還很難開展城市軌道交通運營對這類文物的振動影響評估。假如某城市規(guī)劃的地鐵線路上方有土質(zhì)古城垣(或城墻)或者地下有古城遺址或墓葬，這類文物能承受的最大振動速度是多少、地鐵埋深多少才能避免破壞性影響等難題還需要進一步探究和明確。

另外，在建筑類文物中，有的結(jié)構(gòu)并不是磚結(jié)構(gòu)、石結(jié)構(gòu)或木結(jié)構(gòu)，如鄭州市二七紀念塔，其距今只有40年，不屬于古代遺留下來的建筑物，但由于其所賦予的政治意義、紀念意義和教育意義，已經(jīng)被列為全國重點文物保護單位。作為現(xiàn)代構(gòu)筑物，二七紀念塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，而在《規(guī)范》中又沒有這類結(jié)構(gòu)的振動計算辦法、容許限值和評估標準等。因此如何評價非《規(guī)范》中結(jié)構(gòu)類型的文物振動影響問題也是一個難題。

2）振動影響評價的技術(shù)規(guī)范不易掌握和運用。

《規(guī)范》中振動預(yù)測模式參數(shù)過多，有些參數(shù)取值過于復(fù)雜，不易應(yīng)用，廣大評價者難以掌握。以古塔為例，確定結(jié)構(gòu)最大速度響應(yīng)(Vmax)，需要古塔基礎(chǔ)處水平向地面振動速度(Vr)、振型參與系數(shù)(γ)和振型放大系數(shù)(β)3個參數(shù)，而確定參數(shù)γ，又需要古塔各層寬度和層高等參數(shù)，確定β又需要一定距離(r)處的地面振動頻率(fr)和結(jié)構(gòu)第j階固有頻率(fj)，而確定fj，又需要4個不同的參數(shù)。確定地面振動速度(Vr)更為復(fù)雜，根據(jù)規(guī)范附錄B(地面振動傳播和衰減的計算)，又需要7個不同的參數(shù)，這7個參數(shù)中個別參數(shù)又需要通過其他的參數(shù)來獲得。從中國大量軌道交通規(guī)劃環(huán)評報告來看，很多環(huán)評工作者沒有吃透此規(guī)范，在文物振動影響評價部分，內(nèi)容都很簡單，缺少參數(shù)選擇和預(yù)測評估等關(guān)鍵過程，很少有人能完整并正確運用該規(guī)范進行分析評價工作，還處于“不會用、用不好”的階段。

3）規(guī)劃本身內(nèi)容不夠具體給振動影響預(yù)測工作帶來難度。

在城市軌道交通規(guī)劃階段，一般只是給出場站的大致點位、線路大致走向和敷設(shè)方式，具體線位、埋深以及與文物的準確距離無法明確，這些因素給定量預(yù)測評價工作造成困難。根據(jù)《規(guī)范》，在地面振動傳播和衰減的計算過程中，需要明確文物結(jié)構(gòu)與振源的距離，在計算振源半徑r0時，需要明確隧道埋深H，由于規(guī)劃階段這些參數(shù)均無法給定，因此給振動預(yù)測工作帶來一定難度。

4）各地地質(zhì)、土質(zhì)條件不同給評估工作帶來較大不確定性。

全國不同城市的地質(zhì)條件差異很大，土質(zhì)也不同，而地鐵振源幾何衰減系數(shù)和土的能量吸收系數(shù)均與土質(zhì)土類有關(guān)，如硬塑粉質(zhì)粘土、可塑粉質(zhì)粘土、飽和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的能量吸收系數(shù)各異。在規(guī)劃階段，無法對城市地下情況進行詳細了解，也缺少第一手的地質(zhì)和土質(zhì)資料，只能簡單處理，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果科學(xué)性和準確性大大降低。

4 對策與建議

針對城市軌道交通規(guī)劃環(huán)評中的文物振動影響評價面臨的困難，本文提出四點對策與建議。

1）明確評價工作深度、對象和方法。

《導(dǎo)則》雖然規(guī)定了振動環(huán)境影響評價的內(nèi)容、等級、范圍和方法，但沒有對文物振動影響的評價深度做出明確說明，《導(dǎo)則》還要求“對于評價范圍內(nèi)的文物保護目標應(yīng)進行振動速度評價”，但對文化古跡遺址類、古墓葬類、石刻類和壁畫類等文物的振動影響評價尚缺乏很好的辦法。此外，像鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)類建筑等非《規(guī)范》中所列類別的文物保護目標是否需要進行振動速度評價；如果要進行評價，采用何種方法、模式和標準。對此，需要進行進一步完善和細化文物振動影響評價的兩個指導(dǎo)性規(guī)范文件，補充各種類型文物振動影響的評價方法、標準和深度，以便廣大環(huán)評工作者將其應(yīng)用到文物振動影響評價中。

2）完善評價方法。

鑒于《規(guī)范》中的振動預(yù)測模式參數(shù)過多，部分參數(shù)取值復(fù)雜，不易運用，需要針對地鐵振動影響特點，酌情對該規(guī)范進行簡化，減少預(yù)測模式的參數(shù)并簡化模式計算過程，對一些較難取值的參數(shù)，應(yīng)給出地鐵這類振源的參數(shù)取值范圍。在國內(nèi)一些公開發(fā)表的研究論文中，有學(xué)者采用有限元模型的方法預(yù)測文物振動影響，這種專業(yè)數(shù)學(xué)工具短時間內(nèi)雖無法很好掌握，但可以借鑒其分析結(jié)果，在所處外部條件近似的情況下采用類比分析。基于所在城市已有地鐵線路振動監(jiān)測結(jié)果進行類比預(yù)測也是一種較為可靠的分析方法，部分已經(jīng)運營線路附近文物結(jié)構(gòu)的振動速度實際測量值可用于參考和類比預(yù)測，其結(jié)果可能比振動預(yù)測模式更為可信。

3）全面把握規(guī)劃內(nèi)容。

在規(guī)劃階段，線路與文物的距離以及線路埋深一般無法明確，但地鐵線路一般是沿城市主干路進行地下敷設(shè)，由此可以基于規(guī)劃線路布局走向和文物分布疊加圖，通過主干路的寬度以及道路紅線范圍對距離進行預(yù)估。最難確定的是隧道埋深(即地鐵軌面到地面的豎直距離)，目前國內(nèi)地鐵隧道埋深以20 m為界，低于20 m為淺埋，超過20 m為深埋，因此在預(yù)測時，可以分15 m、20 m和25 m三種埋深情形預(yù)測文物的振動速度，根據(jù)不同深度的預(yù)測結(jié)果提出合理的地鐵埋深或文物減振措施。

4）克服土質(zhì)條件差異。

在規(guī)劃階段無法詳細了解線路沿線地質(zhì)土質(zhì)情況，但可以通過對同一城市正在施工或已經(jīng)建成線路的地質(zhì)土質(zhì)條件進行推斷。如果該城市沒有已建或在建地鐵項目，也可考慮參考區(qū)域地形和地質(zhì)條件較為相近的臨近城市的地鐵項目，類比其地質(zhì)土質(zhì)條件進行預(yù)測估算。如果條件許可，也可向有關(guān)部門索要規(guī)劃線網(wǎng)涉及區(qū)域的地質(zhì)勘探資料，從中獲取有關(guān)地質(zhì)土質(zhì)信息。

5 結(jié)語

城市軌道交通運營對文物的振動影響正日益受到重視，合理和正確評價這種影響是協(xié)調(diào)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)與文物保護關(guān)系的基礎(chǔ)。當前城市軌道交通規(guī)劃的文物振動影響評價工作面臨部分類型文物的振動影響無法評估、評價技術(shù)規(guī)范不易掌握和運用、規(guī)劃本身內(nèi)容不夠具體、模型重要參數(shù)地質(zhì)土質(zhì)條件難以確定等問題。為提升文物振動影響評價工作的科學(xué)性，應(yīng)從《導(dǎo)則》和《規(guī)范》上進一步明確評價工作的對象、標準和深度，完善并細化評價方法，全面把握規(guī)劃內(nèi)容和科學(xué)類比土質(zhì)參數(shù)。

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[10]HJ/T 453—2008環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則城市軌道交通[S].

[11]GB/T 50452—2008古建筑防工業(yè)振動技術(shù)規(guī)范[S].