城市地下空間開發與設計的探析

摘 要：“上古穴居而野處”，人類從上古時期就開始了對地下空間的利用。現如今，隨著人類社會高速發展，人們掀起了城市地下空間開發與建設的熱潮，不斷對城市地下空間資源的開發與利用進行探索。本文以此為背景，分別從城市地下空間開發中易出現的問題缺陷以及地下空間設計時應注意的問題等方面進行了詳細分析，并根據人類社會發展的需求對其發展前景進行了研究與展望。

關鍵詞：城市地下空間；發展歷史；問題缺陷；合理設計

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.11.106

0 引言

隨著社會的發展，土地資源稀缺、城市熱島效應、城市環境破壞等一系列資源環境問題接踵而至。在這些問題促使我國城市必須走出一條可持續發展道路，造成我們不斷開發與利用地下空間的趨勢。從城市各個功能方面來講，地下空間的開發比地面空間有著更顯著的可持續優越性，地下空間的開發與利用將為城市的發展帶來新的機遇，地下空間的設計與可持續開發也不斷為城市建設者們帶來新的挑戰。

1 地下空間開發歷史

人類對于地下空間的利用已經擁有了幾百萬年的歷史，早在史前原始時期，人類為了防止野獸入侵，抵抗自然災害，就開始了對天然洞穴或地穴的利用。1930年發現于中國北方周口店龍骨山距今約3萬年的舊石器時代晚期智人對于山頂洞穴的利用是可查的人類對于地下空間的最早利用。山頂洞人文化遺址分為洞口、上室、下室和下窨四部分，其中所見約4m×5m北向的洞口為人工開鑿。原始人類利用巖土的天然性質將其改造為更適宜居住的洞穴，人類對生存空間的改造逐漸構成了原始穴居社會建立的文化的一部分。到了新石器時代，人類開始走出天然洞穴，借助地下挖掘的方法創造更適宜居住的人工場所[1]。中國北方最早的人工洞穴是以黃河流域仰韶文化遺址的豎穴式窯洞為典型代表，整個黃河流域的中下游地區幾乎都有半地穴式房屋的存在。后來，隨著社會文明的進步與原始建設技術的初步發展，人類對于地下空間的利用從簡單借用演變為對空間設計和改造的萌芽行為，典型代表為中國窯洞、古巴比倫城的地下隧道等[2]。

隨著人類文明的不斷發展，第一次工業革命后生產力飛速發展，導致西方城市化水平提高，城市的供水、排水等市政設施急需加大建設，為此人們開啟了近代城市地下空間的開發與使用。1863年，世界上第一條地鐵在倫敦建成，標志著國外地下空間發展跨入近代發展的紀元。

二戰以后隨著社會的發展，地下空間的開發與利用進入了一個嶄新的時期。隨著城市化進程加快，當代城市地下空間的開發與利用主要體現在地下市政、地下交通、地下人防工程、地下商業設施四個方面。

2 城市地下空間開發的問題與缺陷

現代城市地下空間呈現著功能綜合化、豎向深層化、交通立體化、生態多樣化的發展趨勢。人們對于地下空間的可持續開發愈加看重。

不可忽略的是，地下空間的開發與建設中存在一些本質特征與不可避免的問題缺陷：

（1）地質水文條件等限制地下空間建設類型、規模及投資，反過來說，地下空間的開發也會改變當地原有的水文地質條件，破壞當地原有的生態平衡：地下空間的開發與改造改變了地下水資源的分布形式與賦存狀態，破壞了原有的生態環境，從而影響當地的地理氣候條件，進而影響到地表動植物的生存，為了減小對生態平衡的破壞，我們必須采取適宜的防止措施并進行相關的研究、改造。

（2）進行地下空間開發時的施工過程具有一定的危險性，容易對地面原有建筑物的安全及圍巖的穩定性將產生影響：地下巖體工程的開挖將破壞原有地層的應力分布，導致應力的集中與重分布，影響地層的穩定性，對地面原有的建筑物的安全造成威脅；在高地應力地區易產生巖爆、巖芯餅化現象以及巖質基坑底部隆起、剝離、回彈錯動等現象，因此，我們應不斷完善施工方法、改善圍巖的性質及應力條件、采取一定的防護措施、加固圍巖，確保施工的安全性，并減少地下工程的建設對地面的影響。

（3）地下空間建設缺乏合理的統籌設計，與地面建設不夠協調：從城市協調發展的觀點出發，城市向上發展的高度越高，向下發展地下空間開發的強度越大。但是現有大部分建成的地下空間未考慮地面空間與地下空間的協調，缺乏一定的統籌規劃，從而使原先節約的空間資源無法達到最大化的效率，導致整體空間功能布局不合理、空間利用效率低下，限制了地下空間的開發對城市發展的積極促進作用。

（4）地下空間環境人性化的缺失：由于地下空間與地面空間的天然隔絕，導致自然采光不足、熱濕度大等缺點突出，加上地下空間的建設僅考慮功能而容易忽略空間使用者的心理和生理特點，導致大部分地下空間環境缺乏人性化的設計考慮。

同時，大型城市地下空間工程的建設有著投資大、回報晚、工期長、風險高等特點。它們對于地面建設而言不易拆除，其建設相對不可逆。因此，對于地下空間的開發建設應做好安全防護措施與統籌規劃，綜合考慮資源利用、生態保護、社會經濟發展等方面，建立地下空間設計規劃的可持續發展體系，實現城市地下空間資源的適度、適時、有序開發[3]。

3 城市地下空間功能分析與環境設計

城市地下空間具有災害防御、滿足城市交通的需要、發展地下商業設施等功能，能有效地保護災難發生時的人身財產安全、減少城市交通擁堵、便利人們的生活。

傳統城市地下空間普遍具有陰暗和潮濕的特性，欲使地下空間變得更適宜人類活動，就應在地下和地上空間耦合研究過程中首先充分了解其特性。地下物質環境特點主要有：高防護性、熱穩定性、氣密閉性、易操控性、低能耗性等。要達到城市地下與地上空間耦合的需求，首先應使地下空間在物質環境上克服自身弊端而滿足可以與地面形成協調的基本條件。地下空間設計的作用是通過針對空間造型、色彩光線等因素進行合理的利用與改造，構建滿足空間使用者行為要求的地下環境場所，進而達到城市整體空間的和諧。

要考慮的物質基礎主要包括視覺構建、聲景設計、熱濕環境與空氣品質四個方面：

在視覺構建方面，需要設計者地下空間設計中充分考慮視覺藝術，從采光、尺度、色彩、標志等方面協同考慮，充分發揮并改造空間的整體功能與整體氛圍，從視覺上消除空間使用者身處地下的壓抑感，并追求視覺藝術的最佳效果。

在聲景設計方面，整體空間中的聲景環境由聲音、聽者和環境空間三部分組成，設計者應從使用者的心理狀態、場所和時間因素進行考慮，充分研究聲音的傳播特點，從社會、文化、歷史的角度對富有地域特點內涵的聲音進行綜合設計與運用。不應一味地減噪，對于主要聲源產生的噪音強度應控制在允許范圍內，而對于某些特定的聲音應通過相應設計使其順利在地下空間與地上空間中傳播。

在熱濕環境方面，熱濕環境包括溫度、濕度、空氣流動速度、換

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氣次數等。地下空間在熱濕環境上有許多弊端阻礙地下空間環境的良性循環，因此在熱濕環境控制上，應根據不同地區的環境條件，系統評估地下熱濕狀況，因地制宜地采取防潮除濕技術，從而建立有良好舒適感的地下綜合環境，避免地上地下過渡時強烈的溫濕變化。

在空氣品質方面，設計者應采取合理的通風手段，結合自然通風與器械設備通風的方法，合理設計通風路徑，提高地下空間的空氣質量，保護空間使用者的身體健康[4]。

4 前景分析

現如今，人類在進行著全方位資源與空間的開發和利用，涉及到地下、海洋和宇宙。向地下的開發內容包括地下資源開發、地下能源開發和地下空間開發。地下空間的利用也正向更深、更廣的范圍擴展。發達國家對于地下空間的利用已進入相對成熟階段，外國學者在研究城市生產總值與地下空間開發利用的相關性時得出一個初步結論：人均生產總值大于3000美元時，城市就具備了開發利用地下空間的基本條件和需求。隨著我國經濟的高速發展，已經有不少城市已經滿足這一條件，因此，我國正在掀起城市地下空間開發與建設的熱潮，進入了城市地下空間資源開發利用的發展期[5]。

隨著我國地下空間開發力度的逐步加大，城市地下空間工程專業人才短缺的問題也日益突出。普通的土木工程專業人才并不能充分滿足這些工程的需求，可以說專業人才培養的供應落后于城市地下空間開發建設的需要，城市地下空間工程專業就應運誕生，為城市地下空間的開發培養出了一批優秀的工程人員與設計人員，為未來地下工程的建設描繪了一幅美好藍圖。

5 結論

隨著城市資源環境問題的日益加劇，為了緩解城市容量的擴張需求與土地資源供給不足的矛盾，各國除了利用綜合的政治、經濟措施外，也開啟對地下空間的立體化開發，以擴大城市容量。但城市地下空間有效開發及合理設計的問題仍然需要城市建設者不斷探索、解決。

參考文獻：

[1]邵繼中.城市地下空間設計[M].東南大學出版社，2016（09）：94-114.

[2]楊鴻勛.仰韶文化居住建筑發展問題的探討[J].考古學報，1975

（01）：39-72.

[3]孫世國.21世紀土木工程發展趨勢芻議[J].北方工業大學學報，

2002（03）：82-85.

[4]邵繼中，胡振宇.城市地下空間與地上空間多重耦合理論研究[J].地下空間與工程學報，2017，13（06）：1431-1443.

[5]21世紀土木工程發展方向之城市地下空間工程[D].2019/2/12.

作者簡介：米明昊（1998-），女，山東德州人，本科在讀，研究方向：城市地下空間工程相關專業。