城市地下空間的影響因素及改進(jìn)方法

劉榮臻

（福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建福州 350100）

0 引言

隨著“碳達(dá)峰、碳中和”戰(zhàn)略目標(biāo)的提出，環(huán)境與發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)社會(huì)普遍關(guān)注的重大問(wèn)題。在建筑行業(yè)，貫徹新發(fā)展理念，推進(jìn)創(chuàng)新可持續(xù)建筑的發(fā)展是順應(yīng)時(shí)代的必然需求。而推進(jìn)城市地下空間的開(kāi)發(fā)與利用，可以擴(kuò)充城市的容量，調(diào)節(jié)城市土地分布，使空間資源有序化，從而保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，提高居民生活質(zhì)量，正是實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的有效途徑[1]。

從宏觀層面上來(lái)說(shuō)，實(shí)現(xiàn)地下環(huán)境、城市地下空間與地球系統(tǒng)的多圈層的有機(jī)統(tǒng)一，是走向人類(lèi)與地球和諧發(fā)展的必由之路。在全球變暖、海平面上升、凍土退化等多種因素的影響下，城市地下空間的規(guī)劃與發(fā)展變得尤為重要[2]。

1 研究情況

1.1 國(guó)外情況

國(guó)外地下城市開(kāi)發(fā)時(shí)間早，已經(jīng)形成較為完整的地下空間體系，各個(gè)地區(qū)的城市地下空間地域特點(diǎn)顯著，在形式上各有特色，如表1所示。北美國(guó)家，城市面積規(guī)模較大，著重利用城市地下空間解決環(huán)境和交通問(wèn)題；北歐國(guó)家，良好的地質(zhì)環(huán)境造就了地下空間的開(kāi)發(fā)，其地下空間功能強(qiáng)大齊全，包括了體育設(shè)備、煤炭和煤炭倉(cāng)庫(kù)等；日本等國(guó)土面積狹小的國(guó)家，地下購(gòu)物中心和地下交通系統(tǒng)為主要的地下空間表現(xiàn)形式[3]。而對(duì)于城市地下空間的研究方面，國(guó)外現(xiàn)階段的城市地下空間學(xué)術(shù)成果以工程技術(shù)和宏觀規(guī)劃的研究為主，從建筑設(shè)計(jì)角度對(duì)城市地下空間形態(tài)的研究較少。

表1 國(guó)內(nèi)外城市地下空間現(xiàn)狀比較

1.2 國(guó)內(nèi)情況

與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)開(kāi)始關(guān)注城市地下空間利用的時(shí)間較晚。20世紀(jì)60年代，為了軍事活動(dòng)需要，我國(guó)開(kāi)始大規(guī)模建設(shè)地下空間。在和平發(fā)展時(shí)期，我國(guó)城市地下空間的利用由最初的戰(zhàn)時(shí)防空工程逐漸演變?yōu)椤捌綉?zhàn)兩用”的人防工程。1995年以來(lái)，在地下空間的開(kāi)發(fā)與利用的重要影響下，國(guó)內(nèi)城鎮(zhèn)化的發(fā)展速度越來(lái)越快，最初城市地下空間開(kāi)發(fā)與利用的主要對(duì)象是市政管網(wǎng)，在現(xiàn)代化的過(guò)程中，城市地下空間的發(fā)展也越來(lái)越高標(biāo)準(zhǔn)，逐步實(shí)現(xiàn)信息化、產(chǎn)業(yè)化、數(shù)字化等。如今我國(guó)人防工程不斷與城市建設(shè)相結(jié)合，能在戰(zhàn)時(shí)掩蔽人員、物資，保護(hù)人民安全和財(cái)產(chǎn)安全，又能滿(mǎn)足人民日常生活的需求，如地鐵、地下停車(chē)場(chǎng)、地下街和地下商場(chǎng)等。

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)地下空間的發(fā)展重視度不斷提高，據(jù)統(tǒng)計(jì)，在2016—2019年間，我國(guó)城市地下空間建設(shè)面積累計(jì)新增1.07×109m2，人均建筑面積新增1.26m2[4]，地下設(shè)施類(lèi)型不斷豐富，發(fā)展迅速，規(guī)模量大。目前我國(guó)城市軌道交通已經(jīng)全球領(lǐng)先，部分城市地下綜合體已經(jīng)可達(dá)國(guó)際先進(jìn)水準(zhǔn)，城市地下空間開(kāi)發(fā)具有極大潛力[5]。但我國(guó)地下空間建設(shè)也出現(xiàn)較為明顯的地區(qū)差距，經(jīng)研究統(tǒng)計(jì)，截至2020年底，在我國(guó)地下城市發(fā)展綜合實(shí)力前10名中，東部城市占8個(gè)名額。東西部地區(qū)之間的新增地下空間建筑面積也相差較大，長(zhǎng)江三角洲城市群和珠江三角洲城市群共同主導(dǎo)我國(guó)城市地下空間的增長(zhǎng)，這些因素也影響了我國(guó)各個(gè)地區(qū)地下空間規(guī)劃的市場(chǎng)需求，如圖1所示。

圖1 2020年我國(guó)城市地下空間規(guī)劃需求市場(chǎng)地域分布

2 影響因素

從自然環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、空間韌性三個(gè)維度進(jìn)行探究影響我國(guó)城市地下空間建設(shè)的因素，建立較為客觀的影響體系，也是為城市地下空間的建設(shè)提供建議的基礎(chǔ)。

2.1 自然環(huán)境

自然環(huán)境在多方面對(duì)城市地下空間產(chǎn)生不同程度的影響和作用，如氣候因素、地形地貌因素和地質(zhì)水文因素等[6]。地處較為惡劣的氣候環(huán)境，如需要防嚴(yán)寒、抗風(fēng)沙、隔熱的地區(qū)，將推進(jìn)地下空間建設(shè)速度不斷加快。地形地貌的特征影響地下空間的結(jié)構(gòu)與建筑形態(tài)。地質(zhì)水文因素可以決定該地區(qū)所用的地質(zhì)勘察和施工技術(shù)的方式。自然環(huán)境使得地下空間具有一定的區(qū)域性，需因地制宜，合理開(kāi)發(fā)與使用。

2.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境

2021年1月，《關(guān)于加強(qiáng)城市地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》發(fā)布，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部重視地下空間的建設(shè)。在國(guó)家相關(guān)政策的扶持下，給予地下空間建設(shè)提供了強(qiáng)大保障。相較于地面空間建設(shè)而言，地下空間的建設(shè)具有開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、施工技術(shù)難度大、建設(shè)成本高、給排水、照明和暖通空調(diào)等設(shè)備運(yùn)營(yíng)成本高等的特點(diǎn)，因此地下空間開(kāi)發(fā)也需要國(guó)家在經(jīng)濟(jì)方面大力支持。

2.3 空間韌性

韌性這個(gè)詞來(lái)自物理學(xué)科，被用來(lái)形容物體在外力作用下發(fā)生形變后恢復(fù)的能力，在20世紀(jì)70年代，韌性被引入生態(tài)學(xué)，用韌性來(lái)形容自然界在應(yīng)對(duì)重大變化時(shí)的持續(xù)性與穩(wěn)定性。

城市地下空間韌性是基于對(duì)城市的管理與規(guī)劃提出的一個(gè)概念，它涵蓋了對(duì)空間的靈活調(diào)控和使用，使其面對(duì)自然災(zāi)害或者其他緊急情況和不可抗力因素時(shí)及時(shí)做出高效的反應(yīng)[7]。空間韌性具體體現(xiàn)在兩方面，一方面是指空間功能多樣、形式不一，具有一定的抵御危險(xiǎn)能力，在一些緊急危機(jī)發(fā)生時(shí)，可以相互配合形成解決預(yù)案，不至于迅速造成損失和破壞；另一方面是指空間容量在一定程度上具有彈性和可替代性，在發(fā)生緊急情況時(shí)具備隨時(shí)新建或擴(kuò)建公共設(shè)施的能力，以最大化減小損失。在“十四五”規(guī)劃中，“空間韌性”概念的提出，對(duì)我國(guó)的城市地下空間提出了更高標(biāo)準(zhǔn)，也影響著城市空間的建設(shè)。

3 改進(jìn)措施

目前我國(guó)的地下空間建設(shè)不論在開(kāi)發(fā)規(guī)模還是在開(kāi)發(fā)技術(shù)水平上均處于全球的前沿。但面對(duì)當(dāng)今時(shí)代快速發(fā)展，城市地下空間作為重點(diǎn)發(fā)展對(duì)象之一，必須把握新型城市建設(shè)，從提升空間韌性、提升防災(zāi)建設(shè)、加強(qiáng)公共衛(wèi)生事件應(yīng)對(duì)、健全智慧管理體系四個(gè)方面對(duì)城市地下空間的建設(shè)提出相應(yīng)改進(jìn)措施，以提升地下空間的治理方案，綜合發(fā)展城市復(fù)雜地下空間。

3.1 提升空間韌性

城市地下公共空間韌性作為城市韌性的地下空間支撐，不僅是城市系統(tǒng)中不可或缺的一個(gè)部分，又有著巨大的潛力。城市空間韌性的提升可從空間承載力和空間品質(zhì)兩個(gè)方面開(kāi)展。空間承載力一般是指空間中所能最大容納的人數(shù)、物資、設(shè)施以及必要功能的額定值等。空間品質(zhì)一般指地下空間中的使用功能、環(huán)境條件和舒適程度。空間承載力和空間品質(zhì)兩方面因素相互聯(lián)系，相互制約，對(duì)空間韌性系統(tǒng)的提升都起促進(jìn)作用，對(duì)空間韌性提升提供較為全方面的評(píng)價(jià)。

3.1.1 提升地下空間承載力

因地制宜開(kāi)發(fā)地下空間。城市地下復(fù)雜的空間形態(tài)給地下空間承載力的提升設(shè)置了障礙，其當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)地貌、水文特征等因素都對(duì)于空間的利用起到了不可忽略的影響。開(kāi)發(fā)地下空間需要搜集當(dāng)?shù)貧v史的土力、水力資料記錄，防止地基沉降、建筑物破壞、滲水等事故出現(xiàn)，綜合考慮其地質(zhì)、地貌、水文等問(wèn)題以期安全高效地利用地下空間，使地下空間的空間韌性最大化提升。

基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。城市地下空間的各類(lèi)公共場(chǎng)所是居民的公共活動(dòng)的物質(zhì)空間載體，是抵御擾動(dòng)、保障居民安全的屏障，是提升韌性的基礎(chǔ)。加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，補(bǔ)齊地下公共空間的基礎(chǔ)設(shè)施短板，對(duì)基礎(chǔ)公共設(shè)施、空間環(huán)境設(shè)施進(jìn)行更新、維護(hù)、建設(shè)。

合理布置空間結(jié)構(gòu)。地下空間面積較大，跨度較大，凈空較高、地形復(fù)雜的特點(diǎn)，這也對(duì)空間結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度、穩(wěn)定性提出更高的要求。因此，合理布局的組合和排列，構(gòu)建起空間結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，協(xié)同發(fā)揮空間結(jié)構(gòu)內(nèi)部和諧，有效使用地下空間的利用率。

3.1.2 改善地下空間生活品質(zhì)

立足綠色發(fā)展。在合理開(kāi)發(fā)地下空間有限資源的條件下，改善地下空間生活品質(zhì)。堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，綠色建造，可在地下空間適當(dāng)合理地引入地表自然環(huán)境元素，營(yíng)造使人輕松愉悅的室內(nèi)居住和生活環(huán)境，如添加鳥(niǎo)聲、風(fēng)吹樹(shù)葉聲等自然聲音；適當(dāng)種植綠色植物，有條件的空間還可引入自然光，適當(dāng)模擬地上鋪裝以及街道尺度等，從而在一定程度上減小地下環(huán)境給人帶來(lái)的緊張不適感。

3.2 提升防災(zāi)建設(shè)

城市地下公共空間作為一個(gè)復(fù)合空間，人口、環(huán)境和資源相互影響。若某種自然災(zāi)害發(fā)生，地下的公共空間將是城市公民躲藏和規(guī)避危險(xiǎn)的重要場(chǎng)所。首先，健全城市的應(yīng)急預(yù)留通道和避難場(chǎng)所，加強(qiáng)地下的疏散通道和疏散場(chǎng)地的建設(shè)。在管理機(jī)制方面，合理構(gòu)建城市地下空間災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后全過(guò)程的預(yù)警、預(yù)測(cè)機(jī)制，不僅要重視災(zāi)中的應(yīng)急響應(yīng)，也要重視災(zāi)害來(lái)臨前的風(fēng)險(xiǎn)防控，還要重視災(zāi)害過(guò)后的恢復(fù)重建。同時(shí)在城市公民防災(zāi)教育方面，應(yīng)該加大防災(zāi)宣傳，豐富防災(zāi)教育培訓(xùn)形式，普及防災(zāi)知識(shí)、技能、設(shè)施，同時(shí)加強(qiáng)對(duì)安全逃生路線(xiàn)的說(shuō)明與引導(dǎo)。

3.3 加強(qiáng)公共衛(wèi)生事件應(yīng)對(duì)

在疫情常態(tài)化的時(shí)代背景下，考慮到疫情將長(zhǎng)時(shí)間存在的可能性，應(yīng)對(duì)與檢測(cè)公共衛(wèi)生事件也成為地下空間建設(shè)評(píng)估的一個(gè)重要因素。通過(guò)打造大型的城市地下醫(yī)療空間，醫(yī)療空間可帶有密閉通道隔絕病毒，空氣循環(huán)系統(tǒng)起送風(fēng)、排風(fēng)作用，還可以過(guò)濾有毒空氣，來(lái)應(yīng)對(duì)日常醫(yī)用需要或者突發(fā)大型疫情。當(dāng)發(fā)生公共衛(wèi)生事件危機(jī)時(shí)，地下基礎(chǔ)醫(yī)療設(shè)施能穩(wěn)定可靠地保證居民基本醫(yī)療，能構(gòu)建起醫(yī)療環(huán)境和服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，為城市抗擊疫情提供更為可靠，更加有效的物資、能源與信息支撐。

3.4 健全智慧管理體系

城市地下空間作為城市的聚集場(chǎng)所，人流量大、活動(dòng)頻繁，健全管理體系有利于地下空間工作效率的提升。可以通過(guò)參考之前地下空間管理的文獻(xiàn)及歷史資料，邀請(qǐng)專(zhuān)家商議，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐娜肆髁俊⒏叻鍟r(shí)間、交通線(xiàn)路、交通通道布置等綜合制定出合理地下建筑設(shè)施的開(kāi)放與關(guān)閉時(shí)間、通行規(guī)劃等，建立關(guān)于城市地下的公共空間智慧管理體系。在此基礎(chǔ)上，還可以將各個(gè)地下空間有機(jī)地聯(lián)系在一起，形成一套綜合管理體系系統(tǒng)，為信息傳遞和高效管理助力。在城市空間的設(shè)計(jì)時(shí)可以參考商業(yè)綜合體、機(jī)場(chǎng)航站樓，將地下空間的系統(tǒng)和其他城市系統(tǒng)結(jié)合在一起，作為一個(gè)子系統(tǒng)發(fā)揮作用。

地下空間的智慧技術(shù)應(yīng)用水平仍有待提高，應(yīng)更深、更廣地挖掘城市地下空間創(chuàng)新應(yīng)用新技術(shù)，如建筑信息模型（BIM）、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云端計(jì)算等，實(shí)現(xiàn)信息共享，同步實(shí)時(shí)操作多個(gè)端口，健全智慧空間體系。

4 結(jié)語(yǔ)

不可否認(rèn)，城市地下空間以及地下基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)成為我國(guó)城鎮(zhèn)化創(chuàng)新的主要發(fā)展方向，地鐵、地下車(chē)庫(kù)、地下商業(yè)街等對(duì)于地下空間的利用層出不窮，彰顯著城市現(xiàn)代化的過(guò)程中，也暗示著城市的地下空間有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ杂兄€未被攻克的許多難題，在未來(lái)的地下空間建設(shè)上還需攻堅(jiān)克難。

開(kāi)發(fā)利用城市地下空間，在不可再生的土地資源上對(duì)地下空間的擴(kuò)展，是高效利用城市資源和實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展的重要手段。不斷健全改善城市地下空間，對(duì)城市生態(tài)環(huán)境而言，有利于解決當(dāng)前我國(guó)城市的關(guān)鍵難題，緩解交通、住房擁堵現(xiàn)狀，置換城市綠植，改善環(huán)境質(zhì)量；從城市安全來(lái)看，提高城市空間韌性，完善地下防災(zāi)空間體系，保障城市安全發(fā)展；在綜合效率方面，帶動(dòng)相關(guān)行業(yè)就業(yè)，進(jìn)一步促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。