“雙碳”目標(biāo)下城市地下空間開發(fā)利用相關(guān)思考

魏艷波

[上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海市 200092]

0 引言

當(dāng)今世界，氣候變化是重要的全球環(huán)境問題之一，備受國際社會關(guān)注。隨著人類活動對全球氣候的影響，氣候危機的影響范圍越來越大。近年來，世界各地的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，氣候變化導(dǎo)致的各種極端天氣事件頻發(fā)，以全球變暖為主要特征的氣候變化已經(jīng)對人類社會正常生產(chǎn)與生活帶來嚴重的負面影響。

2020年9月，在第七十五屆聯(lián)合國大會上習(xí)近平總書記向世界宣布了中國2030年實現(xiàn)碳達峰、2060年實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。碳達峰和碳中和是應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的重要對策，而碳減排和碳吸收則是實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵因素。

城市集聚了人類大部分的資產(chǎn)和經(jīng)濟活動，是化石能源利用的中心，世界能源機構(gòu)的研究表明，未來與能源有關(guān)的碳排放増長將主要來自城市。因此，城市低碳發(fā)展、綠色可持續(xù)發(fā)展是應(yīng)對氣候變化的重要一環(huán)。城市空間如何綠色、低碳開發(fā)利用，將成為未來的研究熱點和重大研究課題。地下空間被視為人類迄今所擁有的少數(shù)尚未被充分開發(fā)的自然資源之一，在探求當(dāng)前“城市綜合癥”解決之道的過程中，開發(fā)利用地下空間被證明是一個較為現(xiàn)實有效的途徑。加強城市地下空間開發(fā)利用，是提高城市空間資源利用效率、提升城市綜合承載能力、促進土地節(jié)約集約利用的重要手段[1]。近年來，城市地下空間開發(fā)利用的蓬勃發(fā)展，為我們城市低碳、綠色可持續(xù)化發(fā)展提供了新思路。

1 地下空間的主要特征

（1）地下空間的環(huán)境特性

地下空間是指在地表以下，自然形成或人工開發(fā)的空間。相較于地面開敞、通透的環(huán)境特征，地下空間天然具有密閉性好、環(huán)境穩(wěn)定性強等特點。地下空間恒溫恒濕、隔熱遮光的環(huán)境特征，促進了人類對地下空間最原始的利用。如地下菜窖、酒窖等倉儲空間建設(shè)，即通過地下空間恒溫恒濕的環(huán)境特征，以最小的能源消耗達到儲藏物對光熱水汽等儲存要素的控制要求。地下空間密閉穩(wěn)定的特點，也為城市應(yīng)急避難系統(tǒng)提供了支撐保障，地下人防工程的建設(shè)有效提高了城市抗災(zāi)避險水平。由此可見，對地下空間環(huán)境特征的充分利用，一方面可提高城市綜合承載能力，保障城市穩(wěn)定運行，一方面也能夠促進資源合理利用，實現(xiàn)城市節(jié)能減排目標(biāo)。

（2）地下空間的資源特征

地下空間既是城市重要的國土空間資源，同時也是地下巖土資源、地下水源、地下可再生能源等的重要載體。作為重要的空間資源，在存量發(fā)展語境下，地下空間的開發(fā)利用對解決城市用地緊張、緩解人地矛盾提供了重要途徑。上海靜安雕塑公園、杭州錢江新城核心區(qū)等均通過設(shè)施地下化布局，釋放出更多的地面綠色生態(tài)資源，提升了城市核心區(qū)的減碳固碳能力。作為自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，地下綠色資源、清潔能源的合理利用，是支撐城市綠色高效發(fā)展的基礎(chǔ)保障。上海蘇州河通過地下深隧，實現(xiàn)對城市水資源的動態(tài)調(diào)蓄，保障城市水安全[3]，雄安新區(qū)通過對地下熱能資源的利用打造“綠色熱網(wǎng)”[1]，減少城市供熱碳排放。

（3）地下空間的發(fā)展特征

地下空間是“城建”時代開發(fā)利用的重要領(lǐng)域，其發(fā)展水平受地面建設(shè)影響，與城市發(fā)展水平息息相關(guān)。地下空間利用的初級階段以保障地面運行效率為出發(fā)點，主要通過軌道交通、地下隧道、綜合管廊等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，打造高效穩(wěn)定的地下基盤。隨著城市土地價值的不斷提升和地下技術(shù)的日趨成熟，地下空間利用的發(fā)展階段以提升土地綜合效率為重點，逐步將人的活動引入地下，通過地下商業(yè)街、地下綜合體等公共服務(wù)設(shè)施的打造提高單位面積的土地開發(fā)密度。地下空間利用的成熟階段，應(yīng)以資源節(jié)約和環(huán)境友好為前提，改善地面環(huán)境，提高資源效率，保障城市可持續(xù)發(fā)展。

2 地下空間利用與城市節(jié)能減碳

碳達峰和碳中和是應(yīng)對氣候變化挑戰(zhàn)的主要對策，而碳減排和碳吸收則是實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵因素。因此，城市地下空間的開發(fā)利用欲在碳中和、碳達峰中發(fā)揮作用，需要從碳減排和碳吸收等方面著手，具體舉措主要有以下幾方面：

（1）利用城市地下空間大力發(fā)展公共交通

地下空間被視為人類迄今所擁有的少數(shù)尚未被充分開發(fā)的自然資源之一，開發(fā)利用地下空間，就是要把城市交通盡可能轉(zhuǎn)入地下。通過發(fā)展城市地下地鐵交通、地下真空高速磁懸浮城際交通等公共交通，發(fā)展利用地下物流通道、自動駕駛物流工具等地下物流系統(tǒng)，將車行、人行、商業(yè)、管網(wǎng)、車庫等組成高效地下系統(tǒng)來減少碳排放是當(dāng)前城市建設(shè)的首要選擇[2]。

（2）利用城市地下空間調(diào)整相關(guān)能源結(jié)構(gòu)

當(dāng)前，利用地?zé)釣榻ㄖ┡评涫翘娲禾抗┡瑢崿F(xiàn)能源結(jié)構(gòu)升級轉(zhuǎn)型的重要方式。通過地下空間開發(fā)利用可以將地下?lián)Q熱系統(tǒng)的熱泵埋設(shè)在地下結(jié)構(gòu)基坑圍護結(jié)構(gòu)中，例如地下連續(xù)墻、排樁、地鐵區(qū)間隧道內(nèi)、地下輸水管道內(nèi)等，利用地下儲能系統(tǒng)在地下結(jié)構(gòu)中變相發(fā)揮材料儲能優(yōu)勢，提高地下能源結(jié)構(gòu)能量密度，增大能源地下結(jié)構(gòu)換熱量[3]。此外還可以通過集中能源系統(tǒng)、引入光導(dǎo)技術(shù)等減少對傳統(tǒng)能源的依賴，從而實現(xiàn)碳減排。

（3）利用地下空間開發(fā)釋放地面資源實現(xiàn)碳匯

城市地下空間開發(fā)利用是我國城市綠色生態(tài)建設(shè)取得重要成績不可或缺的關(guān)鍵因素。通過開發(fā)利用地下空間，可有效節(jié)約地面土地資源，建設(shè)綠色生態(tài)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)碳匯。此外還可以降低地面建筑密度，擴大城市容量，緩解交通擁擠，改善地面建筑光照，改善環(huán)境品質(zhì)，節(jié)約能源消耗，從而實現(xiàn)節(jié)能減碳的目的。

3 應(yīng)用案例

某新區(qū)核心區(qū)規(guī)劃面積約10 km2，新區(qū)秉承地上地下整體開發(fā)的設(shè)計理念，堅持“向地下要空間、向空中要效益”規(guī)劃思想，集綜合樞紐與城市功能開發(fā)于一體，建立立體交通、公共服務(wù)、綠色市政、智慧管理等功能于一體的地下空間網(wǎng)絡(luò)，營造地上、地下自然過渡，安全舒適高品質(zhì)的城市環(huán)境，打造綠色低碳的城市開發(fā)典范，具體的相關(guān)舉措主要有以下幾方面：

（1）建立便捷可達的地下公共交通系統(tǒng)

大力發(fā)展公共交通系統(tǒng)，以軌道交通為主體構(gòu)建大循環(huán)，以地面公交為補充構(gòu)建小循環(huán)，形成地上地下交通“零換乘”體系，提升公共交通的便捷性、可達性。同時注重地下軌道交通站點與周邊地下空間開發(fā)的互聯(lián)互通，堅持TOD發(fā)展導(dǎo)向，以網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代軌道交通體系支撐多中心、分布式、網(wǎng)絡(luò)化的城市結(jié)構(gòu)。

新區(qū)規(guī)劃地鐵線路2條，設(shè)置站點5座，核心區(qū)（10 km2）軌交站點800 m半徑覆蓋率77%，通過地下空間開發(fā)串聯(lián)客流集散點，支撐新區(qū)多方式換乘銜接體系，地下軌道交通系統(tǒng)布局見圖1。通過發(fā)展公共交通系統(tǒng)，鼓勵公共交通出行，減少機動化出行比例，從而緩解城市交通擁堵、降低二氧化碳排放。

圖1 地下軌道交通系統(tǒng)布局圖

（2）構(gòu)建立體高效的地下車行交通系統(tǒng)

a.充分利用地下空間，實現(xiàn)立體分離、停車共享

秉承“停車共享、凈化交通”的理念，考慮核心區(qū)開發(fā)強度大、交通吸引大，充分利用新區(qū)建設(shè)發(fā)展契機，挖掘地下交通資源，實現(xiàn)停車資源共享，緩解地面交通壓力、提升地面環(huán)境品質(zhì)。創(chuàng)造高效、便捷、舒適、安全、環(huán)保的交通環(huán)境[4]，有效支撐新區(qū)綠色低碳、快速可持續(xù)的發(fā)展。

核心區(qū)規(guī)劃形成“一縱兩環(huán)”的地下車行系統(tǒng)，一縱為地下隧道長約2.2 km，雙向6車道，主要承擔(dān)核心區(qū)的過境交通，同時與地下環(huán)路串聯(lián)，服務(wù)片區(qū)到發(fā)交通；兩環(huán)為南北兩處地下環(huán)路，南環(huán)長約3 km，6對進出口，北環(huán)長約2 km，5對進出口，單向3車道，逆時針交通組織，主要串聯(lián)地下停車庫（約3萬個車位），外圍地面交通可通過地下環(huán)路快速進出車庫，緩解地面交通壓力，同時實現(xiàn)停車共享，均衡地下停車資源（見圖2）。

圖2 地下車行系統(tǒng)布局圖

b.大力發(fā)展智慧物流，探索地下物流發(fā)展

智慧物流可實現(xiàn)物流各環(huán)節(jié)精細化、動態(tài)化、可視化管理，提升物流運作效率。地下物流是通過地下管道、隧道等運輸通道，對貨物實行運輸及分揀配送的全新概念物流系統(tǒng)。智慧物流和地下物流系統(tǒng)可有效解決城市交通擁堵、降低二氧化碳排放，是城市交通可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。

新區(qū)充分考慮綠色低碳的發(fā)展理念，建議核心區(qū)結(jié)合地下環(huán)路系統(tǒng)共建地下物流體系，服務(wù)常規(guī)快遞，利用地下車行系統(tǒng)提升服務(wù)品質(zhì)。根據(jù)片區(qū)功能及規(guī)劃配置，核心區(qū)貨物以消費型物流為主，典型貨物類型為時效性要求較高的快遞。核心區(qū)商務(wù)、商業(yè)集中，人口密度較高，根據(jù)商務(wù)商業(yè)快遞特性，依照一定的增長率，預(yù)測2035年人均快遞業(yè)務(wù)量0.1件/人/d，人口按30萬計算，日均快遞總量約3萬件，高峰快遞量約1.8萬件。利用地下車行系統(tǒng)服務(wù)地下物流，可提升物流配送效率，提升地面環(huán)境品質(zhì)。針對地下物流與地下環(huán)路結(jié)合的工程方案主要考慮以下兩種形式：獨立車道和共享車道（見圖3）。

圖3 地下物流方案圖

方案一獨立車道需要在地下環(huán)路車道外側(cè)設(shè)置無人駕駛的物流小車專用通道，物流小車對環(huán)路交通影響較大，同時還需要增加土建投資。方案二共享車道是利用地下環(huán)路的外側(cè)車道通行物流車，可利用平峰時間配送物流，減少對環(huán)路交通的影響。通過綜合比選（見表1）暫推薦方案一，后續(xù)將結(jié)合物流末端配送方案合理確定地下物流運輸方案。

表1 方案對比表

（3）發(fā)展綠色低碳的地下市政設(shè)施系統(tǒng)

市政設(shè)施系統(tǒng)的地下化、綜合化主要體現(xiàn)在綜合管廊、供水廠站、污水廠站、供電設(shè)施、供熱（供冷）設(shè)施以及垃圾收集（處理）站。經(jīng)過初步分析，本次規(guī)劃核心區(qū)范圍內(nèi)結(jié)合地下空間實施的市政設(shè)施主要為綜合管廊、供電設(shè)施、供熱（供冷）設(shè)施以及垃圾收集（處理）站。考慮低碳集約，新建地下能源站1座，地下管廊與地下道路結(jié)構(gòu)共建，節(jié)省空間和投資（見圖4、圖5）。

圖4 地下市政系統(tǒng)布局圖

圖5 地下道路與管廊結(jié)建布局圖

通過以上地下空間系統(tǒng)的建立，可極大提升城市品質(zhì)，充分利用地下空間、釋放地面資源，將新區(qū)打造成為綠色低碳、復(fù)合低耗、高效智能的城市基盤[4]。構(gòu)建集約智慧的物聯(lián)感知網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)人流、車流、能源、物流、固廢、水務(wù)的全面感知。規(guī)劃泛在高速的通信系統(tǒng)，將感知的市政運行數(shù)據(jù)傳送至管理中心，實現(xiàn)智慧管理決策，助力早日實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)（見圖6）。

圖6 地下空間規(guī)劃目標(biāo)示意圖

4 結(jié)論與展望

氣候變化是人類共同面臨的危機，碳達峰、碳中和不僅是中國向全世界的承諾，更是人類的共同利益和責(zé)任。建設(shè)可持續(xù)發(fā)展的城市是我國未來城市建設(shè)的重要目標(biāo)，作為城市空間資源的重要組成部分，地下空間的開發(fā)利用是城市可持續(xù)發(fā)展的重要建設(shè)領(lǐng)域。通過拓展地下空間、釋放地面資源、應(yīng)用新技術(shù)新材料和新工藝，可有效降低能耗，減少碳排放，對于早日實現(xiàn)碳達峰和碳中和的目標(biāo)具有重要意義。