推进城市地下空间规划建设的思考

■ 钱七虎

地下空间

推进城市地下空间规划建设的思考

■ 钱七虎

近年来，我国城市地下空间特别是地下综合管廊以及海绵城市的开发建设，在国务院及住建部有关文件指引下，乘着中央城市工作会议的东风，正以世界罕见的规模和速度蓬勃发展，也带动了城市地下空间综合利用的快速发展。然而，由于工程的规模大、战线长、速度快、时限短，其中暴露的问题值得我们认真地思考。

一、城市地下空间开发利用是城市发展建设主要着力点

以往的城市发展带来许多经验教训：只关注高层建筑、大广场、宽马路等城市“面子”工程，忽视城市的“里子”工程—城市基础设施，尤其是地下空间设施，造成了城市交通拥堵、城市环境恶化、城市内涝、垃圾围城等多种城市病。只有把“里子”工程做好，才能让城市真正有“面子”。充分、科学地进行城市地下空间开发利用是“转变城市发展方式”解决“城市病”的主要着力点，是“建设和谐宜居、美丽城市”的主要途径。

（一）避免看重“面子”的粗放发展模式

我国以往的城市建设过程中，注重“面子”的粗放式发展现象处处可见，如：管线直埋、城市排水系统暴雨重现期设计年限偏短、污水直排、垃圾传统填埋、空气降污减排不控制、公交系统严重滞后。为图一时之快，城市粗放式发展引发了诸多后果：雾霾、交通拥堵、城市内涝、地面地下水系、土壤污染日益严重，甚至出现了垃圾围城、垃圾山泥石流现象，引发了严重性事故。

2009年2月15日，深圳某垃圾填埋场污泥坑上堆填垃圾过程中引发污泥外涌及下游堆体失稳事故，污泥从污泥坑下游垃圾围堰的薄弱部位挤出外涌，在下游面上冲开一道1m多宽的裂缝（见图1a、图1b）。

图1 深圳市某垃圾山污泥外涌

2015年12月20日，深圳市光明新区红坳余泥渣土临时收纳场发生渣土堆填体失稳滑坡，造成33栋（间）建筑物被掩埋或不同程度损毁。截至2016年1月6日12时，77人失联，其中58人遇难（见图2）。

除了重大灾害性事件之外，粗放式的发展模式引发了很多的琐碎城市环境问题，比如“马路拉链”“空中蜘蛛网”（见图3）等，这些问题小且多，如若不重视，会积少成多产生极大的经济损失。

图2 深圳市某渣土堆填体失稳滑坡

图3 城市“空中蜘蛛网”

（二）重视“里子”的集约绿色可持续发展模式

重视“里子”实现集约绿色可持续的发展，开发利用城市地下空间是主要途径。通过开发利用城市地下空间，能够有效缓解交通拥堵，减少空气雾霾，治理城市内涝，治理城市水系、土壤污染，缓解水资源短缺等。

地下空间开发利用领域包括：大运量快速公交系统、发展地下快速路和物流系统；垃圾地下集运、卫生填埋和焚烧处理；污水地下集运、建设地下污水处理厂；雨洪地下储蓄和排洪、地下水银行；雨水利用、再生水利用；地下综合管廊；地源热泵系统等。

城市地下综合管廊建设的广泛开展，带动城市地下空间开发利用新的浪潮，进而实现：

（1）消除“马路拉链”。

（2）电缆入廊，消除“空中蜘蛛网”，有效减少架空高压线和地面变电器。以500万千伏的上海世博地下输变电工程为例，其总建筑面积57615m2，地下55809m2，地面仅有1806m2。

（3）污水入廊，处理并利用污水，解决水污染问题。

（4）垃圾入廊，通过卫生填埋或焚烧的形式处理，不再污染城市土壤和造成事故。

（5）地铁、地下快速路系统、地下物流系统的推进建成。城市内见不到运货的卡车，城市不再交通拥堵，汽车尾气在地下收集处理，雾霾成为历史。

（6）雨洪入渗地下工程和雨洪地下调蓄设施的加大修建，城市内涝现象和“看海”现象得到消除，雨洪资源得到利用。

由此可见，随着地下空间开发利用的全面推进，未来我国城市环境必然会变得越来越秀美。

二、城市地下空间开发利用中的“世界眼光”

（一）进行成本效益分析

但凡地下空间开发利用项目都进行了相关的成本效益分析，进而显现出地下空间开发利用相比于地面建设的优势，以下通过若干案例来进行说明。

1．荷兰代尔伏特铁路工程

荷兰代尔夫特一条穿越城市的极繁忙的铁路工程的地下和地上方案的评价比较如表1所示。

从表1中可以看出，考虑并量化全生命周期以及对于环境的影响，高架方案同TBM隧道方案相比造价基本相同。由此可见，只考虑直接造价，忽视间接造价的方案比选模式，会对地上、地下方案的选择造成不全面、不客观的负面影响。

表1 荷兰代尔伏特某铁路工程地下和地上方案的评价比较（单位不详）

2．珠海横琴综合管廊工程

珠海横琴综合管廊全长33.4公里，总投资22亿元，除了供水管网漏损率降低而产生的效益之外，因建设地下管廊而节约的土地产生的间接经济效益就超过了80亿元。

图4 珠海横琴综合管廊

（二）城市地下空间建设质量稳步推进

相比我国大陆地区地下空间建设，港澳台和国际上一些地区、国家更加注意质量，推进速度也相对较为平稳。

以综合管廊为例，台湾从1979年通过建设决议开始，直到1991年才开始建设，整个过程包括立法期、发展期和建设期，过程循序渐进，值得学习（见表2）。

表2 台湾综合管廊开发建设历程

同样是共同沟建设，日本1963年通过共同沟措施法，于中央建设省下设26个共同管道科，在全国26个大都市全面推进共同沟工程，全国规划2000公里，电线共同沟15000公里，日本历经1995年阪神大地震，共同沟仍可正常使用，可见其工程质量的高水平。

（三）积极利用污水及雨水

1．雨污分流，分别处理

积极利用污水及雨水，实现雨污分流，其模式为：污水入综合管廊（见图5）；雨洪不入廊，单独成系统。

各街区的污水依重力汇入污水收集站后，由污水泵打入共同沟内的污水干管，经多次加压后被送至污水处理厂，经二级处理后达到中水水质标准，再由共同沟内的中水管道回输到城市各处，作景观、绿化、喷洗道路及冲厕等。

图5 英国伦敦共同沟（1861）

雨洪需要独立成系统，比如日本东京地下河川和日本横滨地下河（见图6和图7）。

图6 日本东京地下河川

图7 日本横滨地下河

2．建设雨洪地下调蓄措施

建设雨洪地下调蓄措施，防止城市内涝、利用雨洪资源。具有代表性的是马来西亚吉隆坡的“精明隧道”（见图8），是将城市快速路与雨洪调蓄管道合二为一的工程实践。在平时，隧道作为车行的城市快速路；而在暴雨情况下，隧道充作吸纳雨洪和排泄的通道，解决雨涝之害。

图8 吉隆坡城市泄洪与公路两用隧道

3．地下设置雨水收集利用装置（雨水收集和中水利用）

日本、瑞士和牙买加等国利用屋顶收集雨水，并通过管子将雨水输送到地下储水库。

日本要求新建筑物，包括住宅楼、公园、校园、体育场、停车场等处的地下，必须设置雨水贮留设施。东京都、名古屋、大阪、福冈等地的大型建筑物下都设置了雨水利用装置。其中，名古屋体育馆每年积蓄雨水3.6万立方米。1989年开业的东京港区的野鸟公园，园内用水皆来自雨水，形成了湿地、芦苇荡、草地、树林等景点，成为东京地区的著名观光点之一。

上海世博轴利用阳光谷和膜结构收集雨水（见图9）。世博会期间自来水日用量约为2000m3/d。利用雨水时，自来水日用水量降为1100～1200m3/d，回用雨水用水量约800～900m3/d。在可利用雨水时段里，自来水替代率约为40～45%，主要用途为卫生器具冲洗、绿化浇灌等（见图10）。

图9 世博轴雨水收集处理系统

图10 世博轴雨水处理工艺流程图

4．利用地下含水层，建立“水银行”

欧美发达国家现在已经基本放弃修建地表水库来储备水资源的传统做法，而是利用地下含水层，建立“水银行”来调节和缓解供水。包括雨洪地表入渗和井灌的人工补给，这是一种可行、费用低廉的解决供水的办法。

建立“水银行”的优势主要体现在：储备地下水，在水短缺的时候提供水量满足用水需求；控制由于地下水位下降引起的海水入侵和地面沉降；提高地下水位，减少地下水的抽取费用；维持河流的基流；通过土壤中的细菌作用、吸附作用和其它物理、化学作用改善水质；通过处理后的污水入渗来实现污水的循环再利用，管理不断增加的大量污水；最后也是最重要的是保护了生态环境。

八十年代初，美国开展了钻孔补给含水层的恢复工程（ASR系统），其中已运行的系统有18个，正在建设之中的系统有40多个。瑞典、荷兰和德国的含水层恢复的人工补给工程（AR工程）在总供水中占20%、15%和10%。

同样，在干旱和半干旱的中东国家，如约旦、科威特、摩洛哥和以色列，都在开展城市污水经处理后补给地下水的工程。阿曼从八十年代初，开始在海岸平原和冲积干谷地区通过地下补给坝截获洪水，进行地下人工水补给工程。

5．污水处理设施地下化

赫尔辛基污水处理系统将污水处理设施放置在地下，使地面污水处理厂所占的土地得到开发利用，而且使邻厂被污染土地也得到开发（见图11）。

图11 赫尔辛基污水处理系统

（四）燃气入廊

燃气入管廊的目的是为防止因燃气泄漏引起的马路爆炸、马路着火等事故。通常认为燃气一旦在封闭条件下泄露会快速导致浓度增加，从而引发爆燃爆炸事故，但参考国外经验，燃气入廊后可通过检查、检测来防止此类事故的发生。国外大部分国家在管廊建设中，是将燃气管线纳入其中的（见图12）。

图12 德国汉堡共同沟（1893年）

日本对于燃气入廊安全性的解决方案是：将燃气管道设置在一个封闭的管沟中，以防燃气泄漏引起的爆炸损害其他管线（见图13）。

图13 日本燃气入廊单独设单沟

（五）垃圾入廊

垃圾入廊，单独设管，真空吹送至垃圾焚烧厂，高温焚烧，可明显改善城市环境。

东京在临海副都心共同沟建设中，就专门设置了垃圾管道（图14）。瑞典在二十世纪六十年代在1700人口的居民区内建设并实施采用压缩空气吹运垃圾系统（PWT）。该系统与垃圾收集、处理系统配套，垃圾用于焚烧发电，投资在3～4年内得到了回报。现已在瑞典全国推广，竟出现了垃圾不够焚烧发电用的现象。

图14 东京临海副都心共同沟

发展地下垃圾处理系统可节约城市宝贵的土地资源，控制对环境的噪声和恶臭的污染，能减少对环境的视觉负面影响。

（六）利用低密度地热能源，节能减排

充分开发利用地下空间，建设节能型城市还包括充分利用地下土壤、地下水的低密度天然能源作为冬季热源和夏季冷源，然后再由热泵机组向建筑物供热供冷。地源热泵技术就是这样一种利用地下可再生能源的既可供暖又可供冷的新型中央空调系统，它包括地下埋管式地源热泵和抽取地下水然后回灌的水源热泵。埋管式地源热泵技术目前在国外大面积推广，在欧美更已得到普遍应用，是一种成熟可行、可持续发展的节能新技术。以科罗拉多的地源热泵系统为例，安装地源热泵系统后，每个家庭可降低电力峰值需求、节约能源和减少CO2排放约10～30%。

该系统主要包括四部分：覆土结构或住宅、地下气热管、地源热泵系统、活化桩（见图15）。

图15 地源热泵系统

阿布扎比在建筑物基坑桩基里面安装地源热泵管道系统，通过采用竖直的地源热泵线圈，来节约成本和能源（见图16）。

图16 阿布扎比地源热泵管道系统

世博轴的直接式江水源热泵系统和桩基埋管地源热泵系统节能效果明显，利用地表水和地下的可再生能源（冷量和热量），节省用电562.9万千瓦时/年，减少二氧化碳排放5629吨/年，夏季节能率26.96%，冬季节能率71.03%，全年节能率达到61.4%（见图17）。

图17 世博轴全年地源承担负荷部分的冷热源功耗比较（kW）

目前，地源热泵利用正进一步与太阳能利用相结合。由于太阳能的辅助供热，可实现系统向地下排热与取热的平衡，从而使得地下温度场保持稳定。既可克服单独使用地源热泵时，土壤温度场不断降低（或升高）后不能有效恢复的局限性，又可克服单独使用太阳能空调系统时，太阳辐射受天候因素制约的局限性。

（七）修建地下快速路及地下物流系统

美国、日本、新加坡等通过修建地下快速路和地下物流系统，进而有效的治理交通拥堵，缓解城市的空气污染问题。

1．地下快速路

美国波士顿拆除穿过市中心的六车道高架路，建设8～10车道的地下高速路，原有的地面变成林荫路和街心公园。从而使得市区空气的一氧化碳浓度降低了12%；市内栽植了2400棵乔木树，7000多棵灌木树；在海湾的景观岛上栽植了另外的2400棵乔木和26000棵灌木；增加了260英亩新的公园和开敞空间（见图18）。

图18 美国波士顿市波士顿中央大道

日本东京中央环状新宿线全长11公里，埋深大于40米，为双向4车道（13米），投资90亿美元（见图19）。该线路穿越池袋、新宿、涩谷3大商业中心，设置6个出入口，于2007年3月实现通车。线路将从池袋到涩谷的行程时间由50分钟缩短到20分钟。通过其除尘及换气技术，每年减少CO22.5万吨，NO160万吨，悬浮颗粒16吨。值得一提的是，其投资成本低于地面投资约20%。

图19 东京中央环装新宿线

东京外环线于1966年宣布为高架路方案，但由于沿线居民以噪声和污染严重为由强烈反对，于1970年宣布冻结。2003年1月日本政府举行新闻发布会，宣布外环线改为建设地下40米深的高速路。由于地下无需动迁和征地费用，可比地面高架路节约建设费用20～30%，工期由15年缩短为8年。地下隧道内设置可将汽车尾气中的烟尘和有害物质进行高科技过滤和分解的设施（见图20），排出的是无污染空气。

新加坡地下道路系统—SURS全长15公里，设四车道，线路为环形。其造价为48亿美元，能够承担城市中心区交通量的40%（见图21）。

2．地下物流系统

地下货物运输系统，又称地下物流系统（ULS）是基于城内运输和城外运输的结合。城外货物通过各种运输手段到城市边缘的物流园区（CLP），经处理后由CLP通过ULS输送到各个终端。它以集装箱和货盘车为基本单元，以自动导向车（AGV）等为运输工具。

ULS的环境效应显著。世界经济合作组织在2003年的《配送：21世纪城市货运的挑战》报告中指出，发达国家主要城市的货运占城市交通总量的10～15%，而货运车辆对城市环境污染总量的贡献为40～60%。日本东京在建设300公里地下物流系统的评估报告中指出：开发建设地下物流系统可使一氧化氮和二氧化碳分别减少10%和18%，能源消耗减少18%，运输速度提高24%。

三、借鉴先进经验，制定完善的法规体系

地下空间开发利用是一个跨行业、跨部门、跨单位的协同工程。过去我国城市地下空间开发利用综合管理水平低、问题多的病根在于分头管理的市政体制与条块分割的部门所有制，破除分头管理与部门分割的利器是“法治”，依法执政首先要有法可依，只有指导意见远远不够，需要对城市地下空间的所有权、规划权、建设权、管理权、经营权、使用权以及有偿使用费的收取原则等作出明确完善的具体规定。

图20 日本东京中央环状新宿线除尘及换气技术

图21 新加坡地下道路系统—SURS

目前我国城市地下空间法规亟待健全。我国现行法律中没有地下空间权的概念和相关规定，只有《物权法》在原则上规定建设用地使用权可以在地表、地上和地下分别设立，地下空间最基础的民事权利并没有得到法律的确认。全国人大和国务院没有制定城市地下空间开发利用的法律法规，原建设部颁布的《城市地下空间开发利用管理规定》属于部门规章，许可权限和法律效力比较低，加之内容不完备、规定不具体，权威性和操作性都不够，在实践中难以有效地贯彻执行。

在这方面，我们可以借鉴德国的《城市建设法典》，日本的《大深度地下公共使用特别措施法》《共同沟法》，台湾地区的“共同管道法”“大众捷运法”，美国各州制定的空间法，瑞士的《瑞士民法典》，意大利的《民法典》等。

四、建立统一管理、分工协作、衔接有序的城市地下空间综合管理体制机制

（一）“推进城市管理机构改革、创新城市工作体制机制”

我国城市地下空间管理体制不统一，亟待理顺。城市地下空间开发利用涉及发改委、国土、规划、建设、市政、交通、人防和房产等多个管理部门，而国家在体制上并没有明确一个综合管理机构对其进行统一管理，基本上是各部门依照相关职责对其实施分散管理，相互间缺乏统一协调机制，处于条块分割、各自为战的状态，形成多头管理与无人管理并存的局面。目前，许多城市对地下空间开发利用管理进行了有益探索，分别采取了以规划管理、建设管理、人防管理、安全管理和协调管理为主导的管理模式，但都没有起到统一管理的效果。

（二）必须对管理体制和管理措施进行系统完善

管理法规是实施综合管理的基本依据，在法律法规上明确规定管理体制和管理措施。管理体制是实践综合管理的执行主体，在管理法规的法律授权或行政授权下采取各种管理措施。管理措施是实现综合管理的具体方法，由管理机构依据管理法规，通过有效的管理机制，进行综合运用。

（钱七虎演讲，杨可、李晔整理，范益群校核；发表时略有删节）

（作者单位：陆军工程大学；上海市政工程设计院总院（集团）有限公司）