（岩土工程专业论文）城市地下空间分层开发模式研究.pdf

摘要 摘要 随着社会经济的飞速发展，我国的大城市已经出现地下空间的开发热潮， 地下空间的开发利用规模不断扩大，功能类别也呈多样化发展。由于地下空间 开发缺乏在竖向层次进行规划，导致一部分设施开发存在不合理，地下设施间 空间占用的冲突矛盾屡见不鲜，严重影响了地下空间开发的正常进行。科学合 理地确定城市地下空间的分层开发模式，使地下空间的开发遵照有序、有理、 有利的原则进行，不仅能够节省建设投资，而且可以提高地下空间的有效利用， 应该得到应有的重视。 本文正是基于上述的背景展开相关研究与探讨。首先总结城市地下空问分 层开发理论的研究进展，为本文的开展提供相关的理论支持。其次对国内外城 市地下空间分层开发现状进行了统计分析，找出分层开发的一般规律，并结合 我国实际确定城市竖向分层区划。然后重点选择地下交通、地下公共服务、市 政基础、防灾与生产储存等城市地下空间重点开发设施，逐个进行相关研究， 探讨各个设施的竖向空间配置，得出地下设施开发适宜深度建议表。接着尝试 从数学的角度出发对各类地下设施的优先开发顺序进行评定，并提出相应的计 算方法。最后，重点对城市道路、广场、绿地和建筑四类区域地下空间的分层 开发进行分析与探讨，并提出相应的分层开发模式。 关键词：城市地下空间，分层开发，优先级，道路 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ef a s ta d v a n c e do fs o c i a le c o n o m i ci nc h i n a , s o m el a r g ec i t yh a se m e r g e d f o rd e v e l o p m e n to fu n d e r g r o u n ds p a c e ，t h ee x p l o i t a t i o nd i m e n s i o no fu n d e r g r o u n d s p a c ei se n l a r g e d , a n dt h ef u n c t i o na n ds o r to fu n d e r g r o u n ds p a c ea r ee n r i c h e d h o w e v e r , d u et ol a c ko fs p a c ed e v e l o p m e n tp l a n n i n gi nt h ev e r t i c a ll e v e l ，s o m e f a c i l i t i e sd e v e l o p m e n te x i s tu n r e a s o n a b l e ，u n d e r g r o u n df a c i l i t i e sf r e q u e n tc o n f l i c t s b e t w e e nt h e s p a c eo c c u p i e d ，s e r i o u s l ya f f e c t i n gt h en o r m a ld e v e l o p m e n to f u n d e r g r o u n ds p a c e t oc o n f i r mt h es c i e n t i f i ca n dr a t i o n a ld e v e l o p m e n tm o d e lo f u r b a nu n d e r g r o u n ds p a c ed e l a m i n a t i o n ，c a nn o to n l ys a v ei n v e s t m e n t ，b u ta l s o i m p r o v e t h ee f f e c t i v eu s eo fu n d e r g r o u n ds p a c e ，s h o u l db ep a i da d e q u a t ea t t e n t i o n t h er e s e a r c ho nt h i sp a p e ri sm a i n l yb a s e do nt h ea b o v eb a c k g r o u n d f i r s t l y , s u m m a r i z et h ep r o g r e s si nt h er e s e a r c ho ft h eu r b a nu n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n t t h e o r yt op r o v i d et h er e l e v a n tt h e o r e t i c a ls u p p o r t s e c o n d l y , s t a t i s t i c a la n a l y s i st h e s i t u a t i o no fd o m e s t i ca n df o r e i g nu r b a nu n d e r g r o u n ds p a c ed e v e l o p m e n t ，t oi d e n t i f y t h eg e n e r a lr u l e so nd e l a m i n a t i o nd e v e l o p m e n t ，t h e nm a k ec e r t a i nt h ev e r t i c a l s t r a t i f i c a t i o n c o m b i n i n gc h i n aa c t u a l u r b a nz o n i n g t h i r d l y , c h o o s et h ef o c u s d e v e l o p m e n tf a c i l i t i e s ，s u c ha su n d e r g r o u n dt r a f f i c , u n d e r g r o u n dp u b l i cs e r v i c e s ， m u n i c i p a li n f r a s t r u c t u r e ，p r o d u c t i o na n ds t o r a g ef a c i l i t i e s ，t og e tt h et h ef rd e p t ho f u n d e r g r o u n d f a c i l i t i e st a b l ea n dd e v e l o p m e n t p r i o r i t yb y r e s e a r c h f a c i l i t i e s d e v e l o p m e n tp r i o r i t yc a n b ec o n f i r mb yc o r r e s p o n d i n gm a t h e m a t i c a lm e t h o d f i n a l l y , f o c u so nf o u rk i n dc i t yr e g i o n - - - t h er o a d ，t h es q u a r e ，t h eg r e e na n dt h ec o n s t r u c t i o n ， r e s e a r c ht h ec o r r e s p o n d i n gd e l a m i n a t i o nd e v e l o p m e n tm o d e l k e y w o r d s ：u r b a nu n d e r g r o u n ds p a c e ，d e l a m i n a t i o nd e v e l o p m e n t ，p r i o r i t y , r o a d 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：菇备 溯年弓月二e t 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 杏捂 文叩年岁月) 日 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 问题的提出 纵观整个人类发展历史，地下空间利用已经有数千年的历史。古代生活在 黄河流域的中国人，为了克服恶劣的气候和建筑材料的匮乏，选择在辽阔的黄 土地带上建造地下窑洞，这些窑洞至今仍在发挥着居住的作用( 图1 1 ) 。公元 前3 世纪，古罗马为了防止城市涝灾和避免市民饮用污水，建造了规模庞大的 地下给排水系统，在棋盘状的道路两侧布置给排水管道，这个系统足以供应1 5 0 图1 1 古代中国地下空间的利用一窑洞 万人口的城市用水。另外，规模 宏大的地下陵墓、储藏用的地窖 也在这一时期大规模的发展。综 合而言，古代地下空间的利用形 式较为单一，呈分散分布，农耕 时代的特点决定了人口密度稀 少，城市规模较小，除了作为埋 葬之用的陵墓等地下利用形式 外，几无其他地下空间的需求， 这一时期我们可以称之为地下空 间利用的“萌芽时期”。 到了近代，地下空间利用的代表性事件是巴黎的排水管道【1 7 】，当时巴黎霍 乱流行，城市中随处倾倒大小便的现象十分常见，为了巴黎的净化工作，从1 9 世纪5 0 年代开始，短短2 0 年内巴黎的排水管道长度从2 6 公里增长到5 0 0 多公 里。铁、铜及装饰用金银需求量的增加，带动了采矿隧道的发展，铁路的兴起 又带动了铁路隧道的发展，隧道技术开始日益成熟。这一时期的地下空间利用 特点开始转向为生活生产服务，利用形式虽然较古代没有太大突破，但是规模 和技术上都有很大提高，可以称之为地下空间利用的“初级阶段”。 1 8 6 3 年伦敦地铁的开通拉开了现代城市地下空间利用的序幕，地下空间的 开发开始大规模的兴起，利用形式上也变得丰富多样。地铁、地下步道、地下 停车场、地下道路大大改善了拥堵的城市交通，提高了城市运行效率；地下商 第1 章绪论 业、地下文化娱乐体育设施创造了丰富的 城市空间，满足了市民的多样生活需求； 地下管线、共同沟、地下变电站保障城市 基础设施的同时美化了城市景观；地下人 防设施在战时为市民提供了安全隐蔽的 安身之所。另外，地下生产设施、地下仓 储设施、地下物流也开始不断发展，开始 出现大型地下综合体、地下城。可以说， 地下空间在城市发展中发挥着日益重要 的作用，开发利用地下空间已经成为当前 城市建设的一种潮流。总体而言，这一时 图1 2 未来城市地下空间利用构想t 期地下空间利用的特点是形式多样，功能 齐全，地下空间更多的融入城市的生产、生活，成为城市不可或缺的一个部分， 可谓地下空间利用的“发展阶段”。展望未来，地下空间将更为成熟，朝综合化、 网络化、深层化方向发展，未来必将会崛起地下城市。 表1 1 地下空间发展历程 年代利用阶段地下空间利用形式 古代萌芽阶段 窑洞、陵摹、罗马的给排水系统、仓储 近代初级阶段巴黎排水管道、隧道 现代发展阶段地铁、共同沟、地f 步道、地下商业设施、人防设施等 未来成熟阶段地下城市 纵观地下空间发展历史，地下空间作为城市建设的新型国土资源，是造福 子孙后代的重要空间，是使城市地面空间更为舒适宜人的重要保障。然而当前 城市地下空间的发展遇到了一个困扰：大规模的城市地下空间开发由于没有经 过良好的规划，存在着滥用、乱用地下空间的现象。尤其是地下竖向空间，由 于规划缺失，没能形成合理的地下空间资源配置，不仅大大浪费了城市空间资 源，而且造成了经济效益上的极大损失。 城市空b j 是一个由上、下部空间共同组成并协调运转的完整的空间有机体， 是一个三维立体化的空间体系。地上地下空间可以看成城市空间的两个子系统， 只有每一个子系统都得到良好的发展，城市上下部空间才能更好地发挥自身的 优势，结为一体，形成地上带动地下、地下促进地上的可持续发展局面，促进 城市的繁荣发展。因此进行合理的地下空间竖向分层已经成为保障地下空间有 2 第1 章绪论 序、有利开发的重要举措，有必要对其进行深入，细致的研究，使城市朝资源 利用集约化、环境友好化的节约型城市方向发展。 1 2 城市地下空间分层开发的研究进展 1 2 1 国外的研究进展 1 2 1 1 欧洲 工业革命将欧洲最早带入现代文明，工业的发展带动了人口大规模向城市 集聚，汽车的发明使得原有的城市道路系统远不能满足交通需求，由此引发的 城市交通拥堵、环境恶化等一系列问题引发了城市设计者深深地思考。部分学 者开始思考如何发挥地下空间在城市发展过程中的作用，其中最具代表性的有 欧仁艾纳尔、勒柯布西埃和汉斯阿斯普伦德。 ( i ) 欧仁艾纳尔( e u g e n e h e n e r d ) 著名法国建筑师欧仁艾纳尔 堪称倡导近代城市地下空间开发利 用的先驱。早在1 9 0 6 年，巴黎修建 地铁时，他就以发展的观点提出了对 巴黎街道网进行规划的设想。其一， 是提倡建设环岛式交叉口系统m 。他 指出，只需车辆朝同一个方向行驶， 并以同心圆周运动相切的方式出入 交叉口，便可以使车辆在交叉口处避 免相撞和保证行驶方便。与此同时， 图1 3 多层交通干道系统示意图 为了解决人车混行的矛盾，在环岛的地下构筑人行过街道，并在里面布置一些 服务设施。这已初步显露了利用地下空间实现人车分流的思想。其二，欧仁艾 纳尔就城市空间日益拥挤，环境日趋恶化问题，于1 9 1 0 年提出了多层次利用城 市街道空间的设想( 图1 3 ) 。设计了一种多层的交通干道系统，该系统分五层 布置人行、汽车交通、有轨电车、垃圾运输线、排水构筑物、地铁和货运铁路 等。所有车辆均在地下行驶，实现全面的人车分流，使大量的城市用地可以用 来布置花园，美化了城市环境。欧仁艾纳尔的这些思想已经较为具体的包含 了竖向分层利用道路地下空间的形式。 3 第1 章绪论 ( 2 ) 勒柯布西埃( l ec o r b u s i e r ) 与明日城市 法国著名学者勒柯布西埃i ”l 在其所著明日城市及阳光城中提出 引入地下空间，构筑城市立体空间解决交通问题的设想。在他1 9 2 2 年出版的著 作明日城市中提供了一个3 0 0 万人口的城市规划图( 图1 4 ) ，并提出了建 立多层交通体系的设想。方案在城市中心区规划了一个地下铁路车站，中心区 的交通干道由三层组成：地下用于重型车辆，地面用于市内交通，高架道路用 于快速交通，市区和郊区通过地铁及市郊铁路来联系。柯布西埃认为城市必须 集中，只有集中的城市才有生命力，而由于集中所带来的拥挤问题则可以通过 大量高层建筑和地面、空中、地下多层的高效率交通系统来解决。勒柯布西 埃的理性功能主义城市规划思想已经将城市空间进行立体划分，注重空中、地 面、地下之间的相互协调，实际上深刻影响了第二次世界大战后世界的城市规 划和城市建设活动。 图1 4 勒柯布西埃的3 0 0 万人口的城市规划图 ( 3 ) 汉斯阿斯普伦德( h a n sa s p l u n d ) 与双层城市 第二次世界大战以后，各国的经济得到了迅速的恢复与发展，城市规模迅 速膨胀，汽车拥有量猛增。为了满足汽车交通的需要，道路设施占用了大量的 城市土地；另一方面，日趋扩大的城市又使得人们消耗在交通上的时间和汽车 所消耗的能源都与日俱增，问题变得越来越突出。瑞典隆德大学建筑与城市规 划教授汉斯阿斯普伦德提出了著名的“双层城市”规划理论。他在双层城 市一书中指出：“双层城市”的理论所寻求的是一种新的城市模式，以使城市 4 第1 章绪论 中心、建筑、交通三者的关系得到协调的发展。 传统的城镇中各种交通在同一平面上混和，二十世纪的新城是各种交通在 同一水平面上分离。“双层城市”则要求交通在两个平面上分离，即人与非机动 车交通在地面，机动车交通在地下或半 地下。通过这种重叠的方法，改变新城 大量用地作道路，省下的土地扩大了空 地和绿地。“双层城市”在建筑、社会、 功能、环境、交通、结构与基础设施、 土地效益、能源及费用等九个方面与其 他新镇进行的全面比较表明：空间利用 多层化、地下化城镇体系具有无可比拟 的优越性。 汉斯阿斯普伦德的“双层城市” 理论是人们对城市空间开发认识上的飞 跃和突破。他的思想于2 0 世纪七十年代 在瑞典的马尔默新城林登堡的南部做了 图1 5 林登堡双层城市地下层平面嘲 研究范例( 图1 5 ) 。 1 2 1 2 日本 日本是一个国土狭窄的岛国，在第一次世界大战前，由于军事和交通运输 的需要，进行了一些地下空间的开发利用。战后，由于城市化规模的不断扩大 和经济的高速发展，引起了公害、用地不足、交通拥挤、环境污染等一系列问 题。对此，日本被迫考虑地下空间的扩大化利用，并于z o 世纪6 0 年代后掀起 了第一次城市地下空间开发利用的浪潮。 ( 1 ) 尾岛俊雄与大深度理论 上世纪8 0 年代，随着各大城市地表浅深度的开发利用达到了一定的规模， 日本著名能源学家和都市规划专家早稻田大学理工学部尾岛俊雄教授提出了在 城市次深层地下空间中建立封闭性再循环系统( r e c y c l es y s t e m ) 的设想，即用工程 手段将多种循环系统有机地组织在定深度的地下空间中，故又称为城市的“集 积回路”( i n t e g r a t e du r b a nc i r c u i t ) 【删。 在这个思想的指导下，尾岛设计了一个覆盖东京2 3 个区的地下大深度公用 5 第1 章绪论 设施复合干线网，这个系统埋深5 0 一1 0 0 米，干线直径为1 0 一1 5 米的管线、铁路、 道路等的综合管廊，管廊的交叉连结处为一个大型多层地下构筑物，其中布置 各种处理和回收设施。所有物流系统如污水、垃圾、供热和供冷的空气等的运 送、处理以及回收都在这个大循环系统中进行。 在尾岛教授的这一思路的推动下，日本政府各相关部门、各大建设公司纷 纷展开对地下循环系统进行详细研究，经过几年的学习( 欧美的成功经验) 、交 流、综合、改进，逐步达到了一个统一的模式( 图1 6 ) ：地下基础设施干线网 基本上以尾岛的设想为基准，网络交叉点上的地下大型构筑物( 后发展成地下 综合体) 的形状趋向于优点较多的圆筒型( 日本称为竖井式) ，这样，在使用功 能、通风采光、集约性上更能满足要求。在资源有限的条件下，在地下空间中 建立这样的系统对于能源的生产、节省、储存与合理利用、环保、改善城市质 量等具有深远的意义。 图1 6 大深度基础设施复合干线系统” ( 2 ) 渡部与四郎( y a s h i r o w a t a n a b e ) 与分层理论 1 9 9 0 年，日本学者渡部与四郎( y a s h i r o w a t a n a b e ) 教授提出了分层开发地 下空间的具体设想：地下空间从浅到深可分为四层。第一层为办公、商业、娱 乐空间，平日经常有大量人员使用；第二层为人员活动时间短的交通空间；第 三层为人员较少的动力设备、变电所，生产设施等空间；第四层布置无人的污 水、煤气和电缆等公共管线。尽管w a t a n a b e 的理论只是定性的，但是他强调了 地上地下应统一考虑、有机结合是今后城市发展的必要和重要的手段。并且， 地下空间规划应是城市规划的一部分，而城市规划应体现地下空间的综合利用。 w a t a n a b e 教授和尾岛教授的论点都体现了分层开发的思路。w a t a n a b e 教授 6 第1 章绪论 从地下建筑的功能使用这一微观的角度来看分层的，可归纳为：从地表开始由 日常的一非日常的；慢速的一快速的；清洁的一非清洁的；人多的一人少的； 大众消费的一生产储存的。而尾岛教授是从地下深度的概念来看分层的，从而 更具有宏观性，可将地下空间的开发利用与国土利用、广域规划、地域规划、 区域规划、城市规划联系起来，具有深远的意义。 ( 3 ) 巨型城市构想 日本学者在经过反复研究和论证的基础上提出的“巨型城市”构想( 图1 7 ) ： 通过在地层深处构筑新型物流综合管沟，连接东京湾，大阪湾和伊势湾，构成 巨型城市圈。东京湾内的“巨型城市”新干线综合管沟总长2 5 5 k m ，直径1 4 m ， 埋深l o o m 。巨形城市内的川崎、横滨、千叶等城市可像东京一样，构筑城市内 部的干线综合管沟，与新干线综合管沟连接，形成地下输送网络。根据上述构 想，在巨型城市的外圈，也可建设城市外部隧道，进一步综合治理地面错综复 杂的交通、物流、配线、配管等系统，迎合第三次产业革命所必须具备的高层 次、高质量的城市基础设施，建设美丽的现代化城市。 图1 7 巨型城市构想示意图 1 2 2 国内的研究进展 我国城市早期地下空间的利用大都是单一的人防功能设施，地下空间布局 也主要是出于人防的考虑，基本上出于无规划的混乱状态，因而对地下空间的 7 第1 章绪论 分层布局更是不加考虑。上世纪八十年代后期，大规模、多样化的地下空间开 发开始在的部分城市兴起，与此同时我国有关城市规划、地下空间等方面的专 家、学者展开了对城市地下空间规划理论的探索和研究。在初期，这种探索和 研究主要集中于几个方面，主要包括利用地下空间的优点、地下空间的发展战 略以及我国城市地下空间发展模式等，此时地下空间的竖向布局研究还是没有 被加以重视。 进入2 1 世纪以来，我国城市尤其是大城市的地下空间已经进入了高速发展 阶段，地下空间的开发规模处于前所未有的高度，开发的功能设施也多彩纷呈。 大规模的地下空间开发造成了部分地区地下空间资源的紧缺，市政管线与地铁、 市政管线与地下步道等设施间在竖向空间占用上矛盾冲突不断，至此，大家开 始意识到地下空间的开发在平面规划的同时，对竖向布局也应有所限定，地下 空间的规划研究中开始涉及竖向分层布局。 1 9 9 4 年，童林旭发表论文“日本城市浅层地下空间利用的新成就”，文中结 合日本川崎市站前广场和神户市布哈巴兰德地区的立体化再开发，分析介绍了 日本浅层地下空间开发利用的成就和特点。 同年，童林旭发表论文“日本的大深度地下空间利用动向”，介绍了日本的 大深度构想，并对一些大深度的技术问题进行了研究，分析了日本城市深层地 下空间利用的发展方向。 同年，王璇、杨林德、束昱在发表的“城市道路地下空间的开发利用”一 文中，对城市各类道路地下空间开发在功能上应遵循的一些规律进行了研究。 2 0 0 5 年，陈志龙、伏海艳发表论文“城市地下空间布局与形态探讨”，文中 从城市地下空间功能、结构与形态关系出发，提出了城市地下空间布局的基本 原则，并在竖向上对城市地下空间的利用形式进行了具体的划分。 同年，陈志龙、王北玉在其出版的城市地下空间规划一书中，对城市 地下空间的竖向分层进行了说明，并将城市地下空间的竖向层次划分为浅层 ( 3 0 m 以上) 、中层( 地下3 0 1 0 0 m ) 、深层( 地下1 0 0 m 以下) 三个层次。 除了上述的学术研究外，上海、深圳、杭州、宁波、成都等城市在进行地 下空间规划时，开始对地下空间的竖向分层加以规划。以上海为例，2 0 0 3 年， 在以上海市建委牵头，市建委、市规划局和市民防办联合成立的地下空间开发 利用规划工作协调小组的组织下，上海市城市规划设计研究院与上海城市地下 空间研究发展中心( 同济大学地下空间中心) 共同完成了“上海城市地下空间概 8 第1 章绪论 念规划”。规划确定了地下空问的布局与近、中期城市地下空间建设的重点， 并提出地下空间竖向层次划分，分别为浅层( o 一1 5 m ) 、中层( 一1 5 一4 0 m ) 和深 层( 一4 0 m 以下) 。 以上的这些实践表明，无论是地下空间专家学者的研究还是城市规划的实 施，都开始重视地下空间竖向分层，上述实践也是我国现阶段对竖向分层的主 要内容。 1 3 本文的研究思路与内容 本文研究的目的在于寻找城市地下空间竖向分层开发的一般模式，使城市 地下空间的开发能够依照一定的原则在相应的空间层次发展相关功能设施，避 免地下空间开发在空间占用上的矛盾，保证合理、和谐的地下空间开发利用。 同时依照城市用地分类规划，对道路、广场、绿地和建筑四类功能用地的地下 空问分层开发模式进行了相应研究，以期能指导该类区块的地下空间开发。 本文首先介绍了国内外地下空间分层开发理论的研究进展，为本论文的研 究提供相关的理论基础。其次对国内外城市地下空间分层开发现状进行了介绍， 得出城市地下空间开发已经具有分层化、深层化的趋势，并结合我国的实际情 况对城市地下空间的分层区划进行了研究。接着遴选十一种重点发展的地下设 施，根据其发展历程并结合设施的特征，对这些设施的地下空间竖向配置进行 了研究，希望能对这些设施的竖向布局进行相应划分。然后从地下设施综合效 益入手，尝试利用模糊层次分析法对各类地下设施的优先级进行评定，用以指 导地下设施的开发先后顺序和优先程度。最后，选定城市道路、广场、绿地和 建筑四类主要功能区域，对其竖向分层的开发模式进行探讨。 9 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 2 1 国外现状 2 1 1 欧洲 公元前3 世纪，欧洲的古罗马帝国就修建了规模庞大的地下给排水系统， 从这可以看出欧洲利用地下空间的悠久历史。当然，真正大规模的利用地下空 问还是开始于1 8 世纪末的工业革命。工业革命使得城市工业迅速发展，城市中 出现了大量工厂，农村人口开始蜂拥地向城市集中，城市的规模迅速扩张，人 口剧增，出现了城市化现象，并由此引发了诸如用地紧缺、设施滞后、交通拥 堵、环境污染等诸多“城市病”。这一系列的城市问题促使城市设计者开始重新 思考城市发展的道路，并由此揭开了现代城市地下空间开发利用的序幕。 欧洲国家开发利用地下空间的主要目的是为了保护城市环境和自然景观， 在城市发展进程中不断将有碍城市景观的设施转入地下，因此现在的很多地下 空间利用形式都源于此。欧洲城市地下空间开发最具代表性的当属英、法和北 欧诸国。 英国作为工业革命的起源 地，城市化最早，也最早产生城 市问题，因此在利用地下空间解 决城市问题的道路上，其往往走 的最早。1 8 6 1 年伦敦新建卡里库 大街时，在地下设置了一条宽1 2 英尺、高7 6 英尺的半圆形地下管 道( p i p es u b w a y ) ，管道内布设了 煤气、上水、下水管以及引入居 图2 11 8 6 3 年的伦敦地铁 民家中的各种管线，建成了世界上第一条综合管沟；为了解决当时城市人车混 杂，交通拥挤得问题，伦敦于1 8 6 3 年新建了世界上第一条地铁( 图2 1 ) ，从此 地铁作为一种全新的城市交通工具和城市基础设施的重要组成部分而诞生；甚 至地下物流系统最早也源于英国，1 9 2 7 年伦敦建成了世界上第一条地下邮政物 资运输系统【2 】，该系统由两条盾构隧道组成，直径2 7 米，平均埋深2 0 米，全 长1 0 公里，设7 个车站，每天可以处理3 5 0 0 0 袋邮政物资，这个系统的建成为 1 0 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 将来地下物流系统的发展提供了一个很好的借鉴。 法国地下空间的开发利用也由来已久，并且规模庞大。公元1 1 3 0 年，为了 加固塞纳河的城防设施，路易六世下令在塞纳河岸边建造大大小小的桥头堡， 这些大型工程所需的建筑石材就取于巴黎城市地下，由此形成了大规模的地下 采石场【1 5 j 。菲利普一奥古斯特在位时( 11 8 0 1 2 2 3 ) 又加大了对石材的需求，用 于修建卢浮宫等建筑，由此造成几乎大半个巴黎城市地底下被挖空。如今在巴 黎地下3 5 米的深处，存在一个3 0 0 公里长的纵横交错的地下道，这可以说是先 期巴黎城市地下空间开发的一个缩影。工业革命之风吹到法国之后，巴黎也兴 起了地铁、综合管沟等设施的建设，从1 9 0 0 年第一条地铁建设至今已有1 4 条 地铁线，全长2 1 0 多公里，这些地铁线大都分布在一3 0 米以内的地下空间中。除 了地铁，巴黎为了杜绝瘟疫改善城市卫生于1 8 3 3 年建成大规模的上、下水道系 统，并且在此基础上发展了1 0 0 多公里的地下综合管沟。除此之外，巴黎还计 划在地下3 0 到7 0 米的深处建设环城地下快速路系统1 2 1 。 总体而言，巴黎城市地下空间的开发主要集中在地下3 0 米的范围内，开发 设施以市政管线、地铁和大型地下综合体为主，具体情况大致如下：( 1 ) - 1 5 米 以内的空间主要有市政管线设施、道路隧道、地下停车场、地铁等；( 2 ) 一1 5 一3 0 米的空间内则主要布置r e r 线( 城郊快车线) ；( 3 ) - 3 0 米以下空间除了深 层供水管、污水管等，主要是中世纪留下的规模庞大的地下采石场，未来这部 分空间将会用于地下道路的建设。 需要指出的一点是，中世纪盲目的 地下采石1 1 5 j 活动所留下的数百公里的 地下矿坑对巴黎地下空间的开发造成 了极大的危害。由这些矿坑引起的地面 裂缝、下陷、坍塌事件屡屡发生。如 1 9 3 7 年，巴黎1 9 区一次塌陷面积相当 于一个足球场大，下陷深度达3 0 米， 仅2 0 0 0 年一年，巴黎大大小小的塌陷 事故就有3 0 多起，至今巴黎大区仍约 1 0 0 0 多处的安全受到威胁。虽然引起 图2 2 巴黎地下采石场的竖向位置“” 这些事故的原因是先期地下空间的盲目开发，然而这也从一个侧面给我们一个 警示：地下空间的开发应该循序渐进，由浅入深，切不可盲目进行而造成不可 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 弥补的损失。 北欧国家地下空间的利用特点是通过平战结合将二战期间建于基岩内的核 防空洞改造为停车场、体育设施、娱乐设施和仓储设施等。这些设施位于坚固 的基岩内，开发深度都较深。例如，负担瑞典南部地区供水的大型系统全在地 下，埋深3 0 至u 9 0 米，隧道长8 0 k i n ，靠重力自流；芬兰的雷特累特伊艺术中心总 面积7 0 0 0 多平米，设有音乐厅、美术展览馆、餐厅等，深度达地下2 5 米。 2 ，1 ，2 北美 北美的地下空间开发以美国和加拿大为代表，美国和加拿大虽然国土辽阔， 但城市高度集中，城市用地仍十分紧张，对地下空间的开发也走在世界的前列。 美国地下空间开发的代表当属纽约，从1 9 0 4 年开通第一条地铁线路以来，经过 1 0 0 多年的发展，现已发展成2 6 条地铁线路，4 6 8 个地铁车站，总长近3 7 0 公 里的庞大地铁网络。地铁的埋深也从最初的开挖路面地表浅埋，发展到地下4 0 多米的深度。除了地铁，纽约还有相当规模的地下步道，洛克菲勒中心地下步 道就是一个代表，这些地下步道不仅连接中心内楼群，而且也将附近1 0 个街区 范围内的主要大型公共建筑在地下连接起来，地下步道内还设有大型地下商业 中心。除此之外，纽约还有规模庞大的地下管道系统，总体上，可以将纽约的 地下空间开发划分为三个层次：( 1 ) 第一层为一般市政管线设施层，布置电缆、 水、煤气管线：( 2 ) 第二层为交通层，布置地下步道、地下停车场以及地铁等； ( 3 ) 第三层为地质结构层，布置些下水道及深层水管等。 加拿大地下空间的开发当属地下步行网络系统的建设，其中又以多伦多和 蒙特利尔最具代表。上世纪6 0 年代蒙特利尔兴建地铁系统的同时，规划了一部 分地下通道连接地铁车站与周边建筑，由此奠定了地下城的格局。现在地下城 已发展成一个庞大的规模，据统计，地下城1 4 2 】总建筑面积约为3 6 0 万平方米，全 长2 9 公里。与6 2 座综合地面建筑、1 ) y 个室内公共停车位和1 5 5 个地下过街道相 连通。蒙特利尔地下城连接着l o 个地铁站、2 个火车站、2 个长途汽车站、1 7 0 0 家公司、4 5 家银行、7 家主要宾馆、2 所大学、2 家商场、1 6 0 0 家商店、2 0 0 家餐 馆、3 4 所影剧院，以及多个住宅小区和奥林匹克体育场，每天约有5 0 万人次来 往通过。地下城的建设不仅克服了恶劣的气候、创造舒适的生活环境，而且带 来城市土地的集约利用，城市功能的多样化以及更深意义上的城市安全性和宜 人性。由于施工及造价原因，蒙特利尔地下城的商业设施和人行通道一般设在 1 2 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 地下一层，地下二层及其以下部分一般不作为商业使用，人流主要聚集在地下 一层。 总体来看，由于北美地广人稀，城市用地相对充足，城市地下空间的开发 利用还没有出现大深度。只是在部分城市节点上提高了地下空间的开发利用强 度，整体上还以地下一、二层为主，以城市浅层地下空间资源开发利用为主体。 2 1 3 日本 日本国土面积为3 7 7 ，7 4 8 平方千米，人口为1 2 ，3 9 2 万，是世界上人口密 度最大的国家之一。由于国土的狭小，使得城市用地极为紧张。为了使城市的 各项功能能够正常、高效地运转，日本很早就注意到通过地下空间的发展解决 城市用地不足的问题，着手挖掘城市地下空间资源的潜力。早在1 9 2 7 年东京就 建成了第一条地铁，并且在1 9 3 4 年建设了第一条地下商业街【1 4 1 。日本大规模的 进行地下空间的建设始于1 9 5 5 年以后，随着大都市圈的人口集中以及与其相应 的地铁、交通终点站、城市基础设施网的建设而扩大起来的。日本地下空间利 用的功能呈多样化发展，不仅包括地下管线、综合管沟、地铁、地下道路、地 下停车场等城市基础设施，而且涉及地下街、地下文化娱乐体育等大型公共设 施，以及地下能源设施和地下工厂等。近些年来，日本对地下空间的开发利用， 在数量和规模上发展迅速，大部分城市地下浅层空问的开发已近饱和，正逐渐 向深层地下空间发展i ”j 。 e t 本地下空间的开发深度一般可以划分浅层和大深度地下空间。由于随着 深度增加，土压和水压也随之增大，由此带来的技术和建设费用方面的问题使 得之前的地下空间利用主要集中在浅层范围内，具体限定在地下5 0 米以内，软 弱地基为主的城市地下空间开发则集中在地下3 0 米左右。上世纪8 0 年代，随 着各大城市地表浅深度的开发利用达到了一定的规模，日本著名能源学家和都 市规划专家早稻田大学理工学部尾岛俊雄教授顺势提出了在城市地下空间中建 立封闭性再循环系统的设剁刎，即用工程手段将多种循环系统有机地组织在一 定深度的地下空间中，这个思想后来在一些专著中被称为大深度理论。 在这个思想的指导下，日本政府各相关部门、各大建设公司纷纷展开对地 下大深度开发利用的研究，并且从法律和技术的角度解决了大深度开发存在的 障碍，如通过了“大深度地下空间利用特别措施法”，该法对大深度地下空间作 了如下定义：大深度地下是指不影响通常建筑物地下室深度，政府令规定的深 1 3 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 度( 距离地表4 0 米以下) ，或距离支持通常建筑物桩基持力层政令规定的距离 ( 1 0 米以下) 以外的任意深度。该法的核心内容就是将城市地表5 0 米以下的地 下空间无偿作为国家和城市发展的公共事业使用空间。 现在日本大深度地下空间的利用已经在东京和大阪等城市得到越来越多的 应用，如东京的神田川地下调节池、六本木地铁都达到了地下4 0 米，东京湾横 断道路更是深达4 5 米左右。 图2 3 日本地下空间利用分层示意图 在前人研究的基础上，通过选择一些具体的地下设施，按其所处的深度进 行排列，可以更加直观的表述日本地下空间的分层情况，如图2 4 所示。具体情 况如下： - l o m 以内的空间主要有一般管线、广岛青口广场地下道、涉谷地下街、新 宿地下街、丰桥站前公共停车场、千岁地下停车场等设施，即主要集中发展一 般管线、地下步道、地下停车场和地下街。 一l o 一2 0 m 的空间范围内有后乐园地下游乐园、横滨地铁站地下停车场、八 重洲地下停车场、天神地下街停车场、地铁隧道、地铁车站等。 一2 0 一5 0 l l l 的空间范围内有六本木地铁、营团南北线、平野川地下调节池、 神田川地下调节池、国立国会图书馆、菊问地下石油储备基地、新七宗水力发 电站、水道桥变电站、高桥变电站、n t t 洞道、东京湾横断道路等。即主要发展 地铁、地下调节池、地下能源设施、地下变电站和地下道路。 1 4 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 一5 0 m 以下的空间目前开发的不多，主要有试验场、串木野基地、久慈基地、 l p g 地下岩盘储藏等，主要以仓储设施、地下研究为主。 图2 4 日本地f 设施分层统计嘲 总体而言，日本地少、人多、地震台风频繁等特殊国情使得地下空间的开 发在e t 本得到高度的重视，地下空间得以大规模发展。日本地下空间开发的起 步比欧美城市晚，然而开发规模和力度则有过之无不及，并且创造了地下街这 一独特的地下空间开发模式。由于经济和社会的快速发展在客观上刺激了城市 地下空间的大规模开发，目前东京等大城市浅层地下空间，尤其是作为公地的 道路地下空间已经被各类设施所占据，地下空间的开发已经进入了大深度开发 这一层面。尤其在大深度开发已不存在技术问题，政府大力推进的情况下，有 望迎来大深度开发的高潮。如日本交通厅已制定了连接东京市中心和新宿副都 心的大深度地下铁道的构想，建设省也发表了首都高速道路都心新宿线的构 想，即大深度地下道路构想。 1 5 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 2 1 4 小结 通过对欧洲、北美、日本城市地下空间的分层开发现状研究，可以得出以 下启示： ( 1 ) 纵观国外城市地下空间的开发历程，可以发现现代地下空间的开发都 是伴随着经济的发展而产生需求。英国是工业革命的缔造者，最先产生现代化 的城市，因此地铁、综合管沟等现代地下功能都源于此。经济的持续发展，城 市化不断的推进，地下空间的利用形式也越来越丰富多样，囊括了交通、商业、 文娱、防灾等多种功能。 ( 2 ) 地下空间的开发不再集中于若干个点，而是逐步展开形成网络，通过 网络的集聚效益增强地下空间的利用效率。按照不同的功能形态现有的地下空 间网络有地铁网络、地下步道网络、综合管沟网络、地下停车网络等，并且不 同的网络间还互有衔接，形成一个庞大的地下网络系统。 ( 3 ) 地下空间的开发往深层发展的趋势明显，尤其是日本。由于浅层地下 空间基本利用完毕，为了寻求解决城市问题的方法，只能更充分的利用地下空 间资源，逐步向深层发展。现在，日本已经拉开了“大深度”地下空间开发的 序幕，由于深层地下空间的开发可以合理利用各空间层面，减少相互干扰，使 地下空间使用功能更趋合理，系统更加完整。未来深层地下空间的开发利用必 将成为城市建设的重要组成部分。 ( 4 ) 地下空间的分层趋势明显，虽然这些国家的地下空间开发并没有做相 关的竖向分层规划，但是已有的实践却呈现出一定的规律，以人及为人服务的 功能区为中心，人车分流、市政管线、交通设施分层设置，相互间或互相衔接， 或互不干扰，形成一个完整的地下城市系统。 存在共性的同时，不同国家由于国情、历史、气候、文化等原因，在地下 空间开发上也存在差异，如果加以粗略的划分，可以将其划分为以巴黎，伦敦 为代表的欧洲模式和以东京为代表的日本模式。 欧洲模式的特点是注重城市人性化空间的创造，通过地下空间的开发来保 护城市建筑环境，传承历史文脉。由于欧洲城市人口密度一般较小，用地紧缺 情况并不十分突出，因此地下空间的开发强度有限，开发深度主要集中在地下 3 0 米以内，开发设施也以地下市政设施和交通设施为主。日本则不同，由于地 少人多，土地利用极其紧缺，加之人口主要集中在几个大都市圈内，因此城市 人口密度大，东京是世界上人口密度最大的城市之一。这样的国情决定了地下 1 6 第2 章城市地下空间分层开发的现状调研 空间的开发在城市的建设中占有举足轻重的作用，为了在有限的土地上创造更 多的城市空间，地下空间的开发往往达到很大的深度，开发的设施种类也丰富 多样，几乎囊括了目前所有的地下空间利用形式。 我国的国情与日本极其相似，虽然土地资源总量多，但人均占有量少，优 质耕地少，耕地后备资源少( 即一多三少) ，人均占有的土地面积只有世界人均 数的2 9 9 6 ，跟日本不相上下，从这个角度出发，中国城市的地下空问利用应该更 多的借鉴日本经验，加大地下空间开发的力度与强度。 2 2 国内现状 我国城市地下空间开发利用始于防备空袭而建造的人民防空工程。从1 9 5 0 年开始，我国人防工程建设从无到有，从小到大，有了很大的发展，取得了很 大的成绩。1 9 7 8 年，第三次全国人防工作会议提出了“平战结合”的人防建设 方针，1 9 8 6 年国家人防委、建设部在厦门联合召开了“全国人防建设与城市建 设相结合座谈会”，进一步明确了平战结合的主要方向是与城市建设相结合【1 9 】。 此后，国内平战结合的开发利用层出不穷，据1 9 8 5 年统计，平战结合开发利用 的人防工程达数千万平方米，年产值和营业总额11 0 多亿元。2 0 世纪8 0 年代中 期起，随着国民经济的发展和城市化进程的加快，在我国的一些大城市中，城 市矛盾日益加剧，出现了对原有城市进行更新改造的客观需求。随着土地批租 和有偿使用政策的制定和房地产业的新起，以及国外资金的引入，一些特大城 市具备了一定的经济实力，开始了以城市交通改造为推动力的城市再开发，地 铁建设开始在国内大城市中兴起。伴随着地铁的建设，地下空间利用越来越受 到重视，并且出现了地下商业、地下停车、综合管沟等多种开发利用形式，并 且在规模和质量上日益与国际接轨，有些已经达到世界一流水平。现阶段，我 国城市的地下空间利用已成为城市建设和改造的有机组成部分，进入了快速发 展的新阶段。 2 2 1 上海 上海城市地下空间的开发在早期以市政管线的利用为主，因此开发的深度 有限，从上海城