孫 鈞

(1. 同濟大學隧道與地下工程研究所， 上海 200092； 2. 中國科學院技術科學學部工程二組， 北京 100864； 3. 上海市隧道股份公司院士工作研究室， 上海 200032)

0 引言

城市地下空間開發(fā)是“造福當代、惠澤千秋”的一項偉業(yè)。地下工程建設不僅投入巨大，而且又是一項一勞永逸的產(chǎn)物，對它的取舍和抉擇必須慎之又慎，容不得半點疏漏和失責。筆者團隊從北京和上海兩市有關方面分別所做的調研和問卷調查證實，軌道交通地鐵的發(fā)展前景喜人，我國城市地下空間開發(fā)利用大有可為。本文回顧國內外地下空間開發(fā)利用歷史和現(xiàn)狀，介紹城市地下空間開發(fā)利用的效益、功能、新技術、新工藝等，總結我國城市地下空間開發(fā)利用的進展及存在的問題，并對進一步建設和發(fā)展城市地下空間進行思考，提出相關建議。

1 國內外地下空間開發(fā)利用的歷史回顧和當前簡況

1.1 國外地下空間開發(fā)利用

1.1.1 國外地下空間開發(fā)利用簡況

我國和西方古代的帝王陵寢、輸水暗渠、過人過車隧洞等，都是地下空間利用的先驅。近代的地下空間源自于19世紀中葉，國外早年最著名的幾處城市地下空間工程見表1。

表1 國外典型城市地下空間工程

國外城市地下空間開發(fā)和利用具有休閑、游樂、商購的功能特色，見圖1—3。

圖1 寬敞明亮的地下空間出入口(盡量多設)

Fig. 1 Bright and spacious entrance/exit of underground space

圖2 地下步行街區(qū)布設的游人廣場

圖3 在地下步行街區(qū)內布設的游人活動、健身空間

Fig. 3 Leisure and entertainment space of underground pedestrian street

具有“金字塔風情”的巴黎盧浮宮博物館地下展覽空間(見圖4，廣場中央和兩側設置有3個形態(tài)各異的錐形特大玻璃天窗)是以保護城市環(huán)境、增添城市景觀而興建的地下空間的典型代表。

1.1.2 國外地下空間開發(fā)利用的特點

從國外許多國家的經(jīng)驗和先例看，國外地下空間開發(fā)利用具有以下特點：

1)城市軌道交通地鐵是城市地下空間的核心骨干和主要組成部分，通過地鐵將各種類別的地下空間有機連接，以形成城市地下空間的全覆蓋網(wǎng)絡。

2)圍繞地鐵主要地下車站的周圈地下，逐步有計劃地開發(fā)各種地下商業(yè)街、地下商場/超市，以及各種休閑步行街、供人們在地下健身鍛煉的地下綠地、娛樂和活動中心，是受眾多市民歡迎、匯成地下人潮熱點的極佳去處。

3)戰(zhàn)時，地鐵和各類地下空間設施可以方便有效地、自然地轉換為“地下人員掩蔽”(防空洞)使用，以及地下救護所等人民防空處所。戰(zhàn)時的地鐵，就是市內的“地下疏散主干道”(人防語)。對舊有人防工程作“平戰(zhàn)結合”的改建和利用，已成為當前亟待持續(xù)推進的一項任務。平戰(zhàn)結合、平災結合的國外地下防空防災設施民防工程見圖5。

(a)

(b)

(c)

4)盡量將城市地鐵和各類市民經(jīng)?；顒拥牡叵驴臻g做成“淺埋”，甚至“超淺埋”，以方便人流出入；并盡多利用“下沉式地下廣場”以吸收天然日照/陽光。這樣，不僅節(jié)能環(huán)保，更能吸引大量客流進出地下，去購物、乘車、休閑和娛樂。

5)地下商場是“地面商場直接向其地下的延伸”，街道左右地下商場的中間部分都建成上覆玻璃/塑料棚蓋、能夠透光和遮雨的步行街(見圖6和圖7)。這是國外最為常見的地下空間范例，值得借鑒、學習。

(a)

(b)

圖6 加拿大多倫多市敞亮便捷的地下步行街

Fig. 6 Clear and convenient underground pedestrian street in Toronto, Canada

1.2 國內地下空間開發(fā)利用

1.2.1 我國城市軌道交通地鐵發(fā)展概況

截至2018年底，中國大陸地區(qū)(不包含港澳臺統(tǒng)計數(shù)據(jù))共有35個城市開通城市軌道交通運營線路185條，運營線路總長度5 761.4 km。城市軌道交通運營線路中地鐵、輕軌、單軌、市域快線、現(xiàn)代有軌電車、磁浮交通、APM等7種制式同時存在,其中地鐵占比為75.6%。以上海市為例，新一輪的軌道交通地鐵建設已經(jīng)全面鋪開，正在有序推進：

1)截至2018年底，上海軌道交通網(wǎng)絡規(guī)模位居全球第一，有15條軌道交通線，運營長度784.6 km，每日客流1 017.2萬人次。

2)到2020年末，預計將再新增5條新線，合約260 km；形成共18條線路(其中12條貫通黃浦江東、西兩岸)、總里程達800 km、車站500余座的規(guī)模，穩(wěn)居全球各大城市之冠。

3)軌道交通客運量的增長，使里程將維持年持續(xù)平均增幅10%以上；在中心城區(qū)主要采用地下鐵道方式暗挖穿越。

(a)

(b)

圖7多倫多市頗具規(guī)模和特色的大型地下綜合商業(yè)區(qū)——地下商城

Fig. 7 Underground shopping mall in Toronto, Canada

在服務質量方面，上海地鐵在運營管理上正在考慮改進以下各項：

1)買票—進站—出站，全面推行智能化操作系統(tǒng)。

2)車廂內的部分座椅可逐步改換成折疊式的，以利于上下班大客流條件下，更快地疏解上下班人群。

3)每天早7時前和晚8時后，考慮發(fā)售優(yōu)惠票，以適當平衡高峰客流。

4)靈活調整發(fā)車頻率，不只是上海，幾座一線特大城市均可，可設定最快1.5～3 min/班；并加大列車節(jié)數(shù)至6～8節(jié)/班。

5)學習國外經(jīng)驗，在突發(fā)情況(如車站或區(qū)間火災)下，出入口屏障可在3～4 s內自動滑移放到一邊，而留出寬大通道便于人流快速緊急疏散。

上海軌道交通地鐵建設的目前態(tài)勢：

1)截至2018年底，11號、12號、13號、17號、18號等各條新線/延伸線區(qū)段，將陸續(xù)建成并試運營，標志著上海市軌道交通基本網(wǎng)絡已全面建成。全網(wǎng)運營線路總長增至784.6 km；車站總數(shù)增至500座，其中換乘站59座，大大提高了換乘節(jié)點的分流效率，強化了市中心城區(qū)向外圍的地下交通輻射功能。

2)13號線又一次穿越黃浦江，成為上海第8條過江地鐵，地鐵過黃浦江隧道數(shù)占黃浦江越江隧道總座數(shù)的29.6%，使我國在水底修建地鐵的技術位居世界前列。

3)上海市擬在早年所建崇明長江(雙管6車道)高速公路隧道的下層預留空間內，建設軌道交通崇明線過江(南港區(qū)段)，由浦東金橋地區(qū)越江直達長興島；再接上橋梁腹內早先已預留的下層空間，再接通至崇明島陳家鎮(zhèn)。軌道交通全長47 km，規(guī)劃設5～8座停車站；限于預留的凈空尺寸較小，全線將采用更為輕型的列車運行。

4)近期至2020年底前，上海市至少還有9條延伸線和新線將陸續(xù)開通運營。至此，軌道交通全長可望高達800 km。列車發(fā)車最小時間間隔在高峰時段將縮短為2.5 min。這些數(shù)字都將成為世界之最。

1.2.2 我國地下綜合體開發(fā)概況

近年來國內地下綜合體開發(fā)中新穎獨特、功能發(fā)揮較好的案例有珠海橫琴口岸區(qū)地下綜合體和快捷交通系統(tǒng)、廣州珠江新城地下環(huán)路和交通島走廊以及旅客地下自動輸送系統(tǒng)(APM)、杭州市錢江新城超大型地下車庫建設等。

在上海市中心城區(qū)范圍，有以下工程范例： 1)上海市虹橋交通樞紐的地下?lián)Q乘及其風、水、電等高智能輔助設施； 2)上海市人民廣場的大型地下車庫、地下商業(yè)圈、香港街、地下變電站等地下綜合體； 3)上海鐵路新客站北廣場地下交通樞紐、出租車和私家車的地下始發(fā)站點； 4)利用早年人防地下工程，改造成地鐵站的徐家匯地下交通樞紐和地下商圈； 5)五角場萬達廣場地下商城； 6)世博會B片區(qū)、央企總部集聚區(qū)的眾多地下空間工程； 7)臨港新城滴水湖地下交通樞紐工程； 8)已建的外灘隧道和在建的“北橫通道”工程(橫貫長寧、普陀、閘北、虹口、楊浦5個區(qū)，由虹橋交通樞紐直至周家嘴路過江，貫徹市中心北部區(qū)域，往返浦西至浦東新區(qū)，全長約19 km，是上海市區(qū)第1條東西向快速車運地下通道)，它們是上海市已建和今后擬建三縱三橫城市快速道路隧道的第1期段。

1.2.3 我國城市地下空間開發(fā)利用范例

本文以南京市今后邁向揚子江時代的江北新區(qū)和重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項目為范例，對我國城市地下空間利用進行介紹。

1.2.3.1 南京市江北新區(qū)——正在崛起的一座未來地下城

高標準建設海綿城市、高水平利用地下空間，是南京市江北新區(qū)在建設理念上新的高度。在江北新區(qū)的中央商務核心區(qū)正在建設一座地下城，最深處達48 m，層數(shù)多達7層，有地下綜合管廊、地下商場和商業(yè)街、地下停車場、地下公共空間以及4條地鐵線的換乘點。江北新區(qū)將成為國內大型一體化開發(fā)的探索者。在地下，所有地塊和建筑的地下空間統(tǒng)一設計、建設，日后將做統(tǒng)一運營、維護和管理[1]。

地下之城，如同地上城市的美麗倒影，將成為未來新區(qū)的一道亮麗風景線。江北新區(qū)正在建設城市發(fā)展的高級形態(tài)——數(shù)字孿生城市。從地下建設開始，將江北新區(qū)的所有建筑、道路、設施都有相應的數(shù)字虛擬映像，從而實現(xiàn)規(guī)劃、建設管理的全要素、全過程數(shù)字化。

在江北新區(qū)地下綜合管廊1期工程現(xiàn)場，將可見到類似隧道的地下“艙體”中兩邊的廊架上有序擺放各種粗細不一的管線和管道。自來水、空調、聯(lián)合通信和強弱電都接進管廊內存放，還要引進機器人巡檢。

江北新區(qū)正在建設的2期工程，則立足于建設海綿城市，特別提出“海綿管廊”的建設理念。位于地下5 m處，雨水艙、燃氣艙、環(huán)衛(wèi)醫(yī)療艙、綜合艙依次排開14.4 m，可將水、電、氣、通信、空調、垃圾等9種管道納入其中，構成一幅功能完備的“地下走廊”；不久的將來，江北新區(qū)內各家醫(yī)院的保潔員只要將醫(yī)療垃圾扔進投放口，就會被吸走……

1.2.3.2 重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項目

1)項目概況

重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項目，位于重慶觀音橋商圈鬧市區(qū)。區(qū)域內日均人流量約70萬人次，以單建式平戰(zhàn)結合人防工程立項，是一項大型的城市地下空間綜合利用項目。戰(zhàn)時可作為二等人員掩蔽部和戰(zhàn)備物資庫。已由區(qū)、市和國家三級人防辦批復，按照“常規(guī)6級”的抗力等級設防。2018年本項目已由社會資本投資建設，其業(yè)主單位是中信國安重慶城市發(fā)展有限公司，是經(jīng)住建部批準的國家級地下空間建設試點項目之一。

本項目在現(xiàn)有市政道路路面下(現(xiàn)有道路的自然坡地總高差約60 m)，工程平面呈L型布局，總長約2.7 km；建筑受兩側已建地下建(構)筑物的限制，寬24～50 m；由人防控規(guī)的埋深約20 m，共設計為地下2層，2層的總建筑面積約17萬m2。工程地質從上至下依次為人工筑路回填土、泥質砂巖和砂巖，該區(qū)地下水不豐沛，利于明挖/淺埋暗挖法施工。

2)項目的功能特色

①平戰(zhàn)結合，以和平時期的功能發(fā)揮為主線。人民防空條例要求的大城市戰(zhàn)時留城居民人均不少于1 m2地下掩體面積。本項目在6級人防要求的標準下，戰(zhàn)時需要的各種口部防護設施可留到臨戰(zhàn)前再做，而平時利用地下的廣大空間，戰(zhàn)時僅按“隔絕通風”即可滿足居民在地下密閉環(huán)境條件下2～3 h的空氣耗用量，滿足掩蔽大量戰(zhàn)時留城居民的戰(zhàn)備需要。

②本項目西面地塊的地下，留有全自動的、實現(xiàn)流動性代駕的地下停車庫。車主不論在地下走到何處，均不必回頭找車，可用手機方便地讓座駕由代駕直駛到自己身旁，非常方便！對疏解地面交通、解決地上停車難問題將起到重要作用，車庫內的地下通道還兼具車輛由地下過境的功能。

③本項目東北地塊是集中的居民區(qū)。重慶夏季天熱、時間又長，居民們來地下商店、商業(yè)街購物，享受一份地下空調的清涼，這必然又會促進地下商貿的繁榮。

④全面互連互通。本項目與附近地鐵的3號線、6號線和10號線地鐵站相互連通，在負2層更與市政主干道相互連通，與項目沿線的鄰近商業(yè)物業(yè)、住宅物業(yè)、車庫、人防掩體全面實現(xiàn)互連互通。項目建成后，觀音橋商圈片區(qū)原有的地下空間被整體激活，屆時在管理運營方面統(tǒng)一籌劃，將極大地提高地下空間的使用效率。

⑤本項目全部由社會資本投資，在不增加政府債務的情況下，增加了人防、市政等大量公用設施的功能；豐富了商圈業(yè)態(tài)、提高了商圈服務品質；可擴大就業(yè)，增加政府財稅收入。有顯著的戰(zhàn)備效益、社會效益和經(jīng)濟效益。

本項目貫徹第7次全國人民防空會議精神，是社會資本參與人防建設和運營管理、推動人防市場化改革的有益探索。項目建成后，為居民提供戰(zhàn)時防空或平時的應急避難、防火防淹等城市重大防災場所；平時主要提供便捷、高品質的商業(yè)、休閑娛樂、旅游場所。另一方面，它有效改善了附近區(qū)域居民的生活、出行環(huán)境；植入了能源管理、智慧城市建設等新建功能，推動了大都市面貌的有機更新。

3)項目實施中遇到的一些難題

①不同功能之間的設計/建設規(guī)范和彼此間的利害沖突問題；

②市政道路、綠地等地下人防設施項目建設的土地供給問題；

③中心城區(qū)的地面、地下建(構)筑物和管線密集，此類超大型地下工程開挖/支護施工的技術難度問題；

④項目選址、策劃定位問題；

⑤項目資金如何平衡使用問題。

以上難題的解決也已有了一定方向，正在努力進行中。

2 地下空間開發(fā)利用主要效益和功能

2.1 交通治堵、節(jié)能減排與環(huán)保方面[2]

1)地下建筑業(yè)(包含功能各異的隧道、軌道交通地鐵與其他各類城市地下空間和越江水底隧道等)的節(jié)能減排和環(huán)保問題，是面向低碳經(jīng)濟的重要方面，應該、也可以有所作為。

2)地鐵是城市的用電大戶——“電老虎”： 晝夜運行的電氣列車、地下車站機械通風、照明、空調和其他的耗電設備與設施等。它在節(jié)電方面應該可以更有所作為。

3)在地面交通中，汽車尾氣排放是城市空氣的重要污染源；交通擁堵而汽車不歇火時，其CO2和CO排放量就更嚴重。改用軌道交通地鐵電氣列車后，地面交通的排污情況將可有很大程度改觀。

4)怎樣實現(xiàn)城市地下空間、隧道和地鐵在低碳經(jīng)濟社會中的節(jié)能？其中，除根據(jù)條件可能，逐步開發(fā)太陽能光伏發(fā)電外，采用室內人工生態(tài)光源的太陽光光纖導入照明系統(tǒng)和高智能型LED節(jié)能照明燈具等都是重要的方面。其在城市地下空間(上海虹橋綜合交通樞紐)和公路與城市隧道(上海崇明長江隧道)，以及上海世博會等其他各處的成功范例都是比較典型的。

5)在降低建筑能耗方面，地下空間內的基本恒溫和恒濕特點，使其產(chǎn)生的節(jié)能低碳效應顯著。在降低交通能耗方面，地鐵載客量大，運行速度快，耗時少，排污小，搭乘軌道交通代替地面行車以及通行地鐵電氣列車緩解地面道路交通的油耗和交通擁堵都會產(chǎn)生低碳效應。

6)推廣智能型LED的新型誘導式節(jié)能燈具及其他。在各類有條件的城市或地下局部空間內，爭取利用太陽能或風能、地熱等可再生能源，以代替化石燃料，減少碳排放。

7)碳匯新技術的應用。在地下利用吸碳裝置匯碳。

當前，太陽能、風能、熱能和碳匯技術，似可先在國內有條件的地方試行，再進一步推廣實施。

2.2 最大化利用土地和空間資源方面

將城市地鐵交通和地下商業(yè)圈有機鏈接，把地下人行通道和各種商業(yè)、文化娛樂等設施都設置在地下并相互連通，成為完整的城市地下商城。為了最大化利用土地和空間資源，城市中央商務區(qū)進入地下，通過整合城市的地面和地下空間為一體，形成集約而緊湊的城市地下商業(yè)城/地下商圈。

地下商場與地鐵站無縫對接，乘客由大樓地下室電梯井進出地鐵站廳層時就可直接進入地下商場/超市購物，形成“地鐵+物業(yè)”相對接模式。城市地下空間集商務、文化、娛樂、交通、購物、健身、市政等功能于一體，擁有濃厚的商業(yè)和文化氛圍，成為市民喜愛的休閑、逛街的好去處。

典型案例有： 法國巴黎西部拉德·芳斯新區(qū)、美國曼哈頓區(qū)(紐約市一地塊)洛克菲勒中心地下步行道、日本大阪地下市民游樂中心、加拿大多倫多地下綜合商業(yè)服務區(qū)、上海虹橋交通樞紐以及徐家匯和五角場(2處市內副中心)地下商務核心區(qū)、杭州錢江新城地下停車場等。

其他地下綜合管廊、地下倉儲物流設施、地鐵+公共服務設施等城市市政設施的地下空間利用見圖8—10。

(a)

(b)

2.3 防汛、排澇、抗旱方面

利用大深度(一般地下40 m或更深)地下空間修建城市防汛排澇、城市蓄水、排洪設施并兼旱季抽汲所儲存雨水的功能于一體，應該在有需要和具備條件的城市先行運作和試點。這是進一步開拓城市地下空間功能應該優(yōu)先考慮的另一新渠道。

每年春夏或夏秋之交，我國南方的連續(xù)暴雨使許多城市不堪承受其重；內澇嚴重，給城市管理和市政、防災部門提出了嚴峻挑戰(zhàn)。據(jù)2008—2010年不完全統(tǒng)計，我國62%的城市都發(fā)生過城市內澇，內澇災害年超過3次以上的城市有137座，最大積水深度超過50 cm的占74.6%，積水時間超過0.5 h的城市占78.9%，而其中的57座城市最大積水時間達12 h以上[3]。

所謂地下蓄水、排洪的防汛體系，是指修建于大深度地下空間內的地下大型蓄水排洪網(wǎng)絡，包含大深度大體積的排洪隧洞(地下人工河)、大型地下蓄水庫以及地下泵站和地下污水處理站等設施。它作為現(xiàn)有的城市排水與防洪體系的強有力補充，與原有的淺層地下排水管網(wǎng)一起，構成了城市高效、完備的疏排水和蓄、泄洪網(wǎng)絡。

(a)

(b)

(c)

圖10 加拿大蒙特利爾和多倫多市地鐵+公共服務設施

Fig. 10 Metro with public service facility in Montreal and Toronto, Canada

大深度地下蓄水排洪體系能夠發(fā)揮的4大功能[3]：

1)排水功能。當現(xiàn)有淺部地下排水管網(wǎng)超負荷時，打開大深度排水系統(tǒng)，使合流排水管道通過溢流排入深層排水隧道內，再通過大型地下泵站將水排入城區(qū)主要干流或大江、大海；

2)蓄水功能。在深層排水管網(wǎng)的終端設置閘門，利用大直徑隧道的巨大空間貯水；同時，興建大型地下蓄水庫，將雨季的大量降水引入水庫內儲存，以供旱季使用，從而大大提高城市水資源的合理利用率；

3)泄洪功能。對于洪澇災害較嚴重的江河下游城市，大型深層地下隧洞可以連通洪水流域上的主要河流，通過閘、閥門控制，將過量洪水引入地下隧洞內，再排入大江、大海，不使城市遭受淹、澇災害；

4)污水處理功能。在體系終端和蓄水庫旁興建大型地下污水處理站，將隧洞及水庫內的儲水進行凈化處理，其大部分可作為城市旱季供水循環(huán)使用，既節(jié)約土地，又可減輕二次污染。

國外蓄洪、泄水體系建設的典型案例有巴黎大深度下水道、慕尼黑市地下儲水庫、芝加哥市深隧蓄水、日本東京地下泄水神宮(見圖11)。其中，東京地下泄水神宮被譽為國內外最先進的地下泄洪系統(tǒng)。工程建成當年，相關區(qū)域遭水浸的房屋由當初最嚴重年份的41 544家減至245家；浸水面積由27 840萬m2減至65萬m2。

圖11 日本東京地下泄水神宮

“就地滯洪蓄水”城市防澇治理法制化方面，美國為解決城市防洪和雨水的再利用，設有強制性防城市內澇的法律。城市新開發(fā)區(qū)必須強制執(zhí)行“就地滯洪蓄水”，并制定了詳盡的城市內澇防范、治理措施以及問責手段。

以地下清潔水源形成覆蓋全市的應急供水/采灌網(wǎng)絡，應該是現(xiàn)代城市地下空間利用的另一項新作。上海市曾考慮擬新建/改造300多口地下深井，作為初始階段的先試點。這是因為： 1)上海水質安全風險較大。近年來，地面水污染事件頻發(fā)；地下水具有安全、啟動快的優(yōu)勢，經(jīng)過簡單處理就可供應為生活用水。2)上海市水務部門正與市規(guī)劃部門協(xié)商，將新建或改造的應急供水深井落實到相應的城市規(guī)劃中。3)將地下水列為戰(zhàn)略儲備水源。在重要公共場所，第1期擬新建(連改造)300余口應急供水深井。日后，更使之形成一張覆蓋全市的、以地下水為水源的應急供水網(wǎng)絡。4)應急供水深井按照采灌兩用井設計，平時可作為地面沉降防治設施用于地下水人工回灌，控制地面沉降；而遇突發(fā)性狀況時，則可作為應急供水設施向地面供水；緊急情況下，深井可通過應急供水管道向市內自來水泵房連續(xù)輸水。作為第1批試點，可供水80～120 m3/h。深井同時配置有除鐵、除錳以及消毒等水質處理設施，確保供水水質達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》。

今后，上海地下水的利用，將從常規(guī)供水向戰(zhàn)略儲備水源轉移，地下水將不再作為常規(guī)水源使用。一旦出現(xiàn)突發(fā)性事件，由市水務部門統(tǒng)一調度，解決當?shù)丶爸苓吘用窈椭匾O施的應急生活與工作用水。

3 地下空間利用的數(shù)字化技術及新技術、新工藝

3.1 地下空間利用中的數(shù)字化技術

地下空間數(shù)字化和BIM技術是針對地下空間進行的技術數(shù)據(jù)的自動采集與智慧感知、建立三維可視化與虛擬現(xiàn)實圖形圖像、數(shù)據(jù)管理與數(shù)據(jù)庫集成、信息網(wǎng)絡集成、智能預測與控制分析等技術手段于一體的總稱。地下空間數(shù)字化研究已經(jīng)成為全面掌控城市地下空間資源利用現(xiàn)狀和預測所必備的技術手段，是地下空間合理規(guī)劃與有效利用的有力技術支撐；同時，也是進行地下工程施工安全控制、防災減災的一項重要技術措施。

通過網(wǎng)絡技術、數(shù)據(jù)庫技術，地下工程的施工監(jiān)測與養(yǎng)護等相關數(shù)據(jù)信息可以實時上傳、匯總、搜索、查詢、分析和調用。如遇結構滲水、裂縫、過度大變形等病害情況，也都在工作人員的實時掌控之中。

為提高維護和監(jiān)測效率，可以建立一個涵蓋勘查數(shù)據(jù)管理、施工數(shù)據(jù)管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理、養(yǎng)護計劃輔助管理以及病害統(tǒng)計分析、病害治理、健康評估、三維瀏覽等功能的數(shù)字化平臺。這在國外，被稱為地鐵“數(shù)字化博物館”。

3.2 分散式小型井筒式智能地下車庫修建技術

在狹小的居民小區(qū)空地上，修建分散式小型井筒式智能地下車庫(指調度、出入、電梯井上下、車輛就位等均可自動操作，見圖12)，可考慮引進德國海瑞克公司生產(chǎn)的VSM (vertical shaft sinking machine)掘進開挖系統(tǒng)，見圖13。

該設備在德國、美國和俄羅斯等國家已經(jīng)采用，掘進里程達3 000 m。豎井最大直徑16 m，深度達48～60 m，可停放小車80～150(200)輛；經(jīng)智能化管理后，僅需1～2名進、出車輛調度管理人員。

圖12 井筒式小型智能地下停車庫示意圖

圖13 VSM系統(tǒng)施工現(xiàn)場實景圖

3.3 城市綠地地下深部暗挖式加建和擴建地下車庫新技術

上海市長寧區(qū)，計劃于中山公園1號門南側修建一處地下3層的地下車庫空間，工程占地面積約1.4萬m2；地下空間建筑面積約4.2萬m2；地面大范圍為中山公園綠地，有多顆古樹名木(200多株大直徑喬木)要求保護。

項目涉及軌道交通2號線及地鐵車站的安全保護問題(地下主體距2號線區(qū)間最近處僅30 m，規(guī)定應≤50 m)。為此，在開挖施工、信息化監(jiān)控方面要有新的舉措。

3.4 基坑、地下結構改造、盾構、頂管、沉管新技術、新工藝

規(guī)模宏大的地下空間，其平面尺寸大、局部基坑的埋深也大，遇到土質松軟又有高承壓水頭的困難條件，加之淤泥質土的觸變性和時效流變，給基坑和盾構開挖、坑壁圍護和降排水都帶來許多困難，需采用新技術、新工藝。

3.4.1 基坑工程

1)工程周邊環(huán)境的施工維護，在基坑施工中多數(shù)仍要保證正常運營；

2)在開挖與支護工序交替的時間差間歇期，容易導致地面裂縫，甚至一定范圍坍塌(地陷)；

3)順作、逆作相結合的基坑開挖新工藝；

4)利用土層錨桿/土釘墻代替?zhèn)鹘y(tǒng)圍護墻結構，在飽水軟土中的工程試驗；

5)數(shù)個緊鄰基坑同步開挖新工藝(世博園B片區(qū)央企總部辦公樓基坑)；

6)地塊外形呈特殊的非矩形、不規(guī)則多邊形的基坑開挖、支護新工藝。

3.4.2 地下結構改造

已建地下室結構，經(jīng)改造、變換為地鐵車站的二次開發(fā)新工藝(在缺乏事先的更改規(guī)劃預案情況下)，施工鑿除工程量大，容易導致裂縫事故(深度約30 m的上海地鐵9號線徐家匯站)。

3.4.3 盾構、頂管施工

1)盾構掘進穿過樁基時的切樁技術(深圳地鐵)；

2)地鐵區(qū)間隧道采用雙園盾構(Double-O，上海市早年試點區(qū)間用過幾處)和類矩形盾構(寧波地鐵3號線)研制與其掘進工藝；

3)超大斷面矩形頂管研制和頂進工藝(鄭州中州大道)；

4)加壓泥水盾構成功穿越江底復合地層(帶壓/常壓出艙換刀)新工藝(南京緯三路φ15.5 m穿越長江雙層4線道路盾構隧道)；

5)DSUC型雙護盾構用于青島地鐵2號線。

3.4.4 沉管施工及其他

1)港珠澳大橋島隧(沉管)工程的成功實施；

2)水平旋噴工藝在杭州軟土紫之隧道開挖施工中的有效采用等。

4 我國城市地下開發(fā)利用的若干進展、問題和思考

4.1 我國城市地下開發(fā)利用的進展

1)與國外相比，除個別情況外，我國城市地下空間開發(fā)的規(guī)模和范圍總體上仍然有限，其建設功能、效益上的理念也不同。目前發(fā)展已比較成熟的是軌道交通地鐵、地下停車庫、地下商場/商業(yè)街、地下步行街(主要是過街地道)、各種地下管線/管道(非開挖技術,trenchless technology)和地下綜合管廊(共同溝)等。

2)科學規(guī)劃和合理開發(fā)利用城市地下空間，今后不再只是接待過往游客，它將吸引越來越多的人到地下去休閑、養(yǎng)生、健身、購物、工作和學習。

3)功能復雜的地下商業(yè)綜合體，加之它與地下快速軌道交通系統(tǒng)相結合的地下商業(yè)街系統(tǒng)，將構成規(guī)模宏大的地下商城，這是當前國內不少大城市追求發(fā)展的主要對象。

4)地下建筑內部空間的環(huán)境質量、防災救援措施以及運營維護管理等幾個重要方面，近年來在國內也都達到了較高水平。

5)各種地下市政設施，從傳統(tǒng)的淺層地下供排水(上、下水)、煤氣、市政與信息電纜和光纜管網(wǎng)等地下綜合管線廊道(共同溝)，進一步發(fā)展到深部地層內的地下大型蓄洪、供排水系統(tǒng)、地下大型旱季供水及污水處理系統(tǒng)、地下大型能源(煤氣、石油天然氣)供應系統(tǒng)、地下生活垃圾填埋和處置與回收系統(tǒng)等，近年來在一些城市也都有了一定的試點和采用(其中，城市排洪防澇、蓄供水抗旱系統(tǒng)，已先后在廣州和上海兩市進行建設)。

6)從各種地下市政管網(wǎng)發(fā)展到不同的政府信息纜線、地下信息網(wǎng)絡等，改用非開挖技術也均有了長足的發(fā)展。

總之，我國城市地下空間的開發(fā)和利用現(xiàn)已呈現(xiàn)出空間上多層次化和功能上多樣化的特征，見圖14。

圖14 立體化和功能多樣化的城市地下空間開發(fā)

Fig. 14 Three-dimensional and functional urban underground space development

4.2 我國城市地下開發(fā)利用存在的問題

隨著我國城市化水平的提高，交通擁堵、土地資源匱缺、環(huán)境污染和生態(tài)失衡等諸多問題相伴而生；而機動車流量猛增，又帶來了有關的碳排放、噪聲和夜間光污染。我國城市粗放式快速發(fā)展，帶來了不少負面的“城市病”問題。

合理開發(fā)利用城市地下空間是推動城市經(jīng)濟與環(huán)境、資源相協(xié)調發(fā)展的重要一環(huán)，它在解決城市人流擁堵(指修建地鐵)、疏解地面車流(指修建城市地下道路和地鐵)、提高土地集約化利用以及改善環(huán)境污染等方面都可以發(fā)揮巨大作用。地下空間資源開發(fā)的優(yōu)勢和問題還反映在“地下城”中的晝夜溫差和季節(jié)性溫差都比較小，在地下城中還可以免受各種氣象災害的困擾。

當前，制約城市地下空間資源開發(fā)的5個重要因素是初期投入大、效益空間不夠理想、功能特色發(fā)揮不夠、運營安全與防災以及節(jié)能減排與環(huán)保問題。在火災、爆炸、汛期水淹等災害發(fā)生時，地下城中人們受到的傷害可能會更大。

今天，城市地下空間已經(jīng)告別了感官不適、潮濕陰冷(如早年建成的許多人防設施)的時代，功能便捷、采光敞亮、環(huán)境宜人的地下空間已為市民所認可，但在視覺美感和對舒適度的追求方面有望再上一個臺階，即把自然陽光有效地導入到地下空間內，培育生機勃勃的植物/地下人造綠地等。

4.3 對我國進一步建設和發(fā)展城市地下空間的若干思考

1)軌道交通是城市地下空間的核心，也是主體骨干。選擇若干地鐵車站周邊的地下空間進行商業(yè)開發(fā)，并關注早年已建成的各類人防工程的平時利用；再與周邊大樓地下室連通搞活，形成全市中心城區(qū)全覆蓋的地下交通聯(lián)絡網(wǎng)，是緩解地面人流、車流和大氣污染的最佳方案。

2)城市地下空間不只是商業(yè)街和地下超市，它主要是一種為近期和長遠設想的社會公益行為，要把側重點放在它的社會效益方面。同時還要求建設好地下休閑步行街、健身養(yǎng)生場所和各種娛樂活動中心以及分散式的地下中小型車庫，以構成地下全方位的綜合體，成為大城市不可或缺的重要組成部分——三維城市布局。

3)在有必要和有條件的城市，為進一步緩解、分流地面擁堵的大量“車流”，可以再進一步考慮修建地下道路系統(tǒng)，使之與地鐵(主要為緩解地面“人流”，當然也就疏解了部分地上“車流”)兩者相互有機結合，成為整體的地下城市交通系統(tǒng)。上海市正在修建“北橫通道”的地下道路交通，將形成市中心城區(qū)建成“兩縱兩橫”的地下道路網(wǎng)。其中，外灘地下通道已建成多年，對疏解外灘地面交通的成效十分卓著。

4)對于市內一些高層大廈的辦公樓，利用其多層地下室，改建、新建成在全中心城域分散設置的中小型地下停車庫，并使大樓地下電梯井與附近的地鐵車站用“地下聯(lián)絡通道”相互連通，使之能更好地方便人們上、下班，是疏解早晚時段地面車流、人流擁堵的最佳方案(也就是人防術語： 戰(zhàn)時需要的“連通搞活”)。

5)以人員活動為主的場所，要盡可能設計成淺埋和超淺埋，以方便居民和大客流進出地下并節(jié)約電耗。

6)要盡多利用下沉式廣場和多個大型出入口，以吸收天然光照。自然采光使人們的感官上更舒適，又節(jié)能環(huán)保，消除地下抑郁感。

7)建議由城市規(guī)劃作為主要部門，牽頭軌道交通和人防/民防部門三位一體地制定三維城市總體規(guī)劃(指：①地面建(構)筑物、高架、環(huán)線；②地面道路交通；③地鐵與各類地下空間)，使建設綜合性的城市地下空間資源得到更大程度的開發(fā)和利用，是十分必要的，也是合理和有效的，這方面情況還有待改進和完善；分頭逐個落實近期5年內的具體執(zhí)行計劃，讓市民看到并享受實惠，再進一步夯實下步規(guī)劃，作為逐年逐步落實施行的基礎。

8)亟待逐步建立、規(guī)范、明確關于我國地下空間建設的土地管理模式(集約化綜合開發(fā)利用)、所有權、使用權、管理權，及其開發(fā)戰(zhàn)略、主管開發(fā)部門、方針政策；還有地下空間開發(fā)利用總體規(guī)劃的編制、運營管理體制、建設標準、技術標準、設計施工規(guī)程等各項重大決策性事項，都是當務之急?！豆?jié)約集約利用土地規(guī)定》內容解析見圖15。

圖15 《節(jié)約集約利用土地規(guī)定》內容解析

Fig. 15 Content parsing forCodeforEconomicalandIntensiveLand

5 結論和建議

1)做好開發(fā)利用城市地下空間總體規(guī)劃，事先要有充分調研，它關系到今后發(fā)展的全局效益。

2)找準地下空間各項開發(fā)項目的功能定位，落實逐步有序發(fā)展的規(guī)劃，使日后不留隱患和遺憾。如以地下車庫為例，目前要多方設法先修建幾處分散式、中小型、智能化的地下停車庫，視其效果情況再在市中心的各個大區(qū)逐步推開，以緩解目前中心城區(qū)地面停車難題。

3)以人員活動為主的地下設施的“埋深”要盡可能地淺，以方便出入。一般宜以地鐵為主軸，并與各類不同功能的地下空間相互結合進行，并最好盡多與地鐵車站附近的大樓地下室/電梯井相互連通。

4)運營安全、通風除濕、照明節(jié)電(盡多利用天然采光、智能LED)、低碳節(jié)能和減排環(huán)保，是城市地下空間現(xiàn)代化的5大要素。它是進一步開發(fā)利用好地下空間的關鍵要害。

5)當前，制約地下空間開發(fā)的5個重要方面： 初期投入大、效益回報不夠理想、各項社會功能發(fā)揮尚不充分、大客流條件下長期運營的安全以及節(jié)能減排和環(huán)保問題等，都亟需結合當?shù)貙嶋H條件逐項妥慎研究，有序解決落實。

6)規(guī)劃實施上可以以近期為主，中遠期先只粗線條地研究即可，讓政府和市民見到實效，再求進一步逐個完善，依次推開施行。

7)功能定位上要重視社會效益，它是政府行為，但歡迎民間資本。除商業(yè)設施外，要視條件增設向地下發(fā)展的公益功能(諸如健身、休閑和文娛等方面)，這些方面與國外比有諸多不足。

8)力戒華而不實的奢侈裝修，提倡采用簡樸而具有高阻燃性的耐火性飾面材料。

9)地鐵車站和地下廣場等人流聚集地，要加強防災、消防、防擁堵(致發(fā)生踩踏)和防爆燃等安全設施，改裝可方便緊急時拆卸的進出口轉動門，完善急用供電和照明。

10)城市地下道路要設法解決好市區(qū)內集中排廢(汽車尾氣CO和CO2)和設置進出匝道的難題。

11)地下空間的運營安全，重在預防。要建設功能齊全而又嚴密完善的整套交通、人流地下監(jiān)控設施，不留死角和盲點，將災情消滅于萌芽之初，決不容許蔓延成災。

6 致謝

重慶市江北區(qū)北城天街城市地下空間開發(fā)項目素材由承投資方中信國安重慶城市發(fā)展有限公司提供，在此表示感謝。