孫芳 許令順 楊英 方芳

摘 要：城市空間資源的不足限制了城市建設(shè)和發(fā)展，城市地下空間的開發(fā)與利用在城市建設(shè)和發(fā)展中發(fā)揮著越來越重要的作用，但由于城市地下空間的特殊地理位置和復(fù)雜功能，地下空間的管理長(zhǎng)期處于被忽略的位置。針對(duì)城市地下空間具有隱蔽性、復(fù)雜性、易破壞性等特點(diǎn)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，將地下空間面臨的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類，并進(jìn)行專門性監(jiān)測(cè)和統(tǒng)一管理，建立具有風(fēng)險(xiǎn)隱患提前預(yù)警、安全事件及時(shí)報(bào)警和應(yīng)急指揮輔助決策的監(jiān)管系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：城市地下空間;風(fēng)險(xiǎn);監(jiān)管系統(tǒng);公共安全;網(wǎng)絡(luò)傳輸;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

中圖分類號(hào)：TP39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2095-1302（2020）01-000-03

0 引 言

隨著人口急劇增長(zhǎng)，城市規(guī)模迅速擴(kuò)大，城市地上可利用土地資源逐漸緊張。20世紀(jì)70年代后期，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家將地表下由天然形成或人工開發(fā)形成的地下空間[1]視為資源，大力發(fā)展各類地下建筑工程。縱向看，地下空間是城市地面基礎(chǔ)設(shè)施的主要載體;橫向看，地下空間可提供城市建設(shè)的利用空間，地下空間又是城市發(fā)展的二次土地資源。地下空間的開發(fā)和利用是城市建設(shè)的重要組成部分，是改善城市環(huán)境、提高城市容量的重要手段，是實(shí)施社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要資源。據(jù)2016年7月發(fā)布的《2016—2022年中國(guó)地下空間開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)深度調(diào)研及市場(chǎng)前景預(yù)測(cè)報(bào)告》顯示，我國(guó)可供合理開發(fā)的地下空間資源量達(dá)3 873.60億立方米。

人類開發(fā)利用地下空間具有悠久的歷史，城市地下空間的發(fā)展經(jīng)歷了一個(gè)從自發(fā)利用到自覺開發(fā)、從被動(dòng)走向主動(dòng)的漫長(zhǎng)過程[2]。遠(yuǎn)古時(shí)期，遠(yuǎn)古人類擇天然洞穴為居，躲避寒暑風(fēng)雨和猛獸侵襲。7 000～5 000年前，出現(xiàn)了人工挖掘的居住洞穴和向地表延伸的擁有簡(jiǎn)單屋頂?shù)陌氲匮ā? 000多年前的窯洞文化是人類定居生活的活化石。

我國(guó)城市地下空間的開發(fā)起初是以戰(zhàn)備為主要目的的人防工程，如地道網(wǎng)。北京地鐵基于戰(zhàn)爭(zhēng)疏散和城市交通思想，是中國(guó)首次開發(fā)和利用城市地下空間。

國(guó)外城市地下空間的開發(fā)利用起步較早的有日本、美國(guó)、歐洲等。從1863年建成使用的倫敦地鐵到西方城市線性城市、雙層城市、垂直城市等理論概念的提出與實(shí)踐[3]，伴隨著人類社會(huì)發(fā)展的歷史過程，地下空間呈現(xiàn)出不同的模式和特征。

圖1展示了一個(gè)將現(xiàn)代化城市空間發(fā)展向地表下延伸的多功能 “地下城”。分層布置構(gòu)筑物，以地下交通設(shè)施為主要聯(lián)系通道，顯示出地下空間強(qiáng)大的可疊加性，統(tǒng)一規(guī)劃，使相對(duì)獨(dú)立的地下空間體現(xiàn)出發(fā)展的完整性、優(yōu)越性。

此外，地下空間的發(fā)展也是由于地下空間的環(huán)境性質(zhì)與地上空間不同，地下環(huán)境恒溫恒濕的特性有利于糧食、酒類的長(zhǎng)期保存，我國(guó)古代將糧倉(cāng)（如隋代洛陽的含嘉倉(cāng)）等建在地下。

目前城市地下空間發(fā)展方向主要包括地下建筑、地下商業(yè)、地下管線、地下管廊、地下隧道、地下交通、地下物流、人防工程、應(yīng)急防災(zāi)等基礎(chǔ)設(shè)施。地下建筑包括居住建筑、公共建筑以及各種公共基礎(chǔ)設(shè)施[4]、地下倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施及容納市政管線的廊道設(shè)備等。地下商業(yè)和地下市政設(shè)施可相互連接成動(dòng)態(tài)交通網(wǎng)，具有“平戰(zhàn)”雙重功能的人防工程[5]為城市發(fā)展保駕護(hù)航。城市地下空間的功能方向見表1所列。

同時(shí)，城市地下空間大開發(fā)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如地下開挖技術(shù)[6]、地下空間安全、地下空間利用戰(zhàn)略、地下空氣污染等，涉及規(guī)劃、法規(guī)、消防、結(jié)構(gòu)、管理[7]、環(huán)境、心理等方面，這些挑戰(zhàn)導(dǎo)致地下空間利用存在交錯(cuò)混亂、相互影響等隱患。

1 城市地下空間面臨的安全風(fēng)險(xiǎn)

地下空間建筑與城市地面街區(qū)功能相同，與地面相比，地下建筑環(huán)境具有封閉特性，如果室內(nèi)濕度較大，不僅會(huì)引起悶熱不適等生理反應(yīng)，還將有助于蚊、蠅害蟲及霉菌繁殖生長(zhǎng)。另外，地下空間應(yīng)特別注意CO，CO2濃度，放射性物質(zhì)含量和灰塵、氣味等。

目前地下空間的迅速發(fā)展大多以軌道交通系統(tǒng)（地鐵、輕軌）、地下商場(chǎng)（商店、停車場(chǎng)）和相互連通區(qū)域（地鐵不同線路的換乘點(diǎn)）等多個(gè)復(fù)雜對(duì)象為綜合體，不具有單一環(huán)境，所涉及的危險(xiǎn)風(fēng)險(xiǎn)源種類雜、數(shù)量多[8]，風(fēng)險(xiǎn)因子在封閉的地下空間內(nèi)互相作用、共同影響，易導(dǎo)致災(zāi)害鏈的形成，耦合事故聯(lián)動(dòng)可能性大。同時(shí)由于城市地下空間人員聚集，一旦發(fā)生事故，人員擁擠、疏散困難、施救難度大，人員傷亡風(fēng)險(xiǎn)高。

城市地下空間的安全事故不僅危及地下空間和地下、地面消費(fèi)者，還會(huì)危及與地下空間相連的區(qū)域，甚至波及更大范圍，對(duì)周邊居民、行人的生命和財(cái)產(chǎn)安全形成威脅[9]，安全事故將直接損害城市的公共安全。

地下空間存在的風(fēng)險(xiǎn)事故包括火災(zāi)、水災(zāi)、施工事故、爆炸事故、坍塌事故、內(nèi)容物泄露、地下空間交通事故等，還有可能發(fā)生人為破壞行為如恐怖襲擊等犯罪行為，表2展示了城市地下空間的風(fēng)險(xiǎn)事件。爆炸、火災(zāi)、有害氣體污染容易相互轉(zhuǎn)變，引發(fā)衍生事故。泄露事故易造成火災(zāi)、爆炸和空氣污染，爆炸事故引起火災(zāi)和破壞結(jié)構(gòu)并造成粉塵顆粒污染，火災(zāi)引起爆炸并造成空氣污染，地震往往伴生有火災(zāi)和洪災(zāi)，一旦水災(zāi)破壞了地下設(shè)備便將影響交通和通信等方面，而施工事故會(huì)引起火災(zāi)和爆炸[10]。

城市地下空間火災(zāi)原因主要包括設(shè)備及電路路障、人為因素（管理失誤及破壞等）和自然因素（雷擊）。一旦地下空間發(fā)生火災(zāi)，尤其是人員密集的場(chǎng)所，將會(huì)出現(xiàn)人員疏散難度大和應(yīng)急救援困難等狀況，且伴隨有斷水?dāng)嚯娀虿忍な鹿省?/p>

地下空間水災(zāi)事故的主要原因是暴雨積水、洪澇災(zāi)害等。全球變暖使海水溫度升高，水循環(huán)加快導(dǎo)致降雨量增多[11]，大暴雨等極端降水頻率加大。大量降雨使得地下建筑物周圍的地下水位上升，引起地下空間“超標(biāo)”潮濕;嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)茐慕ㄖY(jié)構(gòu)，影響地下空間和承載的地面建筑物的安全。

近年來我國(guó)城市洪澇災(zāi)害頻發(fā)，具有形成范圍廣及發(fā)生頻率高等特點(diǎn)[12]。洪澇一旦發(fā)生，水由地下建筑物的入口迅速到達(dá)地勢(shì)偏低的多層地下空間，甚至相連通的地下空間[13]，將直接造成地下設(shè)備和儲(chǔ)存物資的損壞甚至人員傷亡。

地下空間結(jié)構(gòu)受周圍不利地質(zhì)條件的影響，如地下水滲漏、地震以及其他不良地質(zhì)作用等，都會(huì)引起沉降、崩塌等事故[14]。另外，近年來大規(guī)模的城市地下空間開發(fā)導(dǎo)致原有地層應(yīng)力的集中與重分布，對(duì)地面原有建筑物的安全及圍巖的穩(wěn)定性造成威脅[15]，由此引起的地面沉降問題也逐漸顯現(xiàn)。

2 城市地下空間監(jiān)管系統(tǒng)介紹

地下空間安全監(jiān)管的目的是預(yù)防事故發(fā)生，或事故發(fā)生后最大程度阻止事態(tài)擴(kuò)大，減少損失。地下空間安全監(jiān)管系統(tǒng)包括地下空間風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)、地下空間安全監(jiān)管應(yīng)用系統(tǒng)三部分。

2.1 地下空間風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

地下空間風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)針對(duì)地下空間面臨的風(fēng)險(xiǎn)，構(gòu)建“天空地”立體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)。針對(duì)每一類風(fēng)險(xiǎn)，監(jiān)測(cè)的類型包括多個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)隱患及時(shí)發(fā)現(xiàn)、事件實(shí)時(shí)報(bào)警和科學(xué)分析的數(shù)據(jù)支持，具體內(nèi)容如圖2所示。

2.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)包括前端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸以及地下空間監(jiān)管系統(tǒng)與各管理單位之間的網(wǎng)絡(luò)。如圖3所示，可以通過無線由地下空間現(xiàn)場(chǎng)向監(jiān)管中心的網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)，如3G/4G，GPRS，NB等，也可以通過專線方式進(jìn)行傳輸。地下空間監(jiān)管中心通過專線與各地下空間使用管理單位進(jìn)行信息傳輸。

2.3 地下空間安全監(jiān)管應(yīng)用系統(tǒng)

地下空間安全監(jiān)管應(yīng)用系統(tǒng)包括地下空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、地下空間運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、地下空間運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警分析和地下空間安全事件綜合處置。

（1）地下空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)是將地下空間從規(guī)劃到建設(shè)和運(yùn)行的全周期數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)更新和維護(hù)，保證數(shù)據(jù)的時(shí)效性，具體包括地下空間的類型、基礎(chǔ)地理信息、日常維護(hù)維修信息等。

（2）地下空間運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是在地下空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之上顯示傳感器數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)展示地下空間的運(yùn)行狀態(tài)。

（3）地下空間運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警分析是根據(jù)對(duì)每類監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)置的閾值，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過閾值后對(duì)地下空間的運(yùn)行異常和發(fā)生的危險(xiǎn)源進(jìn)行報(bào)警。

（4）地下空間安全事件綜合處置是當(dāng)?shù)叵驴臻g出現(xiàn)安全問題后，通過綜合分析，提出地下空間安全問題處置的建議及應(yīng)急處置方案。

3 結(jié) 語

在以往我國(guó)的城市管理中，存在“重地上、輕地下”的現(xiàn)象，在城市地下空間發(fā)展迅速、地下空間各類風(fēng)險(xiǎn)事故頻發(fā)的背景下，城市管理必須更多地向地下轉(zhuǎn)移，因此，期待各城市管理單位設(shè)置地下空間管理部門，對(duì)城市地下空間進(jìn)行綜合管理，解決多頭管理和管理缺位的問題。地下空間管理部門的具體工作職責(zé)包括地下空間統(tǒng)籌規(guī)劃和地下空間的日常管理。前者指地下空間建設(shè)需提前進(jìn)行申請(qǐng)，然后地下空間管理部門根據(jù)地下空間的利用安全性、經(jīng)濟(jì)性等原則對(duì)申請(qǐng)進(jìn)行評(píng)估，統(tǒng)籌規(guī)劃全市地下空間建設(shè)，既可避免工程擾動(dòng)對(duì)已有地下建筑物的影響，也可避免空間資源浪費(fèi)、整體空間功能布局不合理、空間利用效率低下等問題，強(qiáng)化地下空間開發(fā)對(duì)城市發(fā)展的積極促進(jìn)作用。后者指負(fù)責(zé)地下空間日常的安全管理、環(huán)境管理等工作。對(duì)城市地下空間安全進(jìn)行全方位識(shí)別、合理估測(cè)評(píng)價(jià)，建立有效的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警管理機(jī)制以預(yù)防風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生，制定切實(shí)可行的應(yīng)急預(yù)案以降低風(fēng)險(xiǎn)事故的危害，從而達(dá)到安全利用地下空間的目的。

將“智慧”“信息化”等先進(jìn)的技術(shù)手段應(yīng)用于地下空間監(jiān)管，做好地下空間基礎(chǔ)信息的采集與處理，依托地下空間智慧化平臺(tái)為城市地下空間的規(guī)劃、建設(shè)、管理等提供智慧決策。對(duì)地下空間范圍內(nèi)的建筑、結(jié)構(gòu)、供熱、通風(fēng)、空調(diào)、給排水和電力照明等實(shí)現(xiàn)可視化表達(dá)及展示，實(shí)現(xiàn)感知-傳遞-智能控制功能，為事故現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急指揮與決策以及事故發(fā)生后的搶險(xiǎn)與遷移等提供信息與輔助支持，提升地下空間安全防控水平，為地下空間規(guī)劃、建設(shè)和管理提供強(qiáng)有力的決策依據(jù)。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]趙奎濤，胡克，賈曉晴.城市地下空間的屬性與權(quán)屬討論[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2008（2）：222-225.

[2]鄭懷德.基于城市視角的地下城市綜合體設(shè)計(jì)研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[3]袁紅，沈中偉.地下空間功能演變及設(shè)計(jì)理論發(fā)展過程研究[J].建筑學(xué)報(bào)，2016（12）：77-82.

[4]徐輝，李曉昭，車晶.不同階段地下空間開發(fā)的功能配比研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2016，12（3）：573-580.

[5]王波.城市地下空間開發(fā)利用問題的探索與實(shí)踐[D].北京：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)，2013.

[6]朱大明.“地下空間學(xué)”學(xué)科體系引論[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2011，7（4）：619-627.

[7]陳曉強(qiáng)，錢七虎.我國(guó)城市地下空間綜合管理的探討[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)， 2010，6（4）：666-671.

[8]賀俊杰，楊君濤，王曦，等.城市軌交聯(lián)通型地下空間火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究[J].消防技術(shù)與產(chǎn)品信息，2018，31（10）：5-9.

[9]趙麗琴.基于外部性理論的城市地下空間安全管理問題研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2011.

[10]李英民，王貴珍，劉立平.城市地下空間多災(zāi)種安全綜合評(píng)價(jià)[J].河海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，39（3）：285-289.

[11]浦偉慶.城市地下空間防洪與對(duì)策研究[J].水運(yùn)工程，2008（10）：223-228.

[12]王夢(mèng)恕，王永紅，譚忠盛.我國(guó)智慧城市地下空間綜合利用探索[J].北京交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，40（4）：1-8.

[13]陳峰，劉曙光，劉微微.城市地下空間地面洪水侵入成因和特征分析[J].長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2018，35（2）：38-43.

[14]何靜，李瀟，白凌燕.北京市東城區(qū)地下空間開發(fā)利用的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)分析[J].地下空間與工程學(xué)報(bào)，2013，9（z1）：1465-1472.

[15]米明昊.城市地下空間開發(fā)與設(shè)計(jì)的探析[J].山東工業(yè)技術(shù)，2019（11）：125.