地下空间开发知多少

近年来，我国城市粗放式的快速发展，使城市GDP获得了突飞猛进的提高，但也带来了许多令人头疼的问题，比如土地紧缺、交通拥堵、环境污染等。当人们为地上空间的这些城市综合症头疼不已的时候，不由会把开发方向对准地下空间。但地下空间资源有什么特征？我国开发地下空间的历史？又比如开发地下空间的技术和途径有哪些？我们应该如何开发地下空间呢？这些疑问小编将为你一个个“消灭”。

地下空间资源的特点

所谓地下空间是指在地表以下的、天然形成的或人工开发形成的空间。除地下溶洞和地下暗河等通过自然力作用形成的地下空间外，其他地下岩土都是实体，并不存在空间。所以，自然状态下的地下空间资源只是一种潜在的资源，而且是一种不可再生的且储量较丰富的宝贵资源。

科学开发利用和管理好地下空间资源，首先要正确认识这一资源的四大特点。一是资源的潜在性。二是环境的互补性。地下空间具有隔离性、隐蔽性、恒温恒湿性、稳定性等特点，这些特点是地面空间所不具有的，因而具有互补性。三是效益的综合性。地下空间开发利用后一般表现为综合效益，包括经济效益、社会效益、环境效益和防空防灾效益。四是建设的不可逆性。表现在：浅层地下空间开发不可能在地面高层建筑完工后进行，必须同步开发；完工后的处于岩土介质包围中的单个建筑不可能像地面建筑那样容易拆除和改建；群体地下建筑完工后其布局不合理也无法进行调整。因此，不仅地下建筑设计要考虑好方方面面的需要，进行精心设计，而且地下空间开发利用规划也必须具有整体性、协调性和前瞻性。

地下空间资源的开发特征

1863年，英国伦敦地铁的建成及运营是人类近代史上大规模开发利用城市地下空间的里程碑，也是城市现代化的重要标志之一。从那以后，城市地下空间的开发得到了长足的发展。

地下空间的开发呈现空间上多层次化、功能上多样化的特征。

地下建筑从大型建筑向地下的自然延伸发展到复杂的地下综合体，再到与地下快速轨道交通系统相结合的地下街系统。与此同时，地下建筑的内部空间环境质量、防灾措施以及运营管理都达到了较高的水平。

地下市政设施从地下供、排水管网发展到地下大型供水系统，地下大型能源供应系统，地下大型排水及污水处理系统，地下生活垃圾的清除、处理和回收系统，以及地下综合管线廊道。

地下空间的开发规划从专项规划入手，逐步形成系统的规划；从城市中某个区域的综合规划入手，走向整个城市和某些系统的综合规划。地下空间的开发呈现出空间上多层次化、功能上多样化的特征。

地下综合管线廊道，是指将设置在地面、地下或架空的各类公用管线集中容纳于一体，并置于地下，同时留有供检修人员行走通道的隧道结构。北京中关村西区的公共设施地下部分共有3层，总建筑面积超过40万平方米，分为综合环廊部分和空间开发部分。其中综合环廊地下一层为车道，构成西区的交通大动脉；地下二层为物业用房；地下三层为水、电、气、通信等能源信息管廊，为各地块建筑物开发提供了良好的公共设施支持。

系统发达的地下步行道系统，把地下快速轨道交通和商业串联在一起，不仅改善交通、节省用地，还改善环境、保证了恶劣气候下生活的便利。加拿大多伦多的地下步行道系统，以其庞大的规模、方便的交通、综合的服务设施和优美的环境享有盛名。该系统共有4个街区宽、9个街区长，地下连接了停车库、旅馆、电影院和购物中心，还连接着市政厅、联邦火车站、证券交易所、地铁车站和30座高层建筑的地下室。此外，该地下步行道系统中还布置了几处花园和喷泉，共有100多个地面出入口。

大型地下综合体地下空间的开发在旧城的改造再开发中发挥重要作用。法国巴黎的列・阿莱地区曾经是一个交通拥挤的食品交易和批发中心，经过成功改造后，它变身为一个多功能的以绿地为主的公共活动广场，其中的商业、文娱、交通、体育等多种功能设施被安排在广场的地下空间，形成一个大型地下综合体。该综合体共4层，总面积超过20万平方米。

城市地下空间的开发可保护环境和景观，法国巴黎卢浮宫扩建工程就是保护古典建筑的成功典范。设计师巧妙地利用拿破仑广场下的地下空间，使古典建筑向地下自然延伸，不仅拓宽了卢浮宫博物馆的展览空间，还为卢浮宫增添了独具特色的“金字塔”风情――在广场中央和两侧设置了3个大小不等的锥形玻璃天窗。

地下工程的关键技术

我国在地下空间开发过程中，发展了非常成熟的地下工程技术，其中具有代表性的是下列三项技术：

1.明挖技术（基坑技术）

随着我国地下空间的发展，地下工程建设项目的数量和规模也迅速增大，产生了大量的深基坑工程，并形成了种类齐全的多种基坑围护开挖技术。基坑工程的设计理论、计算方法也得到不断改进，基坑工程的设计规范也有一定的发展。上世纪90年代以来，基坑工程规模不断加大，深度不断加深，与建筑物等已有设施距离越来越近，推动了深基坑工程的设计向更高水平迈进，使我国基坑工程的设计施工进入环境设计阶段，促进了时空效应基坑工法的生产与应用，并达到国际领先水平。

2.暗挖技术（以隧道设计施工技术为代表）

在我国，大量的线形地下空间均是以暗挖法形成的。其中两项关键技术，适于软土（岩）地区的盾构法与适于硬土（岩）地区的新奥法（及矿山法）在我国均有较大的应用与发展。

3.托换技术

我国城市的密集与空间的紧张，在地下空间开发利用中，遇到大量的设施冲突、空间交叉及文物和环境等需要保护的情况，由此促进了托换技术的发展。托换技术是解决对原有建筑的地基需要处理和基础要加固的问题，和解决在原有建筑基础下需要修建地下工程以及邻近需要建造新工程而影响到原有建筑物的安全等问题的技术总称。

开发地下空间的意义

有利于集约使用城市土地资源，拓展发展空间。地下空间开发利用，可使城市的部分功能由地上转入地下，实现由“二维”向“三维”转变，能够极大地提高城市土地的空间利用率，缓解城市发展与土地资源紧张的矛盾。实践表明，充分合理开发城市地下空间，至少可增加城市空间面积30%左右。

有利于发展城市低碳经济，节约能源。地下空间具有一定的恒温保温性，地下建筑物能量消耗比地面建筑明显要少。有资料显示，地下建筑相对于地上建筑的节能率，服务性建筑可达60%，仓库达到70%。此外，地下空间独具的热稳定性和封闭性，对贮存某些物资极为有利，如地下油库、粮库和冷藏库等，其中地下冷库比地面的运行费用低25%～50%。

有利于市政设施优化，缓解城市交通矛盾，有利于改善城市生态环境。近年来，城区行车难、停车难、行路难等问题日益突出。如能科学地开发利用地下空间，特别是合理修建地铁、隧道和地下过街人行道、商业街、地下停车场等，将会较好地解决此类问题。

有利于经济繁荣，增加就业岗位。地下空间有效开发利用，不仅方便了群众生活，还可大大增加就业岗位，改善和促进民生。例如，哈尔滨市建成了23个地下商业街，总面积达80万平方米，年营业额超过30亿元，解决13万人就业。

有利于防空防灾一体化建设，提升城市综合防护能力。地下空间相对于地面上难以抗御的外部灾害，如战争空袭、地震、风暴等，有较强的防御能力，可以作为灾害时的避难空间、防灾物资的储备仓库及救灾安全通道和疏散通道等。如1976年唐山大地震，地面死亡人员达25万人，而在地下空间（矿山）作业的2.5万人无一伤亡。同时，随着现代城市的高密度化和生活水平的高标准化，城市生命线工程的供给设施、管线建设越来越多，如果结合人防工程修建共同沟，有利于减少马路的反复开挖以及施工对交通和城市居民生活的影响，便于维护、检查和拆换，从而极大地提升城市基础设施的抗毁能力。

利用大深度地下空间为城市蓄水排洪

2012年7月21日，北京遭受到61年一遇的暴雨侵袭。根据7月26日报告，已有77人死亡，10 660间房屋倒塌，160.2万人受灾，经济损失116.4亿元。这场暴雨不仅给北京脆弱的排水体系又一次毁灭性打击，同时也给全国的城市管理和市政设计者们敲响了警钟。

由于强降水或连续性降水超过城市排水能力，城市内产生积水灾害。如今，周期性城市内涝已成为制约城市发展的一块心病。心病还需心药医，根治周期性城市内涝必须改变以往排水体系滞后发展的思路，建设先进的地下排水体系。大深度地下蓄水排洪体系不失为一个好的选择。该体系是建于大深度地下空间内（地下40米以下）的地下大型蓄水排洪网络，包括大型地下泵站、大深度排水隧道（地下河川）、大型地下蓄水库以及大型地下污水处理站等设施。它可以作为现有排水及防洪体系的强有力补充，与原有体系一起构成城市高效、完备的排水网络。

国外许多城市都采用大深度地下蓄水排洪体系，作为城市大型排水设施。相比于浅层的排水体系，大深度排水体系具有以下几方面优势：首先，大深度地下空间由于其空间容量巨大，适宜容量巨大的大直径隧道和大体积地下水库。其次，大深度隧道修建对地表已有建筑的影响很小，一定程度上避免了浅层地下空间因线路改造导致的多次开挖。此外，将城市排水体系引入大深度地下空间，有助于解放浅层地下空间，缓解目前浅层管线密集的现状，提高地下空间的竖向利用效率。

因此，无论从改善浅层现状还是从提高城市防洪排水能力角度，建立大深度防洪排水系统都具有其必要性。随着城市地下空间开发热度不断升温，开发大深度地下蓄水排洪体系对于研究城市地下空间开发利用具有重要的战略意义和实践价值。

国外城市地下蓄水排洪体系的先进经验

巴黎大深度下水道 早在19世纪霍乱爆发时期，法国巴黎就开始设计建设大深度下水道。如今，修建在巴黎城市50米以下的下水道长达2 347千米。2.6万个下水道盖、6 000多个地下蓄水池均有统一编号，由1 300多名专业人员负责维护。位于塞纳河畔的巴黎下水道还设有博物馆，供游人参观。

慕尼黑地下储水库 德国慕尼黑拥有2 434千米长的排水管网，其中布置了13个地下储水库，充当暴雨进入地下管道的中转站。下暴雨时，地下储水库有706 000立方米的容量，暂时储存雨水，然后将雨水慢慢释放入地下排水管道。在地上，慕尼黑不断扩大滩涂、河流两岸的湿地和绿地，以减少河水对两岸的压力。德国许多城市里受压不大的道路，普遍采用透水性地砖，不仅解决了积水，还能补充地下水，减少扬尘。

东京“地下神殿” 1992年～2007年，日本投资2 400亿日元（约合200亿元人民币），在东京北郊琦玉县境内建设名为“首都圈外郭放水路”的巨型分洪工程。该工程位于地下50米，是一条全长6.3千米、直径10.6米的巨型隧道。隧道连接着东京市内长达15 700千米的城市下水道。隧道通过5个高65米、直径32米的竖井，连通附近的江户川、仓松川、中川、古利川等河流，作为分洪入口。隧道末端有一个高25.4米、长177米、宽78米的大型蓄水池。在这里，4台燃气轮机驱动大型水泵，将水以200立方米/秒的速度排入江户川，再排入大海。这项工程被誉为世界上最先进的排水系统，全程使用计算机遥控，并在中央控制室进行全程监控。工程建成当年，相关区域遭水浸的房屋由最严重年份的41 544家减至245家，浸水面积由27 840万平方米减至65万平方米。

芝加哥深隧蓄水 以芝加哥为代表，美国在20世纪70年代就鼓励兴建深隧蓄水系统，以解决城市防洪和雨水利用问题。美国设有强制性防城市内涝的法律，城市新开发区域必须强制实行“就地滞洪蓄水”，并制定了详尽的城市内涝防范、治理措施以及问责手段。这些条例规定，新开发区的暴雨洪水洪峰流量不能超过开发前的水平。

大深度地下蓄水排洪体系发挥的功能

排水功能 当现有排水管网超负荷时，打开大深度排水系统，合流制管道中的溢流就可以排入深层排水隧道内，再通过大型地下泵将水排入主要干流或大海。

蓄水功能 在深层排水管网终端设置阀门，利用大直径隧道的巨大空间贮水，同时兴建大型蓄水库，将雨季的大量降水引入水库内储存，供旱季使用，大大提高城市水资源利用率。

泄洪功能 对于洪涝灾害较严重流域，大型深层地下隧道可以连通洪水流域上的主要河流，通过阀门控制，将过量洪水引入地下隧道，再排入大海。

污水处理 体系终端和蓄水库旁兴建大型地下污水处理站，将隧道及水库内的储水进行净化处理，部分可作为城市供水循环使用，既可以节约土地，又可减轻二次污染。

我国地下空间开发利用展望

随着我国经济、科学技术水平发展、城市化水平的提高及城市可持续发展战略的贯彻，开发利用城市地下空间越来越表现出巨大效益和潜力，我国城市地下空间开发利用必将向现代化、国际化、科学化的方向发展。具体说来，我国城市地下空间开发利用事业将出现下述几个发展趋势：

1.综合开发利用的趋势。城市地下空间开发利用将不再是满足某一单项功能，将立足于城市的整体建设与功能要求，是多项城市功能的整合共容，如满通、商业、供给与环境等的大型综合体。同时，也不再是一种空间形态的孤立，而是由点、线、面、体等多种形态的空间灵活组合贯通的有机的、丰富的空间整体。

2.规划与设计理论的发展。建立在城市可持续发展与城市三维立体发展的战略思路上，将地下空间作为城市三维发展的一个维度，地下空间规划与设计理论将会逐步充实完善，其将指导城市科学地向地下延伸。

3.开发技术的发展。我国目前的地下空间开发的土木技术已接近或处于世界先进水平，但涉及到一些关键辅助设备等技术，如机具技术、计算机与电气控制技术、自动化技术等等，与世界先进水平还有大的差距，会影响到地下空间开发的规模与成本，将来随着对引进技术的消化吸收和加大研制开发的投入，将会逐步缩小这些差距。

4.法规与管理维护越来越完善。不仅有完备的法规、政策及管理措施和先进的维护技术水平，还将形成一整套推动地下空间综合开发利用的实体和管理部门。

5.环境要求与环境控制将被更加重视，相应技术工艺日益成熟。无人的城市地下空间设施会更加安全、高效，有人的城市地下空间设施会更加舒适、美观，地下空间内环境中的造景、幻境及地面环境模拟等技术会大大发展。同时，将更多地从环境保护、城市景观保护和历史文物保护的角度开发利用城市地下空间。

6.新工艺与新材料不断涌现。为了降低城市地下空间开发的成本与难度，并适应多种形态的地下空间的组合，满足多种设施功能的交叉与共容，高效、经济的施工工艺将会不断产生，尤其是机械挖掘技术与施工自动化技术会有较大进步。同时，新的建筑装饰材料尤其是地下防水与环境改善的材料也会不断涌现。

结语

开发城市地下空间是实现城市经济发展与环境、资源相协调发展的重要途径，在解决城市交通拥堵、提高土地集约化利用、改善环境污染等方面可以发挥巨大的作用。合理开发利用地下空间，我国尚处于起步阶段。唯其如此，地下空间发展的可行性也就更大。所以，必须以科学发展观为指导，以城市总体发展战略为依据，学习借鉴发达国家的成功经验，以改革创新的精神，统筹兼顾，形成配套的法规政策体系，逐步建立健全城市地下空间开发利用的运行机制，加快我国城市地下空间开发利用步伐。

我国历史上的地下空间开发利用主要分为如下几类

1.窑洞居住

早在4 000年以前，以我国黄河流域的山西、河北、河南、陕西、甘肃省为中心，当地居民已在辽阔的黄土地带上建造地下窑洞，这些窑洞一直沿用发展至今，主要分为下沉式和靠山式：下沉式是从地表向下挖5米～6米深、边长10米的正方形下沉式院子，然后从院子横向挖洞造房；靠山式窑洞则从斜面或断崖上横向挖洞造房，多数朝南。目前，我国拥有世界上最多的地下建筑群体，主要集中在陇东、陕北、豫西、晋中南、冀北和内蒙中部等6个地区，宁夏和青海的部分地区也有，与陇东窑洞近似。这些地区约有200个县，居住在窑洞的总人口估计有3 500万～4 000万人。根据各地的自然和社会条件不同，居住在窑洞中的人口占总人口的比例有多有少，大体上是越向西北，比例越高，向东南则渐少，基本上与黄土高原的上层厚度和气候的变化趋势一致。

2.宗教建筑

在我国封建社会这一漫长的历史时期中，建造陵墓和满足一些特殊宗教要求的建筑是地下空间开发利用的重要方面。具有代表性的有殷朝王墓、始皇陵、明陵等大坟墓。

3.仓库

利用地下空间作为仓库，在我国由来已久。1971年，在洛阳市东北郊发掘出一座古代地下粮库，系隋朝建造（7世纪），一直使用到唐朝，库区面积600米×700米，以后逐渐发掘出的半地下粮仓近200个。这是我国很早就利用地下空间作为仓库的例证。到了现代，尽管保冷、保温技术发达，但在我国北部用于储藏土豆、红薯的地窖及地下粮库，仍在大量建造。

4.采掘与水利建筑

我国是世界上最早进行采矿的国家。《天工开物》一书是中国古人阐述有关地下采矿工程方面的较早文献。

此外，在水利工程方面，也有开发地下空间的事例，如陕西褒城的石门隧洞，陕西大荔县修建洛水渠时，曾发现有给水隧洞，规模都非常大。这说明，我国古代在生产建设中，曾致力于地下空间的开发，尤其是施工技术方面，当时处于世界领先的地位。

5.军事

地下空间作为军事用途，在我国的古代与现代均有利用。

1961年在河北峰矿区发现军事目的的古代地道，是800年前宋朝时挖掘。在北雄县等地也有类似发现。在一些古籍中，也有关于利用地道作战、攻城的记载。在抗日战争中，我国华北地区的大规模地道战，则更能说明我国地下空间在军事上的应用。