文/ 趙凡
特大城市“向下走”怎么面對地下可利用空間?
文/ 趙凡
城市化使得城市土地資源日益緊張,有效開發(fā)和利用地下空間成為大勢所趨。在去年5月份召開的全國科技創(chuàng)新大會上,習(xí)近平總書記明確提出,向地球深部進軍是我們迫切需要解決的戰(zhàn)略科技問題。而國土資源部提出的科技創(chuàng)新“三深一土”戰(zhàn)略,則讓“向地球深部戰(zhàn)略”實施進入快車道。其實近年來,上海、成都、武漢等城市已經(jīng)開始立體空間發(fā)展的探索和實踐,取得了不少實績。但大部分城市在地下空間利用的規(guī)劃、法規(guī)、管理、技術(shù)等方面都還處在起步階段,如何解決地下空間的安全利用問題迫在眉睫。
自以為熟悉成都,可我還是在它最中心位置的天府廣場上迷失。令人堵心的堵車和比肩接踵的人流像是不見了。
這是2016年11月27日的上午,成都少有的太陽出來,眼前所見,是寬闊的廣場,上面噴泉、綠地、雕塑、玩鬧孩子,還有曬太陽的老人。
成都市規(guī)劃院的領(lǐng)導(dǎo)帶著我們來到步梯口,一邊往下走,一邊介紹:天府廣場地下工程的總體布局是四層:地面廣場,用于休閑和人車集散;地下一層,是商業(yè)、文化、交通功能;地下二層,是車庫和地鐵站廳,地下三層,是1號線站臺,地下四層,是2號線站臺。
原來,地面上的廣場,在地下卻成為另一個立體的繁華世界。會生活的成都人依然會生活,但是換了一種方式。
朝向未來的國家戰(zhàn)略,迫切性、必要性幾乎被大舉進軍的城市化“逼”出來,一開始就顯示出不可阻擋的趨勢性。從政府角度看,“三深一土”是中國科技創(chuàng)新的新高地。中國城市未來的發(fā)展、中國地勘產(chǎn)業(yè)的未來轉(zhuǎn)型都能在地下空間利用中找到突破口。
當(dāng)在很多人都在糾結(jié)如何利用地面空間的時候,地下空間的利用,其實早就開始,只不過沒有上升到整體的、長遠的理念上認識。
中國在西漢時期就出現(xiàn)了5到7米深的水井;
1835年,四川自貢誕生了1001.42米的人工鉆鑿鹽井;
我國目前最深的油井在新疆塔里木盆地,深達8408米;
我國第一口用于科學(xué)研究目的的5000米深鉆在江蘇省東??h誕生;
1969年10月1日,北京第一條地鐵線路建成通車;
20世紀初,中國地質(zhì)調(diào)查局開始把城市地質(zhì)調(diào)查研究作為重要的工作內(nèi)容
……
無論是單孔挖鑿,還是成面積的挖掘建設(shè),亦或是摸清家底的探索研究,我們早就因為各種各樣的原因打起了地下空間的主意。但是,當(dāng)21世紀第一個15年過去之后,很多有識之士深刻地意識到,這件事,我們再不做,就晚了。
在國外高校執(zhí)教多年的中國地質(zhì)科學(xué)院教授級高工戴春森知道不少國際做法。比如美國的“地球透明計劃”、芬蘭的“赫爾辛基地下空間總體規(guī)劃”、馬來西亞的“排洪與地下公路一體化”。
這些成規(guī)模、成系統(tǒng)的地下空間利用規(guī)劃,在一些國家已經(jīng)完成。地下空間利用的實踐也在一些國家做得有聲有色,比如新加坡利用100米以下的地下空間,主要是做物流;加拿大蒙特利的城市空間建設(shè),30%已經(jīng)轉(zhuǎn)到地下;東京在地下修建了巨型的排水系統(tǒng)。有數(shù)據(jù)表明,國際城市地下空間利用率為30%。而我國城市平均地下空間的利用率只是17%。
地下空間利用的差距是因為整體深測水平有差距。按照地球深部探測首席專家組組長董樹文的觀點,我國深部探測領(lǐng)域相對國際先進水平之間有一個30年左右的代溝,我們在探測技術(shù)、探測和利用深度、探測分辨率和探測程度上都存在明顯差距。就在人家開始第二輪深地探測時,我們的第一輪才剛剛開始。
其實,對地下空間利用的必要性,地球人的認識都一樣,因為橫亙在所有人眼前的問題都一樣——而中國,壓力則更大。
人口增長、交通擁堵、日益加劇的污染、越來越頻繁的自然災(zāi)害、越來越嚴重的地表資源的枯竭……種種問題表明,要做到可持續(xù)發(fā)展,必須要把深地探測研究上升到國家戰(zhàn)略的高度認識。
在去年5月召開的全國科技創(chuàng)新大會上,習(xí)近平總書記明確提出,向地球深部進軍是我們迫切需要解決的戰(zhàn)略科技問題。國家領(lǐng)導(dǎo)人對地下空間和能源資源的開發(fā)利用高度重視,而新近叫響的國土資源科技創(chuàng)新“三深一土”戰(zhàn)略,恰好契合了國家“十三五”規(guī)劃綱要中提出的“深空、深海、深地、深藍”發(fā)展目標。
“向地球深部戰(zhàn)略”實施進入快車道。在此背景下,國土資源部與教育部、中科院、中國地震局共商建立了深地探測研究協(xié)調(diào)機制,成立了由國土資源部部長姜大明任組長的深部研究領(lǐng)導(dǎo)小組,責(zé)成由8位院士專家組成的首席專家組領(lǐng)銜編制地球深部探測國家重大科技項目方案,由多位院士專家組成的專家顧問委員會咨詢把關(guān),共同推進深地探測研究重大科技項目立項。
立項建議書目前已經(jīng)完成,計劃年底前完成論證工作,這是深地探測的進度表。在科學(xué)家的立項書里,深地探測項目分四個層次:第一層,近地表探測(0到0.5公里);第二層,萬米資源探測(0.5到10公里);第三層,透視地殼探測(10到30公里);第四層,深地科學(xué)探測(大于30公里)。要完成八大任務(wù):地下空間探測與安全利用;深部含水層結(jié)構(gòu)探測;深部資源能源探測與開采;深部油氣探測與開采;地?zé)豳Y源探測與地?zé)崂茫簧畈康叵掠^測與地殼活動性監(jiān)測;深部探測前沿技術(shù)與裝備;深部探測與深部過程。
地下空間安全利用的課題排在八大任務(wù)的第一,不僅因為它對于中國未來發(fā)展至關(guān)重要,還因為大家對它最摸不清底。
中國地下空間起步晚發(fā)展快,存在資源浪費、生態(tài)環(huán)境破壞等諸多問題,亟須科學(xué)的理論、先進的技術(shù)和嚴謹?shù)囊?guī)則進行破解,迫切需要通過國家重大科技專項“創(chuàng)理論、攻技術(shù)、建規(guī)則”。中國地質(zhì)科學(xué)院黨委書記、副院長王小烈說,地下空間安全利用和立項研究對于國家發(fā)展有三個重大意義:第一是緩解城市土地供應(yīng)的壓力,保障城市可持續(xù)發(fā)展;第二是防范自然災(zāi)害影響;第三是引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型,培育新興產(chǎn)業(yè),增加社會經(jīng)濟的效益和生態(tài)環(huán)境的效益。因此,“向地下要空間、要安全、要效益,是我國社會經(jīng)濟和城市發(fā)展的必然選擇”。
全球變暖,環(huán)境惡化,地面城市問題突出,人類已經(jīng)開始探索太空定居。那么,我們有沒有可能往下看?深部空間資源豐富,人類能否實現(xiàn)在地球深部生存和定居?
11月25-28日,地球深部深探研究領(lǐng)導(dǎo)小組及首席專家組成員赴上海、武漢、成都三個大都市調(diào)研。來自國土資源部、教育部、中科院、中國地震局等不同部門的有關(guān)院士、專家每到一處,即馬不停蹄地召開座談會并考察現(xiàn)場,了解各個城市地下空間安全利用的需求點、梳理未來在地下空間安全利用中需要攻克的科技難題、溝通各地方因地制宜的特色發(fā)展途徑。
關(guān)于地下空間的種種設(shè)計,不能再只當(dāng)成文學(xué)看??茖W(xué)家的暢想把一個完全不一樣的世界展現(xiàn)出來,你還當(dāng)這是異想天開嗎?不,它也許就是我們看得見的未來。
“全球變暖,環(huán)境惡化,地面城市問題突出,人類已經(jīng)開始探索太空定居。那么,我們有沒有可能往下看?深部空間資源豐富,人類能否實現(xiàn)在地球深部生存和定居?”
四川大學(xué)的謝和平院士從這個發(fā)問開始了自己的闡述。他說,與我們已經(jīng)熟悉的地面空間相比較,深地空間環(huán)境清潔、隔音隔震、天然抗自然災(zāi)害,低成本無輻射而且恒溫恒濕。因此,深地空間可能成為優(yōu)于太空移民定居,應(yīng)對未來地球災(zāi)害的人類移居方式。
移居地下生活,需要建立全鏈條的生態(tài)圈。謝和平構(gòu)想的奇特之處正在于此。在他的構(gòu)想中,地下空間要打造出三層——地下宜居城市、地下生態(tài)圈和科學(xué)探索基地。在這張構(gòu)想圖中,有生活和文化區(qū)域,比如可將圖書館、博物館、會展中心、體育館、音樂廳、養(yǎng)老院等地上文化、娛樂設(shè)施轉(zhuǎn)入地下;有交通與通信,比如可以在深部縱向和橫向設(shè)計覆蓋整個地下空間網(wǎng)絡(luò);有生態(tài)景觀,比如可以進行包括植物、動物和微生物的地下生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)造,以及地下瀑布等景觀系統(tǒng)建設(shè)。
科學(xué)的構(gòu)想不是科幻小說,它的內(nèi)核,還是科學(xué)研究與推理。對于謝和平帶來的這場頭腦風(fēng)暴,大家觀點并不相同,但都認為,地下空間的安全利用可以通過科技攻關(guān)實現(xiàn),這已經(jīng)并可能為越來越多的實踐案例所證實。
地質(zhì)學(xué)告訴我們,地球從地表到地心,分地殼、地幔和地核三個同心球?qū)印,F(xiàn)在所謂的地下空間利用,主要還在地殼層。在開發(fā)的過程中,要對付的,主要是覆土層和基巖層。而這兩個層面的施工,需要多種技術(shù)的支持。
技術(shù)是為目標服務(wù)的。董樹文提出,首先,地下空間是資源,需要向評價其他地下礦產(chǎn)資源一樣進行規(guī)范地調(diào)查、勘查和評價;其次,所謂地下空間并“不空”,而是充滿水土、巖石物質(zhì)、具有溫壓梯度、應(yīng)力變化等多重場元的平衡系統(tǒng),一旦開發(fā)利用必然產(chǎn)生原始平衡的擾動和破壞,需要精細的探測和實時的監(jiān)測技術(shù);再次,地下深部空間具有極端物理、化學(xué)、生物和地質(zhì)環(huán)境,可以開展地表溫壓條件下不可實現(xiàn)的實驗,如增重環(huán)境與上天的失重環(huán)境恰恰相反,極具探索性。所以,地下空間探測與安全利用,包括了城市地下空間、地下含水層和特殊空間三個部分。
地質(zhì)勘查、工程地質(zhì)和地鐵建設(shè)的多年實踐,已經(jīng)開發(fā)和運用了不少地下工程技術(shù)。但是要想達到董樹文所說的三部分的要求,還遠遠不夠。
戴春森根據(jù)國際事例研究提出,深部工程的展開,應(yīng)該走這樣的流程:第一是要做探測評價。要搞清地球原始平衡狀態(tài)、建立多場的3D靜態(tài)模型,畫出基本線。第二是做規(guī)劃。規(guī)劃設(shè)計要考慮多種影響因素,比如工程疊加后對地質(zhì)環(huán)境的影響、地質(zhì)環(huán)境變化對工程的影響,這些變化隨時間的演變過程、對這些演變最終造成災(zāi)害的可行性的動態(tài)模擬及災(zāi)變預(yù)測和規(guī)劃、設(shè)計中的規(guī)避。第三就是建設(shè)使用階段。這一階段要進行對變化參數(shù)的監(jiān)測,監(jiān)測結(jié)果要用于校正和更新動態(tài)模型,要工程干預(yù)消除或延緩災(zāi)變演變過程。
作為地球深部探測首席專家,中國地質(zhì)大學(xué)(北京)教授王成善院士說,在調(diào)研中,他產(chǎn)生了兩個基本想法。第一個想法是要保證規(guī)劃第一、安全第一和環(huán)境第一。城市地下空間的利用具有不可逆性。地面上建一個建筑,覺得不合適可以炸掉,地下就不行了;地下空間的發(fā)展是高成本投入,空間利用先后次序不同,影響的不是一兩億元,而是幾十億元、幾百億元的問題;地下空間受多強制性要素的約束,所謂上天容易入地難,是因為地下是個固體空間,充滿了巨大不確定性。
他的第二個想法是地下空間利用規(guī)劃必須考慮全功能、全深度、全資源和全災(zāi)害。他解釋道,所謂全功能,是說由于地下空間的特殊性和巨大挑戰(zhàn)性,我們一開始做的時候,就要把所有功能都考慮清楚,這種考慮要非常超前。所謂全深度,是指要站在整個世界科技發(fā)展的前沿態(tài)勢來考慮深度問題。所謂全資源,不僅指地下資源,而且指在開發(fā)過程中的水、熱和廢渣石等資源的綜合利用。所謂全災(zāi)害,是指既要考慮在地下空間利用之前的災(zāi)害問題,也要考慮到在開發(fā)利用過程之中的災(zāi)害問題,還要考慮開發(fā)利用之后運行過程中的災(zāi)害問題。
對于中國正在崛起的一批特大乃至超大型城市,解決地下空間的安全利用問題已迫在眉睫。城鎮(zhèn)化大舉進攻下,滿負荷、超載量滋生出形形色色的城市病。一些城市已經(jīng)開始立體空間發(fā)展的探索和實踐,也取得了不少實績。但大部分城市在地下空間利用的規(guī)劃、法規(guī)、管理、技術(shù)等方面都還處在起步階段。
21世紀初,中國地質(zhì)調(diào)查局開始拓展了一項有重要意義的工作:城市地質(zhì)。2003-2009年,環(huán)渤海、長三角和珠三角啟動了上海、北京、杭州、天津、南京、廣州6個城市的三維地質(zhì)調(diào)查試點。
南京地調(diào)中心研究員程光華告訴記者,三維地質(zhì)調(diào)查試點在多領(lǐng)域采用多種技術(shù)手段對城市地質(zhì)進行了全面、綜合、系統(tǒng)的調(diào)查。在多個試點城市建立了數(shù)據(jù)庫、三維模型和信息系統(tǒng),為城市地下空間探測奠定了很好基礎(chǔ)。但是調(diào)查深度大都以50米以淺為主,以工程地質(zhì)鉆為主,以鉆孔為主,沒能夠很好地解決不確定性和抗干擾性的問題,深度和精度都有很大的局限性。
但是城鎮(zhèn)化的大潮完全不能等待。大城市、特大城市、超大城市的交通和各種形式的污染讓城市管理者急切尋找另一個空間,在全國各地迅速興起的地鐵建設(shè)熱,是這種情緒最直接的表現(xiàn)。
成都,一個讓人充滿安逸生活想象的城市,在2005年之前,它的地下空間建設(shè)主要還是在人防工程、地下人行通道、車行下穿隧道、地下停車場這個層面。2005年,地下空間利用問題進入市政府的重要議事日程,該市先后編制了地下空間總體規(guī)劃綱要(2005-2020)和《成都市中心城區(qū)地下空間利用規(guī)劃》,將商業(yè)空間及居民活動空間逐漸往地下拓展。從2010年起,成都市進入了地鐵快速發(fā)展期。該市規(guī)劃局有關(guān)負責(zé)人說,目前,成都已經(jīng)開通了地鐵2號線、4號線1期和地鐵3號線1期工程,運營里程達108公里。明年將開通運營4號線2期、10號線1期和7號線。
讓他們自豪的還有巧用地下空間建交通隧道、地下停車場、地下綜合管廊,以此來舒緩地面老城區(qū)壓力。比如天府廣場地下工程、川大校園內(nèi)運動場地下工程、川師車輛段與綜合基地地下工程等。把地下通道、停車場和地鐵綜合在一個空間成規(guī)模設(shè)計施工,既解決了交通擁堵老大難問題,又讓歷史古建熠熠生輝,讓老城舊貌換新顏。
針對地區(qū)特點,成都市對地震水文進行認真分析梳理,在規(guī)劃中重點研究地下公共設(shè)施規(guī)劃布局,在深度上按淺、中、深分層指導(dǎo),平面上形成分類控制布局。
成都市的熱情非常高漲。他們計劃要在2020年末,全市地鐵運營總里程達到650公里以上,運營達到500公里以上。計劃2025年末,全市建成地下綜合管廊約500公里,全域成都基本形成區(qū)域骨干地下綜合管廊網(wǎng)線。
武漢,一個由長江和其支流分為三處、水面面積占整個區(qū)域版圖面積1/4的江城,地下空間如何利用?這個問題,實在讓武漢市政府焦慮。武漢市市委常委、常務(wù)副市長龍正才感慨道,武漢這地方,動不動就要修橋,動不動就要修隧道,地上建筑設(shè)計力量還算雄厚。但是要論地下,難度就大了。
據(jù)武漢市規(guī)劃部門介紹,該市2007年啟動第一輪主城區(qū)地下空間利用專題規(guī)劃,2014年結(jié)合地鐵城市、海綿城市建設(shè)、“三舊”改造以及“十三五”規(guī)劃等,啟動新一輪武漢市地下空間綜合利用專項規(guī)劃編制。按規(guī)劃,到2020年,武漢主城區(qū)地下空間規(guī)模要達到達到450萬平方米,人均地下空間建筑面積達到6個平方米。
武漢人說,目前他們的地下空間使用最多的還是停車場。自2012年首條地鐵通車后,武漢市進入地鐵時代。目前已建成2、3、4號線地下軌道,線網(wǎng)總長度達到89公里。但這距離目標還很遠。他們的規(guī)劃是以14條線軌道交通線路,達到60分鐘穿越,30分鐘達到中心城區(qū)的目標。此外,武漢完成了多條水下隧道,其中武漢長江隧道2008年建成使用,是萬里長江上第一條穿江隧道。東湖隧道2015年建成,是我國最長承重湖隧道。綜合管廊、大型地下商業(yè)項目、地下人防設(shè)施等都在建設(shè)中。今后,他們將進一步拓展過江隧道,謀劃地下排水深邃建設(shè)。
在管理方面,武漢市出臺了《地下空間開發(fā)利用管理暫行規(guī)定》《軌道交通規(guī)劃管理辦法》等一批地方管理法規(guī),探索了地下土地供應(yīng)和產(chǎn)權(quán)登記,軌道交通安全建設(shè)與運營管控途徑,開展了全市及重點地區(qū)的地下空間綜合利用規(guī)劃。
在對三個大城市的考察中,專家們不約而同地對上海地下空間安全利用的實踐和規(guī)劃思路豎起了大拇指。
上海的常住人口高達2415萬,對于地下空間的迫切需求,促使它較早即開始了地下空間的開發(fā)。20世紀90年代以來,隨著大規(guī)模舊城改造和新區(qū)建設(shè),特別是地鐵建設(shè)的大力推進,上海的地下空間開發(fā)已經(jīng)形成一定規(guī)模,近幾年更是進入快速發(fā)展期。
上海市規(guī)劃和國土資源管理局有關(guān)人士介紹說,截至2016年,全市已經(jīng)建成地下地下工程共有3.6萬個,總建筑面積8186萬平方米。截至“十二五”末,上海城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)運行線路總數(shù)已達14條600多公里,城市軌道交通基本網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面建成。形成了一批多功能、大規(guī)模的地下綜合體。地下綜合交通樞紐和道路為優(yōu)化城市交通提供了新渠道,結(jié)合綠地、廣場、公園建成的地下車庫緩解了中心城區(qū)停車資源緊張的問題。地下市政管線設(shè)施已成相當(dāng)規(guī)模,專業(yè)管溝和綜合管廊建設(shè)正在探索和推進階段。此外,還已建成了一批指揮工程、醫(yī)療救護工程、防空專業(yè)隊工程和大型人員隱蔽部等骨干民防工程。
上海在地下空間利用的管理上也進行了多項探索。比如出臺了一系列法規(guī)政策,對地下空間安全使用管理和地下空間開發(fā)引發(fā)地面沉降防治等進行規(guī)范。2014年頒布實施的《上海市地下空間規(guī)劃建設(shè)條例》要求,地下空間開發(fā)應(yīng)遵循統(tǒng)籌規(guī)劃、綜合開發(fā)、合理利用、安全環(huán)保、公共利益優(yōu)先、地下與地上相協(xié)調(diào)的原則,并對地下空間實現(xiàn)分層利用。同時,上海還建立了地下空間管理聯(lián)席會議制度,市住建委牽頭、17個部門統(tǒng)籌協(xié)調(diào)涉及地下空間利用的重大事項。為加強地下地籍管理,上海市還發(fā)布了《上海市城市地下空間建設(shè)用地審批和房地產(chǎn)登記規(guī)定》,分別針對存量單建地下空間、存量結(jié)建地下空間和新增地下空間提出了三維宗地構(gòu)建方法。2013年市政府辦公廳轉(zhuǎn)發(fā)了《上海市地下建設(shè)用地使用權(quán)出讓規(guī)定》,規(guī)范了經(jīng)營型地下建設(shè)用地使用權(quán)實行出讓制度,明確了出讓方式,量化了出讓價款的確定方法。
早在2003年,上海就在全國率先完成地下空間概念規(guī)劃,這些年,該市相繼出臺不少相關(guān)規(guī)劃,已有的規(guī)劃在不斷完善中。2012年出臺《上海市城市地下空間開發(fā)利用和保護十二五規(guī)劃》。目前,該市已制定了《上海市城市總體規(guī)劃2016-2040》并向社會公示。
規(guī)劃、法律、管理、技術(shù)工藝等等方面盡可能到位,上海的探索讓人感受到精致用心的國際范兒。
三個城市以自己的方式因地制宜地探索地下空間的安全利用,原因是他們都有共同迫切的需求!
但問題和困難也是顯見的,比如:
——規(guī)劃布局需要有更長遠的眼光,需要為未來發(fā)展做預(yù)留。
——就目前開發(fā)的深度和結(jié)構(gòu)而論,盡管不少城市地下交通設(shè)施建設(shè)規(guī)模不小,但開發(fā)深度與全球城市相比有差距,軌道交通承擔(dān)公共交通比重有待提高,地下交通網(wǎng)絡(luò)化需要完善,地下快速路和地下步行道尚處于起步階段。
——就管理而言,地下市政公用設(shè)施缺乏統(tǒng)一監(jiān)管。地下空間建設(shè)的歷史信息缺乏梳理和統(tǒng)籌管理和分享機制。
——在復(fù)雜地形上的地下空間利用好還存在技術(shù)工藝的難點
——在地下空間利用的法規(guī)政策上還有很多問題需要探索規(guī)范
——如何在地下空間建設(shè)中防災(zāi)減災(zāi),保障地面和地下空間的安全,技術(shù)和設(shè)施需要借鑒全球城市經(jīng)驗,提前做合理有序的開展規(guī)劃和建設(shè)。
11月28日晚,記者在返京的飛機上采訪了剛結(jié)束調(diào)研任務(wù)的深地探測協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組成員、中國地質(zhì)調(diào)查局總工程師、地球深部探測中心主任嚴光生。
“中國城市發(fā)展的迅速程度令人震驚,像上海、武漢、成都這樣的特大城市對地下空間的需求之大,簡直就是迫不及待,而且它們都在加快腳步發(fā)展地下設(shè)施建設(shè)?!边@種狀態(tài),嚴光生覺得,有喜有憂?!跋驳氖谴蠹叶家庾R到了地下空間安全利用的必要性,像上海這樣的城市,甚至考慮得更長遠,在規(guī)劃中給后人留下了發(fā)展空間,從環(huán)保的角度,編制了2030年和2040年的不同規(guī)劃。憂的是,我們現(xiàn)在對地下空間的了解還并不十分清楚,倉促上陣,肯定不行。還有很多科技難關(guān)需要進一步攻克”。下一步,他說,要在今年底前完成總體方案的論證,明年爭取將完善好的方案上報國家。( 中國國土資源報)