■ Raymond L. Sterling演講 楊可 黃瑞達(dá)整理 范益群 李煥青校核

國(guó)際地下空間開(kāi)發(fā)利用研究現(xiàn)狀（三）

■ Raymond L. Sterling演講 楊可 黃瑞達(dá)整理 范益群 李煥青校核

南極洲

在南極洲有一定的地下空間應(yīng)用，主要是針對(duì)應(yīng)對(duì)嚴(yán)寒或其他特殊用途。研究重點(diǎn)主要集中在人類在封閉環(huán)境內(nèi)身心健康影響的研究。

世界各地的地下空間重點(diǎn)研究領(lǐng)域

美國(guó)—地下空間可持續(xù)發(fā)展和可抗災(zāi)性研究

地下空間開(kāi)發(fā)相比于地面空間開(kāi)發(fā)，其優(yōu)缺點(diǎn)如下表所示：用；圖（c）采用深埋筏板基礎(chǔ)，好處在于從地面到筏板中間的空間可以被利用；圖（d）相比于圖（c），在其側(cè)通過(guò)暗挖的方式修建了地下空間，側(cè)面的地下空間對(duì)下方的地下空間利用并不沖突，反而可以更有效利用地下空間。

（2）地下空間的可抗災(zāi)性

可抗災(zāi)性是一個(gè)反映結(jié)構(gòu)對(duì)各種災(zāi)難的響應(yīng)和恢復(fù)的能力。近年來(lái)，在經(jīng)過(guò)幾次較大的颶風(fēng)以及地震災(zāi)難后，可抗災(zāi)性逐漸越來(lái)越被重視。

表2 地下空間同地上空間的對(duì)比

（1）地下空間的可持續(xù)性

地下空間的可持續(xù)發(fā)展主要體現(xiàn)在某一地下空間開(kāi)發(fā)項(xiàng)目對(duì)后續(xù)開(kāi)發(fā)的影響。例如目前西雅圖的阿拉斯加地下高速路建設(shè)中，某一建筑基礎(chǔ)建設(shè)過(guò)程中的土釘墻由于在建設(shè)完畢后未拔除，阻礙了地下通道的建設(shè)，需要很大的人力物力才能解決該問(wèn)題。下面的圖31便闡釋了不同基礎(chǔ)形式對(duì)后續(xù)地下空間利用的影響。

圖（a）中建筑采用了筏板基礎(chǔ)，極大地限制了其下方及側(cè)下方地下空間的利用；圖（b）采用了淺埋樁基礎(chǔ)，其下方地下空間的利用同樣被限制，側(cè)下方的地下空間可以利

圖31 不同基礎(chǔ)形式對(duì)后續(xù)地下空間利用的影響

圖32 可抗災(zāi)性響應(yīng)模式

圖中A、B和C曲線代表了三種結(jié)構(gòu)的可抗災(zāi)性。圖中虛線為正常的狀態(tài)。災(zāi)難來(lái)臨時(shí)，三種結(jié)構(gòu)都會(huì)偏離正常狀態(tài)，然而A可以迅速恢復(fù)，甚至強(qiáng)化高于正常狀態(tài)，為人們?cè)跒?zāi)難中提供避難場(chǎng)所；B雖然也可以恢復(fù)，但是有可能不能完全恢復(fù)至正常狀態(tài)，需要花費(fèi)人力物力進(jìn)行修復(fù)；而C則完全失效。

隨著基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜度不斷提升（如圖33所示），系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)性的諸多問(wèn)題不斷涌現(xiàn)，如設(shè)施老化、網(wǎng)絡(luò)龐大、各系統(tǒng)獨(dú)立性尚不明確、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)冗余度低、與周邊設(shè)施相依等。

圖33 不同基礎(chǔ)形式對(duì)后續(xù)地下空間利用的影響

利用地下空間可以部分解決上述問(wèn)題，其優(yōu)缺點(diǎn)如下表所示：

表3 地下空間在防災(zāi)方面的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)

歐洲—地下資源劃分與特性分析

參考Parriaux在2007年與Bobylev在2009的研究成果，地下資源可劃分為地下空間、巖土材料、地下水和地?zé)崮堋Ｈ欢F(xiàn)實(shí)是，作為更為廣泛意義上的地下資源，整個(gè)地下生態(tài)體系往往被人們嚴(yán)重低估，這造成了現(xiàn)在的地下空間規(guī)劃方案中普遍存在的資源浪費(fèi)情況，比如僅僅關(guān)注地下空間資源而忽視其他地下資源。

因此，針對(duì)地下生態(tài)系統(tǒng)，結(jié)合地下空間可持續(xù)性概念，歐洲的研究學(xué)者將可再生與不可再生的地下資源進(jìn)行梳理，將資源開(kāi)發(fā)的正面效應(yīng)與負(fù)面效應(yīng)進(jìn)行評(píng)估（例如地層震動(dòng)隔絕與礦業(yè)開(kāi)采效應(yīng)的對(duì)比），并將資源利用的排他性進(jìn)行深入分析。

如圖34所示，地下不可再生資源包括地下物理空間、擾動(dòng)土體的物理性質(zhì)、地下植物生態(tài)系統(tǒng)、過(guò)度利用的地?zé)豳Y源、材料、文物等；地下可再生資源包括地下水、季節(jié)性平衡的地?zé)豳Y源。

圖34 地下空間資源分類

日本—地下空間開(kāi)發(fā)利用的景觀改造效應(yīng)

Matsumoto Ryuhei教授是日本在地下空間開(kāi)發(fā)對(duì)城市景觀改造效應(yīng)研究的代表性人物。

日本很重視城市景觀，如圖35所示，可以看到日本在1971年到2003年之間不斷增加的有關(guān)城市景觀的法律條例。通過(guò)建立相關(guān)基礎(chǔ)理念，各地得以一定程度上對(duì)城市景觀加以建立和保護(hù)。同時(shí)通過(guò)賦予政府一定程度的權(quán)力，加上對(duì)應(yīng)的資金投入，日本城市景觀的維護(hù)工作得以有效進(jìn)行。

圖35 日本城市景觀法律條例數(shù)量（1971-2003）

地下空間的建設(shè)輔助其他景觀改造措施，其效果可謂事半功倍。如圖36所示，通過(guò)將架空電纜入地、去除室外雜亂的廣告、規(guī)范建筑外觀，伊勢(shì)城的旅游人數(shù)由1992年全年的35萬(wàn)人，達(dá)到了2002年的300萬(wàn)人。

新加坡—地下空間協(xié)同發(fā)展與效益最大化

（1）地下空間開(kāi)發(fā)利用同其他城建模式的協(xié)同

新加坡對(duì)于城市建設(shè)的手段有三種，分別是高層建筑、填海造地和地下空間。

圖36 伊勢(shì)城通過(guò)地下空間進(jìn)行的景觀改造

● 地下空間與高層建筑建設(shè)

高層建筑是城市建設(shè)常規(guī)手段之一，如圖37所示。相比地下空間，高層建筑的優(yōu)點(diǎn)是在滿足很高容積率的條件下，仍能讓居民享受自然的陽(yáng)光環(huán)境。然而，由于高層建筑對(duì)地塊容積率的極大提升，該區(qū)域基礎(chǔ)設(shè)施的需求也會(huì)驟增。鑒于新加坡城市建設(shè)“花園城市”的理念，大部分的基礎(chǔ)設(shè)施是不允許放置在地上的，因此必須借助地下空間。

同時(shí)，除了新建的高層建筑，一些具有歷史文物保護(hù)的建筑也讓地下空間建設(shè)成為必然。

圖37 新加坡高層建筑

● 地下空間與填海造地/水上漂浮結(jié)構(gòu)

新加坡作為沿海城市國(guó)家，其土地的取得要更多地依賴填海造地?，F(xiàn)實(shí)情況是，新加坡20%的土地都是經(jīng)過(guò)填海取得的。由于隨著填海工程的開(kāi)展，國(guó)界約束成為了繼續(xù)土地?cái)U(kuò)充的巨大障礙。因此，從三維的角度進(jìn)行城市建設(shè)，向上進(jìn)行高層建筑建設(shè)，向下進(jìn)行地下空間開(kāi)發(fā)成為了代替方式。

地下空間對(duì)于填海造地的作用是互相促進(jìn)的。由于隨著填海離岸距離的增加，水深限制導(dǎo)致填海的成本越來(lái)越高，同時(shí)由于在陸地表面進(jìn)行巖土材料開(kāi)采會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響，而地下空間的開(kāi)發(fā)由于能夠產(chǎn)生大量的二次資源即巖土材料，因此兩者協(xié)同進(jìn)行可以讓城市空間提升效應(yīng)1+1＞2。

除此之外，水上漂浮結(jié)構(gòu)需要設(shè)置在相對(duì)穩(wěn)定的近岸地區(qū)，這同填海造地有一定的矛盾。然而由于水上漂浮結(jié)構(gòu)對(duì)于水下設(shè)施開(kāi)發(fā)具有較強(qiáng)的依賴性，所以地下空間跟水上漂浮結(jié)構(gòu)的關(guān)系同樣是相互促進(jìn)的。

（2）地下空間效益最大化

● 地下空間豎向規(guī)劃

鑒于新加坡城市土地的極度緊張，地下空間資源同樣具有不可逆性，因此制定一個(gè)針對(duì)不同功能的地下設(shè)施在豎向的布局方案十分重要。按現(xiàn)在的研究進(jìn)展來(lái)看，大多數(shù)的人流量較高的公共設(shè)施與交通樞紐一般應(yīng)靠近地表，其他的設(shè)施從技術(shù)與安全角度應(yīng)放置于深層，如圖39所示。

圖38 新加坡水上漂浮結(jié)構(gòu)

圖39 新加坡地下空間豎向規(guī)劃

● 效益最大化

新加坡對(duì)于城市建設(shè)的重視程度，在世界數(shù)一數(shù)二?，F(xiàn)階段來(lái)看，新加坡促進(jìn)地下空間效益最大化的手段有以下幾點(diǎn)：

1）新加坡將地下空間確立為國(guó)家層面的戰(zhàn)略性資源。

2）重視制定地下空間總體規(guī)劃和遠(yuǎn)期規(guī)劃—對(duì)于這點(diǎn)，地質(zhì)條件信息的收集與共享是至關(guān)重要的。

3）協(xié)調(diào)與整合是地下空間合理開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵點(diǎn)，其協(xié)同應(yīng)該針對(duì)：不同的政府機(jī)構(gòu)之間、不同的地下設(shè)施之間、地上與地下設(shè)施之間、設(shè)施的軍用功能與民用功能之間等。

4）地下空間的多功能開(kāi)發(fā)。

5）開(kāi)發(fā)過(guò)程中的資源優(yōu)化，比如可以將巖土材料開(kāi)發(fā)同空間開(kāi)發(fā)相結(jié)合。

6）加大研發(fā)投入，培養(yǎng)國(guó)內(nèi)工程設(shè)計(jì)與研發(fā)人才。

（全文完）

（作者單位：Raymond L. Sterling，Louisiana Tech University；楊可、黃瑞達(dá)、范益群，上海市政工程設(shè)計(jì)院總院（集團(tuán)）有限公司；李煥青，ACUUS Secretariat）