黃 俊,劉啟龍,趙 光,季紅玲,2,王思聰,高 凡,3,張琛浩,李 奧,4

(1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司,江蘇 南京 210019; 2.南京市地下空間綠色智慧技術(shù)工程研究中心,江蘇 南京 210019; 3.中國城市科學(xué)研究會(huì)地下空間專業(yè)委員會(huì),江蘇 南京 210019;4.江蘇省地下空間學(xué)會(huì),江蘇 南京 210019)

0 引言

“十四五”時(shí)期城市更新的重要目標(biāo)是優(yōu)化城市功能結(jié)構(gòu)、修復(fù)自然生態(tài)空間,將綠色低碳生態(tài)理念融入城市更新中,構(gòu)建綠色低碳的更新機(jī)制,創(chuàng)建綠色低碳技術(shù)創(chuàng)新體系,探索綠色低碳更新的方法和措施,實(shí)現(xiàn)城市與自然和諧共生、完善城市功能、持續(xù)改善城市人居環(huán)境。

綠色發(fā)展是以效率、和諧、持續(xù)為目標(biāo)的經(jīng)濟(jì)增長和社會(huì)發(fā)展方式。其是在傳統(tǒng)發(fā)展基礎(chǔ)上的一種模式創(chuàng)新,是建立在生態(tài)環(huán)境容量和資源承載力的約束條件下,將環(huán)境保護(hù)作為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展重要支柱的一種新型發(fā)展模式[1]。在城市轉(zhuǎn)型關(guān)鍵時(shí)期,隨著城市集約化發(fā)展,地下空間開發(fā)帶動(dòng)土地集約開發(fā)與價(jià)值提升的關(guān)鍵作用逐漸凸顯[2]。地下空間是巨大而寶貴的空間資源,對其進(jìn)行合理開發(fā)利用能夠促進(jìn)我國的綠色發(fā)展。綠色城市是指為實(shí)現(xiàn)更高水平的生態(tài)平衡,大幅減少環(huán)境污染并使自然資源得到更為合理的配置,同時(shí)形成可持續(xù)的生態(tài)安全保障體系,從而降低城市發(fā)展成本,建立起一種社會(huì)與自然高度和諧融合、功能高度復(fù)合的城市模式。建設(shè)城市地下空間是轉(zhuǎn)變城市發(fā)展方式、治理“城市病”并建設(shè)綠色城市的主要著力點(diǎn)[3]?？茖W(xué)適度、經(jīng)濟(jì)有效地開發(fā)利用地下空間資源,將成為我國城市綠色低碳化發(fā)展的最佳選擇[4]。當(dāng)前,我國城市發(fā)展處于由大規(guī)模增量擴(kuò)張轉(zhuǎn)向存量提質(zhì)的新時(shí)期。在嚴(yán)控增量、抑制城市無序蔓延的背景下,城市可供建設(shè)的新增土地愈發(fā)緊張[5],如何更好地利用地下空間成為所有城市面臨的難題。市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是城市更新的重要部分,主要包括城市道路、供電、供水以及污水處理及管線等市政設(shè)施,是保障城市基本運(yùn)行的重要生命線,是城市高質(zhì)量、綠色發(fā)展的重要內(nèi)容。典型市政基礎(chǔ)設(shè)施包括垃圾中轉(zhuǎn)站、變電站、自來水廠和污水處理廠等場站及其管網(wǎng)。地上市政基礎(chǔ)設(shè)施不僅占地面積較大、工藝構(gòu)筑物布置零散、無法與周邊環(huán)境相協(xié)調(diào),還伴有噪聲和空氣污染;因景觀性較差和鄰避效應(yīng),周邊土地?zé)o法開發(fā)利用,導(dǎo)致閑置浪費(fèi),這對土地資源日漸緊缺的大中城市發(fā)展有較大的影響。

城市建設(shè)的深化促使市政設(shè)施趨向地下化,其中污水處理廠、垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站、變電站是市政設(shè)施地下化的主要組成部分。近年來,我國一些發(fā)展水平較高、人口密度較大的城市紛紛開始探索建設(shè)地下市政設(shè)施,以解決土地資源緊缺與生態(tài)環(huán)境之間的矛盾。將市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)是城市建設(shè)的集約綠色可持續(xù)發(fā)展的一種典型模式,也是城市更新的重要部分。地下市政基礎(chǔ)設(shè)施具有土地集約、環(huán)境友好、資源利用率高的特點(diǎn)。市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)因經(jīng)濟(jì)因素、安全防災(zāi)因素、綜合效益因素等制約了其發(fā)展。

目前國內(nèi)工程技術(shù)人員開展了地下污水處理工藝、占地問題、建設(shè)等相關(guān)探討[6-8],但在占地面積、開發(fā)模式、建設(shè)運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)、節(jié)能減碳等方面研究不多。本文通過對江蘇省地下市政基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)研發(fā)現(xiàn),江蘇省內(nèi)地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)多因用地和周邊環(huán)境的限制,為被動(dòng)式選擇地下建設(shè)形式。本文通過調(diào)研對市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)發(fā)展中的制約因素進(jìn)行梳理和分析,從節(jié)約土地、節(jié)水、減少環(huán)境污染、綜合能源利用等方面提出地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的綠色低碳發(fā)展思路,以及協(xié)同利用城市存量空間應(yīng)用設(shè)想及思考。

1 市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化綠色發(fā)展歷程

1.1 市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化與綠色發(fā)展的關(guān)系

綠色發(fā)展理念是以人與自然和諧為價(jià)值取向,以綠色低碳循環(huán)為主要原則,以生態(tài)文明建設(shè)為基本抓手,優(yōu)化生態(tài)環(huán)境,形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的空間格局。

市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)可使其占地面積大大縮小,節(jié)約地面土地資源,并可與城市景觀相融合,地面空間可建設(shè)成城市水生態(tài)、多功能綜合體等,提升了周邊土地使用價(jià)值,推進(jìn)了空間集約高效發(fā)展;同時(shí),避免市政基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的噪音和氣味對環(huán)境和居民生活產(chǎn)生影響,提升了城市區(qū)域環(huán)境及資源的有效利用,保障了城市的可持續(xù)發(fā)展。市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化后釋放出更多的地面綠色生態(tài)資源,提升了城市核心區(qū)的減碳固碳能力,改善了周圍環(huán)境品質(zhì),實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減碳的目的。

利用市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)提高城市空間利用效率、提升城市綜合承載能力,形成節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的生態(tài)發(fā)展格局,實(shí)現(xiàn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展之路。

1.2 國外市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化發(fā)展歷程

國外市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了很長一段時(shí)間。芬蘭于1932年建設(shè)了世界上第1座地下式污水處理廠——赫爾辛基市Viikinm?ki地下式污水處理廠,其建在市中心附近,取代了地面上約10座小型污水處理廠,騰出的地面空間用于城市綜合開發(fā)。1942年,為了應(yīng)對寒冬地區(qū)冬季厚重的積雪、濃霧及結(jié)冰問題,瑞典的首都斯德哥爾摩市建造了世界上第1座現(xiàn)代化地下污水處理廠。1979年,荷蘭鹿特丹Dokhaven市政污水處理廠開始動(dòng)工建設(shè),其主體污水處理工藝構(gòu)筑物完全置于地下,總占地面積僅相當(dāng)于常規(guī)式污水處理廠的1/4,地上部分現(xiàn)今已變成一個(gè)面積5萬m2的公園。

據(jù)統(tǒng)計(jì),目前世界上10多個(gè)國家穩(wěn)定運(yùn)行的地下污水處理廠共有200余座,均取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)環(huán)境效益[9]。其中,芬蘭圖爾庫市Kakolanm?ki地下式污水處理廠是由位于地下的廢棄巖石場改造而成,于2009年1月1日建成并投入運(yùn)行,為能源利用和熱能回收結(jié)合的典型案例。至2020年,Kakolanm?ki污水處理廠綜合能耗為35 (GW·h)/年,自身產(chǎn)能225 (GW·h)/年,即自身產(chǎn)能已超過自身能耗的6倍,成為地下能源工廠[10]。國外市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化發(fā)展經(jīng)驗(yàn)給國內(nèi)提供了借鑒,帶動(dòng)了國內(nèi)市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化發(fā)展。

1.3 國內(nèi)市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化發(fā)展歷程

1.3.1 地下污水處理設(shè)施

國內(nèi)對地下污水處理設(shè)施的探索開始于我國香港與臺(tái)灣地區(qū)。赤柱污水處理廠是香港于1995年建造完成的亞洲地區(qū)首座建于巖洞內(nèi)的地下污水處理廠,如圖1所示。其主要由3個(gè)長約120 m、寬約15 m和高約17 m的大洞室組成,并有超過450 m長的通道、通風(fēng)隧道及豎井連接。污水處理量為1.2萬 m3/d,服務(wù)人口約27 000人。臺(tái)北市在1998年開始著手建設(shè)內(nèi)湖地下污水處理廠,其為臺(tái)灣地區(qū)第1座地下污水處理廠,設(shè)計(jì)污水處理能力為2萬 m3/d。

(a) (b)

近年來,隨著城市化進(jìn)程的不斷加快和對環(huán)境要求的不斷提高,地下污水處理設(shè)施因其綠色和諧、自然友好等優(yōu)點(diǎn)受到國家及各省市的關(guān)注,目前已在全國多個(gè)重點(diǎn)城市修建,其中,經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的廣東省和浙江省數(shù)量最多[11]。截至目前,我國在建和運(yùn)行的地下式污水處理廠超過200座,其中,廣州已累計(jì)建成地埋式(含半地埋)污水處理廠14座,成為全國最大規(guī)模“地下水工廠群”。

地下污水處理廠在設(shè)計(jì)形式上呈現(xiàn)出多樣化,包括半地下式、全地下式、隧道式等;上部建設(shè)有公園、濕地、球場、宿舍和寫字樓等。建設(shè)地點(diǎn)主要位于城市上游區(qū)和城市中心區(qū),還有一些位于城市居住區(qū)內(nèi)。例如:深圳布吉污水處理廠地下構(gòu)筑物頂層覆蓋1.5 m厚土壤,種植深根型大株熱帶植物,地上空間為市政休閑公園,建有足球場、籃球場和羽毛球館等體育場所,如圖2所示;貴陽貴醫(yī)再生水廠上方建有宿舍和超高寫字樓,如圖3所示;廣州京溪污水處理廠上方建有人造坡地,如圖4所示; 北京槐房再生水廠池頂為濕地公園,如圖5所示。市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化后釋放出巨大的生態(tài)價(jià)值,實(shí)現(xiàn)了城市綠地公園與地下空間復(fù)合開發(fā)利用的“共贏”。

圖2 深圳布吉污水處理廠

圖3 貴陽貴醫(yī)再生水廠

圖4 廣州京溪污水處理廠

圖5 北京槐房再生水廠

地下污水處理廠在規(guī)劃設(shè)計(jì)中與海綿城市建設(shè)有機(jī)結(jié)合,可以充分發(fā)揮污水處理設(shè)施的就近處理能力及構(gòu)筑物功能特點(diǎn),將污染較嚴(yán)重的初期雨水引入處理流程,有效助力年徑流污染及徑流總量控制率目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),并利用再生水進(jìn)行海綿設(shè)施的養(yǎng)護(hù)和澆灌,更好地體現(xiàn)節(jié)水的理念。上海虹橋污水處理廠(如圖6所示)開創(chuàng)性地構(gòu)建了“地下再生水系統(tǒng)”和“地上再生水系統(tǒng)”2大系統(tǒng),整個(gè)污水處理廠綠化率覆蓋面積達(dá)90%以上,全面融入海綿城市的綠色建設(shè)理念,當(dāng)雨天或遇到超量污水時(shí),污水可先進(jìn)入調(diào)蓄池暫存,待晴天再進(jìn)行處理。該污水處理廠采用集約化地下式布置形式,污水處理構(gòu)筑物整體下沉,污水廠上部建設(shè)集文化、科普及休閑于一體的城市景觀綠地,解決污水處理與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)的矛盾。內(nèi)江市謝家河地下再生水廠(如圖7所示)地上為海綿公園,地上建設(shè)有籃球場、機(jī)動(dòng)車停車位、綠地、人行步道等設(shè)施,再生水作為謝家河景觀補(bǔ)水、市政綠化及道路沖洗用水,有效促進(jìn)水資源循環(huán)利用,助推內(nèi)江市海綿城市建設(shè);地上安裝了光伏發(fā)電,讓污水“再生”的同時(shí)實(shí)現(xiàn)光伏發(fā)電、節(jié)能降碳。

圖6 上海虹橋污水處理廠

圖7 內(nèi)江市謝家河地下再生水廠

1.3.2 地下垃圾處理站

國內(nèi)地埋式垃圾中轉(zhuǎn)站新建數(shù)量超過700座。2023年4月,全國首座日處理規(guī)模為2 000 t的全地埋式垃圾壓縮轉(zhuǎn)運(yùn)中心——成都市武侯區(qū)城鄉(xiāng)環(huán)境綜合治理中心項(xiàng)目正式運(yùn)營,垃圾壓縮站采用全地埋式建筑形式,上部為坡地城市公園(如圖8所示),將公園形態(tài)與城市空間有機(jī)結(jié)合。整個(gè)垃圾處理過程全部在地下操作,噪音和異味已被處理,站外干凈整潔。地面上的綠化景觀能收集凈化雨水、改善周邊空氣濕度、緩解城市熱島效應(yīng),并與周邊環(huán)境融為一體,變身為市民后花園。

圖8 日處理規(guī)模為2 000 t的全地埋式垃圾壓縮轉(zhuǎn)運(yùn)中心

1.3.3 國內(nèi)城市市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化典型案例

具體見表1。

表1 我國部分城市市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化典型案例

2 江蘇省市政基礎(chǔ)設(shè)施地下建設(shè)典型案例及綠色低碳分析

2.1 江蘇省市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)情況

江蘇省市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)起步較晚,隨著國內(nèi)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加速推進(jìn)和對環(huán)境要求的不斷提高,市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化的建設(shè)規(guī)模和數(shù)量也在逐年增加,江蘇省城市地下污水處理廠建設(shè)情況具體見表2,地下垃圾中轉(zhuǎn)站建設(shè)情況見表3。

表2 江蘇省城市地下污水處理廠建設(shè)情況[12]

表3 江蘇省地下垃圾中轉(zhuǎn)站建設(shè)情況(不完全統(tǒng)計(jì))[12]

張家港金港污水處理廠是江蘇省首座全地下式污水處理廠,于2012年12月投入運(yùn)行。截至目前,省內(nèi)已運(yùn)行的地下污水處理廠共4座,均位于蘇州市,總處理量達(dá)到28.2萬 m3/d。南京、無錫、徐州的地下污水處理廠也在積極籌建之中,屆時(shí)省內(nèi)地下污水處理廠處理規(guī)模將達(dá)到100萬 m3/d以上。

截至2020年底,江蘇省已有2座地下垃圾中轉(zhuǎn)站。南京市正在推進(jìn)將已建大中型垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站因地制宜逐步改造為半地下式垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的工作。

截至2021年底,江蘇省已建成投運(yùn)的地下變電站有3座,為35 kV無錫春申地下變電站、無錫商廈地下變電站和蘇州軌道交通3號(hào)線工程通園路主變電站。

2.2 典型案例

2.2.1 張家港金港污水處理廠

張家港金港污水處理廠2012年年底投運(yùn)。占地面積2.4萬 m2,設(shè)計(jì)總規(guī)模5萬 m3/d,1期規(guī)模2.5萬m3/d,服務(wù)人口20多萬。污水處理構(gòu)筑物及上層的檢修空間組成的一體化箱體全部位于地面以下,各種構(gòu)筑物和設(shè)備在不同的標(biāo)高層垂直布置,充分利用空間以節(jié)約用地,地面布局合理、景觀優(yōu)美,如圖9所示。

圖9 張家港金港污水處理廠

2.2.2 蘇州獅山全地下式水質(zhì)凈化廠

蘇州獅山水質(zhì)凈化廠前身為現(xiàn)廠區(qū)東側(cè)的蘇州新區(qū)污水處理廠。該廠為高新區(qū)第1座污水處理廠,于1996年投入運(yùn)行。隨著高新區(qū)獅山板塊經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和轉(zhuǎn)型升級,為盤活原新區(qū)污水處理廠周邊存量土地資源,更新城市面貌,2016年4月確定了在現(xiàn)廠址附近新建地下式污水處理廠。2022年3月建成,目前為蘇州市首座全地下式水質(zhì)凈化廠,如圖10所示。其占地面積約3.8 hm2,設(shè)計(jì)規(guī)模為10萬 m3/d,其中30%尾水可再生利用,總投資約7.57億元。廠區(qū)共4層,地上、地下各2層。地上2層建設(shè)坡地公園,美化環(huán)境、增加公共綠地的同時(shí)能夠改善周邊居民的生活環(huán)境; 地上1層建設(shè)公共停車場,提供車輛集散場所的同時(shí)能夠?yàn)樗|(zhì)凈化廠帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益; 地下1層為操作層,污水處理的相關(guān)設(shè)備均設(shè)置在該層,方便設(shè)備檢修和人員巡檢; 地下2層為構(gòu)筑物層,為預(yù)處理和生化處理單元。

圖10 蘇州獅山水質(zhì)凈化廠

廠區(qū)采用了“水源熱泵”“磁懸浮風(fēng)機(jī)”“精確曝氣系統(tǒng)”等低碳化技術(shù),以提高污水處理系統(tǒng)的耐久性,降低運(yùn)營期間的維護(hù)成本。

原新區(qū)污水處理廠地下化后大幅度改善了廠區(qū)周邊的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量,與同等規(guī)模地上式污水處理廠相比,其占地面積減少了近60%,有效整合了土地資源,實(shí)現(xiàn)了土地的集約利用,帶動(dòng)了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展,建立了市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與生態(tài)文明建設(shè)相結(jié)合的典型模式。

2.2.3 徐州奎河污水處理廠

徐州奎河污水處理廠為江蘇省處理規(guī)模最大、徐州第1座全地下式污水處理廠,設(shè)計(jì)規(guī)模20萬 m3/d,目前在建。其采用全地下箱體形式,工程總占地約6.2萬 m2,廠區(qū)封閉管理區(qū)域約2萬m2,剩余區(qū)域全部作為城市綠地對外開放。建成后的效果圖如圖11所示。

圖11 徐州奎河污水處理廠效果圖

2.2.4 南京江北新區(qū)研創(chuàng)園凈水站

研創(chuàng)園凈水站位于南京市浦濱路和五橋連接線交叉口東北側(cè),設(shè)計(jì)處理規(guī)模為12萬 m3/d,尾水部分作為中水回用,經(jīng)河道兩側(cè)設(shè)置的垂直潛流人工濕地凈化后作為附近區(qū)域內(nèi)河道的生態(tài)補(bǔ)水。投資估算12.79億元。地下箱體平面總尺寸為422 m×70 m,地面為休閑公園,建成后的效果圖如圖12所示。地上地下綜合開發(fā),打造水務(wù)綜合體,塑造綠廊城市界面。

圖12 南京江北新區(qū)研創(chuàng)園凈水站效果圖

2.3 地下污水處理廠綠色、低碳特點(diǎn)分析

通過對江蘇省內(nèi)地下污水處理廠典型案例進(jìn)行分析可知,地下污水處理設(shè)施綠色、低碳主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

1)地下污水處理廠節(jié)省占地面積。地下污水廠處理構(gòu)筑物集中在一個(gè)箱體內(nèi),各功能單元布置緊湊,且無需考慮綠化和隔離帶的要求。江蘇省部分地下污水處理廠占地面積統(tǒng)計(jì)見表4。傳統(tǒng)地面污水處理廠占地面積指標(biāo)一般為0.8～1.0 m2/m3。由表4可知,地下污水處理廠占地面積指標(biāo)一般為0.31～0.48 m2/m3,較傳統(tǒng)地面污水處理廠節(jié)約土地1/2～2/3,有效節(jié)約了地面土地資源,推進(jìn)了空間集約高效發(fā)展,將城市打造為綠色低碳、復(fù)合低耗、高效智能的城市基盤[13]。

表4 江蘇省部分地下污水處理廠占地面積統(tǒng)計(jì)

2)地下污水處理廠對環(huán)境影響較小。污水處理設(shè)施均布置在地下,地面上幾乎感受不到污水處理設(shè)備運(yùn)行時(shí)的噪音,同時(shí)污水處理過程中散發(fā)的氣體全部通過除臭系統(tǒng)處理,避免了對環(huán)境和周圍居民生活的影響,地面環(huán)境的改善及資源的有效利用,保證了城市的可持續(xù)發(fā)展。

3)地下污水處理廠提升了城市區(qū)域環(huán)境及周邊土地使用價(jià)值。通過統(tǒng)籌規(guī)劃地上、地下空間,將單一功能的污水處理廠與城市景觀相融合,地面空間建設(shè)成城市水生態(tài)、多功能綜合體等,提升了周邊土地使用價(jià)值,盤活了存量資產(chǎn)。例如:蘇州獅山水質(zhì)凈化廠地下化建設(shè)后,占地面積約為傳統(tǒng)地上建設(shè)模式的1/3,按周邊土地成交價(jià)估算,獅山水質(zhì)凈化廠下沉后釋放的土地價(jià)值最高約49.58億元,是其建設(shè)投資的6.5倍。

4)污水處理廠地下化建設(shè)促進(jìn)了城市的綠色低碳發(fā)展。市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化后釋放出更多的地面綠色生態(tài)資源,提升了城市核心區(qū)的減碳固碳能力,改善了周圍環(huán)境品質(zhì),實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減碳的目的。

排水、污水管道通常敷設(shè)在道路下方,占用了大面積的道路,浪費(fèi)了大量的地下空間資源,還存在著一定的安全隱患。由于線路維修或其他原因,市政管線經(jīng)常反復(fù)開挖,對交通和居民的正常生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的影響,還導(dǎo)致了資源、資金的浪費(fèi),與科學(xué)發(fā)展觀的要求背道而馳。市政基礎(chǔ)設(shè)施城市內(nèi)就近地下化建設(shè)可縮短污水管線及再生水管道長度、減少管網(wǎng)輸送中可能的泄漏污染,再生水資源可就近及多場所使用,具有更高的利用價(jià)值和更廣泛的利用場景,在節(jié)約水資源方面具有突出優(yōu)勢;同時(shí),管網(wǎng)輸送距離的縮短降低了大量的輸送能耗,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能降耗。

3 江蘇省內(nèi)市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求分析

江蘇省近3年接到污水處理設(shè)施相關(guān)投訴130余條,垃圾處理設(shè)施相關(guān)投訴190余條,其中,涉及“鄰避效應(yīng)”的投訴占比分別為48.9%和56.2%。江蘇省發(fā)展和改革委員會(huì)等10個(gè)部門印發(fā)的《江蘇省推進(jìn)污水資源化利用的實(shí)施方案》中明確要求,結(jié)合現(xiàn)有污水處理廠改造升級和新擴(kuò)建工程,至2025年,鼓勵(lì)結(jié)合地區(qū)開發(fā)建設(shè),采用EOD開發(fā)模式,建設(shè)一批“新概念”污水處理廠、下沉式污水處理廠,促進(jìn)生態(tài)環(huán)境高水平保護(hù)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展,形成可復(fù)制可推廣的利用模式。

隨著城市化水平和居民環(huán)境要求的提高,建設(shè)能夠與周邊環(huán)境協(xié)調(diào)、封閉性強(qiáng)、無二次污染的地下污水處理廠成為城市污水治理工程建設(shè)的發(fā)展趨勢和發(fā)展方向。

3.1 生活污水處理廠建設(shè)需求

本文以南京市為例,根據(jù)《南京市城鄉(xiāng)生活污水處理專項(xiàng)規(guī)劃(2018—2035)》,南京市2035年共規(guī)劃污水廠67座(如圖13所示),其中,現(xiàn)狀保留7座,規(guī)劃擴(kuò)建58座,規(guī)劃新建2座(野山、八卦洲)。現(xiàn)狀污水廠總規(guī)模394萬 m3/d,規(guī)劃污水廠總規(guī)模655萬 m3/d。另外,根據(jù)規(guī)劃要求南京市共規(guī)劃23座再生水廠(如圖14所示),現(xiàn)狀污水廠再生水的回用總規(guī)模為107萬 m3/d,再生水利用率達(dá)28%; 南京市規(guī)劃污水廠再生水回用總規(guī)模233萬 m3/d,再生水利用率達(dá)35%,再生水廠建設(shè)結(jié)合污水廠提標(biāo)、擴(kuò)建同步設(shè)施。由此可見,南京市將陸續(xù)開展污水廠新建、提標(biāo)和擴(kuò)建工作。涉及有新增用地需求的污水廠共21座,在控制性詳細(xì)規(guī)劃中預(yù)留用地全部使用的前提下,尚需新增用地總面積152.95 hm2。

圖13 南京市污水廠布局規(guī)劃圖

圖14 南京市再生水系統(tǒng)規(guī)劃圖

3.2 生活垃圾中轉(zhuǎn)站建設(shè)需求

根據(jù)《南京市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃(2017—2035)》,南京市2035年共規(guī)劃市級轉(zhuǎn)運(yùn)站2座,總規(guī)模3 500 t/d,總占地面積47 000 m2; 現(xiàn)狀市級轉(zhuǎn)運(yùn)站1座,規(guī)模1 500 t/d,占地面積17 298 m2,如圖15所示。

圖15 南京市市級生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站規(guī)劃布局圖

本文對南京市鼓樓區(qū)內(nèi)共21處垃圾中運(yùn)站進(jìn)行調(diào)研發(fā)現(xiàn),周邊居民多次對中轉(zhuǎn)站所產(chǎn)生的異味、廢水、運(yùn)輸車輛以及垃圾壓縮設(shè)備噪聲、衛(wèi)生環(huán)境等問題向主管部門投訴。近幾年,主管部門結(jié)合民意對各轉(zhuǎn)運(yùn)站進(jìn)行了相應(yīng)的改造,以減少對周邊人居環(huán)境的不利影響。

綜上所述,南京市在污水處理、再生水回用及垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站等市政基礎(chǔ)設(shè)施上有較大規(guī)模的規(guī)劃建設(shè),新增規(guī)劃用地面積近160 hm2,其中,主城區(qū)在占用原預(yù)留用地近104 hm2的基礎(chǔ)上,尚需新增規(guī)劃用地77.45 hm2。專項(xiàng)規(guī)劃中市政基礎(chǔ)設(shè)施均未考慮地下化建設(shè),人廠爭地的現(xiàn)象十分突出; 同時(shí),因?yàn)榫坝^性較差和鄰避效應(yīng),周邊土地?zé)o法開發(fā)利用,導(dǎo)致閑置浪費(fèi)。這對土地資源緊缺的城市發(fā)展造成了較大的影響。

4 江蘇省市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化發(fā)展制約因素

4.1 地下污水處理設(shè)施的投資較大

地下污水處理設(shè)施建設(shè)時(shí)需要深基坑開挖工程、地下箱體結(jié)構(gòu)建設(shè)及抗浮工程、防腐工程等,施工難度較大,建設(shè)投資高。地下式污水處理廠建設(shè)中每噸水投資為6 000～10 000元,是同等規(guī)模傳統(tǒng)污水處理廠的1.5～2.0倍。

4.2 地下污水處理設(shè)施運(yùn)行成本高昂

地下污水處理廠在日常運(yùn)行過程中對通風(fēng)、除臭、照明、消防等方面均有更高的要求,需要人工照明和全面的機(jī)械送排風(fēng)設(shè)施來維持地下環(huán)境,運(yùn)行成本較高。例如:獅山水質(zhì)凈化廠最終每噸水運(yùn)行成本約1.5元,與原廠相比增加了50%;南京江北新區(qū)研創(chuàng)園凈水站估算每噸水運(yùn)行成本約1.82元。

4.3 地下污水處理設(shè)施設(shè)計(jì)要求高

地下式污水處理廠主要結(jié)構(gòu)處于地下,面臨較大的防洪、防澇風(fēng)險(xiǎn),易發(fā)生水浸沒現(xiàn)象,因此污水處理廠應(yīng)根據(jù)所處的地形、地勢選取適宜的防洪、防澇設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。另外,地下式構(gòu)筑物屬于有限空間,日常運(yùn)維人員的工作空間受限;同時(shí),污水處理產(chǎn)生的有毒、有害氣體需要采取合理方案及時(shí)處理排放。

4.4 規(guī)劃對地下市政基礎(chǔ)設(shè)施重視程度不夠

市政基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃、地下空間利用規(guī)劃對城市市政基礎(chǔ)設(shè)施的總體布局和建設(shè)具有重要影響。江蘇省各市市政基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃中很少涉及地下化建設(shè),造成后期建設(shè)缺少相關(guān)依據(jù),導(dǎo)致落地困難。地下空間利用規(guī)劃缺少地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需求分析論證,造成市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)面臨地下空間不足和施工難度大幅提高的問題。

4.5 地下污水處理設(shè)施建設(shè)、運(yùn)營缺少規(guī)范指導(dǎo)和技術(shù)支撐

江蘇省目前無地下污水處理設(shè)施相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,大部分地下污水處理廠根據(jù)傳統(tǒng)污水處理廠的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營、維護(hù),未考慮其與傳統(tǒng)污水處理廠的差異,造成地下污水處理廠建設(shè)成效與運(yùn)營效果不同,制約了地下污水處理廠在江蘇省內(nèi)的推廣和發(fā)展。

5 江蘇省市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化綠色發(fā)展思路

“十四五”期間,我國城市發(fā)展將從經(jīng)濟(jì)主導(dǎo)更多轉(zhuǎn)向生產(chǎn)、生活、生態(tài)多元導(dǎo)向,城市建設(shè)方式將由增量擴(kuò)張轉(zhuǎn)向存量挖潛,城市生產(chǎn)生活方式將加快綠色低碳轉(zhuǎn)型,打造城市高質(zhì)量、綠色發(fā)展。在滿足安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的條件下,推進(jìn)市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化,將有效釋放城市空間資源,提升城市品質(zhì)。本文認(rèn)為江蘇省市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化綠色發(fā)展思路有以下5個(gè)方面。

5.1 政策引領(lǐng)、規(guī)劃先行

強(qiáng)化政策引領(lǐng)。結(jié)合城市更新研究并推動(dòng)市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化的配套政策性法規(guī)落地,形成指導(dǎo)性文件引導(dǎo)各地先行先試。制定支持市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)的綠色發(fā)展配套政策,探索政府引導(dǎo)和經(jīng)濟(jì)激勵(lì)政策。以地下污水處理廠為例,國家和部分省關(guān)于污水處理廠地下化的相關(guān)政策如表5所示。

表5 國家和部分省關(guān)于污水處理廠地下化的相關(guān)政策

堅(jiān)持規(guī)劃先行。立足江蘇省各地實(shí)際需求,做好“地上+地下”全域空間規(guī)劃,在既有設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上,在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、用地緊張的城區(qū),成片新建或改造城市更新、城市公園綠地用地等區(qū)域,綜合考慮城市整體開發(fā)建設(shè)需要,結(jié)合地下空間開發(fā)利用規(guī)劃進(jìn)行地下市政基礎(chǔ)設(shè)施協(xié)同規(guī)劃調(diào)整,并納入新一輪國土空間規(guī)劃,指導(dǎo)江蘇省城市建設(shè)與更新。目前北京、上海、成都、南昌等均在規(guī)劃層面提出市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化的要求,如表6所示。

表6 我國部分城市規(guī)劃中對市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化的要求

5.2 探索地下式污水處理廠地上地下空間綜合開發(fā)模式

江蘇省內(nèi)地下式污水處理廠地上部分建設(shè)模式單一,大多為市政景觀公園,未與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)的真實(shí)需求相結(jié)合,這在一定程度上限制了地下式污水處理廠的應(yīng)用和推廣。積極探索地下式污水處理廠地上地下空間綜合開發(fā)模式,與交通、市政、人防、園林等專業(yè)部門通力合作,加強(qiáng)綜合化、精細(xì)化的設(shè)計(jì),在開發(fā)建設(shè)過程中建立多方高效銜接的協(xié)調(diào)機(jī)制,構(gòu)建地上地下功能協(xié)同、空間融合的綜合體,實(shí)現(xiàn)地下式污水處理廠土地資源效益與生態(tài)環(huán)境價(jià)值的最大化利用,降低地下污水處理設(shè)施的工程投資。

5.3 出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范或指南

標(biāo)準(zhǔn)化是保障地下式污水處理廠順利發(fā)展的必備因素,制定相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范化指導(dǎo),推廣對有限空間最大化利用、降低建設(shè)難點(diǎn)、智慧低碳、集約生態(tài)的設(shè)計(jì)理念;從多角度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)以減少占地面積,推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)的平衡性,創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益。

編制適用性強(qiáng)、可推廣和復(fù)制的運(yùn)營管理策略,指導(dǎo)和規(guī)范地下污水處理設(shè)施的管理和運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行維護(hù)便捷有效,控制運(yùn)維成本,將運(yùn)營階段的安全風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)降低,保障地下污水處理廠安全、節(jié)能、低碳運(yùn)行。

統(tǒng)籌建立綠色、低碳、循環(huán)的污水處理行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系,使市政污水處理在成本核算的前提下,既綠色、循環(huán)又低碳。在低碳發(fā)展指標(biāo)方面,可以設(shè)立污水能源利用、污泥熱能利用、企業(yè)運(yùn)營節(jié)能、光伏發(fā)電、企業(yè)碳匯建設(shè)5類指標(biāo)。

5.4 節(jié)能降耗,減污降碳,降低運(yùn)營成本

根據(jù)文獻(xiàn)[10]的研究,芬蘭Kakolanm?ki污水處理廠通過光伏發(fā)電、沼氣發(fā)電、污水余溫?zé)崮芑厥?夏天制冷、冬天供熱)、通風(fēng)系統(tǒng)熱能回收等不僅實(shí)現(xiàn)了碳中和運(yùn)行(碳中和率333%),而且成為向外輸能的能源工廠,能量回收的15.6%產(chǎn)能自用,84.4%產(chǎn)能外供。污水中蘊(yùn)含的熱能遠(yuǎn)高于化學(xué)能,實(shí)際可回收熱能為化學(xué)能的9倍多。

江蘇省已建地下污水處理廠綜合能源利用率較低,應(yīng)以減污降碳協(xié)同增效作為重點(diǎn)戰(zhàn)略方向,在江蘇省內(nèi)積極探索和推廣建設(shè)“四合一”污水處理廠,集污水處理、濕地公園、光伏發(fā)電、綜合能源應(yīng)用為一體,鼓勵(lì)省內(nèi)污水處理企業(yè)綜合利用廠地內(nèi)的綠化地帶和出地面的建(構(gòu))筑物頂部安裝的光伏電池組件,采用“自發(fā)自用、余量上網(wǎng)”模式建設(shè)光伏發(fā)電項(xiàng)目,減污降碳的同時(shí)實(shí)現(xiàn)降本增效。探索污水熱能利用、污水處理廠精細(xì)化智能管控、污泥能源利用等實(shí)現(xiàn)低碳化的路徑,降低運(yùn)營成本,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益雙贏。通過能源回收實(shí)現(xiàn)地下污水處理廠低碳、零碳運(yùn)行。

5.5 存量空間挖掘、應(yīng)用設(shè)想和思考

當(dāng)前我國城市發(fā)展由大規(guī)模增量擴(kuò)張轉(zhuǎn)向存量提質(zhì)的新時(shí)期。在嚴(yán)控增量、抑制城市無序蔓延的背景下,城市可供建設(shè)的新增土地愈發(fā)緊張,利用好城市存量空間成為城市可持續(xù)發(fā)展的重點(diǎn)。在存量空間挖掘過程中,重塑城市發(fā)展空間,可整合利用低效用地、“金角銀邊”、社區(qū)閑置空間、廢舊地下空間(廢棄人防、泵坑、礦坑等)、隧道架空層以及可開發(fā)的綠地下空間等,采取設(shè)施嵌入、功能置換、多主體開發(fā)、權(quán)屬整合、業(yè)態(tài)提升、場景營造等策略推進(jìn)存量空間更新,賦予新活力,促進(jìn)空間利用向集約緊湊、功能復(fù)合、低碳高效轉(zhuǎn)變。

5.5.1 隧道夾層空間利用分析

自2006年以后,江蘇省城市隧道進(jìn)入了蓬勃發(fā)展期,隧道總里程迅速增長,截至2021底,全省共140座隧道建成通車。隧道夾層空間是指隧道兩端出口段頂板與上方覆土層之間的三角形空腔體,為減少回填土方量、降低建設(shè)成本而形成。一般城市內(nèi)部道路下方隧道出口段夾層空間很小,無法利用,而過江隧道埋深大、出口段長,形成的夾層空間長度大、面積大,是不可多得的地下空間資源。

江蘇省南京市已建成過江隧道3條,在建過江隧道2條。其中在建的建寧西路過江通道夾空層位置示意如圖16所示。夾空層位于地下1～2層,長約350 m,寬9～38 m,高約5.4 m,面積約10 000 m2。目前尚未立項(xiàng)開發(fā)利用,面臨閑置廢棄的境地。

圖16 江蘇省南京市建寧西路過江通道夾空層位置示意圖

本文對建寧西路過江隧道夾空層的利用進(jìn)行了專題研究。根據(jù)片區(qū)需求,夾空層地下空間可以作為地下市政基礎(chǔ)設(shè)施、地下停車場建設(shè)場地。市政基礎(chǔ)設(shè)施可結(jié)合需求設(shè)置調(diào)蓄凈水站、垃圾處理站,也可與海綿城市相融合,結(jié)合地面道路及附近區(qū)域的海綿城市設(shè)計(jì)及防洪排澇的建設(shè)需求,設(shè)置雨水調(diào)蓄池和提升泵站,雨水調(diào)蓄池的水用于地塊內(nèi)的徑流控制、河道水位補(bǔ)充、景觀噴灌、道路沖洗等。

建寧西路城市隧道上方夾層空間再利用研究在應(yīng)用過程中遇到了多項(xiàng)難題,如無相關(guān)政策引導(dǎo)、不在城市規(guī)劃范圍、資產(chǎn)權(quán)屬不明、管理主體矛盾等,造成項(xiàng)目落地和推進(jìn)緩慢。

與建寧西路交叉的惠民大道海綿城市設(shè)計(jì)時(shí),在惠民大道道路起始端新建了800 m3的調(diào)蓄池(如圖17所示),若在設(shè)計(jì)階段將道路海綿城市設(shè)計(jì)與隧道夾層空間統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì),調(diào)蓄池可利用建寧西路隧道的夾層空間,可減少新建調(diào)蓄池投資和地下空間資源的占用。

圖17 惠民大道海綿城市調(diào)蓄池與建寧西路過江通道夾空層位置示意圖

希望通過本次夾層空間開發(fā)利用方案的探索研究,在南京市級層面形成政策性文件和相關(guān)規(guī)劃建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),使城市隧道夾層空間產(chǎn)權(quán)、使用權(quán)的取得有章可循,在隧道規(guī)劃過程中就同步考慮隧道夾層空間的利用,在環(huán)境提升的同時(shí)提高土地利用率,加大存量空間的挖潛力度。

5.5.2 既有地下空間的更新改造

對廢棄建(構(gòu))筑物進(jìn)行改造后再利用,可以減少土方開挖、置換既有的地面市政設(shè)施,緩解地面用地緊張的現(xiàn)狀,實(shí)現(xiàn)土地資源的節(jié)約利用和地下空間的綠色發(fā)展,促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展,改善城市生活環(huán)境。

無錫市崇寧路人防工程是一段已經(jīng)失去防護(hù)功能的老舊地道式人防工程。無錫市創(chuàng)新利用思路,在反復(fù)調(diào)研、精心設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,實(shí)施加固改造,將全長1.4 km的擬報(bào)廢人防工程改造為容納電力電纜、雨污水管等多種管線的地下管廊。改造后周邊雨污水管網(wǎng)更加合理、排水通暢,同時(shí)因電力和通信架空線路入廊敷設(shè)使地面整潔、美觀,節(jié)約土地資源的同時(shí)提升了城市形象。改造前后的對比如圖18所示。

(a) 改造前 (b) 改造后

5.5.3 開展市政存量空間的有機(jī)融合利用探索研究

建設(shè)在城市內(nèi)部的地下式污水處理設(shè)施,可與海綿城市建設(shè)有機(jī)融合,對污染嚴(yán)重的初期雨水進(jìn)行應(yīng)急處理,實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化,提高區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量。開展如何結(jié)合市政污水廠的特征,充分發(fā)揮污水處理設(shè)施的就近處理能力及構(gòu)筑物的功能特點(diǎn),因地制宜地進(jìn)行污水處理廠與海綿城市共建的研究。

6 結(jié)論與展望

全國各地新城規(guī)劃建設(shè)工作正全面展開,城市更新也在穩(wěn)步推進(jìn),如何更好地實(shí)施市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化是當(dāng)前城市高質(zhì)量、綠色發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1)市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化建設(shè)具有明顯的環(huán)境效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益,有利于改善城市生態(tài)環(huán)境、節(jié)約土地資源、提升周邊土地利用價(jià)值,有效推進(jìn)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施一體化和城市綠色化發(fā)展,對促進(jìn)城市更新具有重要意義。

2)強(qiáng)化政策引領(lǐng),出臺(tái)鼓勵(lì)地下市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的政策機(jī)制,出臺(tái)有吸引力的投資與回報(bào)方式,鼓勵(lì)復(fù)合開發(fā)。結(jié)合城市更新研究并推動(dòng)市政基礎(chǔ)設(shè)施地下化的配套政策性法規(guī)落地,形成指導(dǎo)性文件并引導(dǎo)各地先行先試。

3)開展地上地下綜合開發(fā)研究,提高土地資源高效利用,實(shí)現(xiàn)地下土地資源與生態(tài)環(huán)境價(jià)值的最大化利用。研究出臺(tái)江蘇省地下市政基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、運(yùn)營標(biāo)準(zhǔn),規(guī)范地下市政基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和運(yùn)營。

4)探索存量地下空間開發(fā)的新路徑,加大存量空間利用挖潛力度,通過對既有地下空間設(shè)施的更新改造、廢舊地下空間的新賦能等置換既有地面市政設(shè)施、緩解地面用地緊張,改善城市生活環(huán)境,實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展。

5) 積極探索和推廣建設(shè)“四合一”地下市政基礎(chǔ)設(shè)施,集市政基礎(chǔ)設(shè)施、濕地公園、光伏發(fā)電、綜合能源應(yīng)用為一體,探索污水熱能利用、污泥能源利用,減污降碳的同時(shí)實(shí)現(xiàn)降本增效,建設(shè)低碳地下市政基礎(chǔ)設(shè)施。