利用地下空间助力发展绿色建筑与绿色城市

　　当今世界迎来了绿色发展时代，习近平同志提出的绿色发展理念是习近平新时代中国特色社会主义思想的主要组成部分。党的十八大以来，党中央提出了一系列治国理政新理念、新思想、新战略，把生态文明建设和绿色发展提到新的战略高度; 党的十八届五中全会更是把绿色列入中国国家建设发展的五大理念之中。中国的绿色发展正在进入世界绿色发展的先进行列。地下空间是一个巨大而丰富的空间资源，对其进行合理开发利用能够促进我国的绿色发展。本文从节约土地、利用地热能、节水、绿色城市基础设施( 包括绿色客运城市交通和城际交通，未来城市货运交通，绿色城市污水、雨洪蓄排系统，绿色城市垃圾集运和处理系统，智慧地下综合管廊，城市智慧行车系统) 等方面分析说明如何利用地下空间发展绿色建筑与绿色城市，并介绍如何进行地下空间的开发规划。

利用地下空间助力发展绿色建筑与绿色城市

　　1 绿色建筑与绿色城市

　　绿色建筑和绿色城市的定义在国际上尚无共识。

　　1.1 绿色建筑根据《绿色建筑评价标准》[1]，绿色建筑是指在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源( 节能、节地、节水、节材) ，保护环境和减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑。简而言之，即“四节一环保”的建筑。

　　1.2 绿色城市绿色城市一方面是“绿色建筑规模化的一个必然结果”; 另一方面，因为城市要素除了建筑之外，还包括交通等城市基础设施以及自然环境和社会环境等，所以其内涵还应扩展到其他城市要素。绿色城市的实质可概括为: 实现更高水平的生态平衡，大幅减少环境污染并使自然资源得到更为合理的配置，同时形成可持续的生态安全保障体系，从而降低城市发展成本，建立起一种自然与社会高度和谐融合、功能高度复合的城市模式。与绿色建筑的概念相比，绿色城市在节约资源、能源、保护自然之外还加入了社会学范畴的概念，将在西方城市规划领域一直关注的犯罪率、邻里交往、社会和谐发展等命题也一并纳入。二者关系为: 绿色城市 = 绿色建筑+绿色城市基础设施+绿色城市自然环境( 蓝天、绿水、青山、净土) +绿色社会环境。绿色城市的目标是促进城市可持续发展，提高城市的宜居水平。

　　2 利用地下空间发展绿色建筑与绿色城市

　　2.1 节约土地我国现行耕地红线为 1.2 亿 hm2 ( 18 亿亩) ，而既有耕地为1.239亿 hm2 ( 18.58 亿亩) ，城镇化发展面临无地可用的困境，解决土地问题存在必要性与紧迫性。因此，需要推动地上地下 2 个城市建设，破解城市发展空间不足的问题。城市节约土地的一个主要方面在于宏观上努力实现土地的多重利用。土地的多重利用可沿 2 个方向实施: 1) 城市无建筑土地的额外利用; 2) 城市已建成区域的紧密化和功能变化。开发利用地下空间，即把城市交通( 地铁和轨道交通、地下快速路、越江和越海湾隧道) 尽可能地转入地下，把其他一切可以转入地下的设施( 如停车库、污水处理厂、商场、餐饮、休闲、娱乐、健身等) 尽可能建于地下，就可实现土地的多重利用，提高土地利用效率，实现节地的要求[2]。

　　2.2 利用地热能 2.2.1 低密度地热能源( 地温能) 2.2.1.1 地下换热系统地温能指的是地层中温度小于 25 ℃的地层热能。当到达地下一定深度时( 5 m 以下) ，四季的地层温度保持在一稳定值，此时把传统空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下，利用传热循环介质与大地进行热交换，从而提取地温能，形成地下换热系统。地下换热系统可埋设在地下结构的基坑围护结构( 地下连续墙、排桩内) 、基础底板下、桩基( 钻孔灌注桩、预制桩、 PHC 桩等) 内; 可埋设在新奥法施工的隧道衬砌内或以能源锚杆的形式埋设在其围岩中; 也可埋设在地铁区间隧道内、地下输水管道内[3]。隧道结构内埋管换热器工作原理见图 3。2.2.1.2 能源隧道能源隧道是指一种利用隧道衬砌内的热交换管路来提取隧道空气热能或隧道围岩中的地热能，实现隧道附近建筑的供热/制冷服务的技术，见图 4。

　　2.2.2 浅中层地热能( 温泉) 河北省地热能资源总量位居全国第二位，2015 年地热资源开采量突破 1. 1 亿 m3 ，地热供暖面积达到 6 300万 m2 。其中，雄县位于河北省保定地区，是国内首个通过地热供暖实现“无烟城”的县城，拥有享誉全国的“雄县模式”。雄县地热资源分布面积广，出水量大，水温高，现如今地热集中供暖面积已占城区集中供暖面积的 85%，覆盖县城 80%以上的居民小区，每年可减少 CO2 排放量 12 万 t。在收费方面，雄县居民地下水取暖费用为 16 元/m2 ，相较之前燃煤取暖 25 元/m2 的费用更为便宜。

　　2.2.3 深层地热能( 干热岩) 我国干热岩资源居世界前列，陆域干热岩资源量为 856 万亿 t 标准煤，其中青海共和盆地 3 705 m 深钻获得 236 ℃的高温干热岩体。我国已成功在陕西省内进行了干热岩用于供热的商业应用———长安信息大厦 2013 年共计 3.8 万 m2 应用干热岩供热，效果良好。按照 2%的可开采资源量计算，我国可开采干热岩量相当于 17 万亿 t 标准煤，为 2016 年全国能源消耗量( 43. 6 亿 t) 的近 4 000 倍。至“十三五”末，地热能年利用量相当于替代化石能源 7 000 万 t 标准煤，减排 CO2 1. 7 万亿 t。国际上有美国、澳大利亚、日本、德国、法国等进行了干热岩发电试验研究项目。美国 Los Alamos 实验室在卡尔德拉的芬登山上建成了一个 10 MW 的 HDR ( 深层干热岩) 发电站，该电站主要由 2 个深度为3 000 多 m 的钻孔及其连通孔组成，冷水由一个钻孔灌入，另一个孔产生 200 ℃ 蒸汽，进入汽轮机发电。我国也已开始干热岩发电的相关研究。

　　2.3 节水我国水资源比较短缺，地下空间可以用来解决水资源问题。 2.3.1 雨水 1) 世博轴自来水日用量约为 2 000 m3 / d，利用雨水时，自来水日用水量降低为 1 100 ～ 1 200 m3 / d，回用雨水用水量约 800 ～ 900 m3 / d。据此，在可利用时段里，自来水替代率约为 ( 800 ～ 900) /2 000 = 40% ～ 45%。经处理雨水主要用途为卫生器具冲洗、绿化浇灌等。世博轴雨水收集处理综合利用技术见图 7，处理流程见图 8。2) 西沙群岛上修建了可采集雨水达 14 万 t 的地下贮水工程。通过技术处理，已达到国家饮用水卫生标准，从而结束了吃水靠大陆船运的历史。 3) 北京每年 6—9 月份降水中，可利用的雨水为 2. 3 亿 m3 ，相当于城区全年用水量的 1 /5 多。为积蓄雨水，北京筹划开工修建 70 个地下小水库，新建公园将首先考虑建设雨水收集利用设施，工程可拦蓄洪水 3 559 万 m3 。 4) 名古屋、大阪、福冈等地的大型建筑物下都设置了雨水利用装置，名古屋体育馆每年利用雨水 3. 6 万 m3 。 2.3.2 再生水( 中水) 再生水主要是指城市污水或生活污水经处理后达到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用水，也称中水。 1) 北京 2010 年再生水利用量达 6.8 亿 m3 ，占总用水量的 19%，但利用率仅为 60%，“十三五”期间计划将全市再生水用量提升到每年 12 亿 m3 。 2) 天津自 2002 年正式启动再生水管网建设以来，已铺设了 400 多 km 的再生水管道。目前天津已建成再生水厂 8 座，全年再生水回用约 2 500 万 t，大部分用在大型工业项目中，还有河西梅江居住区和南开水上公园周边一些小区也用上了再生水。 3) 日本再生水利用量达 1.3 亿 m3 。

　　绿色城市基础设施建设

　　建设绿色城市，还要进行绿色城市基础设施的建设。过去由于只注意城市“面子”建设，采用管线直埋、城市排水系统按一年一遇暴雨重现期设计、污水不经处理直排、垃圾传统填埋、空气降污减排不控制、公交系统严重滞后等粗放发展模式，酿成“里子”城市地下基础设施建设短板的恶果: 雾霾、交通拥堵、城市内涝、垃圾围城、垃圾山坍塌和泥石流、城市空气污染和雾霾严重、城市地面地下水系和土壤严重污染等“城市病”丛生。

　　3.1 绿色客运城市交通和城际交通 3.1.1 城市及城际客运交通发展方向绿色交通要求少占地、低能耗、无污染( 电驱动) 。未来的城市客运交通以地下轨道交通为主，能够实现少占地、无污染，其中低速磁悬浮由于其能耗低，为城市客运交通最佳选择; 未来的城际客运交通应发展地下高速磁悬浮，其速度可达到 600 km / h 以上( 轮轨< 400 km / h) ，且能耗最低。 3.1.2 地下快速路地面交通存在以下 3 个问题: 1) 限购限行，利少弊多，不能持久; 2) “存量”不减、“增量”攀升，中心城区地面已无地( 路) 可建; 3) 国外曾做过伦敦中心区地面交通供给能力的模拟测算，其结果是即使把伦敦中心区所有建筑架空，其下层地面全变成道路，也不能解决交通拥堵问题。因此，仅大力发展轨道交通不能从根本上解决交通拥堵，即使是轨道交通相当完善的发达国家大城市，如伦敦、东京、芝加哥、马德里、莫斯科等，也困扰于交通拥堵。东京公共交通出行比例达到了 60%，地铁建设里程已达 300 km( 地铁集中于城市中心区，线路里程仅占轨道交通总里程的 1 /10) ，仍然没有解决交通拥堵; 伦敦的第一条地铁建成于 1863 年，至今已建成地铁里程达 439 km，但仍然要收取“交通拥堵费”以缓解拥堵之苦。

　　3.2 未来的城市货运交通科技创新转变城市交通运输方式还包括地下物流系统，以替代城市货车限行的行政措施，将城市货运逐步并最终转移至地下。地下货物运输系统，又称地下物流系统( ULS) ，是基于城内运输和城外运输的结合。城外货物通过各种运输手段运到城市边缘的物流园区 ( CLP) ，经处理后由 CLP 通过 ULS 输送到各个终端。它以集装箱和货盘车为基本单元，以自动导向车 ( AGV) 为运输工具。根据世界经济合作与发展组织 2003 年统计，发达国家主要城市的货运占城市交通总量的 10% ～ 15%，在“世界工厂”和到处是建设工地的中国则为 20% ～ 30%，而在当今电子商务、快递和送快餐发达的中国，这个比例还要高。货运交通转入地下必将对缓解交通拥堵作出重要贡献。

　　4 地下空间开发规划

　　4.1 规划的重要性地下空间是不可逆的空间资源。中共中央、国务院办公厅、住建部文件指出“节约优先、保护优先、自然恢复为主”的方针以及“先规划、后建设”、“规划引领”、“规划先行”的原则，强调了地下空间开发规划的重要性。

　　4.2 规划科学的重要性习近平同志提出: “规划科学是最大的效益，规划失误是最大的浪费，规划折腾是最大的忌讳。”说明了规划科学的重要性。

　　4.3 地下空间开发与规划中的问题 1) 城市地上与地下空间规划与开发统筹不足、相互影响，缺少系统性与前瞻性的协同规划。 2) 不同功能的地下专项规划彼此缺乏协调，地下占位冲突，地区地下空间开发没有统一规划。 3) 地下空间短期需求造成地下空间分布碎片化，导致开发不系统、空间资源浪费严重。

　　5 结语

　　通过若干个五年计划持之以恒的努力，将地上城市中的城市运输与交通系统逐步转移到城市地下去，不但使旅客交通与货物运输转入地下，还包括垃圾、污水等的传输都转入地下，使地上逐步乃至彻底摆脱与传统运输相联系的环境干扰。首先是解决交通拥堵与 PM2.5 超标的困扰，而释放出的地上空间将用作大片的自然植被和安全的步行，这不是科学幻想，《欧洲地下建设战略研究议程( Strategic Research Agenda For the European Underground Construction Sector) 》就已经明确提出，其 2030 年的远景目标是“将地面交由市民自由使用，将基础设施放入地下”。

　　参考文献( References) :

　　[1] 绿色建筑评价标准: GB/T 50378—2019[S]. 北京: 中国建筑工业出版社，2019. Assessment standard for green building: GB/T 50378-2019 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press，2019.

　　[2] 钱七虎，陈晓强. 充分开发利用地下空间建设资源节约型和环境友好型城市[M]/ /钱七虎院士论文选集. 北京: 科学出版社，2007. QIAN Qihu，CHEN Xiaoqiang. Make full use of underground space to build resource-saving and environment-friendly cities[M]/ / Selections from Academician Qian Qihu' s Theses. Beijing: Science Press，2007.

　　《利用地下空间助力发展绿色建筑与绿色城市》来源：《隧道建设( 中英文)》，作者：钱七虎