城市的安全发展与地下空间利用

    [摘  要]  随着城市人口的快速增长，中国的城市发展面临着巨大挑战。笔者具体分析了我国城市发展所
面临的诸多问题即占用大量土地资源、建筑空间拥挤、交通堵塞、环境污染严重、城市综合防灾能力薄弱等等；通过借鉴发达国家在解决城市问题方面的成功经验和历史教训，提出大力发展和利用地下空间是解决城市问题的最有效途径；并在实践的基础上提出地下空间规划的思路和原则。上述分析和设想愿与同行共酌探讨。
    [关键词]  城市问题  地下空间利用  开发原则

1  引  言
    城市人口、地域规模和城市生存环境问题是21世纪中国城市发展所面临的巨大挑战。随着世界经济的发展，世界城市化水平已从1950年的28．7％提高到2000年的75％。改革开放以后，中国经济的高速发展促进了城市化水平的快速提高，由1989年的不到20％提高到2000年的35．7％。城市化水平提高的结果表现为城市数量增加，城市规模扩大，耕地面积急剧减少。据气象卫星遥感资料判断和测算，1986—1996年的10年间，全国31个特大城市的城区，实际占地规模扩大了50．2％。据国家土地管理局的监测数据分析，城区规模扩展都在60％以上，其中有的城市占地面积成倍增长，实际上占用了大量耕地。1986～1996年全国非农建设占用耕地，使耕地净减少197．5亿平方米，这比韩国耕地总量还多。中国是资源小国，耕地资源更是如此，中国目前人均耕地1 000平方米，仅占世界平均数的1／3，到2020年，人均耕地将下降到800平方米以下，根据经济发展与城市化水平的相关分析，到21世纪中叶，我国城市化水平将提高65％左右，这意味着我国城市人口将比1980年净增8亿多人，按每个城市人口用地100平方米计算，将占用耕地666亿多平方米，再考虑工业交通用地，使我国的耕地资源将不堪重负。此外，城市化水平的快速提高，还使城市人口超饱和、建筑空间拥挤、城市绿化地减少，形成一系列的“城市综合症”，造成城市生存环境的恶化。正视耕地面积很有限并将继续减少的严峻现实，正视城市生存环境恶化的现状，寻求合理的解决途径，已成为我国城市安全发展的重大而迫切的问题。笔者具体研究了城市发展中存在的诸多问题，通过借鉴发达国家在解决城市问题方面的经验和教训，提出大力发展地下空间是解决城市问题的根本途径，并在实践的基础上提出地下空间的规划原则。
2  城市发展面临的几个主要问题及其解决途径
2．1  城市发展所面临的问题
    城市化的快速发展，正在中国城市中形成“城市综合症”，其表现为以下几个方面：
    (1)城市人口超饱和、建筑空间拥挤、城市绿化地面积减少。按照国际标准，城市人口密度大于每平方公里2万人属于拥挤。我国上海城区人口平均密度为每平方公里4．7万人，局部地区达每平方公里16万人，北京城区4个区平均为2．8万人，均属于超饱和状态。随着城市经济的发展和房地产开发，城市建筑和通路的大规模建设，使可用于园林绿化的绿地和开敞空间日益减少。据1990年统计，我国城市人均绿地面积只有3．9平方米，与国家制定的人均10平方米卫生标准还有相当大的差距。
    (2)交通阻塞，行车速度缓慢已成为许多城市普遍的问题。如北京市干道平均车速比十年前降低40％以上，每平方公里道路汽车拥有量为发达国家大城市相应拥有量的两倍乃至数倍。尽管北京近几年进行了大规模的城市道路建设，可是道路的扩展远远赶不上车辆的增长。据统计，近十年北京道路年增长率为3％，而车辆年增长率为15％，车流量则为18％，交通拥挤已成大患，同时停车问题也日益突出。
    (3)基础设施落后于城市的扩展和城市人口的增加，造成城市环境相应恶化。80％以上的城市污水未经处理排入江河，水质超过了3类标准的城市河段已占78％，50％以上的城市地下水受到污染；垃圾围城现象普遍，我国生活垃圾经处理的仅占2．3％左右，其余只能堆存，堆存量高达60多亿吨，占地60多亿平方米；城市噪声污染普遍超标，全国有1／3城市居民生活在噪声超标的环境中，城市交通噪声大部分超过79dB限值，生活噪声大部分超过55dB限值。
    (4)城市基础设施的抗灾能力差，城市防灾系统达不到现代城市的标准。由于现代城市高密度化和生活水平高标准的需要，各种供给设施的建设将会急剧增加，需要改造和增设的管线就会越来越多。由于历史的原因，我国城市公用事业地下管线比较混乱，每年管线被破坏事故有上万起，直接经济损失达7亿多元。如1995年济南市发生特大煤气爆炸事故，事故的原因是煤气管道泄漏使电缆沟内充满煤气而引起爆炸，爆炸长度达2．2公里。另外，在城市规划设计中缺少对防灾空间的规划，各项城市防灾系统达不到现代城市的标准。如每万人中消防队员和消防车辆数，北京与上海仅分别为东京和纽约的1／6，城市总体抗灾防损能力还相当脆弱。
    如何在保持现有自然条件不继续恶化和尽可能减少灾害损失的前提下寻求发展途径，已成为我国城市安全发展的当务之急。
2．2  解决城市问题的有效途径
2．2．1  借鉴发达国家的经验和教训
    在解决我国城市化发展诸多问题及寻求新对策的过程中，应该借鉴发达国家的成功经验并吸取其历史的教训。发达国家的大城市中心区都曾经出现过向上部畸形发展而后呈现“逆城市化”的教训。由于城市中心区经济效益高，而以房地产业集中于城市中心区投资，造成了城市中心区高层建筑大量兴建。为了解决人流、车流过分集中问题，又兴建高架道路，高层建筑、高架道路的过度发展，使城市环境迅速恶化，城市中心区逐渐失去吸引力，于是出现居民迁出，商业衰退的“逆城市化”现象。城市的发展历史表明，单纯以高层建筑和高架道路为标志的城市向上部发展模式，不是扩展城市空间的最合理模式，向地下要土地、要空间已成为城市发展的必然。当今发达国家已把对地下空间的开发和利用作为解决城市人口、环境、资源三大难题的重要措施和医治“城市综合症”、实施城市可持续发展的重要途径。为了解决交通难问题，发达国家纷纷修建地下铁道，如纽约现在地铁运营长度为410公里。东京为263公里，巴黎为209公里，伦敦为414公里，这种快速大运量的地下有轨交通不仅解决了交通阻塞问题，同时其能耗小，噪音低，从而使其沿线地价升值，进一步带动了城市中心区的复苏。20世纪六、七十年代以来，不少大城市，如日本的东京、名古屋，美国的费城，加拿大的蒙特利尔、多伦多，法国的巴黎，德国的汉堡、法兰克福、慕尼黑、斯图加特，以及北欧的斯德哥尔摩、奥斯陆、赫尔辛基等地以地铁修建为龙头，对城市中心区进行了立体化再开发，即缔造地面空间、上部空间和地下空间协调发展的城市空间。其中，充分利用地下空间是城市立体化开发的主要组成部分。以日本为例，城市地下空间的利用范围相当广泛，包括人员活动、物品储存、交通运输、供给处理等。其主要开发和利用形式有：地下室、地下步行道、地下街、地下铁道、地下停车场、多功能的铁道站前地下广场及复合型的地下市政设施等。通过广泛合理的利用地下空间，既节约了城市用地，扩大了公共绿地，又使交通顺畅，提高了城市环境质量。
2．2．2  大力开展地下空间
    实践证明，开发利用地下空间是提高土地利用效率与节省耕地、改善城市环境的最有效途径。城市地下空间是一个十分巨大而丰富的空间资源，如得到合理开发，其节省土地资源的效果是十分明显的。一个城市的可开发利用的地下空间资源量一般是城市的总面积乘以开发深度的40％。以北京为例：旧城区62．5平方公里范围内，浅层地下空间资源可供合理开发的有41．2平方公里；当开发深度为10m，地下空间资源量为L65亿立方米；以地下建筑为二层计，可提供建筑面积0．55亿平方米，比旧城区0．42亿平方米还多。因此，世界发达国家把地下空间作为新型国土资源。1983年联合国经社理事会通过了利用地下空间的决议，决定把地下空间的利用包括在该组织下属的自然资源委员会的工作计划之中。1991年在东京召开的城市地下空间利用国际学术会议上通过了《东京宣言》，提出．21世纪是人类地下空间开发利用的世纪。1997年在加拿大蒙特利尔召开了第七届地下空间国际学术会议，其主题是“明天一室内的城市”。1998年在莫斯科召开了以“地下城市”为主题的地下空间国际会议。广泛合理地利用地下空间成为21世纪城市发展的主题之一。
    我国城市地下空间利用是在19世纪末特殊的国内外形势下起步的，是以人防工程建设为主体的，这种状况一直持续到20世纪80年代中期，其中一部分工程实现了平战结合，在平时发挥了一定的城市功能。80年代中期以来，尤其是进入90年代，随着国民经济的发展和城市化进程的加快，城市空间容量不足的矛盾日益加剧，于是一些有经济实力的大城市开始了以城市交通改造为主的城市再开发，地下空间开发和利用进入一个适度发展的阶段。北京、上海、广州、深圳、南京正在大规模建设地下交通体系：上海先后完成了地铁1、2号线和明珠线的建设，并规划了11条地铁线和10条轻轨线，总长560公里；北京完成了地铁复八线、13号线的建设，近期又开始建设地铁5号线，不久又将开始建设4号线、八通线、春颐支线和望京支线，北京远期的地铁营运里程将达到408公里。除了地铁的大规模建设外，许多大城市还开发了大型的地下综合体。如大连总建筑面积12万平方米的“不夜城”，地下商业部分3层，停车部分5层；又如北京的东方广场，因地面高度受限，地下开发了4层，共30余万平方米，占总建筑面积的20％。值得注意的是，有些城市在重点再开发地区，开始实行地下空间大规模的整体开发，即地面红线以内相对应的地下空间全部加以开发，在地下建立动、静态交通体系，并将各种城市公用设施归人多功能公用隧道，即“城市共同沟”，使地面上保持安静、优良的环境。例如北京市的中关村西区和东部的中心商务区(CBD)都采取了这种再开发的方式。
    地下空间的合理利用，不仅可以解决城市中心区交通阻塞、环境恶化的问题，同时还可实现资源的可持续利用。一些先进国家的城市，如美国的芝加哥、挪威的奥斯陆、瑞典的斯德哥尔摩以及日本的一些城市，在地下空间建立了下水道和污水收集与处理的统一系统以及垃圾分类、收集和处理的统一设施。日本的深层地下空间开发方案中设计有管道系统可以把垃圾分别输送集中到地下垃圾处理厂。由于地下空间的封闭性，就可以把污水、垃圾的污染减到最低限度。日本学者尾岛峻雄等人在20世纪80年代提出了在城市地下空间中建立封闭性再循环系统的构想，尾岛设计了一个覆盖东京23个区的地下大深度公用设施复合干线网，其相交处节点为大型多层地下建筑。所有物流系统如污水、垃圾、供热和供冷的空气等的运送、处理以及回收都在这个大循环系统中进行。我国到2030年，在中等干旱年份，缺水300多亿m3，但同时我国有400—500多亿m3的城市生活污水，其中80％未经处理排放形成污染，如能达到英国(100％)和美国(89％)的处理水平，则不但解决了污染问题，回收后也解决了缺水问题。因而，在我国城市中利用地下空间建立封闭性再循环的中水系统非常必要。
3  地下空间规划原则
    地下空间的开发与国民经济发展密切相关，发达国家的地下空间发展史表明：当全国人均产值达到或超过500美元时，才进入可以大规模开发地下空间的阶段。目前我国人均国民生产总值已达到这个数值，在上海、北京、广州、深圳等大城市已经大大超过这个值，可以进入大规模地下空间开发阶段。但是，在地下空间开发的过程中，一定要避免盲目及无序的过度开发所造成的地下空间浪费问题。发达国家如日本在大规模开发利用地下空间时已暴露出一些问题，主要表现在部分城市中心街区地下设施拥挤，即原地下工程对新规划的地下工程设施布局形成制约，新规划设施埋置深度加大，建设、管理费用增加。为了更好地利用地下空间，国际隧协于1990年在中国成都召开的第十六届年会上提出以下有关法规方面的政策宣言草案，并于1991年在英国伦敦第十七届年会上正式通过，宣言如下：
    (1)地下空间与土地及矿产资源一样，也是人类的一种宝贵的自然资源，它的开发利用也应认真规划，以确保这种资源不被破坏和浪费；
    (2)地下空间的利用是不可逆的，一旦形成，土地将不可能回到原来的状态，它的存在也势必影响将来邻近地区的使用，这些特点就要求对地下空间的规划格外重视；
    (3)为了决定地下空间的优先使用权，为了更好地处理可能发生的使用上的矛盾，为了给将来更重要的利用提供预留空间，国家、地区应该制定有关的准则、标准及分类。
    因此，根据我国地下空间利用的具体情况，提出如下规划原则：着眼当前，考虑长远；地上地下，统一规划。
3．1  着眼当前，考虑长远
    从我国实际出发，近期规划应着眼现有的地下空间利用。具体规划如下：
    (1)把过去已建的地下人防工事、地下室或其他地下空间鉴定分类，可用或可经过改造利用且又符合总体规划的应尽快使用，不能利用的予以报废。
    (2)结合民用建筑修建平战两用的防空地下室，一方面弥补地面防灾空间的不足，另一方面对地面上难以抗御的外部灾害如战争空袭、地震、暴风等提供较强的防御能力，同时还可在地面上受到严重破坏后保存部分城市功能。
    (3)结合城市建设尤其是地铁建设开发地下空间，上海人民广场的改造即体现了这样的原则，以地铁修建为契机，形成了一个包括2座地铁车站、2座地下商场、一座地下停车场和一座地下变电站的大型地下综合体，地面上建设了大面积公共绿地并恢复了人民公园。
    (4)明确地下空间利用的重点是以地下交通建设为中心，其次是人员地下活动空间的开发以及地下供给处理设施的扩充和改造。在近期规划同时，还应考虑长远，对将来可能转入地下的大型重要工程设施进行规划预测，为其预留位置，避免任意占用造成的地下空间重复改造。
3．2  地上地下，统一规划
    城市规划必须统筹地面和地下规划，地下空间规划必须服从城市规划，规划中必须充分注意取长补短，去弊存利，建在地下有利就规划在地下，建在地上有利就规划在地上。同时，由于地下设施较多，也应从使用上、地质条件、技术条件上以及对能源的消耗等方面深入研究各种地下建筑的合理埋置深度，如共同沟的标高不能把地下铁道的标高往深处降，因车站造价与深度成正比，越深造价越高，也不利于运营成本的降低及乘客上下的便利。在这方面，一定要作好地下空间的立法，以达到可持续利用地下空间的目的。
4  结束语
    在城市化水平日益提高，空间资源日益紧缺的今天，大规模开发利用地下空间已势在必行。笔者认为在寻求和开发地下空间资源时，应注意科学、合理、高效、有序地利用这宝贵的资源，要系统、长远的规划，以提高城市用地效率，减少城市灾害损失，实现城市的安全可持续发展。
    参考文献
  1  童林旭．地下建筑学．济南：山东科学技术出版社．1994
  2  陈立道等．城市地下空间规划理论与实践．上海：同济大学出版社．1997  
  3  钱七虎．迎接我国城市地下空间开发高潮．岩土工程学报，1998(1)
  4  王祚清．日本城市大规模、深层次、多功能的地下空间开发利用．地下空间．1998(2)
  5  王梦恕．21世纪是隧道及地下空间大发展的年代．岩土工程界，2000(6)
  6  Working Group No．4，International Tunnelling Association．Planning and Mapping Of Underground Space-an Overview．Tunnelling　and　Underground　Space　Technology，2000，15(3)
    (作者系北方交通大学隧道与岩土工程研究所  摘自：《中国安全科学学报》2003.5)