油新華， 何光堯, 2， 王強勛， 張 磊, 2

(1. 中國建筑股份有限公司技術(shù)中心， 北京 101300； 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院， 湖北 武漢 430074)

0 引言

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，城市化進程加快，由此引發(fā)的交通擁堵、環(huán)境污染、土地稀缺和城市內(nèi)澇等問題日益突出。城市地下空間開發(fā)利用是緩解城市資源匱乏、改善環(huán)境狀況及提升居民生活品質(zhì)的重要途徑[1]。不僅如此，地下結(jié)構(gòu)由于受周圍巖土體的約束，其抗震性能優(yōu)于地面結(jié)構(gòu)，且兼具人民防空作用，具有重要戰(zhàn)略意義[2]。城市地下空間開發(fā)包括地下人行通道、地鐵、地下公路、地下商業(yè)街和地下物流等交通、商業(yè)設(shè)施，以及綜合管廊、城市蓄洪等市政設(shè)施。

1991年，東京國際會議上正式提出“21世紀(jì)是地下空間開發(fā)利用的世紀(jì)”[3]。國外城市地下空間開發(fā)距今已有100余年歷史。其中，1832年，巴黎開創(chuàng)性地將供水、燃氣和通信等管線布置在以排水為主的廊道內(nèi)，形成了共同溝的雛形[4]；1863年，倫敦地鐵開通，正式打開了現(xiàn)代城市地下空間開發(fā)的進程。多年的發(fā)展，使得英國、法國、俄羅斯、日本等國家和中國香港地區(qū)的城市地下空間開發(fā)利用已具有相當(dāng)大的規(guī)模，基本代表了當(dāng)今世界最高水平。

與國際相比，我國是地下空間開發(fā)利用需求與規(guī)模最大的國家，處于地下空間開發(fā)利用迅速發(fā)展階段，具有領(lǐng)先的勘測手段與建造工藝，但面臨現(xiàn)狀利用基本情況不清、系統(tǒng)性頂層設(shè)計不足、功能設(shè)置與空間布局不合理、法律法規(guī)制定相對滯后以及管理體制和機制有待進一步完善等問題[5]。因此，分析國內(nèi)外城市地下空間發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，吸收借鑒國際先進成功經(jīng)驗對我國建設(shè)城市地下空間具有重要指導(dǎo)意義。

1 國際城市地下空間利用現(xiàn)狀

1863年，世界上第1條快速軌道交通地下線(地鐵)在倫敦正式運營，開啟城市地下空間開發(fā)的先河，距今已有150余年歷史。多年的積累使國外在地下空間開發(fā)利用方面具有完善的法律法規(guī)、先進的設(shè)計理念、成熟的建造技術(shù)以及科學(xué)的管理經(jīng)驗。當(dāng)前，世界各國都在積極開發(fā)利用地下空間，各主要大型城市都修建了成熟的軌道交通網(wǎng)、地下道路、綜合商業(yè)街和綜合管廊等，但各國地下空間開發(fā)又各具特色。

在北美洲，美國十分注重道路地下化，其不僅可以改善交通，還能騰出地面空間以綠化城市環(huán)境、適度開發(fā)以增加土地的商業(yè)價值，如波士頓中央大道高架改隧道工程[6](見圖1)。加拿大由于氣候寒冷，重點建設(shè)地下步行通道，并將地鐵、公共汽車、商業(yè)區(qū)串聯(lián)成龐大的地下網(wǎng)絡(luò)，如蒙特利爾地下城開發(fā)利用面積達400多萬m2，為世界上最長的地下步行街系統(tǒng)[7]。在歐洲，法國的地下空間開發(fā)注重綜合化，建設(shè)了大量不同規(guī)模的地下綜合體，如著名的拉德芳斯商務(wù)區(qū)、列·阿萊廣場綜合體等。同時，首都巴黎的排水系統(tǒng)規(guī)模龐大、設(shè)計合理且建設(shè)有序，一直以來是世界多國學(xué)習(xí)的典范。瑞典城市地質(zhì)條件良好，建立的大型地下排水系統(tǒng)在數(shù)量和處理率上均達世界領(lǐng)先水平。俄羅斯地鐵和地下綜合管廊系統(tǒng)發(fā)達，如莫斯科地鐵里程全長212 km，共249個車站，為世界最大地鐵城市之一。在亞洲，新加坡受限于國土面積狹小，地下空間開發(fā)注重長遠規(guī)劃，地下空間開發(fā)利用水平世界一流。日本得益于健全完善的法律體系，地下鐵道、地下綜合體、地下共同溝的建設(shè)規(guī)模及成熟程度國際領(lǐng)先，尤其在大深度地下空間開發(fā)方面富有特色[8]。

(a) 整改前

(b) 整改后

Fig. 1 Comparison of Boston Central Avenue before and after the renovation

2 國內(nèi)城市地下空間利用現(xiàn)狀

我國大陸地區(qū)地下空間開發(fā)利用整體歷經(jīng)了初始化階段、規(guī)模化階段和網(wǎng)絡(luò)化階段。各階段的重點功能、發(fā)展特征、布局形態(tài)和開發(fā)深度等特征相繼轉(zhuǎn)變(見表1)。我國地下空間開發(fā)利用的遠景目標(biāo)是進入開發(fā)深度更深、各類地下設(shè)施高效融合的生態(tài)化階段，未來必將構(gòu)建功能齊全、生態(tài)良好的立體化城市[9]。

表1 我國地下空間開發(fā)發(fā)展歷程

當(dāng)前，我國城市地下空間繼續(xù)延續(xù)“三心三軸”的發(fā)展結(jié)構(gòu)。其中，“三心”指中國地下空間發(fā)展核心，即京津冀、長江三角洲和珠江三角洲；“三軸”指東部沿海發(fā)展軸、沿長江發(fā)展軸和京廣線發(fā)展軸。就2015—2020年國家規(guī)劃的地下空間開發(fā)規(guī)模來看，上海、廣州、深圳和杭州等7個城市的開發(fā)規(guī)模增量均在2 000萬m2以上，北京、天津、南京和廈門等13個城市的開發(fā)規(guī)模增量在1 000～2 000萬m2，西安、重慶、鄭州、太原和珠海的開發(fā)規(guī)模增量在500～1 000萬m2，成都、蘇州、濟南和無錫等23個城市的開發(fā)規(guī)模增量小于500 萬m2。

2.1 地下商業(yè)街

2.1.1 規(guī)模及城市分布

地下商業(yè)街是我國城市地下空間開發(fā)初始化階段最主要的形式之一，指在建筑物地下室或其他地下空間中設(shè)置商業(yè)及辦公等設(shè)施的人防地下購物商場。通過對28個省份的不完全統(tǒng)計，全國共有100多個運營和在建的地下商業(yè)街項目，遍布全國87座城市。東北寒冷地區(qū)、中原人多地區(qū)和東南沿海地區(qū)修建地下商業(yè)街的城市居多，中南部地區(qū)次之，西南、西北地區(qū)地下商業(yè)街開發(fā)幾乎僅局限于省會城市。

2.1.2 開發(fā)及經(jīng)營狀況

各開發(fā)商地下商業(yè)街開發(fā)規(guī)模差異明顯： 第一梯隊有人和商業(yè)，下屬運營項目有20個，在建項目15個；第二梯隊有中防聯(lián)博、中環(huán)嘉業(yè)和宗圣興業(yè)，下屬運營項目分別有5個、2個和2個，在建項目分別有1個、8個和4個；而大多數(shù)開發(fā)商下屬地下商業(yè)街項目僅為1～2個。

大多數(shù)地下商業(yè)街項目不溫不火，有一些項目經(jīng)營狀況良好，如西安的世紀(jì)金花精品廣場、哈爾濱的地下商業(yè)街、重慶江北觀音橋地下商業(yè)街和濟南泉城地下商城等。與此同時，一些地下商業(yè)街項目盈利模式相對單一，偏離市中心及商業(yè)繁華區(qū)，缺乏相應(yīng)商業(yè)配套，未能享受到軌道交通的客流紅利，缺乏投資客戶及消費人群，致使一些項目面臨倒閉。其次，電商的影響更使得人防商業(yè)街模式走向了末路。

2.2 城市地下道路與停車系統(tǒng)

據(jù)公安部交通管理局統(tǒng)計，截至2018年9月底，全國機動車保有量達3.22億輛，其中，汽車保有量達2.35億輛。隨著機動車持續(xù)快速增長，城市交通擁堵越發(fā)嚴(yán)重，“停車難”成為城市通病，北京、上海等特大型城市尤為突出。大力發(fā)展城市地下道路是緩解城市道路擁堵的有效途徑。

城市地下道路是城市范圍內(nèi)地面以下的機動車車行道路和地面上穿越障礙物的道路[10]。我國早期建設(shè)的地下道路大多以地下立交和穿越城市障礙物的越江和山體隧道為主[11]。很多有城市湖泊的城市都在湖下修建城市道路，如南京玄武湖隧道、南昌青山湖隧道、蘇州獨墅湖隧道、武漢水果湖隧道和杭州西湖隧道等。另外，隨著城市地下空間開發(fā)和利用的不斷發(fā)展，地下車庫聯(lián)絡(luò)道已逐漸成為城市核心區(qū)立體交通的常用配置，在眾多大城市中央商務(wù)區(qū)廣泛應(yīng)用，是地下道路系統(tǒng)的重要組成部分，例如北京中關(guān)村地下環(huán)路、無錫錫東新城地下環(huán)路、武漢王家墩地下環(huán)路和蘇州星港街地下環(huán)路等。近年來，在北京、上海等大城市中心區(qū)，規(guī)劃并建設(shè)了系統(tǒng)化和規(guī)?；牡叵碌缆废到y(tǒng)(見表2)。

表2 我國部分主要城市地下道路

國內(nèi)城市停車位缺口大，供需矛盾十分突出，地下停車場能夠充分利用地下空間，有效解決“停車難”的問題。傳統(tǒng)按自然平面停車布置的地下車庫，停車取車麻煩、地下空間利用率不高，而機械式地下車庫自動化程度和土地利用率相對較高，其布置靈活、停車密度大，是城市停車設(shè)施發(fā)展的新方向。地下機械式停車場有不同形式，主要類型有垂直升降類、車位循環(huán)類、巷道堆垛類和升降橫移類等幾種[12]。

在停車場管理方面，智慧停車系統(tǒng)成為今后發(fā)展方向。智慧停車是指將無線通信技術(shù)、移動終端技術(shù)、GPS定位技術(shù)和GIS技術(shù)等綜合應(yīng)用于城市停車位的采集、管理、查詢、預(yù)訂與導(dǎo)航服務(wù)，實現(xiàn)城市級停車場互聯(lián)互通和車輛統(tǒng)一管理、智能監(jiān)督管控、電子支付以及涉車數(shù)據(jù)共享等。2016年南京地鐵夫子廟站建立首個機器人智能停車庫，其采用“激光導(dǎo)航+梳齒交換”式汽車搬運機器人，可實現(xiàn)無人駕駛、計算機全自動控制，自動取車時間僅需2～3 min，能讓傳統(tǒng)停車場節(jié)約停車位40%以上。

2.3 城市軌道交通

2.3.1 發(fā)展歷程

1969年，北京地鐵1期工程建成通車，但社會背景使得中國地鐵建設(shè)未能持續(xù)發(fā)展。直到20世紀(jì)80、90年代，天津、上海和廣州地鐵相繼通車，標(biāo)志著我國軌道交通建設(shè)進入蓬勃發(fā)展階段。2008年以后，我國大陸地鐵建設(shè)如火如荼，在2011—2017年間，共有18個城市地鐵從無到有，新增總運營里程2 696 km，年均增長385 km，標(biāo)志地鐵建設(shè)進入飛速發(fā)展階段。截至2017年底，中國大陸已開通地鐵城市共31個，運營總里程達4 407 km[13]。

2017年，為防范地方政府債務(wù)與金融風(fēng)險，內(nèi)蒙古多條地鐵項目被叫停，武漢、西安新一輪規(guī)劃中的多條地鐵也未獲國家發(fā)改委批復(fù)。2017年7月，國務(wù)院辦公廳發(fā)布《關(guān)于進一步加強城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的意見》(簡稱新《意見》)，新《意見》對地鐵規(guī)劃審批更加嚴(yán)格，其中，GDP和財政收入2項指標(biāo)大幅提高，均是《關(guān)于加強城市快速軌道交通建設(shè)管理的通知》中的3倍。自此，全國范圍內(nèi)地鐵“建設(shè)熱”開始被重新審視，進入有序推進階段。

2.3.2 運營狀況

通過20余年的迅速發(fā)展，我國已建成軌道交通總里程居世界首位，成為建成和在建軌道交通城市最多的國家。粗獷發(fā)展的背后也暴露出許多問題。一方面，城市軌道交通是典型的資本密集型產(chǎn)業(yè)，具有投資規(guī)模大、投資回收期長以及運營成本高的特點。作為解決城市交通壓力的重要方式，城市軌道交通公益性較強，社會效益往往大于經(jīng)濟效益，其運營及維護往往需要通過政府補貼，使地方政府財政背上了沉重包袱。另一方面，城市地下空間規(guī)劃不夠充分，引起城市軌道交通與城市空間、土地立體空間不協(xié)調(diào)，土地資源不能得到效能最大化利用，變相地對城市土地資源造成浪費，嚴(yán)重制約城市發(fā)展。

2.4 綜合管廊

2.4.1 發(fā)展歷程

我國的城市綜合管廊建設(shè)，從1958年北京市天安門廣場下的第1條管廊開始，經(jīng)歷了概念階段、爭議階段、快速發(fā)展階段和趕超創(chuàng)新階段，各階段特點見表3。自2013年以來，我國陸續(xù)頒布了大量綜合管廊建設(shè)方面的政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，極大地促進了我國綜合管廊健康有序的發(fā)展。2015年管廊建設(shè)開始了井噴式的發(fā)展，截至2017年底，中國大陸綜合管廊的在建里程達6 575 km，并以每年2 000 km的規(guī)模增長[13]?！笆濉逼陂g是一個建設(shè)的高峰期，也是綜合管廊的窗口期，之后將進入平穩(wěn)建設(shè)期。未來到“十四五”期間將是運營管理的關(guān)鍵時期，各種運營管理問題將會不斷出現(xiàn)，將面臨PPP模式帶來的各種需要解決的維護運營等問題。

2.4.2 項目類型及市場分析

由于綜合管廊的建設(shè)特點，除了傳統(tǒng)施工總承包建設(shè)模式，出現(xiàn)了諸多以EPC模式和個別以BT模式建設(shè)的綜合管廊項目，如海南三亞海榆東路綜合管廊EPC項目、珠海橫琴管廊BT項目，這些約占總項目數(shù)量的10%。2015年《國務(wù)院辦公廳關(guān)于推進城市地下綜合管廊建設(shè)的指導(dǎo)意見》提出了以PPP的模式大力推進建設(shè)綜合管廊，之后大量建設(shè)的綜合管廊項目基本上都是PPP項目，約占總項目數(shù)量的75%，且規(guī)模越來越大，投資越來越高。

表3 我國的城市綜合管廊建設(shè)發(fā)展階段及特點

通過對我國管廊項目市場份額調(diào)查研究，結(jié)果表明： 中國建筑集團市場占有率最大，為28%；中冶集團占22%； 中交集團和中國中鐵均占14%； 中國鐵建占11%； 其他企業(yè)公司共占11%?？v觀管廊項目市場，幾大央企在管廊項目市場中占據(jù)壟斷地位，各家企業(yè)競爭十分激烈，民營企業(yè)則占據(jù)了材料、設(shè)備、附屬設(shè)施及管理平臺等細分市場。與此同時，國家對PPP項目投標(biāo)時的費率優(yōu)惠幅度也越來越大。

2.4.3 典型案例

目前，我國管廊建設(shè)規(guī)模宏大，建設(shè)水平與工藝一流，已成為綜合管廊建設(shè)的超級大國，并不斷進行技術(shù)創(chuàng)新。例如，西安市地下綜合管廊建設(shè)PPP項目1標(biāo)是目前國內(nèi)單筆投資額最大、智慧化程度最高和總里程數(shù)最長(73.13 km)的城市地下綜合管廊項目。武漢CBD綜合管廊是首條城市綜合管溝，實現(xiàn)了雨污分流和強弱電纜入池，通過與地下交通環(huán)廊一體化設(shè)計，利用交通環(huán)廊上方結(jié)構(gòu)空腔設(shè)置支線管廊。沈陽城市綜合管廊(南運河段)是全國第1條全線盾構(gòu)工法施工的城市老城區(qū)地下綜合管廊。長沙已建成管廊48 km，4條管廊已投入運營，其結(jié)合“BIM+GIS”體系架構(gòu)，自主研發(fā)了長沙管廊綜合管理平臺，著重打造“1個監(jiān)控中心，1個綜合管理平臺和4大系統(tǒng)(環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、安全防范系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和預(yù)警與報警系統(tǒng))”，將信息化管理、智能化運營、智能機器人巡檢、廊內(nèi)無線傳感組網(wǎng)和振動光纖傳感等一系列新技術(shù)應(yīng)用于管廊運營。

2.5 地下綜合體

2.5.1 發(fā)展現(xiàn)狀

近十年來，伴隨著城市立體化再開發(fā)的進程，促使城市向集約化和可持續(xù)化方向發(fā)展，地下綜合體建設(shè)迅速[14]。它考慮了地面和地下協(xié)調(diào)發(fā)展，綜合交通、商業(yè)、儲存、娛樂和市政等多功能，提高土地集約化利用水平，成為解決城市問題的有效途徑之一。地下綜合體建設(shè)是城市地下空間開發(fā)的重要部分。根據(jù)統(tǒng)計資料[15]，目前國內(nèi)建筑面積大于50萬m2的大型地下綜合體達10余座，已建成北京中關(guān)村西區(qū)、杭州錢江新城核心區(qū)等大型綜合體。其中，杭州錢江新城核心區(qū)地下城，以波浪文化城和地鐵1、2號線換乘站為骨干形成地下城，地下空間總量達到200萬m2。

2.5.2 典型案例

當(dāng)前，在建的城市地下綜合體規(guī)模龐大且數(shù)量眾多，例如西安市幸福林帶工程，其規(guī)劃長度為5.85 km，平均寬度為200 m，總占地面積117萬m2，總投資200多億元，工程包括景觀園林、市政道路、綜合管廊、地鐵配套和地下空間5個部分，是目前全球最大的地下空間綜合體、全國最大的城市林帶建設(shè)項目，項目建設(shè)工期為4年，計劃于2020年5月1日投入運營。在建的光谷中心城中軸線區(qū)域地下公共交通走廊及配套工程，總投資約80億元，總建筑面積約52萬m2，建成后將成為“中國最長的地下空間走廊”。預(yù)計2019年完工的成都地鐵博覽城綜合交通樞紐，是集地鐵、大容量公交、道路交通、P+R停車場、商業(yè)和園林景觀為一體的地下4層、總規(guī)模約17萬m2的城市交通綜合體。

2.6 地下市政系統(tǒng)

2.6.1 城市蓄洪設(shè)施

近年來，由于極端氣候的影響，國內(nèi)多城出現(xiàn)內(nèi)澇災(zāi)害，造成巨大生命財產(chǎn)損失。2013年，中央城鎮(zhèn)化工作會議中提出：“提升城市排水系統(tǒng)時要優(yōu)先考慮把有限的雨水留下來，優(yōu)先考慮更多利用自然力量排水，建設(shè)自然存積、自然滲透、自然凈化的海綿城市?！睘楸ＷC雨季下滲減排，雨水集蓄利用，海綿城市系統(tǒng)通常采用透水鋪裝、下沉綠地、濕塘、滲井、地下雨水調(diào)蓄池和自動灌溉設(shè)施等措施(見圖2)。蓄洪池建于地下，不僅能夠騰出地面公共空間，而且能將雨水資源回收利用，用以灌溉草坪，可節(jié)約大量用水。

為解決地表水資源短缺問題，可持續(xù)開發(fā)利用地下水資源以及為地下空間利用提供水資源保障，謝和平院士等[16]提出了地下水廊、地下水庫、地下水網(wǎng)與蓄調(diào)水、地下水保護與修復(fù)等技術(shù)，構(gòu)建了地下水利工程重大戰(zhàn)略構(gòu)想?？筛鶕?jù)城市地下工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件(如以巖溶地區(qū)及關(guān)停礦井為依托)，建設(shè)不同區(qū)域、不同特點的地下水庫，形成分布式的地下水庫群，以達到排水蓄洪的目的。

(a) 透水鋪裝

(b) 下沉綠地

(c) 濕塘

(d) 滲井

(e) 雨水調(diào)蓄池

(f) 自動灌溉設(shè)施

圖2海綿蓄水技術(shù)措施

Fig. 2 Water storage measures of sponge cities

國內(nèi)中小型地下雨水調(diào)蓄池已廣泛應(yīng)用，其中，香港地下雨水調(diào)蓄系統(tǒng)尤為發(fā)達。三面環(huán)海的香港缺乏天然湖泊和河流，水資源尤其匱乏，故積極修建地下雨水調(diào)蓄系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計，當(dāng)前香港已建造各大小水庫17座，總庫容達5.86億m3，調(diào)蓄了本地雨水和東江供水，增加本地原水供應(yīng)能力。同時，制定了嚴(yán)格的“集雨區(qū)”保護措施，每年可為全港提供2.9億m3的優(yōu)質(zhì)飲用水，此外，還推行大規(guī)模更換及修復(fù)老化水管計劃，以減少管網(wǎng)的滲漏。

目前，我國大陸地區(qū)也積極推進大型深隧排水系統(tǒng)的建設(shè)。蘇州河深隧工程是上海市深層調(diào)蓄管道系統(tǒng)工程的先行段，全長15.3 km，最大埋深達60多m，直徑10 m，蓄水容量將達到70多萬m3。建成后可實現(xiàn)系統(tǒng)提標(biāo)、排水防澇和初雨治理3大核心功能，能極大改善上海的排水防澇和面源污染控制能力，是構(gòu)建海綿城市的重要一環(huán)。試驗段土建工程已于2017年6月28日正式開工建設(shè)。2018年8月大東湖深隧工程的首臺盾構(gòu)順利始發(fā)，標(biāo)志著全國首條深層污水傳輸隧道正式掘進。該工程包括17.5 km主隧、1.7 km支隧，設(shè)3座污水預(yù)處理站和1座提升泵站。建成后，武漢1/3的污水將通過此隧道送入污水處理廠，服務(wù)人口達300萬，保護了長江生態(tài)環(huán)境。同時，隧道埋深30～50 m，為后期的地下空間開發(fā)預(yù)留了大量的空間，堪稱深部地下空間利用的典范。

2.6.2 城市垃圾地下集運

錢七虎院士認(rèn)為我們開發(fā)利用地下空間，不是為了生活在地下，是把“臟亂差”放到地下去，垃圾地下集運非常符合這一理念。目前，國內(nèi)許多城市已建或在建地下生活垃圾分類轉(zhuǎn)運站，雖然能有效減少垃圾運輸車輛和對周邊環(huán)境的影響，但尚不能實現(xiàn)垃圾地下集運。為了創(chuàng)造地面更宜人居的空間，地面空氣更清新、環(huán)境更干凈，垃圾地下集運是未來的發(fā)展方向。

2.7 地下倉儲物流系統(tǒng)

由于地下空間具有防空、防爆、隔熱、保溫、抗震和防輻射等諸多優(yōu)點，因此，利用地下空間進行倉儲和貨物運輸成為緩解城市空間緊張的不二選擇，并兼具經(jīng)濟、環(huán)保等特點[17]。根據(jù)貯品的不同分為地下糧庫、地下冷藏庫、地下能源儲庫與核廢物處置庫以及地下軍械彈藥庫等。

地下物流系統(tǒng)是一種前瞻性的地下空間開發(fā)形式，是指城市內(nèi)部及城市間通過地下管道或隧道運輸貨物的運輸和供應(yīng)系統(tǒng)[18]。地下物流系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)變城市配送方式(見圖3和圖4)，一方面有助于緩解物流爆發(fā)式增長與城市交通間的矛盾，有效減少城市交通擁堵和尾氣排放，以美化城市環(huán)境。另一方面配送不受交通擁堵、交通管制和氣候影響，可提高物流配送時效并降低配送成本。

圖3 傳統(tǒng)物流配送模式

圖4 地下物流配送模式

目前，我國國家自然科學(xué)基金委已對由解放軍理工大學(xué)牽頭的“城市地下物流系統(tǒng)”研究課題進行了重點資助。上海、北京副中心、深圳和雄安新區(qū)等城市和地區(qū)對地下物流系統(tǒng)展開了規(guī)劃研究。

2.8 地下空間開發(fā)法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范

自1997年始，我國國家層面陸續(xù)出臺和更新實施了大量有關(guān)地下空間開發(fā)的法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范(見表4)，極大地支持和保障地下空間有序開發(fā)利用。地方性地下空間立法探索呈現(xiàn)繁榮景象，涉及城市地下空間開發(fā)利用的各個方面。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國49個較大城市中，超過25個城市相繼制定了當(dāng)?shù)氐叵驴臻g開發(fā)利用管理的核心法規(guī)，例如《天津市地下空間規(guī)劃管理條例》(2009年)、《廣州市地下空間開發(fā)利用管理辦法》(2011)、《上海市地下空間規(guī)劃建設(shè)條例》(2014)、《寧波市地下空間開發(fā)利用管理辦法》(2016)和《蘭州市城市地下空間開發(fā)利用管理辦法》(2018)等。

目前，已經(jīng)頒布大量有關(guān)城市地下空間開發(fā)利用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。其中，涉及城市規(guī)劃方面包括DG/TJ 08—2156—2014《地下空間規(guī)劃編制規(guī)范》、JGJ/T 335—2014《城市地下空間利用基本術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)》等；涉及城市建設(shè)方面包括GB 50134—2004《人民防空工程施工及驗收規(guī)范》、GB 50225—2005《人民防空工程設(shè)計規(guī)范》和《城市地下空間工程技術(shù)規(guī)范》等；涉及城市運營方面包括CECS 402—2015《城市地下空間運營管理標(biāo)準(zhǔn)》和CECS 401—2015《城市地下空間開發(fā)建設(shè)管理標(biāo)準(zhǔn)》。

結(jié)合城市地下空間規(guī)劃的相關(guān)規(guī)范，我國各城市地下空間開發(fā)利用規(guī)劃正在普遍開展。據(jù)不完全統(tǒng)計，全國1/3以上的城市編制了城市地下空間專項規(guī)劃。特大型城市、大城市的中心區(qū)，結(jié)合舊城改造和新區(qū)建設(shè)已經(jīng)編制完成或正在編制地下空間詳細規(guī)劃。

表4 地下空間開發(fā)法律法規(guī)

3 我國地下空間利用存在的問題

雖然我國地下空間開發(fā)利用規(guī)模最大，有領(lǐng)先的勘測手段與建造工藝，但地下空間開發(fā)利用迅速發(fā)展也暴露出諸多問題，嚴(yán)重制約著我國地下空間的有效開發(fā)利用，浪費大量資源。

3.1 法規(guī)體系不完善

充分開發(fā)城市地下空間，需要制定完善的法規(guī)體系，需要對城市地下空間的所有權(quán)、規(guī)劃權(quán)、建設(shè)權(quán)、管理權(quán)、經(jīng)營權(quán)、使用權(quán)以及有償使用費的收取原則等做出明確完善的具體規(guī)定[19]。目前，地下空間管理法律法規(guī)與政策支持不足，城市地下空間資源的上位法缺失，《中華人民共和國城市規(guī)劃法》、《中華人民共和國人民防空法》、《中華人民共和國礦產(chǎn)資源法》、《中華人民共和國建筑法》和《中華人民共和國軍事設(shè)施保護法》等單行法不協(xié)調(diào)、不銜接，缺乏專門的地下空間開發(fā)利用方面的法律。地下空間權(quán)屬不明確，管理體制不暢通，直接導(dǎo)致了社會資本投資積極性不高(融資難)，規(guī)劃設(shè)計施工須多方交涉(建設(shè)難)，綜合管廊只建不用(管線入廊難、管理難、收費難)等一系列問題。

3.2 綜合管理機制不成熟

地下空間開發(fā)利用涉及到多個管理部門，諸如發(fā)改委、規(guī)劃、國土、人防、住建和交通等。目前，大多數(shù)城市尚未完全建立多部門統(tǒng)籌協(xié)調(diào)地下空間開發(fā)利用的綜合管理機構(gòu)，地下空間綜合管理體系不夠系統(tǒng)化和精細化。多數(shù)城市地下空間管理部門各自為政，協(xié)同機制難以發(fā)揮作用，各方的職能和職責(zé)尚不夠明確，難以形成“匯、融、通、達”的地下空間資源治理格局。例如，地下停車就是一個城市管理的綜合性問題，從規(guī)劃到建設(shè)到后期運營，涉及了各個部門。楊華勇院士就提到杭州西湖邊有很多地下車庫，收費比地上停車場要低，但使用率不高，這就是地下空間開發(fā)的后續(xù)管理沒有做好。

3.3 整體統(tǒng)一規(guī)劃缺乏

地下空間開發(fā)是一項浩大的系統(tǒng)工程，既要進行資源調(diào)查和需求預(yù)測，又要統(tǒng)籌地上地下協(xié)調(diào)發(fā)展，并考慮籌資和盈利的可能，是一項需要綜合決策的工作。然而，目前大多數(shù)城市對地下空間開發(fā)利用基本現(xiàn)狀掌握不足，缺乏科學(xué)的整體發(fā)展戰(zhàn)略和全面規(guī)劃，地面、地下一體化的立體綜合空間整體規(guī)劃缺失。許多城市地下空間規(guī)劃只是概念性的規(guī)劃，只有少數(shù)城市編制了全市的地下空間規(guī)劃[1]，但在編制內(nèi)容、深度和方法上尚無統(tǒng)一的認(rèn)識和規(guī)定，在實踐中常出現(xiàn)“先建設(shè)、后協(xié)調(diào)”的情況，導(dǎo)致地下空間相互獨立，難以互聯(lián)互通。例如，自2015年我國首批10個綜合管廊建設(shè)試點工作以來，綜合管廊建設(shè)快速發(fā)展，也逐漸暴露出有的地方政府不重視城市規(guī)劃和建設(shè)現(xiàn)狀，片面追求大斷面、大系統(tǒng)、總里程和總規(guī)模，盲目擴大建設(shè)規(guī)模，造成綜合管廊建設(shè)資源浪費、建設(shè)成本居高不下；部分地區(qū)未能開展地下空間綜合規(guī)劃工作，造成綜合管廊占用了寶貴的地下空間資源，影響到城市軌道交通建設(shè)等城市遠景發(fā)展。

3.4 地下空間開發(fā)與保護問題

地下空間開發(fā)利用的標(biāo)準(zhǔn)體系尚不完善，事故風(fēng)險率高，部分地下空間地質(zhì)條件復(fù)雜，建設(shè)難度大。如上海、南京、天津、寧波、杭州和福州等地存在的軟土地層，極易發(fā)生基坑、隧道塌陷； 北京、廣州、深圳、成都和大連等地多是富含漂石的砂卵石地層，基坑及隧道開挖艱難； 而在徐州、南昌和長沙等地存在的上軟下硬復(fù)合地層對隧道開挖不利； 富水高承壓地層集中的北京、南京、成都、武漢和長沙等地區(qū)造成滲漏、盾構(gòu)施工困難等問題。城市地下空間開發(fā)不可避免地造成地質(zhì)環(huán)境的改變，帶來諸如地下水環(huán)境破壞、地面沉降等一系列問題，影響居民生活質(zhì)量； 另外，地下工程下穿既有歷史名勝古跡，容易導(dǎo)致古建筑的變形破壞。

3.5 深層地下空間開發(fā)建設(shè)面臨的問題

深層地下空間理論計算體系尚不完善，難以支撐實際設(shè)計計算； 深層地下工程建設(shè)的環(huán)境擾動控制技術(shù)尚不成熟； 深層地下工程建設(shè)關(guān)鍵設(shè)備和施工工法尚需發(fā)展； 深層地下工程建設(shè)中的地下水控制不力； 多災(zāi)害作用下，地下空間結(jié)構(gòu)面臨難以救援逃生和巨大的安全問題。

3.6 地下空間信息化建設(shè)與數(shù)據(jù)共享問題

在地下空間信息化建設(shè)方面，由于信息綜合管理部門的缺失以及標(biāo)準(zhǔn)體系不統(tǒng)一，信息化建設(shè)面臨著信息化管理的主體和職責(zé)不明確，基本現(xiàn)狀掌握不足，地下空間信息數(shù)據(jù)資源分散、數(shù)據(jù)共享不足，溝通不暢，統(tǒng)計口徑和標(biāo)準(zhǔn)不一致等問題，導(dǎo)致地下空間信息資源共享困難重重，信息化建設(shè)處于“先建設(shè)，后協(xié)調(diào)”的尷尬局面。

3.7 地下空間防災(zāi)減災(zāi)問題

由于地下空間具有封閉性等特點，使得災(zāi)害發(fā)生時難以控制。隨著地下空間快速開發(fā)利用及深層化發(fā)展，更多防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的問題日益凸顯?；馂?zāi)、爆炸、施工塌陷、空氣污染和水災(zāi)等是威脅地下空間安全的主要災(zāi)害事故，另外，一些以前被忽視的災(zāi)害如地震，正在逐漸引起人們的重視。因此，迫切需要確定一個全新的研究領(lǐng)域，全面系統(tǒng)地開展城市地下空間各種災(zāi)害的研究和防治工作，對城市地下空間結(jié)構(gòu)在各種災(zāi)害作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)和破壞機制進行深入細致的研究，總結(jié)其內(nèi)在的規(guī)律，并據(jù)此提出適宜地下各類結(jié)構(gòu)應(yīng)對各種災(zāi)害的防災(zāi)減災(zāi)方案，以有效控制災(zāi)害損失，提高城市地下空間的安全度，進而減少甚至避免災(zāi)害的發(fā)生。

3.8 建設(shè)投資與收益模式問題

城市地下空間建設(shè)的投資巨大，是制約城市地下空間開發(fā)利用的主要因素。地鐵規(guī)劃審批嚴(yán)格致使“地鐵熱”降溫，正是因為地鐵建設(shè)運營投資巨大且收益模式不明朗，可能會加大地方財政負(fù)擔(dān)和金融風(fēng)險。綜合管廊建設(shè)同樣面臨這個問題，雖然有政府主導(dǎo)，但是，由于建設(shè)投資金額巨大且短期難以有明顯收益，導(dǎo)致綜合管廊PPP項目總量仍較少，實施主體基本上都是中建、中冶、中鐵等幾大央企，極少有民營企業(yè)進入。我國城市地下空間融資模式較為單一，主要以政府投資為主導(dǎo)，缺乏多元化的融資模式，地下空間建設(shè)的收益模式尚不明確，運營收益模式還有待進一步研究。

4 地下空間未來發(fā)展趨勢

4.1 智慧化

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等新興科技的發(fā)展，智慧的感知、互聯(lián)、處理和協(xié)調(diào)功能將使城市地下空間更加智慧化，并體現(xiàn)在設(shè)計、建造和運維各個環(huán)節(jié)。例如，依托云計算的分布式處理、分布式數(shù)據(jù)庫、云存儲和虛擬化技術(shù)，對城市居民生活、工作和企業(yè)經(jīng)營等海量數(shù)據(jù)進行挖掘，以規(guī)劃設(shè)計適應(yīng)居民、企業(yè)需求的城市地下空間工程；利用BIM、3S等技術(shù)，建立綜合管理平臺，可實現(xiàn)進度可視化管理、安全隱患管理、質(zhì)量管理、勞務(wù)管理、物資管理和成本管理等功能，以用于城市地下工程的建設(shè)施工；運用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)，打造環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控、通信、安全防范和預(yù)警預(yù)報等系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動的集管理、服務(wù)和運營為一體的綜合性智慧管理平臺，用于城市地下空間工程的運營維護。智慧化的地下空間將是智慧城市的重要組成部分，有助于解決城市化進程中的問題，提升百姓幸福感，不斷推動城市向高端發(fā)展。智慧化的地下空間將為公眾提供多渠道、多方式的服務(wù)功能，例如，智慧地下停車將為公眾提供在線查詢預(yù)約、快速通行、停車向?qū)?、反向?qū)ぼ?、電子支付及自動停取車服?wù)等，將解決公眾停車難的問題，方便大眾出行。

4.2 綠色化

綠色化的城市地下空間體現(xiàn)在建造和運維2方面。一方面，在地下空間建造過程中，采用經(jīng)濟環(huán)保的綠色建筑材料和綠色施工技術(shù)。綠色建筑材料包括透水混凝土、再生混凝土、高性能混凝土、高強度鋼筋和多功能一體化墻體材料等。綠色施工技術(shù)包括封閉降水及水收集綜合利用、新型支護樁、柔性復(fù)合基坑支護、可回收式錨桿、臨時結(jié)構(gòu)優(yōu)化替代、綜合管廊智能化移動模架和預(yù)制裝配式等技術(shù)。其中，地下結(jié)構(gòu)預(yù)制裝配式技術(shù)尤其符合工業(yè)化建造發(fā)展的趨勢，包括明挖結(jié)構(gòu)中節(jié)段預(yù)制裝配、分塊預(yù)制裝配和疊合預(yù)制裝配等技術(shù)；暗挖結(jié)構(gòu)中初期支護、二次襯砌、臨時支護的預(yù)制裝配技術(shù)；內(nèi)部二次結(jié)構(gòu)中軌頂風(fēng)道、站臺板、中隔墻和樓梯等的預(yù)制裝配技術(shù)。另一方面，建成后的地下空間在溫度、濕度、空氣和光照等環(huán)境控制方面做到低碳環(huán)保[20]，包括淺層低溫能利用、節(jié)約型水環(huán)境利用、復(fù)合通風(fēng)節(jié)能、陽光采集導(dǎo)入和環(huán)境友好型降噪等環(huán)境控制技術(shù)。

4.3 深層化

隨著大城市人口膨脹、土地資源緊張，可供利用的地面空間嚴(yán)重不足，中淺層(0～40 m)地下空間開發(fā)也日趨飽和。城市深層地下空間(40～100 m)的開發(fā)利用，能夠擴大城市容量，改善城市環(huán)境，建設(shè)更完善的城市功能，提升城市居民生活水平，已成為現(xiàn)代化城市建設(shè)的主要課題，具有重要現(xiàn)實意義。地下空間是一種寶貴的不可再生資源，為保證其集約高效的利用，深層地下空間的開發(fā)正朝著分層化趨勢發(fā)展。在淺、中、中深、深各分層區(qū)域，地下空間的開發(fā)利用各具特色(見表5)。

表5地下空間分層開發(fā)利用

Table 5 Underground space stratification development and utilization

分層埋深/m施工方法用途淺層 0～15明挖 民用建筑地下室、地下商場和地下停車場、綜合管廊等中層 15～40明挖/盾構(gòu)地下道路、地下軌道交通等中深層40～60盾構(gòu)為主 中型基礎(chǔ)設(shè)施(變電站、深層地鐵車站)、地下物流、垃圾集運和生命線干管(調(diào)蓄、電力深隧)、特種交通(磁懸浮、超高速鐵路)深層 60～100礦山法 大型存儲設(shè)施(物質(zhì)、石油、水)、大型城市基礎(chǔ)設(shè)施(垃圾、污水處理廠、發(fā)電站等)、特殊設(shè)施(數(shù)據(jù)中心、戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施)

同時，深層地下空間開發(fā)并非中淺層地下空間的簡單延伸，其孕育了許多新的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)在3個方面。其一，深層地下空間埋深大，巨大的工程量直接導(dǎo)致建設(shè)成本成倍增加。例如，東京圈排水系統(tǒng)，全長6.4 km，直徑10.6 m，運用地下儲水設(shè)施(總儲水量67萬m3)以應(yīng)對暴雨，造價高達192億元人民幣。其二，眾多大城市的地鐵、地下倉庫和地下變電站等地下工程規(guī)模、數(shù)量已相當(dāng)宏大，但由于建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，已建地下工程相互干擾，難以確保地下空間利用的充分性和聯(lián)通性。其三，深層地下空間的開發(fā)利用對工程規(guī)劃設(shè)計、建造施工技術(shù)提出了更高要求，這需要對城市深大地下空間的設(shè)計施工關(guān)鍵技術(shù)展開系統(tǒng)的研究。

4.4 綜合化

地下空間的綜合化主要是指建設(shè)大型公共地下空間工程，集商業(yè)、娛樂、儲存、軌道交通和市政等多功能于一體，統(tǒng)籌地面和地下協(xié)調(diào)發(fā)展，合理利用地下空間。地下空間的綜合化可提高土地集約化利用水平，解決城市交通和環(huán)境等問題，將城市土地資源最高效能化利用，將是未來地下空間開發(fā)的重要模式。一方面，地下空間綜合化極大地改善和拓展了城市空間形態(tài)，做到生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)，還可一站式滿足居民出行、用餐、購物、學(xué)習(xí)和娛樂等多項需求，極大地便捷了居民生活。另一方面，地下空間綜合化開發(fā)利用帶來了新的經(jīng)濟增長點，實現(xiàn)了社會效益和新增經(jīng)濟效益最大化。例如，軌道交通通過沿線物業(yè)開發(fā)、上蓋物業(yè)以及周邊地下空間互聯(lián)互通獲得經(jīng)營收入。實現(xiàn)地下空間的綜合化，城市立體空間協(xié)同發(fā)展，其前提條件是建立地上地下一體化的城市總體規(guī)劃，將地上地下空間作為一個整體，綜合考慮城市功能布局，充分發(fā)揮地上地下空間各自的優(yōu)勢。同時，還需保證軌道交通、商業(yè)娛樂和市政消防等統(tǒng)一設(shè)計、有序建設(shè)和協(xié)同運營。

5 建議

1)完善城市地下空間開發(fā)的法律法規(guī)體系及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范。有序開發(fā)需立法先行，應(yīng)盡快整合《中華人民共和國城市規(guī)劃法》、《中華人民共和國人民防空法》、《中華人民共和國礦產(chǎn)資源法》、《中華人民共和國建筑法》和《中華人民共和國軍事設(shè)施保護法》等法律中的相關(guān)條文，形成專門用于地下空間開發(fā)利用的系統(tǒng)法律。對城市地下空間的所有權(quán)、規(guī)劃權(quán)、建設(shè)權(quán)、管理權(quán)、經(jīng)營權(quán)、使用權(quán)以及有償使用費的收取原則等做出明確完善的具體規(guī)定，構(gòu)建地下空間產(chǎn)業(yè)可持續(xù)的法治保障體系。同時，加快推出國內(nèi)地下空間開發(fā)的相關(guān)規(guī)范，包括地下空間的規(guī)劃、設(shè)計、施工、防災(zāi)減災(zāi)以及環(huán)境保護等諸多方面[21]。

2)設(shè)立城市地下空間開發(fā)的綜合管理機構(gòu)。政府應(yīng)盡快聯(lián)合發(fā)改委、規(guī)劃、國土、人防、住建和交通等部門，設(shè)立城市地下空間開發(fā)的專門管理機構(gòu)，形成地下空間開發(fā)在行政立法、總體規(guī)劃、項目審批、設(shè)計審查、工程管理、安全監(jiān)督和技術(shù)創(chuàng)新等方面的有效機制。建立管理部門的協(xié)同體系，明確職能和職責(zé)，提高政府內(nèi)部協(xié)調(diào)能力，形成“匯、融、通、達”的地下空間資源治理格局。

3)以城市地下資源調(diào)查為基礎(chǔ)，精心編制地下空間開發(fā)利用統(tǒng)一規(guī)劃。系統(tǒng)查明城市地質(zhì)環(huán)境條件，地質(zhì)環(huán)境問題，地下空間資源及城市地下空間設(shè)施(市政管線、地下交通、商業(yè)、人防、綜合體和倉儲等)的數(shù)量、分布和開發(fā)利用情況，并進行數(shù)據(jù)整合建庫及城市三維地質(zhì)建模，實現(xiàn)城市地下空間透明化。在調(diào)查基礎(chǔ)上，綜合考慮經(jīng)濟、社會和環(huán)境因素，精心編制出可持續(xù)發(fā)展強、銜接協(xié)調(diào)好的城市地下空間開發(fā)利用總體規(guī)劃，以指導(dǎo)后期開發(fā)。

4)創(chuàng)新地下空間投融資、收益模式，制定促進開發(fā)利用的優(yōu)惠政策。鑒于城市地下空間具有推動城市發(fā)展的巨大作用，但開發(fā)投資大、收益回報慢，建議組建以政府為主導(dǎo)的地下空間投融資平臺，打造多套穩(wěn)定、高效、互惠共贏的投融資及收益模式，制定相關(guān)產(chǎn)權(quán)政策，鼓勵優(yōu)惠政策，吸引社會資本注入到地下空間開發(fā)建設(shè)之中。

5)加大城市地下空間開發(fā)利用技術(shù)研發(fā)，提升開發(fā)利用的技術(shù)水平。一方面，城市地下空間的開發(fā)利用是一項綜合性工作，需要巖土、隧道、結(jié)構(gòu)、市政、安全和環(huán)境等多個學(xué)科的交叉融合；另一方面，與淺層地下工程不同，深層地下空間附存于更復(fù)雜的巖土介質(zhì)之中，其設(shè)計理論體系、施工工法也有所差異。建議加大地下空間開發(fā)利用方面的科技研發(fā)，整合多種優(yōu)勢資源以形成一整套關(guān)于城市地下空間開發(fā)的理論體系和關(guān)鍵技術(shù)，為城市地下空間開發(fā)利用保駕護航。

6 結(jié)語

我國城市地下空間開發(fā)前景廣闊，需求與規(guī)模巨大，以軌道交通、綜合管廊和地下綜合體等為代表的地下空間開發(fā)利用發(fā)展迅速。同時，當(dāng)前我國地下空間開發(fā)利用還在法律法規(guī)、城市規(guī)劃、管理協(xié)調(diào)機制、投融資模式、開發(fā)保護和信息共享等方面存在不足。為適應(yīng)地下空間智慧化、綠色化、深層次和綜合化發(fā)展的大趨勢，除了創(chuàng)新地下空間開發(fā)的理論體系和關(guān)鍵技術(shù)外，還需綜合管理、統(tǒng)籌規(guī)劃、創(chuàng)新投融資及收益模式，并結(jié)合國情完善相應(yīng)的政策和法律法規(guī)。