■ 謝和平

電影《流浪地球》中人類(lèi)深居地下的場(chǎng)景會(huì)實(shí)現(xiàn)嗎？中國(guó)工程院院士謝和平講述：地下空間利用和深地生態(tài)圈的研究構(gòu)想，一是地下空間的利用現(xiàn)狀與趨勢(shì)；二是地下城市空間的規(guī)劃與建設(shè)研究；三是地下空間開(kāi)發(fā)利用構(gòu)想及關(guān)鍵技術(shù)；四是特殊地下空間開(kāi)發(fā)利用，比如很多煤礦巷道開(kāi)發(fā)了以后還能不能再利用？五是深地生態(tài)圈構(gòu)建；六是深地醫(yī)學(xué)。

一、地下空間利用現(xiàn)狀與趨勢(shì)

19世紀(jì)出現(xiàn)了百萬(wàn)人口城市，20世紀(jì)出現(xiàn)了千萬(wàn)人口的特大城市，21世紀(jì)尤其是發(fā)展中國(guó)家出現(xiàn)了數(shù)千萬(wàn)人口的巨型城市?，F(xiàn)代城市正以攤大餅、高層化向著超大型、無(wú)邊界化的方向發(fā)展。

到2150年，全球人口預(yù)計(jì)將達(dá)到150億，現(xiàn)有耕地達(dá)到供養(yǎng)極限。屆時(shí)，地球人有兩個(gè)選擇，一個(gè)是到地球以外的星球去，一個(gè)是到地球里面的地下空間去。到地下空間去，從本身來(lái)說(shuō)是最安全最可靠的出處。地下空間開(kāi)發(fā)利用，全世界都在研究，是世界性的前沿。

一個(gè)城市的總面積不只是地面面積，應(yīng)該把地面面積乘以開(kāi)發(fā)深度的40%才是一個(gè)城市總的利用空間。相對(duì)來(lái)說(shuō)，傳統(tǒng)地面空間的弊端是大氣污染、自然災(zāi)害、宇宙輻射、全球變暖、人居環(huán)境惡化，而地下空間的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)是恒溫恒濕、隔音隔震、天然抗自然災(zāi)害、低本底無(wú)輻射、環(huán)境清潔。這些地下空間的優(yōu)勢(shì)利用起來(lái)，可以讓深地空間可能成為優(yōu)于太空定居、應(yīng)對(duì)未來(lái)地球?yàn)?zāi)害的人類(lèi)移居方式。

還有地下資源，我國(guó)現(xiàn)在煤礦到了1100米。其實(shí)，地球固態(tài)礦產(chǎn)資源埋深可超過(guò)4萬(wàn)米。我國(guó)已探明的主要固體資源近70%分布在2000米深以下。比如地?zé)豳Y源，據(jù)研究，僅地殼最外層10公里范圍內(nèi)，就擁有1254億焦熱量，相當(dāng)于全世界現(xiàn)產(chǎn)煤炭總發(fā)熱量的2000倍。如果計(jì)算地?zé)崮艿目偭?，則相當(dāng)于煤炭總儲(chǔ)量的1.7億倍，地?zé)豳Y源要比水利發(fā)電的潛力大1000倍?？晒├玫牡?zé)崮芗词拱?%計(jì)算，僅地下3公里以?xún)?nèi)可開(kāi)發(fā)的熱能，就相當(dāng)于2.9萬(wàn)億噸煤的能量。另外，鐵礦、銅礦、鋁土礦資源的70%也都在埋深2000米以下。

所以地下空間的綜合利用在國(guó)際上很重視，已有很多國(guó)際組織，包括ITA（指國(guó)際隧道與地下空間協(xié)會(huì)，1974年成立，總部設(shè)在瑞士洛桑）、ACUUS（指國(guó)際地下空間聯(lián)合研究中心，1996年成立，總部設(shè)在加拿大蒙特利爾城市學(xué)院）、ISTT（指國(guó)際非開(kāi)挖技術(shù)協(xié)會(huì)，1986年成立，總部設(shè)在英國(guó)倫敦）都在研究地下空間利用?！稏|京宣言》（1991年城市地下空間國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議通過(guò)），強(qiáng)調(diào)“21世紀(jì)是人類(lèi)開(kāi)發(fā)利用地下空間的世紀(jì)”，預(yù)測(cè)未來(lái)有1/3的人會(huì)在地下空間開(kāi)發(fā)利用居住。

習(xí)近平總書(shū)記在2016年“科技三會(huì)”（指全國(guó)科技創(chuàng)新大會(huì)、兩院院士大會(huì)、中國(guó)科協(xié)全國(guó)代表大會(huì)）指出，“從理論上講，地球內(nèi)部可利用的成礦空間分布在從地表到地下1萬(wàn)米，目前世界先進(jìn)水平勘探開(kāi)采深度已達(dá)2500米至4000米，而我國(guó)大多小于500米，向地球深部進(jìn)軍是我們必須解決的戰(zhàn)略科技問(wèn)題?！绷?xí)近平總書(shū)記在2018年兩院院士大會(huì)上強(qiáng)調(diào)“著力推進(jìn)面向國(guó)家重大需求的戰(zhàn)略高技術(shù)研究”、“載人深潛、深地探測(cè)、國(guó)產(chǎn)航母……等正在進(jìn)入世界先進(jìn)行列”。習(xí)近平總書(shū)記講的不是科技戰(zhàn)略，而是戰(zhàn)略科技的問(wèn)題。

現(xiàn)在我國(guó)將把深地開(kāi)發(fā)作為國(guó)家戰(zhàn)略，也將列入國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)。其目標(biāo)是，到2035年我國(guó)深地鉆探到15000米（前蘇聯(lián)才12000米）；油氣開(kāi)采要到10000米，我們現(xiàn)在到了7000多米；地?zé)衢_(kāi)發(fā)到6000米，固態(tài)資源開(kāi)采到3000米，地下空間工程到1000米。現(xiàn)在要先進(jìn)行預(yù)研。

目前國(guó)際上地下空間利用率大概30%，而我國(guó)僅有17%。國(guó)際上已有大量地下空間利用案例，大體分為四大類(lèi)，分別是文娛服務(wù)、地下農(nóng)業(yè)、地下醫(yī)學(xué)、科教用地。我們來(lái)看一些案例。

一是文娛服務(wù)案例。比如1992年芬蘭開(kāi)發(fā)的Salina Turda地下公園，埋深120米，打造了一個(gè)含鹽濕潤(rùn)空氣的氧吧，地下公園常年恒溫11～12℃，幾乎沒(méi)有任何過(guò)敏源和細(xì)菌，可以對(duì)呼吸道、肺結(jié)核等疾病進(jìn)行療養(yǎng)，就像氧吧一樣。比如1950年波蘭開(kāi)發(fā)的維利奇卡鹽礦，他們?cè)诘叵?30多米深的巷道深處建起了博物館、餐廳、娛樂(lè)大廳和教堂，本地居民不到2萬(wàn)，每年卻接待游客150萬(wàn)，芬蘭1964年在鹽礦211米深處開(kāi)設(shè)了研究過(guò)敏性疾病的療養(yǎng)所，1974年又建起了療養(yǎng)院，供呼吸道疾病患者療養(yǎng)治病。如1969年芬蘭的Temppeliaukio地下巖石教堂，埋深7米；1993年赫爾辛基地下游泳池，埋深40米；2014年英國(guó)北威爾士的Liechwedd礦洞游樂(lè)場(chǎng)，埋深150米，這是在保溫保濕環(huán)境下建成的世界最大的地下蹦床；1993年挪威的Gjovik體育館，埋深25-55米，其中的冰球場(chǎng)可容納5800人；1992年羅馬尼亞的薩利納·圖爾達(dá)鹽礦，埋深42米，作為文娛活動(dòng)場(chǎng)所，主題公園內(nèi)有小型高爾夫球場(chǎng)、摩天輪、游輪及鹽浴溫泉。還有1962年加拿大的Montreal地下城，最大埋深20余米，地下鐵路系統(tǒng)有120多個(gè)出口，迎送50多萬(wàn)人流進(jìn)出，是全世界最大的地下城。

二是地下農(nóng)業(yè)案例。中國(guó)現(xiàn)在搞大棚農(nóng)業(yè)，由于地下本身冬暖夏涼，比如2005年?yáng)|京的PASONA O2地下溫室農(nóng)場(chǎng)，埋深7米，利用恒溫在辦公大樓地下二層創(chuàng)立自動(dòng)化農(nóng)業(yè)設(shè)施，天花板垂吊西紅柿，會(huì)議室生長(zhǎng)芬芳香草，大堂中心裝飾著一片稻田。比如20世紀(jì)70年代前蘇聯(lián)烏克蘭農(nóng)業(yè)研究所利用廢礦井，埋深約300米，試種蔬菜，用特制的水銀燈代替太陽(yáng)光，溫室氣候條件人為控制，一年多播多收，產(chǎn)量是地面的10倍以上，而地下溫室建設(shè)成本只相當(dāng)于地面的?。比如2017年英國(guó)倫敦利用防空洞搞地下農(nóng)場(chǎng)，埋深33米，LED被大量使用充當(dāng)光源，水培技術(shù)能節(jié)省用水70%，完全不需要農(nóng)藥，植物不受季節(jié)、天氣的影響，6到28天即可收獲，因此打出了地下生長(zhǎng)的品牌。

三是地下醫(yī)學(xué)案例。如前面講的波蘭的鹽礦醫(yī)院以及烏克蘭的Solotvyno地下鹽礦醫(yī)院，埋深300多米；還有烏茲別克斯坦的霍奇金洞穴，埋深30多米，對(duì)慢性阻塞性肺疾病治療患者的細(xì)胞免疫力有明顯提高。

四是科教用地案例。比如1983年美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)土木采礦系的地下館，埋深30余米，面積約14000平方米。比如新加坡擬建的JTC地下科技城，已經(jīng)做了規(guī)劃，要在西部科學(xué)園區(qū)地底打造相當(dāng)于30層樓的地下科學(xué)城，供生醫(yī)產(chǎn)業(yè)和生命科學(xué)使用，未來(lái)還可以容納新增人口。比如2008年在瑞士建成運(yùn)行的歐洲核子研究組織地下研究所，埋深92米，裝置了大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)。

青島也做了地下空間規(guī)劃，目標(biāo)是到2030年“地下青島”初具規(guī)模，到2050年“地下青島”基本形成。還有未來(lái)的“地下成都”，按照編制完成的《成都地下空間利用規(guī)劃》，成都將形成“638”格局的全新空間體系。包括6個(gè)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的區(qū)域、38個(gè)重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的節(jié)點(diǎn)，總體來(lái)講是淺層（0米至-10米）、中層（-10米到-30米）、深層（-30米以下）的總體規(guī)劃。像雄安新區(qū)的規(guī)劃就是一個(gè)未來(lái)城市的規(guī)劃。

總體來(lái)看，當(dāng)前地下空間的開(kāi)發(fā)利用大多停留在單一功能、局部區(qū)域的相對(duì)粗放階段，少有考慮與地面及區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展，尚未形成科學(xué)規(guī)劃、綠色構(gòu)建的可持續(xù)態(tài)勢(shì)。這種粗放階段的地下空間開(kāi)發(fā)基本上是被動(dòng)的，比如說(shuō)防空洞，是不得不搞防空洞，比如說(shuō)地鐵、管網(wǎng)，是不得不下沉，未來(lái)應(yīng)該是主動(dòng)式開(kāi)發(fā)。

主動(dòng)式開(kāi)發(fā)就要做到科學(xué)化、綜合化、生態(tài)化、深層化、信息化開(kāi)發(fā)?？茖W(xué)化是要統(tǒng)一布局，科學(xué)合理規(guī)劃地面地下一體化、生態(tài)地下城市。綜合化是要統(tǒng)一規(guī)劃交通、物流、商業(yè)、地下房地產(chǎn)、醫(yī)院、游樂(lè)園、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等地下綜合體。生態(tài)化是要形成獨(dú)立的深地自循環(huán)生態(tài)系統(tǒng)，環(huán)境友好開(kāi)發(fā)，構(gòu)建一個(gè)宜居、穩(wěn)定、新型的多層地下生態(tài)城市。深層化是不同分層規(guī)劃對(duì)應(yīng)功能的結(jié)構(gòu)物，深層開(kāi)發(fā)，分層管理，互不干擾，構(gòu)建地下立體城市，深度將從當(dāng)前的百米以?xún)?nèi)向千米量級(jí)不斷延伸。信息化就是建立完善的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，構(gòu)建真正的高科技地下智慧宜居城市。

我在2017年發(fā)表的文章（參見(jiàn)《地下生態(tài)城市與深地生態(tài)圈戰(zhàn)略構(gòu)想及其關(guān)鍵技術(shù)展望》，巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2017）中提出了一個(gè)地下空間開(kāi)發(fā)構(gòu)想。這個(gè)開(kāi)發(fā)構(gòu)想是：地下0-50米是地下軌道交通、管網(wǎng)系統(tǒng)及避難設(shè)施，地下50-100米是地下宜居城市，地下100-500米是地下農(nóng)業(yè)、地下醫(yī)學(xué)與地下生態(tài)圈以及戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備，地下500-2000米是地下能源循環(huán)帶、地下抽水儲(chǔ)能、壓縮空氣發(fā)電站、地下熱能等調(diào)儲(chǔ)利用，地下2000米以深是深地科學(xué)實(shí)驗(yàn)室、深地固態(tài)資源液態(tài)化開(kāi)采。這是我講的地下空間利用現(xiàn)狀與趨勢(shì)。

二、地下空間利用規(guī)劃與建設(shè)研究

如何建設(shè)地下城市呢？地下城市規(guī)劃與建設(shè)應(yīng)遵循五大原則：一是生態(tài)圈構(gòu)建和自循環(huán)原則；二是廢舊利用、開(kāi)發(fā)與保護(hù)統(tǒng)一原則；三是地上與地下協(xié)調(diào)的系統(tǒng)化立體開(kāi)發(fā)原則；四是平戰(zhàn)、平災(zāi)結(jié)合原則；五是近期與遠(yuǎn)期呼應(yīng)的可持續(xù)發(fā)展原則。

中國(guó)要以工程全生命周期為理念，工程全生命周期過(guò)程包括投資決策、策劃、設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收、維護(hù)、拆除、報(bào)廢處理、再生，在此理念基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的信息技術(shù)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行智能化、智慧化的維護(hù)管理成為當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)，地下城市的規(guī)劃與建設(shè)也要遵循這一理念。

三、地下空間開(kāi)發(fā)利用構(gòu)想及關(guān)鍵技術(shù)

在地下空間開(kāi)發(fā)利用上，我提出了深地發(fā)展的5個(gè)時(shí)代概念構(gòu)想，這包括被動(dòng)式地下空間利用的1.0時(shí)代，科學(xué)開(kāi)發(fā)地下空間及地下生態(tài)城市的2.0時(shí)代，深地生態(tài)圈構(gòu)建的3.0時(shí)代，深地科學(xué)實(shí)驗(yàn)室和深地空間艙的4.0時(shí)代，深地固態(tài)資源液態(tài)化開(kāi)采的5.0時(shí)代。

深地開(kāi)發(fā)的1.0時(shí)代。防空洞、兵工廠(chǎng)、儲(chǔ)備庫(kù)、地鐵、地下商場(chǎng)、地下停車(chē)場(chǎng)都是某種功能性需求的局部開(kāi)發(fā)；

2.0時(shí)代就是地下城市，包括一個(gè)完整的、宜居的生態(tài)城市的構(gòu)想，要生成模擬陽(yáng)光，要有自循環(huán)水泵及空氣智能重生系統(tǒng)，城市各功能區(qū)彼此間要設(shè)置安全隔離層，在能源供給上相互聯(lián)系，在空間結(jié)構(gòu)上相互獨(dú)立；3.0時(shí)代就要有生態(tài)、環(huán)境的地下空間利用，構(gòu)建地下生態(tài)圈的環(huán)境，當(dāng)然也包括人造陽(yáng)光、生態(tài)植被、深地農(nóng)牧業(yè)、水與生態(tài)自循環(huán)體系等；4.0時(shí)代要開(kāi)展深地不同深度原位科學(xué)實(shí)驗(yàn)，構(gòu)建深部物理學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、巖石力學(xué)理論體系，為人類(lèi)向地球深部進(jìn)軍奠定理論基礎(chǔ)；5.0時(shí)代需要發(fā)明盾構(gòu)式采、選、充、氣化、發(fā)電一體化技術(shù)與裝備，將固態(tài)資源直接轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)、氣態(tài)和電能。到那個(gè)時(shí)候，煤就不用上來(lái)了，即“地上無(wú)煤、井下無(wú)人”，搞深部原位流態(tài)化開(kāi)采，直接無(wú)人化、智能化開(kāi)采，采、選、冶煉、充填、發(fā)電、氣化都在地下空間處理，也沒(méi)有污染，沒(méi)有排放了。我在幾年前已經(jīng)給出了液態(tài)化開(kāi)采的學(xué)術(shù)定義。到了5.0時(shí)代，煤炭是世界上最高新技術(shù)的產(chǎn)業(yè)。

地下空間是怎樣呢？舉個(gè)例子，地下巷道開(kāi)采是機(jī)器人巡邏，無(wú)人機(jī)巡視，機(jī)器人檢查，機(jī)器人作業(yè)，未來(lái)礦山是這樣的地下空間。我們未來(lái)的煤炭，我們礦業(yè)大學(xué)的發(fā)展，未來(lái)是這個(gè)方向。利用煤粉爆炸、瓦斯爆炸產(chǎn)生的能量，很小體積在3000米深部原位就發(fā)電了，出來(lái)的就是電、氫氣、液化炭，不是煤了。目前，我的博士生團(tuán)隊(duì)正在做這項(xiàng)探索預(yù)研。

中國(guó)煤礦未來(lái)的美好前景是這樣的?，F(xiàn)在是2.0時(shí)代，到5.0時(shí)代可能還得幾十年上百年，但我們可以想象未來(lái)的趨勢(shì)和美好的前景及預(yù)期。

關(guān)鍵技術(shù)方面，已經(jīng)形成了若干成果，這里也不展開(kāi)講了。由于受特有構(gòu)成空間的條件限制，地下空間一旦開(kāi)發(fā)利用之后，要進(jìn)行改造相對(duì)困難，因此必須進(jìn)行開(kāi)發(fā)建設(shè)全周期的研究評(píng)價(jià)和中長(zhǎng)期的規(guī)劃及分析預(yù)測(cè)。現(xiàn)在的關(guān)鍵問(wèn)題是技術(shù)，各方面的技術(shù)問(wèn)題，依然要發(fā)展理論和技術(shù)，很多都是未知的。搞礦要研究這個(gè)，構(gòu)建地下宜居的生態(tài)城市，其中生態(tài)系統(tǒng)是關(guān)鍵。生態(tài)圈的構(gòu)建原理、技術(shù)和理論現(xiàn)在還沒(méi)有，所以要探索這個(gè)東西。

四、特殊地下空間利用

特殊地下空間指的是采礦的特殊地下空間的開(kāi)發(fā)利用，首次提出了特殊地下空間開(kāi)發(fā)利用的判識(shí)指標(biāo)、空間估算、開(kāi)發(fā)模式和開(kāi)發(fā)案例。

一是判識(shí)指標(biāo)。比如把煤炭挖完以后，怎么識(shí)別現(xiàn)在的礦井能不能用？我們給出了定性指標(biāo)和定量指標(biāo)，定性指標(biāo)包括交通便利性、圍巖穩(wěn)定性、系統(tǒng)安全性、技術(shù)復(fù)雜性四項(xiàng)，定量指標(biāo)包括經(jīng)濟(jì)效應(yīng)和開(kāi)發(fā)潛力兩項(xiàng)。同時(shí)滿(mǎn)足上述指標(biāo)可判識(shí)為特殊地下空間可利用。

二是空間估算。煤礦挖了幾十年，還要挖，地下空間有多少呢？據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有煤礦地下空間約139億立方，到2030年達(dá)到241億立方，長(zhǎng)度約160萬(wàn)千米，可繞赤道40圈。如此巨大的地下巷道空間，從來(lái)沒(méi)有想過(guò)用，一般是挖完煤就不管了。

三是開(kāi)發(fā)模式。國(guó)外改造和利用廢氣礦井呈現(xiàn)多種用途和形式。主要作用，一是作為核廢料處置的基地，核廢料處置必須封存1萬(wàn)年以上。二是利用地?zé)岚l(fā)展地下農(nóng)業(yè)，諾丁漢大學(xué)的學(xué)者們正在考慮使用自然存在于礦井中的地?zé)?，?5萬(wàn)個(gè)廢棄煤礦改造成地下農(nóng)場(chǎng)。地下恒溫恒濕，地下農(nóng)業(yè)活動(dòng)不受季節(jié)影響，經(jīng)濟(jì)效益是地面?zhèn)鹘y(tǒng)農(nóng)業(yè)的5倍以上。如果廢棄礦井離城市很近，還可以搞井筒式小型智能化地下停車(chē)庫(kù)。另外還可以搞地下抽水儲(chǔ)能發(fā)電，我們的井下1000多米深，三峽大壩的落差才350米，地下500米落差都有可能，我把地下1000米的水調(diào)到地下500米，落差就接近500米，需要的時(shí)候儲(chǔ)能發(fā)電。還可以搞壓縮空氣儲(chǔ)能發(fā)電站，搞地下污水處理廠(chǎng)，中國(guó)香港把地面污水處理都放到了地下。還可以搞地下酒店，搞景觀(guān)旅游以及原位實(shí)驗(yàn)室，像韓國(guó)的暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室就在礦井700米以下的地方。比如北京規(guī)定不挖煤了，北京的煤礦3年之內(nèi)全都關(guān)停。關(guān)停以后過(guò)去投資的上千億設(shè)備資產(chǎn)一下歸零，地下水上漲，首都水位就受到污染。所以煤礦關(guān)停并轉(zhuǎn)以后，能不能把地下空間用起來(lái)？2017年我專(zhuān)門(mén)寫(xiě)信，說(shuō)北京不挖煤可以，但希望不封停，把地下空間利用起來(lái)，我提出可以利用京西五大煤礦得天獨(dú)厚的地下空間優(yōu)勢(shì)，煤礦關(guān)了以后，地面地下統(tǒng)一規(guī)劃，地面搞青山綠水風(fēng)景區(qū)、學(xué)院教育培訓(xùn)區(qū)、旅游度假區(qū)、運(yùn)動(dòng)休閑區(qū)、高科技園區(qū)，地下搞煤礦井下安全生產(chǎn)培訓(xùn)實(shí)踐區(qū)、地下生態(tài)景觀(guān)體驗(yàn)區(qū)、地下農(nóng)業(yè)種植區(qū)，深地科學(xué)探索區(qū)。我的建議受到了國(guó)家重視，國(guó)家后來(lái)批了3個(gè)億專(zhuān)項(xiàng)資金進(jìn)行改造，目前已啟動(dòng)第一期工程，希望把它打造成全國(guó)煤礦關(guān)閉以后開(kāi)發(fā)利用示范區(qū)，打造成科技研發(fā)總部和地下空間研發(fā)實(shí)驗(yàn)基地。

五、深地生態(tài)圈的構(gòu)建

地下空間的開(kāi)發(fā)利用能不能像地面一樣有陽(yáng)光、空氣、水循環(huán)，很舒適呢？深地生態(tài)圈能不能構(gòu)建出來(lái)是地下空間開(kāi)發(fā)利用的關(guān)鍵和前提，這方面也是國(guó)際上探索性的課題。

什么叫生態(tài)圈？生態(tài)圈目前有陸地生態(tài)圈、大氣生態(tài)圈、海洋生態(tài)圈。海洋生態(tài)圈，海洋有植物、動(dòng)物，海洋不管有多深，多多少少有氧氣，只是氧氣的程度不同，越深氧氣越少。地下有沒(méi)有生態(tài)圈？地下怎么構(gòu)建生態(tài)圈？這是科學(xué)問(wèn)題。搞地下空間研究要朝著這個(gè)方向。

DCO（國(guó)際深碳觀(guān)測(cè)聯(lián)合會(huì)）通過(guò)長(zhǎng)達(dá)10年的研究，發(fā)現(xiàn)70%的細(xì)菌微生物都在地下，地下生態(tài)圈比地面多得多。GFZ（指德國(guó)波茨坦地學(xué)研究中心）鉆孔研究發(fā)現(xiàn)地下500米深的地方有微生物的細(xì)胞、細(xì)菌，大家想一下，它們?cè)诘叵聸](méi)有宇宙射線(xiàn)，沒(méi)有陽(yáng)光，沒(méi)有空氣，沒(méi)有其他的物質(zhì)情況下，怎么能生存下來(lái)？微生物細(xì)胞往往在1秒鐘以?xún)?nèi)完成整個(gè)生命周期，能量哪兒來(lái)？生命為什么存在？怎么找到這些微生物？怎么培養(yǎng)它？這都是人類(lèi)探尋的奧秘。

如何構(gòu)建地下生態(tài)圈？美國(guó)在1987年就有這個(gè)計(jì)劃，在亞利桑那州建立生物圈2號(hào)，但2014年宣布失敗，不再做了?，F(xiàn)在是從原理、機(jī)理上去探索。構(gòu)建生態(tài)圈有五個(gè)要素：陽(yáng)光、空氣、水、資源儲(chǔ)備、生態(tài)環(huán)境。怎么構(gòu)建？陽(yáng)光現(xiàn)在好辦，包括人造太陽(yáng)、LED等方式都可以模擬陽(yáng)光。你想巴黎300多米深的地鐵站是人造陽(yáng)光、空氣?？諝馐潜仨毜?，怎么利用人類(lèi)、動(dòng)物、二氧化碳、植物、空氣的次循環(huán)體系，構(gòu)建城市地下空間這樣一個(gè)管道體系進(jìn)行調(diào)整。還有地下水，這個(gè)好辦，地下水怎么用？怎么循環(huán)？這是關(guān)鍵。然后是地下資源，可以形成地下儲(chǔ)油庫(kù)、地下糧倉(cāng)、地下水庫(kù)、地下數(shù)據(jù)中心。

核心就是地下生態(tài)圈怎么構(gòu)建？深地生態(tài)圈是實(shí)現(xiàn)大規(guī)模城市地下遷移的可持續(xù)發(fā)展前提，其構(gòu)建理論和關(guān)鍵技術(shù)尚處于概念階段。

通過(guò)系統(tǒng)研究，把深地生態(tài)圈生成分為六個(gè)步驟：一是深地能量源與生態(tài)圈生物量關(guān)聯(lián)機(jī)制。這方面要探索深地生態(tài)因子（聲、光、電、熱）對(duì)不同的陸生生態(tài)系統(tǒng)、濕地生態(tài)系統(tǒng)中植物光合效率的影響極其分子成因，要探究深地高光合效率與生物產(chǎn)量的分子機(jī)制，為最終在深地生產(chǎn)農(nóng)作物產(chǎn)品（植物工廠(chǎng)構(gòu)建）提供理論依據(jù)。二是地下生態(tài)圈碳、氧、氮、硫、磷等各種元素智能重生和循環(huán)規(guī)律。這方面我們都有一些構(gòu)想和技術(shù)路線(xiàn)，要讓人類(lèi)需要的元素在地下形成。三是地下生態(tài)圈巖石土質(zhì)化的生物與地球化學(xué)過(guò)程。反之，陸地上的巖石是在億萬(wàn)年前由沙子、土沉積形成的，那能不能用生物膜侵蝕把巖石還原成土質(zhì)化呢？在四川西部，巖石土質(zhì)化以后可以進(jìn)行植被種植。四是地下生態(tài)圈植被多樣性選培與演替規(guī)律。五是地下生態(tài)圈濕地生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建與演替規(guī)律。地下怎么形成濕地？六是地下生態(tài)圈水平衡及自?xún)粢?guī)律。生態(tài)圈構(gòu)建以后，地下和地面就是生態(tài)平衡體系，地下和地面一樣的舒適，一樣的環(huán)境條件，在地下冬暖夏涼，又安全，還能長(zhǎng)壽，還能治特殊的疾病，那樣的話(huà)，誰(shuí)不愿意到地下去呢？

六、深地醫(yī)學(xué)研究構(gòu)想與進(jìn)展

所以我認(rèn)為生態(tài)圈的構(gòu)建很重要，在那里人能不能長(zhǎng)壽呢？就要研究深地醫(yī)學(xué)。

2015年我提出深地醫(yī)學(xué)的概念，什么叫做深地醫(yī)學(xué)？我們就找地方進(jìn)行研究。我在煤炭部門(mén)干過(guò)，煤礦我很熟，因?yàn)槊旱V都有瓦斯，我做實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)細(xì)胞，瓦斯爆炸怎么辦？我只能選金屬礦，金屬礦沒(méi)有瓦斯。但金屬礦中的鉛礦、銅礦、錫礦、鋁礦，這些礦種本身就有化學(xué)性，培養(yǎng)細(xì)胞沒(méi)有用，必須選黃金礦。黃金礦選在了東北夾皮溝金礦，就是《林海雪原》電影拍的那個(gè)地方，那個(gè)礦挖到1500米深，2017年12月我們完成了深地醫(yī)學(xué)研究基地及地下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，開(kāi)始進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這是我國(guó)首次開(kāi)展的深地醫(yī)學(xué)研究。

在地下1470米的地方，和地面同一環(huán)境、同一條件地培養(yǎng)細(xì)胞，看它有什么不同？實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在地下1470米細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢，細(xì)胞生長(zhǎng)減緩的這個(gè)曲線(xiàn)被初步驗(yàn)證了。

如果細(xì)胞生長(zhǎng)緩慢了，小孩正在長(zhǎng)身體，那就不適合去。但是如果退休的人在里面新陳代謝減緩了，是否可以長(zhǎng)壽了呢？如果得了絕癥病治不好了，到里面去也可以延長(zhǎng)多少年。如果深入研究下去能得到這個(gè)普適結(jié)論，那就太有意義了，因?yàn)榈叵碌牡陀钪嫔渚€(xiàn)和低本底環(huán)境（指無(wú)放射無(wú)太陽(yáng)宇宙射線(xiàn)等純凈環(huán)境）對(duì)人體的新陳代謝減慢，細(xì)胞生長(zhǎng)減慢還確實(shí)是很有意義的。

礦業(yè)領(lǐng)域過(guò)去只關(guān)心成本、效益、技術(shù)、裝備，不怎么關(guān)心礦工。地表到地下氣壓不一樣、溫度不一樣，空氣里面的含量不一樣、各種化學(xué)成素不一樣，對(duì)礦工的心理、肌理和生理都會(huì)有影響。我們專(zhuān)門(mén)調(diào)查了平頂山礦務(wù)局，不同深度的礦工在睡眠、出冷汗、頭疼、肌肉疼、口干都有不同的表現(xiàn)。所以不同深度有好處，也有不好的地方。不好的地方怎么排除？有益的地方怎么發(fā)展？如何提高深地醫(yī)學(xué)的研究？這都是要深入研究的。我們深地醫(yī)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際環(huán)境與健康權(quán)威雜志《Environment International》上發(fā)表了深地醫(yī)學(xué)方面的文章，在國(guó)際上引起強(qiáng)烈的反響。

下一步準(zhǔn)備在地下2400米深的地方搞一個(gè)集裝箱，研究生命體的成長(zhǎng)過(guò)程。在夾皮溝準(zhǔn)備籌建深地醫(yī)學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)大樓，增加5個(gè)不同深度層位研究測(cè)點(diǎn)，研究開(kāi)展不同深度深地環(huán)境對(duì)細(xì)胞、生物及人體的影響，探索新的規(guī)律。如果這個(gè)研究能取得好的結(jié)果，未來(lái)地下空間是一塊寶地，未來(lái)很多地下空間資源就可以充分發(fā)揮出來(lái)。