石曉冬， 趙怡婷， 吳克捷

(北京市城市規(guī)劃設計研究院， 北京 100045)

0 引言

隨著黨的十九大報告提出“建設生態(tài)文明是中華民族永續(xù)發(fā)展的千年大計，應堅持最嚴格的資源保護制度”，“生態(tài)可持續(xù)”、“高質(zhì)量發(fā)展”逐漸成為城市發(fā)展的關(guān)鍵詞。超大城市作為人口規(guī)模最大、城市功能聚集度最高的地區(qū)，生態(tài)環(huán)境面臨的壓力更大、空間資源緊張度更高，而科學適度地利用地下空間資源，促進城市空間從平面發(fā)展到豎向分層發(fā)展轉(zhuǎn)變，是保障超大城市生態(tài)地質(zhì)環(huán)境安全、促進城市空間資源可持續(xù)利用的重要途徑。

文獻[1]探討了影響北京地下空間發(fā)展的主要地質(zhì)問題，指出編制地下空間資源開發(fā)利用規(guī)劃時應注意對地質(zhì)條件的研究。文獻[2]調(diào)研了國內(nèi)外各大城市的實踐經(jīng)驗和發(fā)展路徑，結(jié)合武漢城市地下空間發(fā)展和建設情況，提出地上、地下空間開發(fā)利用互補對策。文獻[3]結(jié)合上海長寧區(qū)地下空間規(guī)劃探索，提出中觀尺度的地下空間規(guī)劃布局模式與空間結(jié)構(gòu)、專項系統(tǒng)整合以及規(guī)劃控制指標體系等核心規(guī)劃策略。文獻[4]以上海虹橋商務區(qū)為例，對我國城市商務區(qū)地下空間的開發(fā)與控制進行了探討。文獻[5]以沈陽太原街地區(qū)為例，對該區(qū)域地下空間開展豎向規(guī)劃研究。文獻[6]以杭州創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)新天地綜合體的地下空間開發(fā)實踐為例，探討了城市綜合體地下空間開發(fā)所呈現(xiàn)出來的新特征。文獻[7]通過對國內(nèi)外地下道路功能類型、發(fā)展特征的分析,從交通改系統(tǒng)、空間規(guī)劃、實施影響的視角探索我國超大城市地下道路可持續(xù)發(fā)展的策略。文獻[8]依托《廣州市綜合管廊專項規(guī)劃》的編制,結(jié)合國家政策和市政工程專業(yè)發(fā)展趨勢, 探索了超大城市綜合管廊專項規(guī)劃編制方法。文獻[9]結(jié)合武漢實際案例，針對超大城市地下管線建設面臨的突出問題，探討了適用于宏觀層面上的管線綜合規(guī)劃編制要點。

綜上所述，目前研究主要包含以下幾個方面： 1)探討城市發(fā)展的地下空間規(guī)劃； 2)某一特定城市區(qū)域的地下空間規(guī)劃； 3)超大城市地下道路、綜合管廊、地下管線等專項設施規(guī)劃研究； 4)地下生態(tài)地質(zhì)環(huán)境研究。然而，針對城市整體層面，兼顧地下空間開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護要求，統(tǒng)籌各類地下功能設施布局的地下空間規(guī)劃研究不太突出。本文從強化生態(tài)底線約束、優(yōu)化空間資源利用出發(fā)，結(jié)合北京城市發(fā)展特征，探索超大城市地下空間科學規(guī)劃方法。重點對地下空間三維紅線的劃定、地下空間資源潛力評估、地下功能系統(tǒng)耦合布局等方面進行系統(tǒng)探討，以期為完善超大城市地下空間的科學規(guī)劃方法提供思路。

1 地下空間三維生態(tài)紅線的劃定與地下空間資源潛力評估

隨著城市發(fā)展規(guī)模的增大，城市建設對生態(tài)環(huán)境的影響效益日益明顯，如地鐵等大型地下線性工程的快速建設，容易對地下水流場產(chǎn)生攔阻作用并引發(fā)工程地質(zhì)問題；地下工程建設深度過大，容易穿透地下主要含水層，造成對地下水源的污染[10]。因此，地下空間開發(fā)利用應轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)工程建設主導思維，從生態(tài)可持續(xù)角度，明確生態(tài)安全底線，劃定垂直生態(tài)紅線，綜合考慮各項城市建設影響因素，通過科學的評估和規(guī)劃方法，合理引導地下空間資源的生態(tài)友好、可持續(xù)利用。

1.1 考慮因素

1.1.1 生態(tài)保護因素

城市地下空間開發(fā)利用與地層結(jié)構(gòu)環(huán)境具有緊密相關(guān)性，順應地層結(jié)構(gòu)特征、保障地層結(jié)構(gòu)安全是地下空間開發(fā)利用的必要前提。結(jié)合最新地質(zhì)調(diào)查結(jié)果可知，北京市平原區(qū)的地層結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)明顯的分層特征[1](見圖1)。其中，地下10 m以上空間受地表環(huán)境影響較大，大型公共綠地、水域[10]等城市重要的生態(tài)保護地區(qū)不宜進行地下空間開發(fā)利用，以有效保護地表生態(tài)安全；地下30 m左右區(qū)域普遍分布第一隔水層；地下30 m以下范圍以承壓水含水層[11]為主，是城市地下水的重要儲存地區(qū)，水文地質(zhì)環(huán)境敏感度較高，不宜進行大規(guī)模地下開發(fā)建設；地下50 m以下空間普遍為基巖層，地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定，但工程建設難度較大，不可逆性強。

圖1 地下空間豎向分層示意圖

1.1.2 城市地下空間建設現(xiàn)狀因素

城市地下空間建(構(gòu))筑物及其基礎建設現(xiàn)狀是影響地下空間開發(fā)利用的主要因素之一。建(構(gòu))筑物基礎底面下一定深度和旁側(cè)一定寬度范圍內(nèi)為地基持力層(見圖2)，其豎向范圍根據(jù)建(構(gòu))筑物高度及基礎埋深不等，一般為5～20 m，為保證建(構(gòu))筑物安全，該范圍內(nèi)不宜進行地下空間開發(fā)利用。目前，北京市地下空間開發(fā)利用深度一般在地下30 m以上(正在規(guī)劃建設的北京城市副中心站建設深度約為地下28 m)。綜合考慮基礎持力層，地下30～50 m是城市地下空間重要的持力層范圍，應審慎開發(fā)利用。

1.1.3 地質(zhì)條件因素

城市地下空間開發(fā)利用應避開地質(zhì)沉降區(qū)、地震斷裂帶、地下水敏感地區(qū)以及工程地質(zhì)不穩(wěn)定等地質(zhì)災害因素，避免不利地質(zhì)條件帶來的災害風險。

1)地震活動斷裂帶： 活動斷裂帶兩側(cè)200 m范圍內(nèi)屬于活動斷裂影響帶(見圖3)，該區(qū)域內(nèi)應避免地下空間開發(fā)利用，大型地下線性工程應盡量避免穿越影響帶。

圖2 地下建構(gòu)筑物持力層示意圖

圖3 地震活動斷裂帶影響范圍示意圖(單位: m)

2)地面不均勻沉降： 地下空間建設,特別是大型線性工程應避免垂直穿越不均勻沉降梯度較大的地區(qū)，以避免工程安全隱患。

3)沙土液化： 砂土液化風險地區(qū)不宜進行較大強度的地下空間開發(fā)利用，以避免砂土失去抗剪能力，造成地表建筑物開裂等地質(zhì)災害。

4)隱伏巖溶塌陷： 埋深較淺的溶洞周邊地區(qū)在進行地下空間開發(fā)利用時，容易導致溶洞的覆蓋層坍塌等地質(zhì)災害。

1.1.4 歷史保護因素

歷史保護地區(qū)受建(構(gòu))筑物結(jié)構(gòu)特征及歷史保護要求等影響，其地下空間開發(fā)利用受到一定的限制，主要包括文物保護單位的保護范圍及建控地帶、傳統(tǒng)風貌區(qū)、文物埋藏區(qū)等地區(qū)。

1)文物保護地區(qū)。文物保護單位的保護范圍及一類建控地帶內(nèi)原則上禁止與歷史保護無關(guān)的地下空間開發(fā)利用。

2)傳統(tǒng)風貌地區(qū)。為有效保護歷史文化街區(qū)、風貌協(xié)調(diào)區(qū)、平房區(qū)等傳統(tǒng)風貌地區(qū)的傳統(tǒng)建筑安全，保持風貌特征，應控制地下空間的開發(fā)利用強度和深度。

3)文物埋藏區(qū)。地下文物埋藏區(qū)的地下空間開發(fā)利用應征求文物保護部門意見，并結(jié)合施工同步開展文物勘探工作，其中大于10 000 m2的建設工程應提前開展文物勘探。

1.1.5 用地權(quán)屬因素

城市功能聚集，用地產(chǎn)權(quán)也較為多元。以北京為例，既有市、區(qū)屬用地，私產(chǎn)用地，也有軍產(chǎn)、央產(chǎn)用地。地下空間開發(fā)利用宜優(yōu)先結(jié)合市、區(qū)屬用地，對軍產(chǎn)、央產(chǎn)用地必要時應進行避讓。

1.1.6 建設發(fā)展因素

1)人流密度。人流及公共活動越密集的地區(qū)往往也是地下空間使用需求越大的地區(qū)。其中就業(yè)人口密度與地鐵通勤人流分布對地下空間需求的影響較為明顯。

2)建設強度。地下空間作為地上空間的重要補充，多集中于土地開發(fā)強度較高的地區(qū)，因此建筑高度及容積率越高的地區(qū)往往也是地下空間開發(fā)需求較大的地區(qū)。

3)設施建設。城市地下空間的發(fā)展多以地鐵的建設為先導，地鐵周邊300～500 m地區(qū)是地下空間開發(fā)利用的重點區(qū)域，通過促進軌道站點與周邊地下空間的一體化建設，能有效提升城市空間社會經(jīng)濟效益。同時，公共服務、交通市政、防災安全三大設施建設宜加強對地下空間的利用，促進城市公共類用地的高效集約發(fā)展。

4)政策因素。更新改造區(qū)和重點功能區(qū)是地下空間發(fā)展的政策類重點地區(qū)，宜促進地上地下空間的統(tǒng)籌布局與利用，將有效促進城市空間資源效益的提升。同時，土地經(jīng)濟也是影響地下空間開發(fā)利用的政策性因素，較高土地價值的地區(qū)一方面具有較高的用地資源需求度及開發(fā)動力，另一方面也往往具有較為有利的城市建設政策條件支持。

1.2 地下空間三維生態(tài)紅線劃定

為有效保障地下空間地質(zhì)環(huán)境的穩(wěn)定，兼顧已建地下空間建設的工程安全要求，地下空間開發(fā)利用應重點關(guān)注地下承壓水頂板巖層(第一隔水層)埋深線以及已建地下空間的持力層豎向深度。結(jié)合北京市實際情況，建議以地下30 m作為地下空間豎向管控的基準紅線(結(jié)合地質(zhì)詳勘可做適當調(diào)整)，地下空間開發(fā)建設深度不宜超過地下30 m(見圖4)；地下30～50 m空間作為城市生態(tài)保護及工程安全的敏感地帶，應以地質(zhì)生態(tài)環(huán)境保護為主，除必要的基礎設施建設外不進行成規(guī)模的地下開發(fā)建設；地下50 m以下的巖石層空間應優(yōu)先保障大型基礎設施及戰(zhàn)略設施建設條件，在開發(fā)條件尚不成熟時，以資源預留為主[12]。

1.3 地下空間資源潛力評估

在明確地下生態(tài)安全底線的基礎上，結(jié)合各項城市發(fā)展因素及限制性因素，建立地下空間資源潛力量化評價模型如圖5所示，從地上地下空間統(tǒng)籌視角，客觀判斷地下空間資源潛力的空間分布。

圖5 地下空間資源潛力量化評價模型

Fig. 5 Diagram of comprehensive assessment of underground space resource potential

量化評價因素包括發(fā)展因素和限制性因素2大類，每項評價因素根據(jù)其對地下空間的影響程度分為高、中、低3級，并進行賦值，分值越高代表地下空間利用潛力越高(見表1)。評價對象為研究范圍內(nèi)的各規(guī)劃地塊，并扣除水源保護區(qū)、地震斷裂帶、水域、文物保護單位、一級建控地帶、重要涉密安保用地等不宜建設地下空間的區(qū)域。在分項評價的基礎上(見圖6)，采用權(quán)重分析法對各項影響要素得分進行加權(quán)求和，確定各地塊的地下空間利用潛力綜合得分。地塊的綜合分值越高，則該地塊的地下空間開發(fā)潛力越大[13]。項目用地開發(fā)潛力評價公式為：

微泡排氣閥綜合利用多項物理原理，有效地使氣泡從水中分離并積聚在排氣艙內(nèi)，并最終通過自動排氣閥排出。微泡排氣閥的口徑從DN15至DN150，可以滿足一般系統(tǒng)的要求。該閥有水平安裝和垂直安裝兩種類型，應用于冷水管路上的閥門可選用帶保溫殼的產(chǎn)品，以防止表面結(jié)露。

式中：P為綜合潛力評價分值；wi為評價因素權(quán)重；vi為評價因素量化分值。

綜合來看，重點功能區(qū)(市級)、商業(yè)商務功能集中地區(qū)、大型文體活動地區(qū)、軌道站點周邊300～500 m地區(qū)、對外交通樞紐周邊地區(qū)等公共活動密集、建設強度高的地區(qū)是地下空間資源潛力較高的地區(qū)，應在合理規(guī)避生態(tài)、歷史保護、地質(zhì)災害等各項限制建設要素的前提下，結(jié)合地上城市建設活動開展一體化規(guī)劃建設，促進城市空間資源的立體集約利用和水平互連互通；其他一般性地區(qū)，優(yōu)先保障生態(tài)地質(zhì)安全和三大設施建設需求，并在統(tǒng)籌考慮地上功能和建筑規(guī)模的前提下，合理規(guī)范地下建設強度和深度。

表1 地下空間資源綜合評價權(quán)重表

圖6 地下空間影響因素分項評價示意圖

2 地下功能設施系統(tǒng)耦合

隨著城市空間資源的日益緊張、城市功能設施的日益密集和多元，如何促進各類功能設施的統(tǒng)籌布局，提高城市地下空間利用效率和城市綜合承載力，是超大城市地下空間發(fā)展的重要內(nèi)容[14]。

從城市地下空間功能和發(fā)展類型上看，主要包括以商務辦公功能為主的中央商務地區(qū)、以商業(yè)服務為主的商業(yè)中心地區(qū)、以高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)為主的科研產(chǎn)業(yè)園區(qū)、以交通集散為主的交通樞紐地區(qū)，以及城市新城集中建設區(qū)。不同類型地區(qū)的地下功能設施類型及空間耦合關(guān)系各有不同，須結(jié)合地區(qū)發(fā)展需求及功能設施特征因地制宜規(guī)劃布局。

2.1 地下空間+公共服務

“地下空間+公共服務”主導模式主要位于城市商務辦公區(qū)以及商業(yè)中心地區(qū)，主要表現(xiàn)為“公共服務設施+商業(yè)服務設施+地下軌道站點+公共空間+停車設施”的耦合關(guān)系。較為典型的發(fā)展模式是結(jié)合地鐵站點及主要樓宇地下空間建設地下街或地下步行聯(lián)絡系統(tǒng)，形成連續(xù)的地下公共步行環(huán)境，并與地上城市空間便捷聯(lián)系，如圖7所示。

圖7 地下商業(yè)街規(guī)劃布局示意圖

2.2 地下空間+市政綜合體

“地下空間+市政綜合體”模式主要位于城市建設空間緊張、對景觀環(huán)境要求較高的地區(qū)，主要表現(xiàn)為“地下市政場站+停車設施+地面公共活動空間/公共綠地”的耦合關(guān)系。其中變電站、污水處理廠、垃圾處理站、燃氣調(diào)壓站等中小型市政場站較適宜地下化，并可與軌道站點、社區(qū)服務中心等結(jié)合設置，地面可兼顧城市公共服務及景觀綠地功能，提高城市空間效益和環(huán)境品質(zhì)，如圖8所示。

(a) (b)

圖8菜市口變電站綜合體實景圖

Fig. 8 Pictures of Caishikou Substation Complex

2.3 地下空間+立體環(huán)隧

“地下空間+立體環(huán)隧”模式主要位于城市重點功能區(qū)及科研產(chǎn)業(yè)園區(qū)等對地下基礎設施支撐條件要求較高的地區(qū)，主要表現(xiàn)為市政道路下的“地下環(huán)形道路+綜合管廊+直埋管線+地下步行通道+地下停車設施”的耦合關(guān)系，豎向分布關(guān)系自地表向下主要表現(xiàn)為直埋管線—地下步行通道—綜合管廊—地下道路及停車設施，如圖9所示。該模式能有效促進道路地下各類基礎設施的有效整合，提高區(qū)域基礎設施承載力及空間利用效率。

圖9 道路地下基礎設施統(tǒng)籌布局示意圖(單位： mm)

2.4 地下空間+軌道交通

“地下空間+軌道交通”模式主要位于軌道站點周邊300～500 m內(nèi)城市公共功能較為集中的地區(qū)，主要表現(xiàn)為“軌道站點+地下過街通道+停車設施+配套商業(yè)設施”的耦合關(guān)系。通過軌道站點與周邊地塊地下空間的一體化開發(fā)和互連互通，實現(xiàn)城市空間的綜合化、立體化利用[15]，如圖10所示。需要注意的是，軌道站點與周邊地下空間的一體化建設應在方案階段協(xié)調(diào)好地下通道、道路以及相關(guān)市政管線等的空間關(guān)系，做好預留及改移工作。

(a) 平面圖

(b) 剖面圖

Fig. 10 Integrated development of metro station and surrounding underground space

2.5 地下空間+交通綜合體

“地下空間+交通綜合體”模式主要位于城市對外交通樞紐及其周邊地區(qū)，如大型空港區(qū)、火車站、城際車站地區(qū)，主要表現(xiàn)為地上地下一體化綜合開發(fā)，形成以交通功能為主導、多功能統(tǒng)籌布局的交通綜合體，如圖11所示。交通樞紐地區(qū)的地下空間通過各類功能空間的豎向分層布局與橫向互連互通，構(gòu)建便捷聯(lián)系的地下立體空間網(wǎng)絡，實現(xiàn)樞紐及其周邊城市空間的最大社會經(jīng)濟效益。

圖11 交通樞紐地區(qū)地下空間布局示意圖

2.6 地下空間+基礎設施環(huán)廊

“地下空間+基礎設施環(huán)廊”模式主要適用于新城地區(qū)，結(jié)合軌道交通建設高效集成的地下基礎設施“集合體”，統(tǒng)籌建設軌道交通、干線綜合管廊、智慧地下物流、新型垃圾轉(zhuǎn)運等環(huán)形干線系統(tǒng)，貼建、共建隱性市政設施、多級雨水控制與利用設施、應急避難設施和地下儲能調(diào)峰設施等各類市政設施，提高城市綜合承載力，如圖12所示。

圖12 大型地下基礎設施服務環(huán)示意圖

2.7 地下功能設施統(tǒng)籌

地下空間是一個功能巨系統(tǒng)，地下各類功能設施的統(tǒng)籌涉及規(guī)劃設計、部門管理、技術(shù)標準、政策法規(guī)、數(shù)據(jù)信息與仿真模擬等方方面面。

1)從規(guī)劃層面來看，有效協(xié)調(diào)地下各功能設施之間的空間布局是關(guān)注的重點。規(guī)劃應首先根據(jù)功能設施特征及空間需求，明確各類功能設施的豎向適宜范圍及優(yōu)先避讓原則，促進地下空間資源的有序利用。

2)豎向布局方面，應根據(jù)地上、地下功能的相互關(guān)聯(lián)程度，遵循人在上、物在下，人的長時間活動在上、人的短時間活動在下的原則統(tǒng)籌布局(見表2)。其中，淺層地下空間(地下0～10 m)與地上空間聯(lián)系較為緊密，應以地下公共活動、公共交通等人員活動相對頻繁的空間為主；次淺層地下空間(地下10～30 m)宜布置少人或無人的物用空間，如地下人防工程、地下市政場站、地下倉儲物流、地下交通隧道等；地下次深層空間(地下30～50 m)應優(yōu)先保障地下水及持力層的安全，以生態(tài)保護及空間預留為主；隨著地下盾構(gòu)技術(shù)及地下工程建造技術(shù)的發(fā)展，地下50 m以下的深層地下空間利用是未來地下空間發(fā)展的新領(lǐng)域，宜優(yōu)先保障地下大型儲水設施、地下數(shù)據(jù)中心、重要人防工程等大型戰(zhàn)略性工程的建設空間預留，并拓展對地下可再生能源的有序利用。

3)地下各類設施之間產(chǎn)生矛盾時，應以方便人行、提高土地使用效率、環(huán)境效益和社會綜合效益最優(yōu)為原則決定優(yōu)先權(quán)。地下人行空間與地下車行空間產(chǎn)生矛盾時人行空間優(yōu)先,地下小型設施避讓大型設施,新建地下設施避讓已建地下設施,修建相對容易、技術(shù)要求較低的地下設施避讓修建相對困難、技術(shù)要求較高的地下設施,地下臨時設施避讓地下永久設施。

4)隨著軌道交通的快速建設，軌道交通與各類功能設施的一體化建設是地下空間功能設施統(tǒng)籌的重要契機。應結(jié)合軌道線路及站點規(guī)劃建設，推進軌道沿線地區(qū)的規(guī)劃設計研究，促進公共服務設施、基礎設施、防災安全設施等功能設施向軌道站點周邊地區(qū)的適度集中和互連互通，促進地上地下城市空間的立體集約利用，提升城市公共空間環(huán)境品質(zhì)。

表2 地下功能設施豎向分層表

3 結(jié)論與建議

地下空間作為城市重要空間資源，是緩解超大城市空間資源緊張，協(xié)調(diào)城市空間發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護的重要途徑。結(jié)合北京城市地下空間發(fā)展特點，地下空間的科學規(guī)劃利用需重點關(guān)注以下幾個方面的統(tǒng)籌與協(xié)調(diào)。

1)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境與城市建設的統(tǒng)籌。隨著城市建設規(guī)模與強度的增產(chǎn)，地下空間開發(fā)利用對地下生態(tài)地質(zhì)的影響日益突出，科學劃定地下空間生態(tài)管控底線，合理規(guī)避地質(zhì)災害風險，是保障地下生態(tài)環(huán)境安全與工程建設安全的重要前提。對于北京而言，在綜合考慮各項地質(zhì)災害影響要素的前提下，地下水的保護尤為重要，城市地下空間開發(fā)利用應避免穿透承壓水隔水層，合理控制對地下30～50 m承壓水空間的開發(fā)利用，保障城市地下空間的安全、可持續(xù)發(fā)展。

2)地下、地上空間的統(tǒng)籌關(guān)系。城市空間是一個三維的整體，城市地下空間必須與地上空間功能相協(xié)調(diào)，通過綜合考慮各項城市開發(fā)建設影響要素，建立可量化的綜合評估方法，客觀判斷地下空間資源潛力，指導地下空間的合理優(yōu)化布局。

3)地下功能設施的統(tǒng)籌。地下空間根據(jù)其功能特點，主要包括以地下綜合體為代表的各類地下公共服務設施，以地鐵為代表的地下交通基礎設施，以綜合管廊為代表的各類地下市政設施和以人防工程為代表的各類地下安全設施。結(jié)合地區(qū)發(fā)展需求和功能定位，有針對性地開展特定類型功能設施之間的統(tǒng)籌布局，促進各類功能設施的豎向分層布局、明確優(yōu)先避讓關(guān)系，是提高城市空間利用效率與提高城市基礎設施綜合承載力的重要途徑。

本文是對超大城市地下空間規(guī)劃方法的一次探索性研究，著重從加強生態(tài)底線約束、促進地下空間資源高效利用2個方面提出建設性的規(guī)劃技術(shù)方法，研究內(nèi)容尚有待規(guī)劃實踐的檢驗，并在具體實踐中不斷完善內(nèi)容，加強體系建設，以期為超大城市地下空間規(guī)劃編制提供有益參考。