1绪论1绪论1.1城市空间与城市地下空间城市是一定地域范围内的空间实体,它的产生、形成与发展都存在内在的空间秩序和特定的空间发展模式,城市各物质要素空间分布特征及其不同的地理环境会演变为不同风格的城市形态。城市空间系统是城市范围内社会、生态以及基础设施等各大系统的空间投影及空间关系的总和,它是决定城市集聚效益的重要因素,同时也决定了城市各构成要素关系的合理性和运营的有效性。城市空间系统可以从各要素的空间位置、集聚程度以及城市空间形态几个方面考察分析。1城市间程度也是城间系统成中个重要方面。城市从本质上看就是一种人类活动的集聚方式的空间载体。城市空间集聚程度过低,城市运营效益必然不高,城市的优越性也就无法体现;然而,如果城市空间的密度过高,又反过来会影响城市系统的正常运行。城市空间形态是城市总体布局形式和分布密度的综合反映。它是城市平面和高度的三维形态。城市地下空间是城市空间系统中地平面以下部分的空间,往往以地下筑的形式出现,它常常起到补充城市地上空间的作用1.2城市规划与地下空间规划地下空间开发需要一定的物质基础、功能需求和社会认知,因此,在评估一个城市地下空间的开发时机、开发规模、规划编制的主要内容与发展方向时,通常以经济总量和固定资产投资这两个经济指标来衡量。我国经过二十多年城镇化的快速发展,以特大城市为中心,区域经济为纽带,自北向南已经初步形成了10大都市密集区,都市密集区共有城市174座,面积仅占全国国土面积的3.1%,经济总量却占全国的45%以上。以长三角、珠三角和京津三大城市密集区为例,2008年三大延、2.、8C 城市地下空间总体规划城市密集区上半年地区生产总值5327594亿元,占全国经济总量的364%;城镇固定资产投资为17792.8亿元,占全国投资总量的30.7%。四而就目前已编和在编地下空间规划城市的分布情况来看,也主要分布于这10大都市密集区。城镇化率的提高和城市的不断扩张,让北京、上海、深圳等发展较快的几个城市面临未来二三十年后无地可用的困境。以苏州市为例,据《苏州城市总体规划纲要(2004-2020)》预测,2010年苏州城镇化水平达到70%左右,城镇人达到616万;2020年城镇化水平超过80%,城镇人达到800万。苏州全市可开发利用土地面积为363483km2,其中约50%可以作为城镇成区用地,这样,全市设用地的最大供给存量为1718km2。由于苏州产业用地比重大,如果按苏州市人均120m2的设用地标准,可以预见,在2050年前后的苏州将无地可用。正是在这个背景下,我国政府为实现城市的可持续发展,先后提出了设“资源节约型,环境友好型”社会,倡导低碳与生态的城市可持续发展战略,颁布实施了《中华人民共和国城乡规划法》。我国的城市地下空间规划也在这期详少全国普及开来2J早在1997年设部就出台了《城市地下空间开发利用管理规定》,这一规定的出台标志着我国城市地下空间开发开始步入法制化、规范化和标准化的阶段。该规定经过数年实践后,针对当时城市地下空间开发遇到的问题,于2001年进行适应性的修订,从行政上确立了地下空间开发的主管部门,城市地下空间规划在城市规划体系中的地位、编制的条件、实施主体以及审批程序等内容。2008年实施的《中华人民共和国城乡规划法》进一步明确了城市地下空间开发和地下空间规划的具体要求,“城市地下空间的开发和利用,应当与经济和技术发展水平相适应,遵循统筹安排、综合开发、合理利用的原则,充分考虑防灾减灾人民防空和通信等需要,并符合城市规划,履行规划审批手续”。根据《中华人民共和国城乡规划法》和《城市地下空间开发利用管理规定》的相关规定,结合近年来对城市地下空间规划编制实践的经验总结,关于地下空间规划与城市规划的关系,笔者认为应从以下几个方面来理解。1)城市地下空间开发的时机与作用笔者认为,城市地下空间开发的时机与作用主要表现为:城市化快速发展是地下空间发展的大趋势;“资源节约型、结构紧凑型、低碳生态延、2.、8C 1绪论型”城市发展模式是城市和谐发展的必然选择;经济实力、城市空间需求的增长与不断减少的土地资源、不断上涨的能源成本是支撑城市地下空间开发的内在动力。从功能上看,地下空间开发利用有助于提升城市功能和战略地位,科学、合理、有序地引导城市开发利用地下空间资源,就必须补充和完善现行的城乡规划体系,通过编制地下空间规划将城市地下空间规划纳入城市规划管理的范围之中。2)地下空间规划在城乡规划体系中的地位城市地下空间规划应以我国宏观经济与社会发展政策为指导方针,符合当地经济与社会发展战略,并在城市总体规划框架内,结合城市各专项规划内容、控制指标进行编制,指导城市地下空间开发的地下综合规划,它是城市总体规划体系的重要组成部分,是指导城市地下空间开发的法定依据之一。3)地下空间开发中的人防规划也应重视我国城市地下空间开发最早是源于国防需要,人防工程是因其所具备的特殊功能,在非和平时期保障城市正常运转,抵御外来打击的重要战略设施此,防程强该在我大中型城地下间开发中至今仍起着主导作用。根据人防法规和政策的要求,我国城市的地下空间开发必须兼顾人防要求,人防工程也应贯彻“平战结合,平灾结合”的指导方针。人防规划是我国规划体系中有明确标准和规范的法定规划之,人防工程规划应贯穿和融人城市地下空间规划之中,人防工程规划内容是地下空间规划主要的强制性内容。1.3城市可持续发展与城市地下空间开发利用1992年,联合国环境与发展大会通过了著名的《关于环境与发展的里约热内卢宣,制订了21世纪议程,得到了世界各国的普遍认同,无论是发达国家还是发展中国家,都把可持续发展战略作为国家宏观经济发展战略的一种必然选择。我国也已编制完成并公布了《中国21世纪议程,向世界作出了可持续发展的承诺。改革开放以来,我国经济有了很大的发展,与此相随,我国的城市化进入了加速发展阶段。城市化水平从1990年的18.96%提高到2008年底的304%,预计到21世纪中叶将达到65%。经济与城市化水平的高速发展导致城市设的急剧发展,在此背景下,我国政府提出了设资源节约型、环境友好型社延、2.、8C 城市地下空间总体规划会的要求,实现城市经济发展与资源环境的协调发展。四1.3.1节约城市土地资源我国城市发展沿用“摊煎饼”式的粗放经营模式,表现在城市范围无限制地外延发展。我国城市土地利用的集约化程度在国际上处于较低水平。据气象卫星遥感资料判断和测算,1986年至1996年10年间,全国31个特大城市城区实际占地规模扩大50.2%。据国家土地管理局的监测数据分析,大部分城市占地成倍增长,图1.1为北京市1987年与2001年热岛分布图。根据预测,到21世纪中叶我国设市城市将达到1060个左右,7亿-10亿人将在城市中居住生活。两1987年200年然网图1.1北京市1987年与2001年热岛分布图据统计,1986年至1996年,全国非农业设占用耕地2963万亩*这比韩国耕地总和还多。平均每年占地相当于我国三个中等县的耕地。这是已经考虑了开发复垦耕地7366万亩增减相抵后的结果,实际上开发复垦增加的新耕地质量较低,3亩以上才能弥补原1亩耕地的损失。这一现象到如今不仅没有得到有效控制,而且还有日益加剧的趋势,以2008年为例,全国实有耕地面积18.2574亿亩,加上复耕补充的耕地,仍净减少29万亩。由于城市一般位于自然条件较好的区域,所以耕地减少中优质耕地损失十分惊人。如1991年至1995年,全国水田净减1004万亩。按照城市化发展的相关分析,以目前人均城市用地100m2的水平计算,到21世纪中叶,我国的城市发展将再占地1亿多亩。按人平均,中国是耕地资源小国,人均仅有1.44亩,仅及世界1hm2=15亩延、2.、8C 城市地下空间总体规划综观当今世界,很多发达国家和发展中国家已把对地下空间开发利用作为解决城市资源与环境危机的重要措施、实施城市土地资源集约化使用与城市可持续发展的重要途径。自1977年在瑞典召开第一次地下空间国际学术会议以来,召开了多次以地下空间为主题的国际学术会议,通过了不少呼吁开发利用地下空间的决议和文件。例如1980年在瑞典召开的“ Rock Store”国际学术会议产生了一个致世界各国政府开发利用地下空间资源为人类造福的议书。1983年联合国经社理事会下属的自然资源委员会通过了确定地下空间为重要自然资源的文本,并把它包括在其工作计划之中。1991年在东京召开的城市地下空间国际学术会议通过了《东京宣言》,提出了“21世纪是人类开发利用地下空间的世纪”。国际隧协正在为联合国准备题为“开发地下空间,实现城市的可持续发展”的文件,其1996年年会的主题就是“隧道工程和地下空间在城市可持续发展中的地位”。1997年在蒙特利尔召开的第七届地下空间国际学术会议的主题是“明天—室内的城市”,1998年在莫斯科召开了以“地下城市”为主题的国际学术会议在实践方瑞典威家大、界兰旧不美倒租前苏联等国在城市地下空间利用领域已达到相当的水平和规模。发展中国家,如印度、埃及、墨西哥等国也于20世纪80年代先后开始了城市地下空间的开发利用。向地下要土地、要空间已成为城市历史发展的必然和世界性的发展趋势,并以此作为衡量城市现代化的重要标志。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,使土地资源集约化使用,特别是缓解城市中心区筑高密度的效果是十分明显的。据一项初步调查估计,北京市成区10m深以上的地下空间资源量为19.3亿m3,可提供64亿m2的筑面积,将大大超过北京市现有筑面积。通过对近年来的多部城市地下空间规划编制的基础研究分析,如仅对城市浅层地下空间资源(深度30m)的初步估算,开发面积为城市设用地的30%(道路与绿地设用地),再乘以0.4可利用系数,则地下空间可供开发的空间资源是城市房屋筑总量若干倍。如表1.1所示日本于20世纪50年代末至70年代大规模开发利用浅层地下空间,到80年代末开始研究50~100m深层地下空间的开发利用,并于2001年出台了大深度地下空间开发利用的法律(大深度地下①公共的使用延、2.、8C 城市地下空间总体规划施、防灾设施、储存及生产设施、能源设施、研究实验设施、会议展览及图书馆设施。其中大量应用的领域为交通设施,包括地铁、地下机动车道、地下步行道和地下停车场。特别是地铁,据地铁论坛网站的数据统计,截至2010年年底共有50多个国家的179个城市共设轨道交通线约10000km,地下线通车里程约5000km;市政基础设施,包括市政管网、排水及污水处理系统,城市生活垃圾的清除、回收及处理系统,大型供水、贮水设施;商业设施,包括地下商业中心、地下街以及以商业为主兼有文化娱乐及餐饮设施的地下综合体;贮存设施,包括粮库、食品库、冷库、水库、油料库、燃料库、药品库及放射性废弃物和有害物的储库。1.3.2节约城市能源、水资源除土地资源外,按人平均,我国也是资源小国。我国人均能源占有量不到世界平均水平的一半,人均水资源为世界人均水平的25%。因此实现资源可持续利用有着重要意义。在这方面,地下空间的利用大有可为。每的最能耗林筑能耗是大户筑物成盾使用过程中,每年所需要消耗能量的总和称为筑能耗。据统计,在欧美一些国家筑能耗约占全国总能耗的30%。而筑能耗中用于筑物的采暖、通风空调的能耗约占全国总能耗的19.5%。据世界能源研究所与国际环境发展研究所公布的数据表明,世界上前十名经济大国中,中国是单位能耗最高的国家。我国单位产值能耗接近法国的五倍。在筑内部环境控制中,我国仅采暖一项,单位筑能耗是发达国家的三倍。因此降低筑内部环境能耗具有迫切的重要意义。4地下空间由于岩土具有良好的隔热性,可防止造成地面温度变化的诸多因素,如刮风、下雨、日晒等的影响,实际表明,地面以下1m,日温几乎没有变化,地面以下5m的室内气温常年恒定。因此将筑物全部放在地下岩土中,比地面筑要明显少消耗能量。据美国进行的地面与地下筑对比分析的大量试验表明,堪萨斯城地下筑相对于地上筑的节能率有:服务性筑为60%,仓库为70%,制造厂为47%~90%,其他五个地区地下筑的节能高于地上筑节能为:明尼阿波利斯及波土顿地区48%,盐湖城58%,罗克斯迈勒地区51%,休斯敦地区为33%。如果和一般的地上筑相比较,地下筑节能更为显著。延、2.、8C 1绪论更应特别指出的是,地下空间开发利用为自然能源的利用,特别是可再生能源的利用,开辟了一条广阔有效的途径。地下空间为大规模的热能贮存提供了独有的有利条件。太阳能是巨大的洁净可再生能源,但其来源随季节、昼夜有很大的不稳定性。太阳辐射热的主要部分和放热一般仅在夏季得到,这就需要季节性贮存,在地下的水、岩石和土壤中贮存热量往往是最佳的甚至是唯一的选择。而利用地下空间贮水,将冬季天然冰块贮存于地下,用于夏季环境控制的蓄冰空调,既经济又是清洁可再生冷源,在国外如北欧一些国家多有应用实例。地下空间贮热和贮冷,由于岩、土的热稳定性与密闭性,使热量或冷量损失小,不需要保温材料,利用岩石的自承能力,构筑简单,维护保养费大为降低。这就使天然能源或工业大量余热的利用富有成效。例如瑞典已在斯德哥尔摩西北方向约150km的阿累斯达造了一座15000m3的岩石洞穴热水库,洞穴顶部低于地面25m,其长45m、宽18m、高22m,蓄热温度范围为70-150℃,以废物焚烧的热为热源通过一换热器与热系联以该工穆1982伟成p年完成试验工作,工程投资400万美元。贮库用于阿累斯达的区域供热系统,每年能节油400m3以上日本、美国正在开发地下超导磁贮电库的技术,该库为螺旋状排列的环形洞室。德、日等国还在开发地下压缩空气贮库技术。德国已于1979年在岩盐层中成一座地下压缩空气库,功率为29万kW,贮气压力为8MPa。这两种技术都可有效地贮存低峰负荷时的多余电能,满足高峰供电需要,从而节省发电站功率和能耗。美国、德国等正在研究开发所谓非枯竭性的无污染能源——深层干热岩发电。美国已于1984年6月成世界上第一个10MW功率的干热岩电站。该电站主要由两个深度为4000多m的钻孔及其贯通孔组成,冷水由钻孔灌注,另一钻孔产生200℃蒸汽,直接进入发电站发电。我国水资源短缺问题日益明显。全国476个城市有300个缺水。预计到2030年,我国在中等干旱年份将缺水300多亿m3。我国的水资源在时空分布上很不均匀。在缺水的同时,又有大量淡水因为没有足够储存设施白白流向大海。我国能如挪威、芬兰等国那样,利用松散岩层、断层裂隙和岩洞以及疏干了的地下含水层,或如日本那样在东京、横滨、名古屋以及札幌等造人工地下河川、蓄水池和地下融雪槽,储存延、2.、8C
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