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国内外城市地下空间开发:启示与借鉴

原作者: 郭锦辉 |原发: 中国经济时报-中国经济新闻网

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21世纪是人类地下空间开发的新纪元。随着国家经济、科技和社会的快速融合发展,地下空间开发已成为解决交通网络、资源获取与调配、环境根本改善以及防灾减灾的刚性需求。在中国(南京)城市地下空间开发国际高峰论坛上,多位国内外院士和权威专家比较了国内外地下空间发展现状,分析了全球未来趋势,以期推动我国城市地下空间的开发和关联产业的创新。


中国进展


中国工程院院士武强:国土空间保护与利用必须是系统工程


到2050年全面建成社会主义现代化强国,我国的能源保障和生态环境现在面临非常大的压力,只能从开源、节流以及打造主体方面解决问题。


在开源方面,现在和地质有关的能源储量,巨大的就是天然气水合物和干热岩。从全球来看,干热岩的总能量要相当于全球包括煤、石油、天然气所有的化学能源总和的30倍,天然气水合物、干热岩是未来很重要的能源开发源泉。未来,一旦某项技术有所突破,这些能源的开发难题可能就马上得以解决,就比如美国页岩气的开发一样。


在节流方面,我国很重视能效水平问题。这和我国的主体工业结构、科学技术水平有关系。矿产资源为我国的GDP作出了巨大贡献,因此,我国的能源节流有相当大的空间。


在打造主体方面,解决能源不足与经济发展之间的矛盾,需要打造中国的主体能源煤炭工业的升级版。煤炭在中国不应该是一个朝阳产业,但绝不是一个夕阳产业,如何解决煤炭在勘探、生产和消费使用过程中存在的问题,这是应该探讨的。


煤炭和其他矿产资源一样,在开发使用过程中存在一系列问题,这些问题与国土空间的规划、管制、修复、治理、开发利用等有很大关系。国土空间需要按照山水林田湖草共同体统一开发,大量分部门、分行业的拨款所出现的问题就是没有按照系统工程的理论去解决问题。


山水林田湖草共同体统一开发、治理过程中一定要注意地表与地下的关系,同时把开发和保护做好。我们要依靠科技创新、依靠绿色的地下空间建设的理念来解决这些问题,不仅要注意工程的措施,还要注意生态、生物的措施;不仅要注意过程的管理,还要注意源头的管控。对于水资源和水环境治理,要注意自然的修复和人工的修复以及一些定性、定量的分析,这都是国土空间管控中应该注意的问题。


作为地下工程,隧道是国土空间很重要的一部分。隧道全生命周期怎么保障安全?我们提出:规划设计阶段一定要多源评价;建设阶段要超前探测;探测出问题以后要妥善处置;处置完以后要精细检测;然后要进行长期的检测预警;最后要实施应急救援。


国际启示


日本工程院中国籍院士、国际地质灾害与减灾协会理事长汪发武:


日本青函隧道的经验和教训


青函隧道是日本最大的海底隧道,是继瑞士圣哥达基线隧道后的世界第二长隧道,其海底段长23.3公里。其作为标准轨是日本北海道新干线的一部分。青函隧道在修建前经历了激烈的争议。由于海难事件损失惨重,日本下定决心修这个隧道。


青函隧道成功的地方:一是抗震性能。从运行到现在,由于地震引起的灾难事故还没有发生过。二是超前设计。这个隧道改成新干线,让隧道可以适应将来的一些发展。那时它已经铺设了光纤的通讯管线和海底电缆。当时没有想到的意外收获是,北海道的农产品可以通过这个隧道进行大量的运输。


青函隧道的教训是:首先,从计划、施工到完成,延时非常长。1923年开始构想,1946年开始调查,1961年开始动工,1987年才完成。其次,它是典型的调运工程。最后花了预算的将近一倍。再次是地基问题。碰到复杂的地质条件该怎么办,如何预防透水事故等,这些应该提前考虑。最后,缺乏未来的调整性。虽然现在北海道新干线可以跑,将来怎么办,很难适应十年或者二十年以后的发展需要。此外,高额的维持费用也是当时没有想到的。


不少人在做开发的时候总觉得地质调查碍手碍脚,这是国际上的一种通病。青函隧道在这方面的经验很成功,地质调查的工作流程做得很细。他们每天掘进的时候会观察,水平钻孔岩心观察,每月要开地质施工报告会,最后讨论成功了怎么样,失败了怎么样,他们用这种方法一共坚持了14年。


他们反省和思考最大的问题是涌水,通过详细的调查,观察涌水的变化,对涌水预测至关重要。一旦发生异常涌水,有必要查清水源,制定防治对策,提供技术资料。施工单位往往重视进度而轻视地质调查,他们提倡地质人员和施工单位有意见不一致的时候,希望大家平时就注意交流和理解,尊重对方意见和立场,共同为项目服务。


青函隧道的整个防灾措施包括不能抽烟,消防设备,喷雾设备,遥控照明设备,避难所,监控录像机,广播等。自动火灾的监测器、自动烟雾监测器、地表遥控操作消防操作,通讯设备,排烟设备都做得非常完备。有27处涌水检测系统,地面指挥部24小时进行监控,一旦发生情况用抽水泵站及紧急状态用发电机。


隧道开发尤其是过江隧道开发的过程中,有三大挑战:一是涌水问题,二是软弱地基问题,三是对已有建筑物的影响问题。为了开发新项目,破坏旧的、已有的设施,有时候得不偿失。最好的状态是,开发带来的负效应是零。


新加坡隧道及地下空间工程协会前主席莱斯利·帕基纳安(Lesl ie Pakianathan):


新加坡从规划入手 确保地下空间开发可持续性


新加坡的人口密度很大。为了解决空间问题,除了从海上开垦土地、建高楼外,开发地下空间也是趋势。2008年,新加坡完成了第一个地下军备储藏空间。2013年土地利用规划显示,新加坡有三分之一的土地是用于工业、商业、交通、基础设施和公共设施,这些都是建在地下的。目前,新加坡也在建立一些用于储藏的洞穴用来储存气和油,主要是海下空间。同时,一些公共服务设施如电厂、地铁、公路等也都可以建在地下。现在,新加坡在研究如何在地下建一个科技城,在做生态的考量,确保城市生态的可持续性。


跟其他很多国家一样,新加坡在地下大部分地方布线传输电力,去年在已有隧道下更深的位置建了新的电缆隧道。把电缆铺到地下可以增强供电的稳定度,所以在地下要做一些通风等因素增强电缆的耐久度。一般情况下,新加坡的地铁站都是修在路面以下,路的两端有入口,有些也会把地铁站和一些商用建筑融合在一起。最近新加坡想把地铁的停车场融合在一起,现在三条不同地铁线的停车场被融合到了一个地方,这个地方还可以停公交车。新加坡的公路比较短,只有10%是地下的。现在要建的一条路,大部分是地下的,是在主路之下的一个工程,具有一定挑战性。


按照新加坡地下空间规划部门的规划,未来将用地下空间运输从马来西亚买的水资源。规划还有一部分是要建立一个数据中心以及地面以下的服务,隧道、地基等各种服务要集成到数据中心里。此外,最近新加坡政府通过一些立法,私有土地的拥有者只拥有地下30米的土地,30米以下可以通过政府购买用于一些土地使用开发。新加坡虽然不大,但是地质条件非常复杂,还有很多钻孔。围岩、加固隧道等都是新加坡面临的挑战。建筑物只有从一开始就有很好的规划,才能避免复杂难处理的城市规划问题。


全球趋势


国际隧道与地下空间协会地下空间委员会主席汉·阿德米拉尔(Han Admiraal):


要运用创新思维进行城市地下空间开发


公共空间对于城市来说至关重要。鹿特丹有个城市的地下停车空间,同时,这个地下空间下雨时可以收集雨水进行蓄水,而平时污水系统可以把这些水进行处理和排放。芝加哥的千禧年广场就是满足人们对公共空间的需要。


把食物和数据在地下空间融合在一起,这是未来城市地下空间开发的其中一个方向。瑞士的卡车物流项目,把地下空间用来做物流系统。物流项目需要数据中心,这些数据中心会产生热量。地下绿色农场是多余热量的解决方案。一些瑞士机构做了类似的项目。


未来,我们需要更多的土地解决人类的食物问题,同时需要减少二氧化碳。食物的生长空间可以往地下去找。地下种植食物可以实现循环。通过把地下的农业生产和公共设施连在一起,把城市多余的热量运用到水培植物的生产周期中去。同时,地下空间还可以建鱼塘。这样,地下绿色农场可以实现零碳排放,创造一个不同的世界。


地下空间有多种不同的用途。以地铁为代表的交通运输只是城市的一个需求。未来可以把多种用途连接在一起,一个系统产生的热量可以在另外一个体系中实现循环利用。我们需要关注城市的需求。地下空间不仅仅可以建造隧道,采矿工程,还可以收集更多的数据来判断城市的运行情况,让城市进入经济循环圈。


城市的地下空间开发面临的问题,不仅仅是需要更多的空间,而且需要转换思维方式。要运用超越传统地下空间的方法进行创新。要运用越来越先进的地下空间开发技术实现越来越多的不同用途,加速构想的落地、项目的执行,帮助城市更好地发展。


(编辑:王星


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