基于城市地下空間開發(fā)利用研究的分析*

雷國光 孫永超 李 明

(吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院，長春 130118)

0 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，在城市地下空間開發(fā)利用進(jìn)程中，國內(nèi)外的一些學(xué)者都對其開發(fā)利用做了相關(guān)研究，對今后的城市地下空間的開發(fā)利用提供了技術(shù)支持和理論指導(dǎo)．考慮到全面性的、系統(tǒng)性的地下空間開發(fā)利用研究，對未來地下空間的開發(fā)利用健康發(fā)展具有重要影響．本文著重對國內(nèi)外地下空間開發(fā)利用方面的研究進(jìn)行了分析，并將國內(nèi)研究與國外研究進(jìn)行對比，以期找到當(dāng)前我國在城市地下空間開發(fā)利用研究方面的薄弱環(huán)節(jié)，為未來城市地下空間的開發(fā)利用研究做建議性指導(dǎo)．

1 開展城市地下空間開發(fā)利用研究的必要性

21世紀(jì)以來，城市地下空間開發(fā)與利用得到了進(jìn)一步開展．然而在開展的過程中，也暴露了一些急迫而又嚴(yán)峻的問題，如城市地下空間開發(fā)缺乏長遠(yuǎn)的規(guī)劃、相關(guān)法規(guī)不健全、開發(fā)權(quán)利分屬不明、發(fā)展模式單一，這些問題的出現(xiàn)使得城市地下空間的開發(fā)利用受到了一定程度的阻礙，因此開展城市地下空間的開發(fā)和利用研究是十分必要的．此外通過開展城市地下空間的開發(fā)和利用研究還可以為城市地下空間開發(fā)利用提供理論支持，為后續(xù)地下空間開發(fā)利用提供技術(shù)保障，確保了城市地下空間開發(fā)利用的健康和可持續(xù)的開展．

2 城市地下空間開發(fā)利用的研究現(xiàn)狀

2．1 國外城市地下空間開發(fā)利用研究現(xiàn)狀

1863年，英國于倫敦建造了世界上第一條地鐵，從而在一定程度上揭開了近代國外開發(fā)與利用城市地下空間的序幕．國外對地下空間開發(fā)利用研究開始的比較早，發(fā)展也相對成熟，主要分為以下幾個(gè)方面:

(1)布局理論研究． 19世紀(jì)末20世紀(jì)初，法國著名建筑師Eugene Henerd提出了環(huán)島式交叉口系統(tǒng)和多層交通干道系統(tǒng)思想，并且在現(xiàn)代化城市建設(shè)中得到了應(yīng)用．20世紀(jì)20年代，法國著名建筑師和規(guī)劃師Le Corbusier［1］在其著作《明日城市》闡述了城市空間開發(fā)與利用的實(shí)質(zhì)，并在進(jìn)行巴黎城市規(guī)劃時(shí)提出了構(gòu)建多層交通體系的設(shè)想．1987年，Duffau［2］提出了將城市的大部分功能放置在地下，以便于城市地面空間的發(fā)展，從而為城市營造了良好的生產(chǎn)生活環(huán)境．Roberts，Oreste［3］和Soldo［4］分別于1996年和2002年提出了城市地下空間的有效利用對節(jié)約能源消耗，減少環(huán)境污染，改善城市布局，提高生活質(zhì)量，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展方面的作用．

(2)環(huán)境心理學(xué)研究． 1979年，臨床心理學(xué)博士Hollon研究了人們對地下空間環(huán)境的心理態(tài)度和偏見，以及地下空間環(huán)境對人們情緒狀態(tài)的影響．1983年，美國學(xué)者Gideon S Golanv在他發(fā)表的《Earth-Sheltered Habitat-History，Architecture and Urban Design))一書中，提出了個(gè)人對地下構(gòu)筑物的偏見導(dǎo)致了人的心理障礙．1993年，Sterling和Carmody［5］在著作中研究了人們形成地下空間印象的原因，發(fā)現(xiàn)地下建筑的基本物理特性(缺乏對外界的可視性、缺乏窗戶、處于地下)，影響了人們對地下空間的印象．1996年，瑞典學(xué)者Rikard Kuller重點(diǎn)研究了身處地下缺乏自然光對人體生物鐘的影響，以及減少的感官刺激對喚醒的影響．

(3)開發(fā)與利用技術(shù)方法研究． 1980年，瑞典建筑與城市規(guī)劃學(xué)家Hans Aspliond提出了“雙層城市”的地下空間理論模式，實(shí)現(xiàn)了人、非機(jī)動(dòng)交通與機(jī)動(dòng)交通在平面上的分離．1983年，日本早稻田大學(xué)教授尾島俊雄提出了“集積回路(integrated urban circuit)”的設(shè)想，并根據(jù)這一新設(shè)想，設(shè)計(jì)了大深度公用設(shè)施復(fù)合干線網(wǎng)．2009年，S．Balideh［6］提出了基于不同的地震波的地下空間的地震數(shù)值分析方法，并將其用到了Masjed Soleiman發(fā)電站的工程研究中．2013年，Hadi Fattahi［7］提出了基于混合蒙特卡羅模擬法(MCS)和自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理聚類方法(ANFIS-SCM)，對地下空間的開挖損傷區(qū)進(jìn)行了可靠性分析方法，并在工程中的得到了應(yīng)用，取得了良好的效果．

(4)分析與評估研究． 1951年，Dunlap［8］針對地下管線的價(jià)格評估問題提出了相關(guān)計(jì)算方法．1974年，Rosen將衰退分析和享樂主義價(jià)格方法應(yīng)用到地下空間估價(jià)中，取得了較好的結(jié)果．2009年Bobylev［9］從地下空間利用數(shù)量、質(zhì)量等方面進(jìn)行了相關(guān)評價(jià)，分析了地下空間的用途、利用程度以及開發(fā)利用涉及的主體因素等，并提出了寶貴的建議．

2．2 國內(nèi)城市地下空間開發(fā)利用研究現(xiàn)狀

隨著城市問題的突出與尖銳化，使得城市地下空間的開發(fā)顯得尤為必要．目前國內(nèi)城市地下空間的開發(fā)與利用正在如火如荼地進(jìn)行，相應(yīng)的研究層出不窮．國內(nèi)城市地下空間的開發(fā)利用研究主要集中在以下幾個(gè)方面:

(1)立法與管理研究． 隨著城市地下空間的開發(fā)利用的發(fā)展，使得地下空間立法變得非常迫切．趙俊玉等［10］、劉巍等［11］對城市地下空間開發(fā)利用立法進(jìn)行了研究，提出了地下空間的開發(fā)利用立法的指導(dǎo)思想和原則及主要內(nèi)容，并對地下空間使用權(quán)做進(jìn)一步研究．翁金財(cái)［12］、唐立［13］、鄭懷德［14］等對城市地下空間開發(fā)利用管理進(jìn)行了研究，提出了加強(qiáng)安全管理、政府管理，建立地下空間開發(fā)利用規(guī)劃審批制度、改革城市地下空間開發(fā)利用管理體制等建議，這給城市地下空間開發(fā)利用立法與管理提供了很好的指導(dǎo)．

(2)環(huán)境影響分析與評估研究． 隨著城市地下空間的開發(fā)利用，使得工程區(qū)的地質(zhì)環(huán)境受到了一定的影響．考慮到地質(zhì)地層、可拓性等因素使得城市地下空間開發(fā)利用環(huán)境影響與評估研究進(jìn)入了人們的視線．韓文峰等［15］、鐘洛加等［16］對地下空間開發(fā)利用環(huán)境影響進(jìn)行了研究，提出了地質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定性問題、地下水影響問題、工程對地質(zhì)環(huán)境影響問題等，并對基坑開挖、盾構(gòu)隧道施工等對地質(zhì)環(huán)境的影響做了研究．吳立新等［17］、吳玲玲等［18］、岳志輝［19］提出了地下空間需求量評估、開發(fā)潛力評價(jià)、適應(yīng)性評價(jià)等，為后續(xù)城市地下空間開發(fā)提供了便利的條件．

(3)開發(fā)效益與融資研究． 鑒于目前對城市地下空間開發(fā)效益的認(rèn)識(shí)尚不夠明確及融資難等問題，很多學(xué)者對地下空間開發(fā)利用的開發(fā)效益與融資進(jìn)行了研究．熊煥標(biāo)［20］對城市地下空間開發(fā)效益進(jìn)行了研究，提出了防災(zāi)效益、社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益、土地效益，并提出了開發(fā)利用的主要對策．邵穎紅等［21］、陳悼等［22］對地下空間開發(fā)利用融資進(jìn)行了研究，前者提出了政府投融資模式、市場化投融資模式兩種模式，并對其進(jìn)行了對比研究，提出了相關(guān)建議．后者在地下空間開發(fā)利用的特點(diǎn)分析研究基礎(chǔ)上，嘗試將PPP融資模式應(yīng)用于地下空間開發(fā)利用上，并在此基礎(chǔ)上，著重就PPP模式應(yīng)用于地下空間開發(fā)利用中可能產(chǎn)生的一些問題展開了探討，提出了相關(guān)對策．

(4)優(yōu)化設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)研究． 針對當(dāng)前城市地下空間開發(fā)利用不充分或不盡合理等方面，一些學(xué)者從優(yōu)化設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行了深入研究．楊虹橋［23］結(jié)合文獻(xiàn)研究與調(diào)研結(jié)果及北京軌道交通站點(diǎn)地區(qū)地下空間的特點(diǎn)，通過橫向和縱向的比較研究，探討研究出一套適用于城市軌道交通站點(diǎn)地區(qū)地下空間的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略，并通過實(shí)例進(jìn)行了具體運(yùn)用．鄧書永［24］、劉冠男［25］分別針對軌道交通節(jié)點(diǎn)及寒地地區(qū)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，為今后地下空間的設(shè)計(jì)實(shí)踐提供了借鑒和幫助，同時(shí)也對相關(guān)理論研究進(jìn)行了必要的補(bǔ)足與完善．

3 目前城市地下空間開發(fā)利用研究需要重點(diǎn)突破的幾個(gè)薄弱環(huán)節(jié)

我國地下空間開發(fā)與利用方面的研究處于初級階段，對城市地下空間開發(fā)利用的研究主要集中在立法與管理研究、環(huán)境影響分析與評估研究、開發(fā)效益與融資研究、優(yōu)化設(shè)計(jì)及節(jié)點(diǎn)研究等方面．因此，還需要對以下幾個(gè)薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)突破．

(1)大深度地下空間開發(fā)利用技術(shù)研究． 大深度地下空間不僅具有隔音、恒溫、恒濕等優(yōu)點(diǎn)，還能滿足能源儲(chǔ)存、防彈避災(zāi)等功能性要求．而且大深度地下空間的開發(fā)更有利于工程的直線化，實(shí)現(xiàn)工程長度的縮短．因此，它是未來城市地下空間開發(fā)的重要領(lǐng)域，在地下空間開發(fā)與利用過程中還需要加大大深度地下空間開發(fā)利用技術(shù)研究;

(2)地下結(jié)構(gòu)平戰(zhàn)結(jié)合與轉(zhuǎn)換技術(shù)研究． 在進(jìn)行地下空間開發(fā)與利用的過程中，要注重地下結(jié)構(gòu)平戰(zhàn)結(jié)合與轉(zhuǎn)換技術(shù)研究．在進(jìn)行轉(zhuǎn)換研究中，既要注重和平時(shí)期人防工程向非人防工程的研究，又要注重戰(zhàn)時(shí)非人防工程向人防工程的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)人防工程與非人防工程的相互轉(zhuǎn)換，提高城市地下空間開發(fā)的戰(zhàn)略效益、經(jīng)濟(jì)效益、防災(zāi)效益;

(3)地下結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究． 地下結(jié)構(gòu)雖然具有防彈減震功能，但其自身的防災(zāi)減災(zāi)能力較差，容易出現(xiàn)發(fā)生災(zāi)害難以自救的局面．隨著地下空間開發(fā)與利用進(jìn)程的推進(jìn)，地下結(jié)構(gòu)的防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究變得愈來愈重要．因此，在進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)研究時(shí)，應(yīng)該注重地下結(jié)構(gòu)火災(zāi)預(yù)警與滅火系統(tǒng)、地下結(jié)構(gòu)水災(zāi)預(yù)警與排水系統(tǒng)以及緊急防災(zāi)系統(tǒng)等地下結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)的研究;

(4)消除地下環(huán)境對心理和生理影響技術(shù)研究． 地下空間與地上空間相比，具有密封性、不透光性，而且還對人的心理和生理有一定影響．在今后的研究中要注重消除地下環(huán)境對心理、生理影響的技術(shù)研究．從理論上對人們身處地下的心理、生理進(jìn)行研究，從技術(shù)上通過控制采光、通風(fēng)、聲音、空氣成分，設(shè)置綠色植物及方向圖標(biāo)來突破地下環(huán)境對人的心理、生理障礙，最終實(shí)現(xiàn)地下空間與地上空間在環(huán)境和功能上的有效統(tǒng)一．因此，今后還需對這些相關(guān)技術(shù)與理論進(jìn)行系統(tǒng)研究;

(5)基坑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論研究． 目前地下空間的開發(fā)利用過程中涉及最多的便是基坑工程，隨著施工過程中對基坑工程的要求的逐漸提高，傳統(tǒng)的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方法已不再適用，因此應(yīng)向變形控制方法轉(zhuǎn)變，為此在設(shè)計(jì)理論上應(yīng)該探索工程施工與工程設(shè)計(jì)密切結(jié)合的設(shè)計(jì)理論，同時(shí)還應(yīng)注重不同地層土體參數(shù)的研究;

(6)地下空間開發(fā)與人防工程建設(shè)并存的規(guī)劃理論研究． 隨著城市地下空間開發(fā)利用進(jìn)程的逐漸推進(jìn)，城市地下空間的開發(fā)利用不再僅限于解決城市問題，而是更加傾向于城市各項(xiàng)功能的整合和完善．因此在進(jìn)行城市地下空間開發(fā)利用時(shí)，需要加強(qiáng)地下空間開發(fā)與人防工程建設(shè)并存的規(guī)劃理論研究，以便于在制定城市地下空間開發(fā)利用總體規(guī)劃時(shí)，納入地下空間開發(fā)與人防工程建設(shè)并存的規(guī)劃，從而實(shí)現(xiàn)城市地下空間的開發(fā)利用與人防工程建設(shè)的同步進(jìn)行．

4 結(jié)語

在今后的研究中，需要對大深度地下空間開發(fā)利用技術(shù)、地下結(jié)構(gòu)平戰(zhàn)結(jié)合與轉(zhuǎn)換技術(shù)、地下結(jié)構(gòu)防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)、消除地下環(huán)境對心理和生理影響技術(shù)、基坑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，以及地下空間開發(fā)與人防工程建設(shè)并存的規(guī)劃理論進(jìn)行研究，推進(jìn)地下空間工程更加健康發(fā)展．

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