從民用到軍用的地下設(shè)計

楊震

紐約地鐵富爾頓換乘中心是紐約市地鐵換乘樞紐， 有27個入口， 6.6萬平方英尺的零售和商業(yè)辦公空間， 9條地鐵線路交匯，每天換乘人數(shù)達30萬人次， 堪稱紐約地鐵的“ 中央車站”。

近年來，關(guān)于城市的發(fā)展，有個熱詞引起大家關(guān)注——地下空間。隨著技術(shù)的不斷進步，地下空間的開發(fā)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢。下面我們就來聊聊美國的地下空間發(fā)展與利用。

什么是地下空間？

一般來說，地下空間泛指地表以下的空間，是地表土地資源向下的延伸，是國家的戰(zhàn)略資源。從城市建設(shè)的角度來說，地下空間多指以空間為載體的地下空間工程。隨著時代與科技的飛速發(fā)展，地下空間的作用和功能為了適應(yīng)城市和人類的發(fā)展也在隨之改變。

當(dāng)今，隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人口的持續(xù)增長，產(chǎn)生了很多城市化帶來的問題，比如交通擁擠、環(huán)境污染、基礎(chǔ)設(shè)施落后，使城市的發(fā)展嚴重受限，制約了城市發(fā)展的正常運行，影響了城市功能的完善。1863年，英國倫敦建成了世界上第一條地鐵，從此拉開了近代開發(fā)利用地下空間的序幕。社會生產(chǎn)力大爆發(fā)，使近代人類開始逐步重新認識和突破傳統(tǒng)概念。1854年開工建設(shè)、1863年1月正式運營的倫敦地鐵大都會線是世界上歷史最悠久的地下軌道系統(tǒng)，初期線路由帕丁頓站到臨時的法靈頓街站間運行。至此，由蒸汽發(fā)動機作為動力牽引的木質(zhì)車廂第一次走向地下，并向世界預(yù)示人類行為空間和心理空間開始正式、大規(guī)模地進入“黑空間”。倫敦地下軌道系統(tǒng)的建設(shè)同時也標志著人類對地下空間的開發(fā)利用進入近代發(fā)展的紀元。

人類發(fā)展的漫長文明史揭示了不同文化背景、地域差異下的民族都在為自身的發(fā)展爭取更為優(yōu)越的生存環(huán)境和條件，而對空間的探索和改造行為始終伴隨其中，對地下空間價值的認識也逐步清晰。科學(xué)技術(shù)的進步帶來社會生產(chǎn)力的大幅提高，人類逐步從原始“穴居”演變至建設(shè)規(guī)模龐大的“地下城市”，對地下空間設(shè)計也從被動利用到主動重視，城市地下空間設(shè)計的前景無論從廣度上還是從深度上都將迎來新的機遇。人類對地下空間的初步利用最早可以追溯到史前時代原始人類對于天然洞穴或地穴的利用。地下及巖體洞穴不但可以為早期人類提供躲避自然災(zāi)害等惡劣環(huán)境的最佳棲息場所，還可以有效儲存剩余食物及較好地防止野獸攻擊侵害，顯示了地下空間適應(yīng)人類生存環(huán)境的自然抉擇。在地下市政工程方面，位于古羅馬城地下的馬克西姆下水道是古代世界最為宏偉、歷史最為悠久的地下市政工程，距今已有2500多年歷史，在現(xiàn)在的羅馬城中仍被正常使用。公元前6世紀左右，伊達拉里亞人首先開始使用巖石所砌的渠道系統(tǒng)，將暴雨造成的洪流從古羅馬城排出，其主干渠道寬度超過4.88米。之后羅馬人在此基礎(chǔ)上又繼續(xù)擴建為7個分支分布于城市街道，最終匯入主道馬克西姆下水道。這一人類首次的大規(guī)模地下市政工程，在當(dāng)時的技術(shù)條件之下堪稱奇跡。

民用地下領(lǐng)域

國外地下空間的開發(fā)利用，從大型建筑物向地下的自然延伸發(fā)展、到復(fù)雜的地下綜合體（地下街）、再到地下城（與地下快速軌道交通系統(tǒng)相結(jié)合的地下街系統(tǒng)），地下建筑在舊城的改造再開發(fā)中發(fā)揮了重要作用。同時，地下市政設(shè)施也從地下供、排水管網(wǎng)發(fā)展到地下大型供水系統(tǒng)，地下大型能源供應(yīng)系統(tǒng)，地下大型排水及污水處理系統(tǒng)，地下生活垃圾的清除、處理和回收系統(tǒng)，以及地下綜合管線廊道（共同溝）。與舊城改造及歷史文化建筑擴建相隨，在北美、西歐及日本出現(xiàn)了相當(dāng)數(shù)量的大型地下公共建筑：有公共圖書館和大學(xué)圖書館、會議中心、展覽中心以及體育館、音樂廳、大型實驗室等地下文化體育教育設(shè)施。地下建筑的內(nèi)部空間環(huán)境質(zhì)量、防災(zāi)措施以及運營管理都達到了較高的水平，而美國無疑是其中的佼佼者。

美國雖然國土遼闊，但因城市高度集中，城市矛盾仍十分尖銳。在發(fā)展地下空間的過程中，美國的成績單可謂亮眼，主要在以下幾個領(lǐng)域取得了不錯的成績。

首先是地鐵。紐約市地鐵曾在2011年時還是世界上運營線路最長……20億人次，而如今運營下路最長的地鐵是在上海。紐約中心商業(yè)區(qū)有4/5的上班族都采用公共交通，這是因為紐約地鐵突出了經(jīng)濟方便和高效率等特點。紐約市大部分地鐵站比較樸素，站內(nèi)一般只鋪水泥地面，很少有建筑以外的裝飾。市中心的曼哈頓地區(qū)， 常住人口10萬，但白天進入該地區(qū)的人口近300萬，多數(shù)是乘地鐵到達的。四通八達、不受天氣狀況影響的地下步行道系統(tǒng)，很好地解決了人、車分流的問題，縮短了地鐵與公共汽車的換乘距離，同時把地鐵車站與大型公共活動中心從地下道連接起來，非常便利。典型的洛克菲勒中心地下步行道系統(tǒng)，在10個街區(qū)范圍內(nèi)，將主要的大型公共建筑在地下連接起來。

其次是地下建筑物。美國地下建筑單體設(shè)計在學(xué)校、圖書館、辦公、實驗中心、工業(yè)建筑中也成效顯著。一方面較好地利用地下特性滿足了功能要求，同時又合理解決了新老建筑結(jié)合的問題，并為地面創(chuàng)造了開敞空間。如美國明尼阿波利斯市南部商業(yè)中心的地下公共圖書館，哈佛大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、密執(zhí)安大學(xué)、伊利諾伊大學(xué)等處的地下、半地下圖書館，都較好地解決了與原館的聯(lián)系并保存了校園的原有面貌。舊金山市中心葉巴布固那地區(qū)的莫斯康尼地下會議展覽中心的地面上，保留了城市僅存的開敞空間，建設(shè)了一座公園。

美國的地下供水系統(tǒng)也可圈可點。紐約市的大型供水系統(tǒng)，完全布置在地下巖層中，石方量130萬立方米，混凝土54萬立方米。除一條長22公里、直徑7.5米的輸水隧道外，還有幾組控制和分配用的大型地下洞室，每一級都是一項空間布置上復(fù)雜的大型巖石工程。

夏延山地下指揮中心的2米厚、重25噸的鋼筋混凝土大門，大門在建成后， 歷史上只關(guān)閉過一次。

紐約地鐵。

波士頓的一條隧道。

紐約城市地下系統(tǒng)改造，將市政廳車站改建為博物館。

這里需要特別提到的是美國波士頓的地下通道。由于20世紀50—60年代建設(shè)高架路很少考慮到道路對周圍地區(qū)的割裂，中央大道高架橋的建設(shè)，將原來的波士頓北區(qū)及相鄰的濱水區(qū)與老城中心區(qū)相隔離，限制了這些地區(qū)在城市經(jīng)濟活動中發(fā)揮作用，并且建設(shè)中搬遷了2萬名左右的居民。嚴重的交通堵塞和高發(fā)事故率，使一些商業(yè)機構(gòu)搬遷出去，以尋求更利于增長和交通便捷的地區(qū)，由此帶來的利稅損失高達數(shù)百萬美元。波士頓已沒有更多的用于開發(fā)的城市用地，不能在老城和濱水區(qū)再建新的道路，唯一可行的方案是在現(xiàn)有的中央大街下面建設(shè)一條地下快速干道，在波士頓海灣建設(shè)一條海底隧道用來聯(lián)系機場和城市中心，建立一個新的交通系統(tǒng)來完善城市交通，并以此為契機改善城市環(huán)境。

建設(shè)中央大道的最大挑戰(zhàn)是如何在城市中心區(qū)進行改造和保持建設(shè)期間城市經(jīng)濟生活的持續(xù)性、交通的連續(xù)性，以及居民生活的正常，不能再像原來建設(shè)高架橋時那樣不考慮道路對社區(qū)的各種影響。這便是修建可以與英吉利海峽、巴拿馬運河及穿越阿拉斯加海峽的隧道相當(dāng)?shù)闹醒氪蟮?隧道改造工程（Central Artery /Tunnel Project），這是20世紀美國最復(fù)雜、最宏大和最具技術(shù)挑戰(zhàn)的高速路工程。該工程竣工后，快速路擁堵的時間將縮短到每天早晚高峰時間的2—3小時，基本相當(dāng)于其他城市的平均水平，并可以降低城市12%的一氧化碳排放量。

這個工程還可以使城市在許多方面受益，如可以提供150英畝的城市可開發(fā)用地。其中由于高架橋的拆除，可騰出近30英畝土地，3/4用于城市綠地和開敞空間的建設(shè)，在波士頓中心區(qū)建設(shè)40英畝的公園;該工程挖出的土方可以用來增加100英畝以上的城市用地。在1991—2004年建設(shè)期間，保持了商業(yè)正常、交通與步行道盡可能舒適、居民盡可能少受影響，保持了城市經(jīng)濟活力。在中心區(qū)種植2400株喬木和6000多株灌木，用以改善城市環(huán)境。波士頓中央大道/隧道改造工程共歷時15年，于2004年全面完工，工程的復(fù)雜程度和難度被世界公認。

美國堪薩斯州，一座名叫“生存公寓”的地下避難所據(jù)稱可以抵御核導(dǎo)彈襲擊，這個避難所意在為富翁們提供潛在的庇護。有地產(chǎn)商在2008年購買了這個冷戰(zhàn)時期的導(dǎo)彈發(fā)射井，花費了大約2000萬美元將其轉(zhuǎn)化為一棟加強版的公寓，內(nèi)設(shè)商店、圖書館、教室、雜貨店、電影院、游泳池、攀巖墻，還有種植蔬菜和養(yǎng)魚的復(fù)合養(yǎng)殖區(qū)。

公寓外部。

公寓內(nèi)部。

公寓內(nèi)部。

“地下”軍事領(lǐng)域

美國不僅在民用領(lǐng)域?qū)Φ叵驴臻g開發(fā)得很充分，在軍事領(lǐng)域也將地下空間的功能發(fā)揮得淋漓盡致，這里得說說韋瑟山地下指揮中心。韋瑟山工程設(shè)施深藏在弗吉尼亞山中，位于首都華盛頓西北約75公里，它是20世紀50年代為了使美國總統(tǒng)和其他高級官員在發(fā)生核戰(zhàn)爭時藏身而修建的。1954年，美國礦務(wù)局開始將1936年挖的實驗性礦井?dāng)U建成堅固的掩蔽部和指揮所，1958年竣工。多年來，經(jīng)過長期的改造、加固，已建成為國家地下軍事指揮中心。一旦受到核襲擊，美國高級官員可以立即轉(zhuǎn)移到這里，發(fā)布包括核報復(fù)和戰(zhàn)后重建在內(nèi)的各種命令?？赡艽偈拐返巾f瑟山的情況還包括恐怖組織襲擊、華盛頓的水源被毒化、遭遇生化武器襲擊等。

然而，美國軍事領(lǐng)域地下空間利用的巔峰之作卻是夏延山地下指揮中心。夏延山地下指揮中心始建于1961年5月，1966年4月交付北美防空司令部使用。它由15棟建筑物組成，總面積1.5萬平方米。建筑物結(jié)構(gòu)全部由20—30毫米厚的鋼板組成，以減少核爆炸產(chǎn)生的電磁效應(yīng)，頂部和四周都有數(shù)百米厚的巖石包圍，組成堅不可摧的掩體，每座建筑物的底部由1319枚大型螺旋彈簧和液壓制動器支起，每個彈簧重4.5噸。建筑物內(nèi)設(shè)備完善，裝有通風(fēng)過濾設(shè)備，專門用來防御生化武器的攻擊。建筑物之間留有一定間隙，以抵抗天然地震或遭到核攻擊時的強烈震動。所有出入口和通氣道均用防爆閥門密封，據(jù)稱能經(jīng)受核武器的直接命中。但目前如果遭受高當(dāng)量核彈頭的連續(xù)攻擊，夏延山地下建筑物能否固若金湯，美國人也不無擔(dān)憂。

從山洞口經(jīng)過530多米的隧道才能到達指揮中心。隧道里裝有兩道2米厚、重25噸的鋼筋混凝土大門，大門關(guān)閉后可使山洞與外界隔絕。自指揮中心投入使用后，大門只關(guān)過一次——那是“9·11”事件發(fā)生后的3小時。當(dāng)時驚慌失措的美軍得到的消息說，夏延山地下指揮中心也是恐怖分子襲擊的目標。1966—1978年，夏延山地下指揮中心的主要任務(wù)是監(jiān)視和預(yù)警洲際彈道導(dǎo)彈和遠程戰(zhàn)略轟炸機，負責(zé)各防空區(qū)平時和戰(zhàn)時防空作戰(zhàn)指揮與控制任務(wù)。它自動搜集和處理來襲目標的動態(tài)情報，識別來襲目標，指揮引導(dǎo)防空武器進行攔截，并及時向北美防空司令部和有關(guān)部門傳送防空情報。

1979年起，為了對付蘇聯(lián)反衛(wèi)星武器的威脅，增加了監(jiān)視太空中的航天器，負責(zé)跟蹤、識別航天器，判定其國別、類型、任務(wù)以及對美國和盟國的襲擊企圖等，同時為美國宇航局的航天器發(fā)射業(yè)務(wù)提供技術(shù)支持。隨著航天技術(shù)的發(fā)展和美國太空新政策的制定，衛(wèi)星在軍事上的作用與日俱增，美國航天器和空間系統(tǒng)不斷增多，與陸、海、空軍作戰(zhàn)部隊的關(guān)系也日益密切。1985年9月1日，為協(xié)調(diào)陸、海、空軍的太空軍事計劃和偵察、導(dǎo)彈預(yù)警、導(dǎo)航、通信、觀測、氣象衛(wèi)星系統(tǒng)對地面的作戰(zhàn)能力，美軍參謀長聯(lián)席會議決定成立美國航天司令部，在夏延山地下指揮中心建立太空防御中心，統(tǒng)一管理陸、海、空軍的軍事航天活動。從此，北美防空司令部只負責(zé)指揮各防空區(qū)的作戰(zhàn)，把導(dǎo)彈預(yù)警、空間監(jiān)視、防空預(yù)警任務(wù)移交給美國航天司令部。美國航天司令部仍履行美加兩國防空協(xié)定中應(yīng)承擔(dān)的義務(wù)，向北美防空司令部提供導(dǎo)彈預(yù)警和空間監(jiān)視方面的情報和支援。

未來會如何？

人類的地下開發(fā)往哪里去？上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司專家提出的《上海宣言》指出了未來城市地下空間開發(fā)的主要方向：（1）節(jié)省土地資源，提高土地利用效率。（2）緩解城市交通壓力，改善城市慢行交通。（3）提高地塊連通性，增強（商業(yè)等）城市活力和改善城市環(huán)境。（4）提高城市承載力，增強城市綜合抗災(zāi)能力。（5）保護城市生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)綠色發(fā)展。（6）減少環(huán)境污染，節(jié)約能源。即應(yīng)增大地下交通比重，減少汽車尾氣排放并為汽車尾氣的收集處理提供條件;鼓勵地源熱泵對于地溫能的利用，降低能源消耗，緩解空氣污染與城市熱島效應(yīng)。

20世紀70年代以來，面對軟硬打擊相結(jié)合的新方式，各類地下防護工程面臨的威脅越來越嚴重，美國的防護專家、武器效應(yīng)專家及軍事家們曾開展了新防護概念和新防護原則的研討。突破了“埋深”“抗力”傳統(tǒng)觀念，提出了堅固、隱蔽、分散（疏散）、重復(fù)設(shè)置（以量取勝）、機動、信息對抗等綜合防護的新概念和新原則，并逐步走上地下防護工程技術(shù)與信息技術(shù)綜合集成之路。建設(shè)信息化工程防護系統(tǒng)，使其偵察干擾、抵抗打擊與摧毀的能力顯著提高，并逐步與未來信息化戰(zhàn)爭接軌。信息化工程防護系統(tǒng)以信息技術(shù)為基礎(chǔ)，在防護手段上，由單純的以結(jié)構(gòu)與材料所形成的“抗力”型防護，發(fā)展為由偽裝、欺騙、障礙、攔截、干擾與工程結(jié)構(gòu)綜合提供對高精度、高能量、復(fù)合型打擊武器的整體對抗與防護能力，以及由電磁防護技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)安全防護技術(shù)等提供對信息武器軟毀傷的防護能力。

由此可見，地下空間開發(fā)在人類發(fā)展的階梯上將會占據(jù)越來越重要的地位。也許某天，這些“見不得光”的地方將會承載未來城市發(fā)展的希望之光。

（責(zé)編：南名俊岳）