向“地下”发展,未来城市如何“垂直分层”?

向“地下”发展,未来城市如何“垂直分层”?

改变城市空间发展模式的重要节点

“利用地下空间、建设立体城市,现在必须要下决断了。”国家最高科技奖获得者、中国工程院首届院士、陆军工程大学教授钱七虎发出警示。

9月25日在成都举行的“2020/2021中国城市规划年会暨2021中国城市规划学术季”上,多年钻研地下空间的钱七虎,再次从规划的角度论及这一常被忽视的领域。

早在20年前,他就曾提出建设特大城市地下快速路和物流系统的论述,而眼下,以更加综合的方式推进地下空间利用,并将其纳入城市发展的“主战场”,已然迫近现实。

向“地下”发展,未来城市如何“垂直分层”?

国家最高科技奖获得者、中国工程院首届院士、陆军工程大学教授钱七虎 图片来源:张建 摄

一个原因是,城市到了改变空间发展模式的重要节点。希腊和土耳其的大火、西伯利亚和美国加州的大林火,中国和德国的水灾以及加拿大创纪录的酷热——世界天气归因联盟研究报告指明,气候变暖是大规模极端气候的原因之一。全球温室气体2/3的排放来自城市,而如钱七虎指出,地下空间将为城市碳汇带来巨大可能。

2年前,钱七虎曾给出一组数据,北京地下空间的利用面积已经达到9600万平方米,而上海和深圳也分别达到9400万平方米、5200万平方米。

他当时还指出,地下工程技术已达到开发100米没有问题。“如果开发50米,那么北京将有100亿立方米的地下空间可以开发,考虑十层,就有30亿平方米的建筑面积可以布置在地下,潜力非常大”。

美国城市规划学家格兰尼曾作出畅想,未来城市向地下发展,首先是交通转入地下,实现人、车分离。他和日本尾岛俊雄教授进而共同指出,地下城市基本理念之一,是将地上城市中的城市运输和运输系统逐步转移到城市地下的不同地层中,是“将地面交由市民自由使用,将基础设施放入地下”。

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“将二氧化碳封存到地下”

向“地下”发展,未来城市如何“垂直分层”?

图片来源:摄图网

城市经济发展空间与生态需求之间的博弈,似乎正在走向一个新的平衡点。

根据《河北雄安新区规划纲要》,在“建成新时代生态文明典范城市”的目标下,雄安将蓝绿空间占比定为70%,这意味着建设空间将仅占30%;而在其后公布的《长三角生态绿色一体化发展示范区总体方案》中,先行区进一步将蓝绿空间占比定为不低于75%,而建设规划用地“不超过现有总规模”。

根据现有规划,长三角生态绿色一体化发展示范区将建设成为示范引领长三角更高质量一体化发展的标杆,而雄安新区则是“推动高质量发展的全国样板”和“现代化经济体系的新引擎”。如钱七虎推断,其“将向世界指明未来城市的建设方向”。

一个趋势是,在减碳目标下,更多城市空间将被用作碳汇需求。钱七虎指出,《科学》杂志发表一项研究表明,若新种植9亿公顷树木,他们成熟时将吸收相当于工业革命以来人为碳排放量的2/3。因此,森林、湿地和绿色植被是抵御气候变化的前沿防线。

但问题在于,缩水的城市开发空间,如何满足进一步城镇化的需求?钱七虎给出的答案是,向地下要空间。

若将镜头伸向地下,那些过去大范围占领城市用地的基础设施将找到新的位置。地下空间将为城市开辟出了另一方天地,不仅使得过去存在于经济发展和生态保护之间的“两难”迎刃而解。钱七虎也指出,开发利用地下空间,一个重要目的正是节约地面土地资源,用以发展绿色生态。

面对“双碳”目标,一场新的城市空间革命正在缓缓推动。

钱七虎指出,地下空间对减碳的作用还不仅如此。除了绿色空间所带来的生态碳汇外,地下空间还能实现人为碳汇。一种做法是,利用地下空间的封闭性、稳定性等优势,实现二氧化碳的永久地下封存。

目前测得全国煤矿采空区地下空间约138.4亿立方米,盐穴地下空间约1.3亿立方米,其他金属和非金属矿洞可利用空间约15亿立方米,部分改造后可用以封存二氧化碳。

钱七虎举例说道,包括枯竭油气田、海底咸水层、陆上咸水层等都可能实现碳封存。

而通过人工碳汇,二氧化碳还可能进一步“变废为宝”。钱七虎指出,对于富集煤炭、石油资源,水资源短缺的西部地区,东部京津唐、苏锡常等沉降严重地区,以及南方深层卤水资源开采区,咸水层二氧化碳封存还具有很大的应用潜力。

向“地下”发展,未来城市如何“垂直分层”?

“收货就像打开自来水龙头”

向“地下”发展,未来城市如何“垂直分层”?

图片来源:摄图网

从另一个角度来看,通过对城市垂直方向的重新布局,还能发挥类似“收纳”的效果,腾挪出新的空间和更多可能性。

“地铁时代”下,越来越多城市已将市内公共交通以轨道的形式移入地下。在钱七虎的构想中,对于交通带来的拥堵和碳排放问题,光发展地铁轨道交通还不够,还要发展地下快速路、建设地下的物流系统,相辅相成地发挥作用。

比如,在港口区域,地下物流能解决港城重卡集装箱运输诱发的交通拥堵和环境污染,在建设城市系统化网络化地下物流智慧运输系统后,能够适应目前全国年运输800多亿个货物包裹的配送需求。

而在地下空间这一全新场景下,智慧物流运输系统亦更容易得到实现。运用自动导向车为载重工具,通过大、小直径的地下管道、隧道等运输道路,将能实现对固体货物更有效便捷地运输及分拣配送。

在城市区域,得益于地上、地下之间的人车分流机制,地下空间还有望构建一种更加“门对门”的货运方式。

据钱七虎介绍,可能的物流配送方式是,物流配送中心与地下物流系统枢纽相结合,或者地下物流系统的物流配送中心和大型零售企业相结合。

在此种网络衔接模式下,客户在网上下订单以后,货物将直接通过地下物流支线(小直径管道)系统将货物包裹送达小区便利店。加上便利店与小区间通过管道相连的末端配送系统,最终发展成为一个连接城市各个生活小区的地下管道物流运输网络,并达到高度智能化。

“当这一地下物流系统建成后,人们购买任何商品都只需点一下鼠标,所购商品就像自来水一样通过地下管道迅速‘流入’小区自动提货柜。”钱七虎说,“到那时,‘购物中心末日’可能将真正到来。”

类似的革新也将发生在建筑供热制冷领域。

钱七虎指出,根据现有资料估算表明,长三角地区地下3千米以内的浅层地热资源总量达1200亿吨标煤的热量,年可利用量相当于1.7亿吨标煤,可实现建筑物冬季供暖面积24.8亿平方米,夏季制冷面积14.5亿平方米。相较之下,目前长三角地区利用地热供暖和制冷的建筑面积仅有0.57亿平方米,开发利用潜力巨大。

“利用地热为建筑供热制冷是经济、生态的选择。”他说道,通过把传统空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下,就能利用传热循环介质与大地和江、湖水源进行热交换,从而提取低温能与水温能。在此基础上,有条件的地方,还可进一步开发浅中层温泉地热能和深层干热岩地热能。

钱七虎还有一种更超前的设想。当大片地面被用作绿色植被与市民漫步的开敞空间后,不仅作为文明街景的城市历史文化建筑可能得以保留,口袋公园、胡同绿地也能从随处停放的车辆中解救出来。由此,“千城一面”的魔咒可能被解除,“推门见绿”的生活场景也将成为城市日常。

向“地下”发展,未来城市如何“垂直分层”?

地下空间对于灾害的“两重性”

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图片来源:摄图网

但开发地下空间的风险,犹在耳畔。

今年7月,郑州突发特大暴雨,地铁5号线发生重大人员伤亡。根据“郑州发布”官方微博通报,强降雨造成地铁5号线五龙口停车场及其周边区域发生严重积水现象,积水冲垮出入场线挡水墙进入正线区间,并导致一列列车被洪水围困。难以出逃的乘客被迫滞留在车厢内,据当天视频显示,车外洪水一度超过乘客胸部甚至头顶。

钱七虎同样提及此次灾害。一方面,他发现,此次灾情后已有声音讨论,“海绵城市”并不一定能根本解决内涝问题。一种更强有效的方案是,建设深层排蓄隧道。

他去年就曾提到东京的经验,通过建设包括5个巨型竖井在内的深层排水工程,其能够实现对超标准暴雨情况下,流域内洪水的调蓄和引流排放,调蓄量约为67万立方米,最大排洪量可达200立方米/秒。

但同时,地下空间对于灾害的“两重性”也同样被凸显出来。

对于震灾、风灾,地下空间确实比地面建筑具有更高的抗震和抗风能力。钱七虎分析指出,美国一些地区经常会遭遇飓风造成的大面积停电,部分原因就是没能将电缆置于地下;而在国内,地下电缆已解决了大部分城市“空中蜘蛛网”的难题,世界首条100万伏电力隧道甚至已穿过长江,为地下空间的运用提供了新的案例。

但对于火灾和城市洪涝,地下空间则更具“易灾性”,人员避灾难度很大;洪水甚至极易进入地下,造成更大的人员伤害和财产损失。

在此前接受采访时,钱七虎就曾提出思考,“世界上有很多城市发大水后,淹没了地铁车站、地下空间的案例,所以我们要有相应的标准、规范和技术来应对。”

而如今,他从智慧化的角度给出了一种解决方案:对于火灾,可以加强监控,使火情控制于未燃之时、致灾之前;对于洪灾,则可利用水往低处流的特征,建设城市深层智慧排蓄隧道系统,排除城市内涝。

在当天年会现场,住建部副部长黄艳提及,上海目前建立的城市信息模型(CIM)平台,也能为城市安全给予一些参考。

城市信息模型(CIM)平台将传感器和探头放在了城市各类场所当中,能够实现对数据的即时分析处理。对于建筑,哪里有震感,都能第一时间作出判断;而对于上海大量的高层建筑,甚至每台电梯都被装上了相关的感应设备。由此,城市有机体每时每刻都能处在监控当中。

今年1月,国家住建部发布的《关于加强城市地下市政基础设施建设的指导意见》中提出,推动数字化、智能化建设,提升城市地下市政基础设施数字化、智能化水平。有条件的城市可以搭建供水、排水、燃气、热力等设施感知网络,建设地面塌陷隐患监测感知系统,实时掌握设施运行状况,实现对地下市政基础设施的安全监测与预警。

        

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