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中國城市發展沒地怎么辦?錢七虎院士說:不用太焦慮,往腳底下看……
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信息來源:中國經濟大講堂  2019-06-20

  城市化給我們帶來的是現代生活的便捷與高效,但是,大城市、特大城市的出現,也帶來了巨量人口與有限的土地之間的尖銳矛盾。每一個身處其中的人,生存空間都在不斷受到擠壓。交通擁堵、環境污染、城市內澇、垃圾圍城等更是帶來了城市生活的諸多煩惱。如何才能在有限的土地資源上拓展我們的生活空間,改善我們的生活體驗,讓更多的人感受到城市的美好?我們不妨再仔細看看我們的腳下。1863年英國倫敦建成了世界上第一條地鐵,開啟了城市大規模開發利用地下空間的時代序幕。在此后的一個多世紀里,地下過街通道、地下停車庫、地下交通快速道、地下商城、地下建筑綜合體、地下大型供水、排污、垃圾處理、能源供應系統以及綜合管線廊道等如雨后春筍般在世界各地大量出現。向地下要空間、要土地、要資源,已成為現代化城市發展的必然。地下空間利用能為我們帶來哪些全新的體驗?我們該如何科學、立體、深度規劃和利用地下珍貴的土地資源?我們特邀2018年度國家最高科學技術獎獲得者、中國工程院首屆院士、中國現代防護工程理論的奠基人錢七虎,為您深度解讀《地下空間如何助力城市綠色發展?》 

  文 | 錢七虎,中國工程院首屆院士,2018年度國家最高科學技術獎獲得者,他是中國現代防護工程理論的奠基人,是防護工程學科的創立者、防護工程科技創新的引領者。60載科研生涯,他為我國防護工程各個時期的建設做出了杰出貢獻。他榮獲國家最高科技獎的殊榮,將800萬元獎金全部捐獻助學。他進入耄耋之年,依然忙碌于科研一線,為國家重點工程建設四處奔走,發揮著重要作用。 

  (以下為演講全部內容) 

  我們人類利用地下空間的歷史和人類歷史一樣久長,周口店的北京猿人是住在山頂的洞穴里面的。19世紀的工業革命時期,城市化開始了,城市的市政設施比如說上下水道、排水就是利用了地下空間。工業革命帶來了世界經濟社會的大發展,同時帶來了世界經濟社會的很多問題。人類在痛定思痛以后的寶貴覺醒,意識到要走一條可持續的發展的道路,就是節約資源、保護環境、可持續發展。 

  我國在改革開放初期的城市化率是19%,2018年我們的城市化率是59%,到本世紀中葉我們的城市化率要達到75%左右。到2030年我們的人口達到最高峰16個億,也就是說到本世紀中葉,中國將有12億人生活在城市里面。那需要多少土地呢?按照聯合國的標準,一個人至少要有100平方米的土地,意味著我們到本世紀中葉,將要增加5000萬畝的土地需要來供城市建設。但是我們知道,根據國土資源部的調查,中國耕地現在總數是18.18億畝,而我們的耕地的紅線是18億畝,因此它的余量也就是只有0.18億畝,顯然不足以支撐我們今后的城市化用地需求,我們城市建設面臨著無地可建的窘境。 

  城市由于土地緊缺,所以都在建高樓,高架路密布,交通擁堵成為我們城市的一個痛病。 

  由于交通擁堵和城市人口急劇地擴張,汽車的尾氣大量增加,現在城市的空氣污染已經達到了大家非常心煩的程度,霧霾已經成為大家的一個心痛。其次就是關于城市內澇,由于我們城市不斷地擴大,而且城市的地面都是柏油路面、水泥路面,也就是不透水的地面,所以造成了在暴雨情況下我們城市的降雨不能排泄出去,形成了內澇。據統計2010年以后,我們全國有一半以上的城市產生過內澇,有的城市內澇還達到3次。北京的同志都可能記憶猶新,2012年“7·21”暴雨造成了城市雨洪的內澇。還有城市的垃圾問題,環境協會統計,每年我們城市人口要產生十億噸的垃圾,這些垃圾都堆置在我們的垃圾場,形成了垃圾圍城的現象。 

  以上種種就是所謂的城市綜合征,也就叫城市病,那么怎么來解決呢?出路在哪里呢? 

  1 如何利用地下空間解決土地緊缺? 

  城市沒有地可建了嗎?沒有地可造路了嗎?從哪里去要土地呢?從我們腳下要地下空間。我們要集約利用我們土地,不但是利用地面,還要利用地下,地下還要多層利用。加拿大蒙特利爾,它有三條南北向的地鐵線路,兩條東西向的地鐵線路,圍繞著五條地鐵線路建設了很多地下空間、地下步行街。在地下街兩旁有商業設施,同時在這些地鐵的出入口和蒙特利爾中心區的上百棟高層建筑都連通,因此形成了這么樣一個地下城。我們去過蒙特利爾城的人都知道,如果進到地下城整天可以不出來,解決各種交通問題、生活問題。那么這樣的地下城中國也正在建設,比如杭州的錢江新城、廣州的珠江新城、武漢的王家墩的商務區等等。這些地下城都是達到了幾十萬平方米的地下空間的利用面積,很多設施都可以移到地下去,包括展覽、文藝、體育設施。 

  法國巴黎的盧浮宮,老的盧浮宮展覽的面積不夠了,怎么辦?就往地下發展。我們華裔建筑家貝聿銘設計的,有一個地下的入口,這個入口下去以后,下面都在那兒參觀。所以地下的空間的利用大大地擴充了盧浮宮的這樣一個面積。 

  這是赫爾辛基的地下的游泳池,50米的標準長,它的頂上是噴錨,沒有裝飾,所以造價也不高。這是斯德哥爾摩的地下音樂廳,這是挪威的地下的運動場和游泳廳。 

  這是芬蘭的國家的最大的研究院,它的地下實驗室在地下40米,因為研究院里有很多研究項目需要靜音,需要屏蔽,地下最好提供了最適宜的環境。 

  美國明尼蘇達大學這個地下實驗室得到過一個總統獎。地下比較閉塞陽光進不去,它把地面的陽光經過光學的折射引到地下,把地面的景觀通過光學系統引到地下;哈佛大學的地下圖書館它的校址、校舍沒有大的擴大。它的擴大就往地下,圖書館不夠了往地下發展;法國的國家圖書館地面的部分不夠了,怎么辦?往地下發展;日本的國立圖書館有8層,書藏到地下;芬蘭的礦井利用起來了作為地下的餐廳;美國的礦井的采空區下面有地下水,它利用了地下水的資源開展潛水運動。 

  中國地下空間利用也取得了很大的成就,到底解決了多大的土地緊缺問題?我可以告訴一下大家數據,現在北京市地下空間的利用面積已經達到9600萬平方米,上海的地下空間利用面積已經達到9400萬平方米,深圳的地下空間利用面積已經達到5200萬平方米。 

  那么到底潛力有多大呢?現在的技術,地下工程的技術已經達到可以開發100米是沒有問題的。如果開發50米的話,那么北京市可以有100億立方米的地下空間可以開發,可以考慮十層,那么有30億平方米的建筑面積可以布置在地下,所以這個潛力是非常大的。 

  2 如何利用地下空間解決城市交通擁堵? 

  交通擁堵的實質是什么呢?是交通的需求大于交通的供給,怎么辦?往地下建路,我們可以在湖下、河下建路。 

  中國第一個城市湖下面修的路就是南京玄武湖的兩個隧道,是上個世紀八十年代末建的,當時我是專家組組長。像這樣湖下的道路中國建了很多了,蘇州有兩個湖:一個叫獨墅湖, 一個叫金雞湖,獨墅湖已經建成了,金雞湖正在建。太湖也建了,杭州的西湖也建了,南昌的青山湖、武漢的水果湖也建了,東湖也要建。長江下面建了路、隧道,上海、武漢都建了。長江下的隧道,南京已經建了三條,還要建,武漢已經建了兩條。黃河下面也建隧道。海底也在建隧道,我們的青島到黃島,還有廈門的東通道,港珠澳大橋實際上有一個6.7公里的海底隧道。深圳前海的地下空間規劃中,它的地下路有三個方面:一個是地下環路,一個是地下的快速路,一個是地下的車庫。它的地下快速路是解決什么呢?過境交通,汽車到了前海它就進入地下環路,然后進入到各個高層建筑的地下車庫,來解決前海的局部的交通的問題。中關村的地下有三層,地下一層也是個地下環路,也就是說到中關村以后,中關村地面下有環路,有10個和地面的出入口、13個地下出入口連著中關村的各個高層建筑,利用地下的這么一個系統來解決中關村局部的汽車交通擁堵的問題。 

  那么還有停車的問題,我們有很多小區它原來建的時候,大家都沒有汽車,因此沒有考慮車庫。現在大家進入小康社會了,生活提高了,買了車了,但是沒有車庫怎么辦?南通這個地下立體車庫就利用很小的一個地面,挖個井下去,周圍是一個個停車位,像個玉米棒子一樣,玉米粒一樣。中間的臺子就叫地面,車來了把它帶下去,轉到第幾層第幾號車位它就轉到那里。你車開過去,然后再上來,這樣地面占了很小的面積,地下你要多深就多大,就這樣來解決一個已建小區的沒有車庫的這么一個地下車庫問題。另外我們中國很多城市高鐵的交通、航空的交通的樞紐問題也要開發利用地下空間,上海的虹橋樞紐它有兩個交通廣場,一個是西交通廣場,一個是東交通廣場,這些交通廣場聯系到公共交通、私家車都可以無縫地在地下車庫里連接到。還有城際的交通,長江三角洲的這些城市的鐵路的連接,所以這樣一個地下的立體的航空樞紐、交通樞紐,把大量的交通容納到地下。 

  城市是要發展城市的軌道交通,為什么呢?因為軌道交通地鐵是大容量高速地解決上下班時候的主要的一個措施。就像我們北京一樣,上下班高峰的時候老人、小孩上不了地鐵的車輛,有一句話說地鐵擁堵到什么程度呢?買的面包上了地鐵變成了餅干了,買的餅干上了地鐵變成面粉了,就是這么擁堵的程度。但光發展地鐵軌道交通還不夠,還要發展地下快速路,這樣相輔相成來解決城市交通擁堵問題。 

  還有一個措施就是建設地下的物流系統。什么叫地下物流系統?城市里運貨要轉入地下。根據世界經合組織的統計城市的交通10%到20%是運貨的,中國的統計運貨的更多,大概20%到30%,如果我們運貨都轉入地下,那么地面的交通擁堵就會大大地緩解。現在又提出來地下智慧物流系統,根據統計,去年全國已經達到820億個的包裹,如果按照我們現在的研究方案,將來的地下智慧物流系統建成以后,地下物流系統建到小區。那么設想一下將來可以是什么樣的情景了,就是我們通過鼠標、電腦訂貨或者通過手機訂貨,訂了貨以后,這個貨就會像流水一樣通過地下物流系統,流到每一個小區,流到每一個住家,我們城市的交通擁堵和城市的空氣污染就大為好轉了。 

  3 如何利用地下空間解決城市環境問題? 

  美國波士頓原來是高架路,1994年拆了高架路,修地下路,8到10車道的,全市的高架路都拆了。為什么拆高架路呢?高架路振動、尾氣排放,城市環境惡化了,所以為了解決這個問題波士頓決定拆掉全市的高架路修建地下路。 

  圖中左邊就是原來高架路的情況,高樓林立,高架路擁堵,右邊拆了高架路以后變成了林蔭大道。波士頓拆了高架路修了地下路以后環境怎么樣呢?告訴大家,波士頓監測結果全市的空氣一氧化碳的濃度降低了12%,城市的空氣污染大大地好轉,同時增加了大量的城市的綠地和開敞空間。 

  為什么地下快速路可以解決城市的空氣污染呢?快速路里面也是有汽車在通行,也有尾氣的污染。東京的地下快速路的尾氣通過地下設施的除塵和換氣技術,用靜電除塵,通過催化把一氧化碳、氧化氮變成二氧化碳,變成無害的空氣,這就是東京地下線的除塵換氣技術。波士頓的地下路也是有這樣的系統來解決地下路里面的尾氣的污染。 

  還有城市的污水,過去我們城市的粗放發展模式,污水直接排到流經城市的河流里面去,現在我們綠色可持續發展。過去的處理我們知道,高碑店污水處理廠周圍大量的地面不能得到利用。那么怎么能夠解決這個問題呢?芬蘭赫爾辛基污水處理系統就是地下的,我去參觀過這個地方,地面聞不到臭味,到里面就有臭味了,就是把污水在地下處理,最后出來了一包一包粉,這個粉可以當肥料。新加坡也是這樣,新加坡原來是七個地面的污水處理廠,經過改造以后變成兩個大型的污水處理廠和兩個小型的污水處理廠,通過綜合管廊把污水輸送到地下,輸送到污水處理廠,然后污水經過處理以后無害了排到海里面去。 

  這一個是上海的50萬伏的高壓變電設備,建到地下去了,它意味著什么呢?就是我們過去城市變壓器都在地面,城市的電纜都在空中,我們叫做蜘蛛網。那么這個電站建成了,意味著這50萬伏的高壓都可以到地下去,也就是所有的電力電纜都可以到地下去了。因此地上的城市的蜘蛛網就可以不再出現了,當然通信電纜更可以到地下去了,所以就是建城市的綜合管廊解決城市蜘蛛網的問題。 

  城市內澇的問題東京怎么解決的?它是建了這么五個大的豎井。 

  這個豎井多大呢?下面有一些人,通過比例,就能看到這個豎井有多大,它用大的豎井深層地蓄排。如果沒有暴雨,平常的雨洪和污水通過平時的淺層的排水道,處理以后排到旁邊那個東京最大的河流;如果雨洪來了,豎井就打開了,水下去,上百萬方的雨洪儲在儲蓄井里,然后通過泵排到河川里面去。所以東京過去由于臺風、暴雨曾經出現過內澇,現在沒有內澇了。 

  這是吉隆坡的,它的地下路是和排洪解決城市內澇相結合的。沒有暴雨的時候,它的上下兩層都通車,如果有大暴雨,路就關閉了,關閉了以后全部排洪,不通車了。新加坡它也有一個深層的排水系統,是怎么樣的呢?因為新加坡它是一個島國,它的淡水是不夠用的,所以它的這個雨水、污水是分流的,就是它的雨水要利用的,它的淡水、雨水是通過地面的渠道流給五個深層的集水井,然后經過處理以后應用到水務系統來用的,所以城市內澇也是可以解決的。世界的經驗是要建設深層的蓄排系統,我們國家國務院也提出來要建設海綿城市。我認為最重要的解決內澇的是深層地蓄排。 

  在我們東北地區、京津冀地區、華北地區,由于冬季還要取暖、燃煤,還是沒有徹底解決霧霾問題,可以用地熱來解決問題。地熱分三方面來介紹,第一種形式是熱泵技術,所有的城市都可以利用,當然效率、過程是不一樣的。這種技術最大的優點,它是可再生能源,是不污染空氣、不污染環境的清潔能源,所以我們要大力推廣,這是解決以燃煤為主空氣污染的一個替代方案。 

  這張圖地面橫坐標是一個溫度,越往右邊溫度越高,是冬春秋夏。夏天溫度最高了,但是到地下大家看四條線變成一條線了,就說明地下五米以下基本上是一個溫度,也就是地下是冬暖夏涼的,那么利用這個溫度差來解決這個熱能的問題。 

  這張圖就是地下的熱交換管,埋在地下,通過熱泵把地下的熱送到房子里面去解決取暖和空調的問題。 

  比如地鐵車站我們基坑,我們的連續墻、底板可以放熱交換管。奧地利的一個地鐵車站里利用樁基來解決冷和熱的問題,旁邊一個學校用了它的技術每年節省了34000方天然氣,每年節省了電費1萬美元。瑞士它是利用這個熱泵技術每年節省了50萬度的電,效果還是明顯的。 

  上海自然博物館是通過它的地下的灌注樁和地下連續墻的埋管,熱泵系統來解決取暖的問題,利用這個熱泵技術代替了電負荷是1600千瓦,當然這個技術它需要埋設熱交換管要熱泵,它要增加成本,成本是增加了200萬元,但是每年節省的電費十幾萬元,所以這樣的話它12年可以收回來成本,更重要的它改善了空氣,沒有污染空氣,改善了環境,所以這個是非常值得推廣應用的。 

  第二種形式是美國、德國,它們都在研究的一個技術,目前還不成熟,就是美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室,在芬登山上建成了一個叫熱干巖的發電站。 

  什么意思呢?我們大家知道,我們的地殼是一個巖石圈,地殼下面是巖漿,火山爆發之后巖漿就爆發了,那個地方地下是非常高溫的,所以我們的巖石圈越往下溫度越高,大概100米要增加三度,那么1000米的話就是30度,如果3000多米不是增加100度了嗎?也就是地下3000多米,一般來說要達到100度,那么水就變成了蒸汽了。 

  所以我們想就打兩個井,兩個井打到下面去,我們把巖石打碎了,把水灌下去,水就變成蒸汽了,從右邊下去,左邊上來,蒸汽就發電了,這就是熱干巖的發電站。美國上世紀八十年代已經建成了十兆瓦的熱干巖發電站,但是成本還是高,所以目前還沒有推廣,但未來是非常可觀的。為什么呢?因為這個熱干巖量很大,我們中國有多少熱干巖的量呢?我們中國有熱量相當于836萬億標準煤的熱干巖,如果用2%可開發的話,中國的熱干巖的發電量,我們如果按每年46億噸標準煤的熱量來算,熱干巖一千年都用不完,所以這個量是非常大的,所以這個技術是很可觀的。所以現在我們中國正在加緊研究把這個技術怎么能夠用到商業開發的程度。 

  還有第三種地熱能,是現在已經利用了,就是我們雄安的新城,它有個天然的條件,地下有溫泉、熱水,雄縣85%的小區、80%的居民就是用地下的熱水來冬季取暖的,所以叫做雄縣模式,這個當然要有一定的條件地下要有溫泉才行。那么現在我們中國的這個溫泉在很多省比如說西藏、河北還是很豐富的,所以我們要推廣應用地下的地熱能。 

  合理利用地下空間是解決“城市病”的一劑良藥,城市地下空間對地震、干旱、風暴、海嘯、山體滑坡、泥石流等自然災害的防御能力遠遠高于地面建筑。因此,城市地下空間將成為居民抵御自然災害和戰爭災害的重要場所。而城市地下空間對火災、洪災等災害的抵御能力則相對較弱。 

  隨著地下空間在國內外的大量開發利用,人們已經積累了較豐富的地下空間防災害的經驗。地下空間在選址時,會盡量避開容易出現洪水泛濫或暴雨積水的區域;地下空間的人員出入口應高于當地最高供水位。進排風口和排煙口也會設置在地勢較高的位置。出入口地下空間一旦發生火災事故,該如何應對呢?如何能保證人們使用地下空間的安全?如何才能系統科學地編制好城市地下空間規劃造福人類呢? 

  4 如何合理規劃防范地下空間災害事故? 

  地下空間的方向感不像地面方向感那么強,如果發生火災,人從地下往上走,和煙氣往上走是一個方向,而且煙氣的上升速度比人往上跑的速度還要快,因此不利于疏散逃生,現在經過教訓和研究,采取了各種措施,各種對策可以來防止。包括我們防范火災的規劃,方向感不行,我們可以有地下的標志系統,另外規劃里面要求防煙、防火分區和防火隔斷裝置,自動的報警系統、自動的滅火系統、消防系統,種種措施讓現在的地下空間防災的能力大大地提高。 

  地下空間是一個寶貴的、有限的、不可逆的資源,必須先規劃后建設,科學的規劃是最重要的,城市成片的地下空間要統一規劃、統一建設和統一管理才能達到最大的效益。 

  上海世博會的世博園區原來是上海鋼鐵三廠,搬走了以后辦了世博園,世博園閉幕以后,它的地下空間成片地統一設計、統一規劃、統一建設,取得了很大的效益。 

  還有北京的中央商務區也是成片地統一規劃、統一設計,它有地下五層,地下一層是人行的商業地下街,還有地鐵的出入口連接高層建筑;第二層就是車行道,和各個地下車庫相連,車到了中央商務區進入到地下,減少了地區的交通擁堵;三層到四層是地下的車庫和管線,這樣成片的規劃取得了最大效應,同時節省了成本,縮短了工期。 

  就像總書記講的,要把每一寸土地規劃得清清楚楚。地下地上空間規劃要相互協調,形成一體化,地下各項規劃要相互銜接,盡力“多規合一”。也就是說橫向相互連通,豎向要分層安排,而且近期與中遠期的推進要有銜接有序,這樣才是一個科學的規劃。同時在搞地下空間的設計、地下空間施工的時候要發揚工匠精神,抱著不留歷史遺憾的態度來精心做好地下空間的設計與施工。 

  我們建設了城市的地下交通,建設了城市的地下物流系統,把污水的處理運輸都放到地下去,我們人可以在地面上享受陽光、空氣、水,可以看得見山,看得見水,記得住鄉愁!山清水秀、白云藍天,實現我們美麗的中國夢! 


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