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向“地下”發展,未來城市如何“垂直分層”?

每日經濟新聞 2021-09-26 21:31:00

城市到了改變空間發展模式的重要節點。希臘和土耳其的大火、西伯利亞和美國加州的大林火,中國和德國的水災以及加拿大創紀錄的酷熱——世界天氣歸因聯盟研究報告指明,氣候變暖是大規模極端氣候的原因之一。全球温室氣體2/3的排放來自城市,而如錢七虎指出,地下空間將為城市碳匯帶來巨大可能。

每經記者 楊棄非    每經編輯 楊歡

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圖片來源:攝圖網

“利用地下空間、建設立體城市,現在必須要下決斷了。”國家最高科技獎獲得者、中國工程院首屆院士、陸軍工程大學教授錢七虎發出警示。

9月25日在成都舉行的“2020/2021中國城市規劃年會暨2021中國城市規劃學術季”上,多年鑽研地下空間的錢七虎,再次從規劃的角度論及這一常被忽視的領域。

早在20年前,他就曾提出建設特大城市地下快速路和物流系統的論述,而眼下,以更加綜合的方式推進地下空間利用,並將其納入城市發展的“主戰場”,已然迫近現實。

國家最高科技獎獲得者、中國工程院首屆院士、陸軍工程大學教授錢七虎 圖片來源:每經記者 張建 攝

一個原因是,城市到了改變空間發展模式的重要節點。希臘和土耳其的大火、西伯利亞和美國加州的大林火,中國和德國的水災以及加拿大創紀錄的酷熱——世界天氣歸因聯盟研究報告指明,氣候變暖是大規模極端氣候的原因之一。全球温室氣體2/3的排放來自城市,而如錢七虎指出,地下空間將為城市碳匯帶來巨大可能。

2年前,錢七虎曾給出一組數據,北京地下空間的利用面積已經達到9600萬平方米,而上海和深圳也分別達到9400萬平方米、5200萬平方米。

他當時還指出,地下工程技術已達到開發100米沒有問題。“如果開發50米,那麼北京將有100億立方米的地下空間可以開發,考慮十層,就有30億平方米的建築面積可以佈置在地下,潛力非常大”。

美國城市規劃學家格蘭尼曾作出暢想,未來城市向地下發展,首先是交通轉入地下,實現人、車分離。他和日本尾島俊雄教授進而共同指出,地下城市基本理念之一,是將地上城市中的城市運輸和運輸系統逐步轉移到城市地下的不同地層中,是“將地面交由市民自由使用,將基礎設施放入地下”。

“將二氧化碳封存到地下”

圖片來源:攝圖網

城市經濟發展空間與生態需求之間的博弈,似乎正在走向一個新的平衡點。

根據《河北雄安新區規劃綱要》,在“建成新時代生態文明典範城市”的目標下,雄安將藍綠空間佔比定為70%,這意味着建設空間將僅佔30%;而在其後公佈的《長三角生態綠色一體化發展示範區總體方案》中,先行區進一步將藍綠空間佔比定為不低於75%,而建設規劃用地“不超過現有總規模”。

根據現有規劃,長三角生態綠色一體化發展示範區將建設成為示範引領長三角更高質量一體化發展的標杆,而雄安新區則是“推動高質量發展的全國樣板”和“現代化經濟體系的新引擎”。如錢七虎推斷,其“將向世界指明未來城市的建設方向”。

一個趨勢是,在減碳目標下,更多城市空間將被用作碳匯需求。錢七虎指出,《科學》雜誌發表一項研究表明,若新種植9億公頃樹木,他們成熟時將吸收相當於工業革命以來人為碳排放量的2/3。因此,森林、濕地和綠色植被是抵禦氣候變化的前沿防線。

但問題在於,縮水的城市開發空間,如何滿足進一步城鎮化的需求?錢七虎給出的答案是,向地下要空間。

若將鏡頭伸向地下,那些過去大範圍佔領城市用地的基礎設施將找到新的位置。地下空間將為城市開闢出了另一方天地,不僅使得過去存在於經濟發展和生態保護之間的“兩難”迎刃而解。錢七虎也指出,開發利用地下空間,一個重要目的正是節約地面土地資源,用以發展綠色生態。

面對“雙碳”目標,一場新的城市空間革命正在緩緩推動。

錢七虎指出,地下空間對減碳的作用還不僅如此。除了綠色空間所帶來的生態碳匯外,地下空間還能實現人為碳匯。一種做法是,利用地下空間的封閉性、穩定性等優勢,實現二氧化碳的永久地下封存。

“目前測得全國煤礦採空區地下空間約138.4億立方米,鹽穴地下空間約1.3億立方米,其他金屬和非金屬礦洞可利用空間約15億立方米,部分改造後可用以封存二氧化碳。”錢七虎舉例説道,包括枯竭油氣田、海底鹹水層、陸上鹹水層等都可能實現碳封存。

而通過人工碳匯,二氧化碳還可能進一步“變廢為寶”。錢七虎指出,對於富集煤炭、石油資源,水資源短缺的西部地區,東部京津唐、蘇錫常等沉降嚴重地區,以及南方深層滷水資源開採區,鹹水層二氧化碳封存還具有很大的應用潛力。

“收貨就像打開自來水龍頭”

圖片來源:攝圖網

從另一個角度來看,通過對城市垂直方向的重新佈局,還能發揮類似“收納”的效果,騰挪出新的空間和更多可能性。

“地鐵時代”下,越來越多城市已將市內公共交通以軌道的形式移入地下。在錢七虎的構想中,對於交通帶來的擁堵和碳排放問題,光發展地鐵軌道交通還不夠,還要發展地下快速路、建設地下的物流系統,相輔相成地發揮作用。

比如,在港口區域,地下物流能解決港城重卡集裝箱運輸誘發的交通擁堵和環境污染,在建設城市系統化網絡化地下物流智慧運輸系統後,能夠適應目前全國年運輸800多億個貨物包裹的配送需求。

而在地下空間這一全新場景下,智慧物流運輸系統亦更容易得到實現。運用自動導向車為載重工具,通過大、小直徑的地下管道、隧道等運輸道路,將能實現對固體貨物更有效便捷地運輸及分揀配送。

在城市區域,得益於地上、地下之間的人車分流機制,地下空間還有望構建一種更加“門對門”的貨運方式。

據錢七虎介紹,可能的物流配送方式是,物流配送中心與地下物流系統樞紐相結合,或者地下物流系統的物流配送中心和大型零售企業相結合。

在此種網絡銜接模式下,客户在網上下訂單以後,貨物將直接通過地下物流支線(小直徑管道)系統將貨物包裹送達小區便利店。加上便利店與小區間通過管道相連的末端配送系統,最終發展成為一個連接城市各個生活小區的地下管道物流運輸網絡,並達到高度智能化。

“當這一地下物流系統建成後,人們購買任何商品都只需點一下鼠標,所購商品就像自來水一樣通過地下管道迅速‘流入’小區自動提貨櫃。”錢七虎説,“到那時,‘購物中心末日’可能將真正到來。”

類似的革新也將發生在建築供熱製冷領域。

錢七虎指出,根據現有資料估算表明,長三角地區地下3千米以內的淺層地熱資源總量達1200億噸標煤的熱量,年可利用量相當於1.7億噸標煤,可實現建築物冬季供暖面積24.8億平方米,夏季製冷面積14.5億平方米。相較之下,目前長三角地區利用地熱供暖和製冷的建築面積僅有0.57億平方米,開發利用潛力巨大。

“利用地熱為建築供熱製冷是經濟、生態的選擇。”他説道,通過把傳統空調器的冷凝器或蒸發器直接埋入地下,就能利用傳熱循環介質與大地和江、湖水源進行熱交換,從而提取低温能與水温能。在此基礎上,有條件的地方,還可進一步開發淺中層温泉地熱能和深層乾熱巖地熱能。

錢七虎還有一種更超前的設想。當大片地面被用作綠色植被與市民漫步的開敞空間後,不僅作為文明街景的城市歷史文化建築可能得以保留,口袋公園、衚衕綠地也能從隨處停放的車輛中解救出來。由此,“千城一面”的魔咒可能被解除,“推門見綠”的生活場景也將成為城市日常。

地下空間對於災害的“兩重性”

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但開發地下空間的風險,猶在耳畔。

今年7月,鄭州突發特大暴雨,地鐵5號線發生重大人員傷亡。根據“鄭州發佈”官方微博通報,強降雨造成地鐵5號線五龍口停車場及其周邊區域發生嚴重積水現象,積水沖垮出入場線擋水牆進入正線區間,並導致一列列車被洪水圍困。難以出逃的乘客被迫滯留在車廂內,據當天視頻顯示,車外洪水一度超過乘客胸部甚至頭頂。

錢七虎同樣提及此次災害。一方面,他發現,此次災情後已有聲音討論,“海綿城市”並不一定能根本解決內澇問題。一種更強有效的方案是,建設深層排蓄隧道。

他去年就曾提到東京的經驗,通過建設包括5個巨型豎井在內的深層排水工程,其能夠實現對超標準暴雨情況下,流域內洪水的調蓄和引流排放,調蓄量約為67萬立方米,最大排洪量可達200立方米/秒。

但同時,地下空間對於災害的“兩重性”也同樣被凸顯出來。

對於震災、風災,地下空間確實比地面建築具有更高的抗震和抗風能力。錢七虎分析指出,美國一些地區經常會遭遇颶風造成的大面積停電,部分原因就是沒能將電纜置於地下;而在國內,地下電纜已解決了大部分城市“空中蜘蛛網”的難題,世界首條100萬伏電力隧道甚至已穿過長江,為地下空間的運用提供了新的案例。

但對於火災和城市洪澇,地下空間則更具“易災性”,人員避災難度很大;洪水甚至極易進入地下,造成更大的人員傷害和財產損失。

在此前接受採訪時,錢七虎就曾提出思考,“世界上有很多城市發大水後,淹沒了地鐵車站、地下空間的案例,所以我們要有相應的標準、規範和技術來應對。”

而如今,他從智慧化的角度給出了一種解決方案:對於火災,可以加強監控,使火情控制於未燃之時、致災之前;對於洪災,則可利用水往低處流的特徵,建設城市深層智慧排蓄隧道系統,排除城市內澇。

在當天年會現場,住建部副部長黃豔提及,上海目前建立的城市信息模型(CIM)平台,也能為城市安全給予一些參考。

城市信息模型(CIM)平台將傳感器和探頭放在了城市各類場所當中,能夠實現對數據的即時分析處理。對於建築,哪裏有震感,都能第一時間作出判斷;而對於上海大量的高層建築,甚至每台電梯都被裝上了相關的感應設備。由此,城市有機體每時每刻都能處在監控當中。

今年1月,國家住建部發布的《關於加強城市地下市政基礎設施建設的指導意見》中提出,推動數字化、智能化建設,提升城市地下市政基礎設施數字化、智能化水平。有條件的城市可以搭建供水、排水、燃氣、熱力等設施感知網絡,建設地面塌陷隱患監測感知系統,實時掌握設施運行狀況,實現對地下市政基礎設施的安全監測與預警。

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