利用地下空間助力發(fā)展綠色建筑與綠色城市
當(dāng)今世界迎來(lái)了綠色發(fā)展時(shí)代，習(xí)近平同志提出的綠色發(fā)展理念是習(xí)近平新時(shí)代中國(guó)特色社會(huì)主義思想的主要組成部分。黨的十八大以來(lái)，黨中央提出了一系列治國(guó)理政新理念、新思想、新戰(zhàn)略，把生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展提到新的戰(zhàn)略高度; 黨的十八屆五中全會(huì)更是把綠色列入中國(guó)國(guó)家建設(shè)發(fā)展的五大理念之中。中國(guó)的綠色發(fā)展正在進(jìn)入世界綠色發(fā)展的先進(jìn)行列。地下空間是一個(gè)巨大而豐富的空間資源，對(duì)其進(jìn)行合理開(kāi)發(fā)利用能夠促進(jìn)我國(guó)的綠色發(fā)展。本文從節(jié)約土地、利用地?zé)崮堋⒐?jié)水、綠色城市基礎(chǔ)設(shè)施( 包括綠色客運(yùn)城市交通和城際交通，未來(lái)城市貨運(yùn)交通，綠色城市污水、雨洪蓄排系統(tǒng)，綠色城市垃圾集運(yùn)和處理系統(tǒng)，智慧地下綜合管廊，城市智慧行車(chē)系統(tǒng)) 等方面分析說(shuō)明如何利用地下空間發(fā)展綠色建筑與綠色城市，并介紹如何進(jìn)行地下空間的開(kāi)發(fā)規(guī)劃。
1 綠色建筑與綠色城市
綠色建筑和綠色城市的定義在國(guó)際上尚無(wú)共識(shí)。
1.1 綠色建筑根據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[1]，綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內(nèi)，最大限度地節(jié)約資源( 節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材) ，保護(hù)環(huán)境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。簡(jiǎn)而言之，即“四節(jié)一環(huán)保”的建筑。
1.2 綠色城市綠色城市一方面是“綠色建筑規(guī)�；囊粋�(gè)必然結(jié)果”; 另一方面，因?yàn)槌鞘幸爻私ㄖ�，還包括交通等城市基礎(chǔ)設(shè)施以及自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境等，所以其內(nèi)涵還應(yīng)擴(kuò)展到其他城市要素。綠色城市的實(shí)質(zhì)可概括為: 實(shí)現(xiàn)更高水平的生態(tài)平衡，大幅減少環(huán)境污染并使自然資源得到更為合理的配置，同時(shí)形成可持續(xù)的生態(tài)安全保障體系，從而降低城市發(fā)展成本，建立起一種自然與社會(huì)高度和諧融合、功能高度復(fù)合的城市模式。與綠色建筑的概念相比，綠色城市在節(jié)約資源、能源、保護(hù)自然之外還加入了社會(huì)學(xué)范疇的概念，將在西方城市規(guī)劃領(lǐng)域一直關(guān)注的犯罪率、鄰里交往、社會(huì)和諧發(fā)展等命題也一并納入。二者關(guān)系為: 綠色城市 = 綠色建筑+綠色城市基礎(chǔ)設(shè)施+綠色城市自然環(huán)境( 藍(lán)天、綠水、青山、凈土) +綠色社會(huì)環(huán)境。綠色城市的目標(biāo)是促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展，提高城市的宜居水平。
2 利用地下空間發(fā)展綠色建筑與綠色城市
2.1 節(jié)約土地我國(guó)現(xiàn)行耕地紅線(xiàn)為 1.2 億 hm2 ( 18 億畝) ，而既有耕地為1.239億 hm2 ( 18.58 億畝) ，城鎮(zhèn)化發(fā)展面臨無(wú)地可用的困境，解決土地問(wèn)題存在必要性與緊迫性。因此，需要推動(dòng)地上地下 2 個(gè)城市建設(shè)，破解城市發(fā)展空間不足的問(wèn)題。城市節(jié)約土地的一個(gè)主要方面在于宏觀上努力實(shí)現(xiàn)土地的多重利用。土地的多重利用可沿 2 個(gè)方向?qū)嵤? 1) 城市無(wú)建筑土地的額外利用; 2) 城市已建成區(qū)域的緊密化和功能變化。開(kāi)發(fā)利用地下空間，即把城市交通( 地鐵和軌道交通、地下快速路、越江和越海灣隧道) 盡可能地轉(zhuǎn)入地下，把其他一切可以轉(zhuǎn)入地下的設(shè)施( 如停車(chē)庫(kù)、污水處理廠(chǎng)、商場(chǎng)、餐飲、休閑、娛樂(lè)、健身等) 盡可能建于地下，就可實(shí)現(xiàn)土地的多重利用，提高土地利用效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)地的要求[2]。
2.2 利用地?zé)崮?2.2.1 低密度地?zé)崮茉? 地溫能) 2.2.1.1 地下?lián)Q熱系統(tǒng)地溫能指的是地層中溫度小于 25 ℃的地層熱能。當(dāng)?shù)竭_(dá)地下一定深度時(shí)( 5 m 以下) ，四季的地層溫度保持在一穩(wěn)定值，此時(shí)把傳統(tǒng)空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器直接埋入地下，利用傳熱循環(huán)介質(zhì)與大地進(jìn)行熱交換，從而提取地溫能，形成地下?lián)Q熱系統(tǒng)。地下?lián)Q熱系統(tǒng)可埋設(shè)在地下結(jié)構(gòu)的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)( 地下連續(xù)墻、排樁內(nèi)) 、基礎(chǔ)底板下、樁基( 鉆孔 灌 注 樁、預(yù) 制 樁、 PHC 樁等) 內(nèi); 可埋設(shè)在新奧法施工的隧道襯砌內(nèi)或以能源錨桿的形式埋設(shè)在其圍巖中; 也可埋設(shè)在地鐵區(qū)間隧道內(nèi)、地下輸水管道內(nèi)[3]。隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)埋管換熱器工作原理見(jiàn)圖 3。2.2.1.2 能源隧道能源隧道是指一種利用隧道襯砌內(nèi)的熱交換管路來(lái)提取隧道空氣熱能或隧道圍巖中的地?zé)崮�，�?shí)現(xiàn)隧道附近建筑的供熱/制冷服務(wù)的技術(shù)，見(jiàn)圖 4。
2.2.2 淺中層地?zé)崮? 溫泉) 河北省地?zé)崮苜Y源總量位居全國(guó)第二位，2015 年地?zé)豳Y源開(kāi)采量突破 1. 1 億 m3 ，地?zé)峁┡娣e達(dá)到 6 300萬(wàn) m2 。其中，雄縣位于河北省保定地區(qū)，是國(guó)內(nèi)首個(gè)通過(guò)地?zé)峁┡瘜?shí)現(xiàn)“無(wú)煙城”的縣城，擁有享譽(yù)全國(guó)的“雄縣模式”。雄縣地?zé)豳Y源分布面積廣，出水量大，水溫高，現(xiàn)如今地?zé)峒泄┡娣e已占城區(qū)集中供暖面積的 85%，覆蓋縣城 80%以上的居民小區(qū)，每年可減少 CO2 排放量 12 萬(wàn) t。在收費(fèi)方面，雄縣居民地下水取 暖 費(fèi) 用 為 16 元/m2 ，相較之前燃煤取暖 25 元/m2 的費(fèi)用更為便宜。
2.2.3 深層地?zé)崮? 干熱巖) 我國(guó)干熱巖資源居世界前列，陸域干熱巖資源量為 856 萬(wàn)億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，其中青海共和盆地 3 705 m 深鉆獲得 236 ℃的高溫干熱巖體。我國(guó)已成功在陜西省內(nèi)進(jìn)行了干熱巖用于供熱的商業(yè)應(yīng)用———長(zhǎng)安信息大廈 2013 年共計(jì) 3.8 萬(wàn) m2 應(yīng)用干熱巖供熱，效果良好。按照 2%的可開(kāi)采資源量計(jì)算，我國(guó)可開(kāi)采干熱巖量相當(dāng)于 17 萬(wàn)億 t 標(biāo)準(zhǔn)煤，為 2016 年全國(guó)能源消耗量( 43. 6 億 t) 的近 4 000 倍。至“十三五”末，地?zé)崮苣昀昧肯喈?dāng)于替代化石能源 7 000 萬(wàn) t 標(biāo)準(zhǔn)煤，減排 CO2 1. 7 萬(wàn)億 t。國(guó)際上有美國(guó)、澳大利亞、日本、德國(guó)、法國(guó)等進(jìn)行了干熱巖發(fā)電試驗(yàn)研究項(xiàng)目。美國(guó) Los Alamos 實(shí)驗(yàn)室在卡爾德拉的芬登山上建成了一個(gè) 10 MW 的 HDR ( 深層干熱巖) 發(fā)電站，該電站主要由 2 個(gè)深度為3 000 多 m 的鉆孔及其連通孔組成，冷水由一個(gè)鉆孔灌入，另一個(gè)孔產(chǎn)生 200 ℃ 蒸汽，進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。我國(guó)也已開(kāi)始干熱巖發(fā)電的相關(guān)研究。
2.3 節(jié)水我國(guó)水資源比較短缺，地下空間可以用來(lái)解決水資源問(wèn)題。 2.3.1 雨水 1) 世博軸自來(lái)水日用量約為 2 000 m3 / d，利用雨水時(shí)，自來(lái)水日用水量降低為 1 100 ～ 1 200 m3 / d，回用雨水用水量約 800 ～ 900 m3 / d。據(jù)此，在可利用時(shí)段里，自來(lái)水替代率約為 ( 800 ～ 900) /2 000 = 40% ～ 45%。經(jīng)處理雨水主要用途為衛(wèi)生器具沖洗、綠化澆灌等。世博軸雨水收集處理綜合利用技術(shù)見(jiàn)圖 7，處理流程見(jiàn)圖 8。2) 西沙群島上修建了可采集雨水達(dá) 14 萬(wàn) t 的地下貯水工程。通過(guò)技術(shù)處理，已達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，從而結(jié)束了吃水靠大陸船運(yùn)的歷史。 3) 北京每年 6—9 月份降水中，可利用的雨水為 2. 3 億 m3 ，相當(dāng)于城區(qū)全年用水量的 1 /5 多。為積蓄雨水，北京籌劃開(kāi)工修建 70 個(gè)地下小水庫(kù)，新建公園將首先考慮建設(shè)雨水收集利用設(shè)施，工程可攔蓄洪水 3 559 萬(wàn) m3 。 4) 名古屋、大阪、福岡等地的大型建筑物下都設(shè)置了雨水利用裝置，名古屋體育館每年利用雨水 3. 6 萬(wàn) m3 。 2.3.2 再生水( 中水) 再生水主要是指城市污水或生活污水經(jīng)處理后達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可在一定范圍內(nèi)重復(fù)使用的非飲用水，也稱(chēng)中水。 1) 北京 2010 年再生水利用量達(dá) 6.8 億 m3 ，占總用水量的 19%，但利用率僅為 60%，“十三五”期間計(jì)劃將全市再生水用量提升到每年 12 億 m3 。 2) 天津自 2002 年正式啟動(dòng)再生水管網(wǎng)建設(shè)以來(lái)，已鋪設(shè)了 400 多 km 的再生水管道。目前天津已建成再生水廠(chǎng) 8 座，全年再生水回用約 2 500 萬(wàn) t，大部分用在大型工業(yè)項(xiàng)目中，還有河西梅江居住區(qū)和南開(kāi)水上公園周邊一些小區(qū)也用上了再生水。 3) 日本再生水利用量達(dá) 1.3 億 m3 。
綠色城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)
建設(shè)綠色城市，還要進(jìn)行綠色城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)。過(guò)去由于只注意城市“面子”建設(shè)，采用管線(xiàn)直埋、城市排水系統(tǒng)按一年一遇暴雨重現(xiàn)期設(shè)計(jì)、污水不經(jīng)處理直排、垃圾傳統(tǒng)填埋、空氣降污減排不控制、公交系統(tǒng)嚴(yán)重滯后等粗放發(fā)展模式，釀成“里子”城市地下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)短板的惡果: 霧霾、交通擁堵、城市內(nèi)澇、垃圾圍城、垃圾山坍塌和泥石流、城市空氣污染和霧霾嚴(yán)重、城市地面地下水系和土壤嚴(yán)重污染等“城市病”叢生。
3.1 綠色客運(yùn)城市交通和城際交通 3.1.1 城市及城際客運(yùn)交通發(fā)展方向綠色交通要求少占地、低能耗、無(wú)污染( 電驅(qū)動(dòng)) 。未來(lái)的城市客運(yùn)交通以地下軌道交通為主，能夠?qū)崿F(xiàn)少占地、無(wú)污染，其中低速磁懸浮由于其能耗低，為城市客運(yùn)交通最佳選擇; 未來(lái)的城際客運(yùn)交通應(yīng)發(fā)展地下高速磁懸浮，其速度可達(dá)到 600 km / h 以上( 輪軌< 400 km / h) ，且能耗最低。 3.1.2 地下快速路地面交通存在以下 3 個(gè)問(wèn)題: 1) 限購(gòu)限行，利少弊多，不能持久; 2) “存量”不減、“增量”攀升，中心城區(qū)地面已無(wú)地( 路) 可建; 3) 國(guó)外曾做過(guò)倫敦中心區(qū)地面交通供給能力的模擬測(cè)算，其結(jié)果是即使把倫敦中心區(qū)所有建筑架空，其下層地面全變成道路，也不能解決交通擁堵問(wèn)題。因此，僅大力發(fā)展軌道交通不能從根本上解決交通擁堵，即使是軌道交通相當(dāng)完善的發(fā)達(dá)國(guó)家大城市，如倫敦、東京、芝加哥、馬德里、莫斯科等，也困擾于交通擁堵。東京公共交通出行比例達(dá)到了 60%，地鐵建設(shè)里程已達(dá) 300 km( 地鐵集中于城市中心區(qū)，線(xiàn)路里程僅占軌道交通總里程的 1 /10) ，仍然沒(méi)有解決交通擁堵; 倫敦的第一條地鐵建成于 1863 年，至今已建成地鐵里程達(dá) 439 km，但仍然要收取“交通擁堵費(fèi)”以緩解擁堵之苦。
3.2 未來(lái)的城市貨運(yùn)交通科技創(chuàng)新轉(zhuǎn)變城市交通運(yùn)輸方式還包括地下物流系統(tǒng)，以替代城市貨車(chē)限行的行政措施，將城市貨運(yùn)逐步并最終轉(zhuǎn)移至地下。地下貨物運(yùn)輸系統(tǒng)，又稱(chēng)地下物流系統(tǒng)( ULS) ，是基于城內(nèi)運(yùn)輸和城外運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)合。城外貨物通過(guò)各種運(yùn)輸手段運(yùn)到城市邊緣的物流園區(qū) ( CLP) ，經(jīng)處理后由 CLP 通過(guò) ULS 輸送到各個(gè)終端。它以集裝箱和貨盤(pán)車(chē)為基本單元，以 自 動(dòng) 導(dǎo) 向 車(chē) ( AGV) 為運(yùn)輸工具。根據(jù)世界經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織 2003 年統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家主要城市的貨運(yùn)占城市交通總量的 10% ～ 15%，在“世界工廠(chǎng)”和到處是建設(shè)工地的中國(guó)則為 20% ～ 30%，而在當(dāng)今電子商務(wù)、快遞和送快餐發(fā)達(dá)的中國(guó)，這個(gè)比例還要高。貨運(yùn)交通轉(zhuǎn)入地下必將對(duì)緩解交通擁堵作出重要貢獻(xiàn)。
4 地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)劃
4.1 規(guī)劃的重要性地下空間是不可逆的空間資源。中共中央、國(guó)務(wù)院辦公廳、住建部文件指出“節(jié)約優(yōu)先、保護(hù)優(yōu)先、自然恢復(fù)為主”的方針以及“先規(guī)劃、后建設(shè)”、“規(guī)劃引領(lǐng)”、“規(guī)劃先行”的原則，強(qiáng)調(diào)了地下空間開(kāi)發(fā)規(guī)劃的重要性。
4.2 規(guī)劃科學(xué)的重要性習(xí)近平同志提出: “規(guī)劃科學(xué)是最大的效益，規(guī)劃失誤是最大的浪費(fèi)，規(guī)劃折騰是最大的忌諱。”說(shuō)明了規(guī)劃科學(xué)的重要性。
4.3 地下空間開(kāi)發(fā)與規(guī)劃中的問(wèn)題 1) 城市地上與地下空間規(guī)劃與開(kāi)發(fā)統(tǒng)籌不足、相互影響，缺少系統(tǒng)性與前瞻性的協(xié)同規(guī)劃。 2) 不同功能的地下專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃彼此缺乏協(xié)調(diào)，地下占位沖突，地區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)沒(méi)有統(tǒng)一規(guī)劃。 3) 地下空間短期需求造成地下空間分布碎片化，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)不系統(tǒng)、空間資源浪費(fèi)嚴(yán)重。
5 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)若干個(gè)五年計(jì)劃持之以恒的努力，將地上城市中的城市運(yùn)輸與交通系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)移到城市地下去，不但使旅客交通與貨物運(yùn)輸轉(zhuǎn)入地下，還包括垃圾、污水等的傳輸都轉(zhuǎn)入地下，使地上逐步乃至徹底擺脫與傳統(tǒng)運(yùn)輸相聯(lián)系的環(huán)境干擾。首先是解決交通擁堵與 PM2.5 超標(biāo)的困擾，而釋放出的地上空間將用作大片的自然植被和安全的步行，這不是科學(xué)幻想，《歐洲地下建設(shè)戰(zhàn)略研究議程( Strategic Research Agenda For the European Underground Construction Sector) 》就已經(jīng)明確提出，其 2030 年的遠(yuǎn)景目標(biāo)是“將地面交由市民自由使用，將基礎(chǔ)設(shè)施放入地下”。
參考文獻(xiàn)( References) :
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《利用地下空間助力發(fā)展綠色建筑與綠色城市》來(lái)源：《隧道建設(shè)( 中英文)》，作者：錢(qián)七虎
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