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城市地下空间开发利用动因 分析为啥走向地下空间?

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城市地下空间开发利用动因 分析为啥走向地下空间?

【摘要】:
全球人口增长和城市化的趋势即影响发达国家 ,也影响发展中国家 ,如何使得亿万城市人口的居住、工作、交通和休闲组织的经济、安全又无碍于环境是全球可持续发展的巨大问题。

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1.全球人口增长和城市化的趋势即影响发达国家 ,也影响发展中国家 ,如何使得亿万城市人口的居住、工作、交通和休闲组织的经济、安全又无碍于环境是全球可持续发展的巨大问题。
2.国际上  一些专家预言:二十一世纪世界上  两大最具影响的事件之一是中国的城市化。因 为 ,中国的城市化与全球的资源和环境问题密切相关。
3.近三十年来 ,可持续发展战略的制定和实施的推动 ,环境和资源永续利用意识的不断提高 ,促进了地下工程的新发展 ,形成了地下工程发展的第四次浪潮。第四次浪潮的特征和中心是改善城市环境 ,保护自然环境的资源。
4.我国城市发展沿用“摊煎饼”式的粗放经营模式 ,表现在城市范围无限制地外延扩展 ,我国城市土地利用的集约化程度处于国际较低水平。与此同时 ,耕地资源不断减少 ,城市人口急剧发展 ,以及地域规模的限制等已成为中国城市发展的突出矛盾。
5.向地下要土地、要空间 ,是全世界城市发展的必然趋势 ,并成为衡量城市现代化的重要标志。
保护自然生态环境、改善城市空间质量和促进城市功能联合的地下工程
1.1改善城市环境 ,保护自然环境
  地下工程的驱动力首先与环境的质量相关。随着社会和经济的不断发展 ,环境的质量必将受到越来越多的注意。我们应当看到对于环境、景观和适居性的质量意识不断增长的过程 ,从对质量要求的角度来看 ,地下工程起着重要作用。
(1)芬兰的很多公路宁以高工程成本修建暗挖隧道 ,而不以低工程经费开挖地面、修建边坡。
(2)高架路在缓解交通拥挤方面功不可没 ,但也带来负面影响;噪声、振动和污染的环境影响使得沿线房地产贬值;破坏城市景观;造成了高架路周围地区的割裂。
波士顿的高架大道被认为严重影响城市经济的增长和生活质量的提高 ,使生态环境恶化 ,城市综合竞争力降低。
美国波士顿于1994年开始拆除建成于1959年的6车道中央高架大道 ,在原中央大道下修建一条8-10车道的地下快速路和一条通向机场穿越波士顿港湾的4车道隧道。原大道地面建成林荫大道、绿地和城市开发用地。由于地下高速路内的汽车尾气和烟尘经过空气集中过滤和处理后再排放 ,空气中一氧化碳含量降低了12%。
2002年 ,莫斯科为了三环路通过风景优美且拥有众多文物古迹的列福尔地区时 ,不至破坏其人文景观 ,决定在36米深地下修建高速路通过该地区。
日本于2003年1月宣布东京外环路改为建设地面下40米的高速路。建设地下高速路比地面高架路节约建设费用20-30% ,工期从15年缩短到8年。由于地下隧道内设置可将汽车尾气中的烟尘和有害物质进行高科技过滤和分解的设施 ,排出的是无污染空气。
1.2节约土地资源
在城市 ,节约土地资源可以下列模式进行:
建设地下工程—土地多重利用—紧密型城市结构
在繁荣城市区域和居民区 ,工业生产设施、小型生产销售企业、科研实验一单位、室内体育和休闲中心、文化娱乐设施(酒吧 ,舞厅等)、停车场等大型地下空间将产生巨大的效益 ,特别是产生噪声和臭味以及安全风险和不必要放在地上  的设施(购物市场、实验一室、音乐厅、流行音乐咖啡厅、健身房、快餐店、城市讨论厅等)。要求稳定温度、湿度环境的设施也应转入地下。
1.3发展地下交通、缓解城市交通拥挤、降低城市大气污染
(1)在大城市中心、历史名城中心和混合居民区内 ,旅客运输的地下交通设施将产生重要的效益 ,包括兴建地铁和建设城市地下高速路。
(2)中国正在、、上  海、广州、深圳、南京、、青岛、沈阳等大城市建设地铁 ,以代替地面交通。据统计 ,在二十一世纪的前二十年间 ,中国的地铁线路将超过2000公里。
(3)在发展地下高速路的同时 ,还应发展跨越江河的水下隧道。水下隧道的主要有点是不影响江河航运 ,保证全天候越江通行 ,消除引桥的影响。中国已经在上  海黄埔江下建设了三条公路隧道、两条地铁隧道和一条观光隧道 ,宁波甬江下和广州珠江下各建造了一条城市公路隧道 ,还正在建设另三条黄埔江水下公路隧道 ,另一条宁波甬江下公路隧道。此外 ,二条跨越长江的水下隧道(南京和武汉)也将要建设。二条跨越琼州、渤海的海底隧道正在论证。
(4)在城市中心区以及具有突出景观价值的区域、应该发展地下货物运输系统。包括UTP(管道中的集装箱运输)、ULS(地下后勤系统)和PWT(气动废物运输) ,运送货物和废料。除了环境效益外 ,在一定的地区或这些货物通过管道和集合点组成的地下无人系统情况下 ,这些系统以其质量指标和运送的高效率在经济上  具有竞争性。实施时 ,追求规模效益和标准化 ,后者是为了与其它运输模式接轨。
1.4建设城市地下市政管线公用隧道
将自来水管 ,排污管、供热管、电缆和通信线路放在市政管线公用隧道内 ,可缩短路线长度多达30%。此外 ,易于检查 ,易于修理 ,消除管线破坏和破坏事故:减少对环境的影响 ,不影响地面土地的使用。在上  海浦东的张相路和成都的东风路已经建成了两条地下市政管线公用隧道 ,在的中关村地区即将建设高标准的“共同沟”。
1.5建设天然气输配工程 ,改变城市燃料结构 ,治理城市大气污染和酸雨区。
燃煤是城市大气污染中悬浮颗粒物和二氧化硫的主要原因 。
中国将西气东输工程列入西部大开发的首项工程。西电东送工程建设也正在大力进行。
在中国很多城市正在建设大量的地下城市天然气输配管道工程。
1.6发展地下垃圾处理系统 ,消除垃圾围城现象
中国年产垃圾1.46亿吨 ,处理仅占2.3%左右 ,其余在城郊堆积 ,存量高达60多亿吨 ,占地30多万亩 ,垃圾围城现象严重。
瑞典是在二十世纪六十年代建设并实施采用压缩空气吹运垃圾系统(PWT)的国家 ,PWT系统建在1700人口的居民区内 ,该系统与收集、处理系统配套 ,投资在3-4年内得到回报。其他的例子 ,如设在香港岛西端大维山岩硐中RTS。
发展地下垃圾处理系统节约了城市宝贵的土地资源 ,有很大的回报 ,控制了对环境的噪音和恶臭的污染 ,减少了对环境的视觉负面影响。
保护与节约水和能源资源的地下工程
2.1地下建筑与能源的可持续利用
2.1.1地下建筑与节约能源
建筑物在建成后的使用过程中 ,每年所需要消耗能源的总和称为建筑能耗。
欧美国家的建筑能耗占全国总能耗的30% ,其中用于供暖、通风空调能耗占总能耗的19.5%。
世界上  前10名经济大国中 ,中国是单位能耗最高的国家。我国单位产值能耗接近法国5倍。
地下空间由于岩土具有良好的隔热性 ,可防止造成地面温度变化的诸多因 素的影响。因 此地下建筑物能源消耗 ,比地面建筑明显要少。
在美国进行的大量地面与地下建筑对比试验一表明:地下建筑物比同类型地上  建筑耗能明显减少 ,其节能率为:明尼苏达州及波士顿地区48%;盐湖城58%;罗克斯迈尔地区51%;休斯顿地区33%;堪萨斯城服务性建筑60% ,仓库70% ,工厂47-90%。
2.1.2地下空间为可再生和洁净能源利用开辟一条有效途径
太阳能、风能、潮汐能、冰能等不稳定能源需要季节性、昼夜性储存。在地下岩、土介质中修建热水洞库、水库、压缩空气储库和超导磁储电库是最佳的选择。
“非枯竭性的无污染能源”--深层干热岩发电(HDR)在美、德、日等国研究开发。美国已于1984年6月建成世界上  第一个10MW功率的干热岩电站。该电站主要由两个深度为4000m的钻孔及其贯通孔组成 ,冷水由钻孔灌注 ,另一个钻孔产生200℃蒸汽 ,直接进入发电站发电。
2.2地下建筑与水资源的可持续利用
2.2.1水资源短缺的形势
目前世界上  有14亿人口缺乏安全清洁的饮用水。
中国是世界13个贫水国之一 ,人均水资源量仅为2251立方米 ,居世界第110位 ,是世界平均水平的1/4。据统计 ,我国城市每年缺水60亿立方米 ,在全国666座建制市中 ,有近400座城市缺水。
2.2.3解决水资源短缺的措施
(1)调水
水的地下储送是经济、安全和环境友好的选择。
(2)利用地下构造储水
80年代开始 ,美国开展了钻孔补给含水层的恢复工程(ASR系统)。瑞典、荷兰和德国的ARS系统工程在总供水中占20%、15%和10%。
(3)利用雨水—海绵城市
日本、瑞典和牙买加等国利用屋顶收集雨水 ,并通过管子将雨水输送到地下储水库。
日本雨水利用的供水量每年为0.05亿立方米 ,其中名古屋体育馆每年积蓄雨水3.6亿立方米。
西沙群岛上  修建了可采集雨水达14万吨的地下贮水工程。通过技术处理 ,达到了国家饮用水卫生标准 ,结束了吃水靠大陆船运的历史。
(4)污水资源化 ,中水利用
建地下污水处理厂。这将使目前地面污水处理厂所占的土地得到开发利用 ,而且使它们邻近被污染不能被利用的土地也得到开发。中水利用在很多国家被采用 ,如日本每年将经处理的1.3亿立方米的再生水用于工业或绿化用。
3、确保地下工程成为环境友好工程的必要因 素
促进建设环境友好工程—地下工程的最重要因 素是法规。应当提倡对不同方案进行社会经济、环境、技术评估 ,以代替纯经济技术评估。政府应积极制定严格的环境和安全方面的政策和法规 ,以进行环境影响的评估 ,从而保证不同实施方案的分析更加客观。
应当对地下工程的设计、施工方案提出地面稳定和地下水系保护的要求。这些要求可以通过负责的地球物理勘探 ,负责的岩石工程结构设计以及负责的工程施工来完成。
4、结论
地下工程的发展必然保护了地面自然环境。
城市地下空间的利用对于城市环境的改善 ,首先是通过它实现了土地的多重利用 ,使得城市结构更紧密 ,从而相对降低了城区内交通的需求 ,也使得城市基础设施的发展对环境的影响变得最小。
其次 ,通过它保护了有价值的历史文化景观 ,增加了城市开敞空间和绿地 ,缓解了城市交通拥挤 ,提高了城市空气质量 ,降低了城市水污染。
地下工程的发展必然促进地面土地资源的节约和建筑能耗的节约 ,同时为实现洁净和可再生能源的利用开辟了光明的前景。
地下工程的实施通过调水工程和雨洪利用及再生水利用工程 ,为缓解水资源时分布不均 ,从而为解决水资源危机将做出重大贡献。