国际地下空间开发利用研究现状（三）

■ Raymond L. Sterling演讲 杨可 黄瑞达整理 范益群 李焕青校核

国际地下空间开发利用研究现状（三）

■ Raymond L. Sterling演讲 杨可 黄瑞达整理 范益群 李焕青校核

南极洲

在南极洲有一定的地下空间应用，主要是针对应对严寒或其他特殊用途。研究重点主要集中在人类在封闭环境内身心健康影响的研究。

世界各地的地下空间重点研究领域

美国—地下空间可持续发展和可抗灾性研究

地下空间开发相比于地面空间开发，其优缺点如下表所示：用；图（c）采用深埋筏板基础，好处在于从地面到筏板中间的空间可以被利用；图（d）相比于图（c），在其侧通过暗挖的方式修建了地下空间，侧面的地下空间对下方的地下空间利用并不冲突，反而可以更有效利用地下空间。

（2）地下空间的可抗灾性

可抗灾性是一个反映结构对各种灾难的响应和恢复的能力。近年来，在经过几次较大的飓风以及地震灾难后，可抗灾性逐渐越来越被重视。

表2 地下空间同地上空间的对比

（1）地下空间的可持续性

地下空间的可持续发展主要体现在某一地下空间开发项目对后续开发的影响。例如目前西雅图的阿拉斯加地下高速路建设中，某一建筑基础建设过程中的土钉墙由于在建设完毕后未拔除，阻碍了地下通道的建设，需要很大的人力物力才能解决该问题。下面的图31便阐释了不同基础形式对后续地下空间利用的影响。

图（a）中建筑采用了筏板基础，极大地限制了其下方及侧下方地下空间的利用；图（b）采用了浅埋桩基础，其下方地下空间的利用同样被限制，侧下方的地下空间可以利

图31 不同基础形式对后续地下空间利用的影响

图32 可抗灾性响应模式

图中A、B和C曲线代表了三种结构的可抗灾性。图中虚线为正常的状态。灾难来临时，三种结构都会偏离正常状态，然而A可以迅速恢复，甚至强化高于正常状态，为人们在灾难中提供避难场所；B虽然也可以恢复，但是有可能不能完全恢复至正常状态，需要花费人力物力进行修复；而C则完全失效。

随着基础设施复杂度不断提升（如图33所示），系统相互关联性的诸多问题不断涌现，如设施老化、网络庞大、各系统独立性尚不明确、建设和运营冗余度低、与周边设施相依等。

图33 不同基础形式对后续地下空间利用的影响

利用地下空间可以部分解决上述问题，其优缺点如下表所示：

表3 地下空间在防灾方面的优点与缺点

欧洲—地下资源划分与特性分析

参考Parriaux在2007年与Bobylev在2009的研究成果，地下资源可划分为地下空间、岩土材料、地下水和地热能。然而现实是，作为更为广泛意义上的地下资源，整个地下生态体系往往被人们严重低估，这造成了现在的地下空间规划方案中普遍存在的资源浪费情况，比如仅仅关注地下空间资源而忽视其他地下资源。

因此，针对地下生态系统，结合地下空间可持续性概念，欧洲的研究学者将可再生与不可再生的地下资源进行梳理，将资源开发的正面效应与负面效应进行评估（例如地层震动隔绝与矿业开采效应的对比），并将资源利用的排他性进行深入分析。

如图34所示，地下不可再生资源包括地下物理空间、扰动土体的物理性质、地下植物生态系统、过度利用的地热资源、材料、文物等；地下可再生资源包括地下水、季节性平衡的地热资源。

图34 地下空间资源分类

日本—地下空间开发利用的景观改造效应

Matsumoto Ryuhei教授是日本在地下空间开发对城市景观改造效应研究的代表性人物。

日本很重视城市景观，如图35所示，可以看到日本在1971年到2003年之间不断增加的有关城市景观的法律条例。通过建立相关基础理念，各地得以一定程度上对城市景观加以建立和保护。同时通过赋予政府一定程度的权力，加上对应的资金投入，日本城市景观的维护工作得以有效进行。

图35 日本城市景观法律条例数量（1971-2003）

地下空间的建设辅助其他景观改造措施，其效果可谓事半功倍。如图36所示，通过将架空电缆入地、去除室外杂乱的广告、规范建筑外观，伊势城的旅游人数由1992年全年的35万人，达到了2002年的300万人。

新加坡—地下空间协同发展与效益最大化

（1）地下空间开发利用同其他城建模式的协同

新加坡对于城市建设的手段有三种，分别是高层建筑、填海造地和地下空间。

图36 伊势城通过地下空间进行的景观改造

● 地下空间与高层建筑建设

高层建筑是城市建设常规手段之一，如图37所示。相比地下空间，高层建筑的优点是在满足很高容积率的条件下，仍能让居民享受自然的阳光环境。然而，由于高层建筑对地块容积率的极大提升，该区域基础设施的需求也会骤增。鉴于新加坡城市建设“花园城市”的理念，大部分的基础设施是不允许放置在地上的，因此必须借助地下空间。

同时，除了新建的高层建筑，一些具有历史文物保护的建筑也让地下空间建设成为必然。

图37 新加坡高层建筑

● 地下空间与填海造地/水上漂浮结构

新加坡作为沿海城市国家，其土地的取得要更多地依赖填海造地。现实情况是，新加坡20%的土地都是经过填海取得的。由于随着填海工程的开展，国界约束成为了继续土地扩充的巨大障碍。因此，从三维的角度进行城市建设，向上进行高层建筑建设，向下进行地下空间开发成为了代替方式。

地下空间对于填海造地的作用是互相促进的。由于随着填海离岸距离的增加，水深限制导致填海的成本越来越高，同时由于在陆地表面进行岩土材料开采会对环境造成负面影响，而地下空间的开发由于能够产生大量的二次资源即岩土材料，因此两者协同进行可以让城市空间提升效应1+1＞2。

除此之外，水上漂浮结构需要设置在相对稳定的近岸地区，这同填海造地有一定的矛盾。然而由于水上漂浮结构对于水下设施开发具有较强的依赖性，所以地下空间跟水上漂浮结构的关系同样是相互促进的。

（2）地下空间效益最大化

● 地下空间竖向规划

鉴于新加坡城市土地的极度紧张，地下空间资源同样具有不可逆性，因此制定一个针对不同功能的地下设施在竖向的布局方案十分重要。按现在的研究进展来看，大多数的人流量较高的公共设施与交通枢纽一般应靠近地表，其他的设施从技术与安全角度应放置于深层，如图39所示。

图38 新加坡水上漂浮结构

图39 新加坡地下空间竖向规划

● 效益最大化

新加坡对于城市建设的重视程度，在世界数一数二。现阶段来看，新加坡促进地下空间效益最大化的手段有以下几点：

1）新加坡将地下空间确立为国家层面的战略性资源。

2）重视制定地下空间总体规划和远期规划—对于这点，地质条件信息的收集与共享是至关重要的。

3）协调与整合是地下空间合理开发利用的关键点，其协同应该针对：不同的政府机构之间、不同的地下设施之间、地上与地下设施之间、设施的军用功能与民用功能之间等。

4）地下空间的多功能开发。

5）开发过程中的资源优化，比如可以将岩土材料开发同空间开发相结合。

6）加大研发投入，培养国内工程设计与研发人才。

（全文完）

（作者单位：Raymond L. Sterling，Louisiana Tech University；杨可、黄瑞达、范益群，上海市政工程设计院总院（集团）有限公司；李焕青，ACUUS Secretariat）