城市地下空间连通方式的演变及其模式研究*

洪小春 季 翔 武 波 HONG Xiaochun, JI Xiang, WU Bo

0 引言

从数学家欧拉提出“一笔画出的图必须是联通的”解决了哥尼斯堡七桥问题开始[1]，连通性的研究逐渐受到学界关注；作为重要和常用的拓扑空间[2]，连通空间最早出现在代数、集合、图论等数学领域[3]，在快速城市化和区域融合发展趋势下，空间的连通性也逐渐被城市地理学、城市规划学、建筑学等领域关注[4-5]。特别在城市地下空间开发方面，由于早期地下空间开发缺乏科学系统的规划，各地块地下空间开发各自为营，导致现有建筑地下空间缺乏连通，地下空间开发量虽然大但其使用价值和经济价值难以最大化[6-7]；也导致地下停车设施、地下公共空间等难以实现真正共享。高密度开发地区地面交通无法疏导到地下而出现地面交通拥堵且混乱等问题[8]都违背了地下空间设置的初衷。城市空间立体化背景下，城市空间单纯的纵向立体开发难以满足城市空间系统整体性和连续性的要求，特别是在建设轨道交通的城市，结合轨道交通通过连通空间进行地下公共空间开发[9]，将地铁运输的大量人流便捷地输送至沿线地下空间将实现市民便捷生活和空间价值提升的双重作用；在未建设地铁的城市，其中心区各地块地下空间的连通也是实现地下空间便捷高效利用的基础。总之，地下连通空间是实现城市地下空间公共化的重要基础。然而，尽管目前地下空间连通已经逐渐受到关注且在一些城市重要地段出现地下空间连通的设计实践和零星的理论探索，但是目前未见关于城市地下空间特征演变和空间模式的系统研究，正是在这一背景下，本研究对连通空间的内涵、演变及其模式与架构进行了相关研究。

1 城市地下空间连通的概念辨析

1.1 连通与联通

从字面含义看，连通指空间、实体、要素之间发生客观联系的一种连接方式，而联通则指非接触、有信息共享的非实体媒介交流形式。地下空间连通指不同地块、不同功能、不同建设时序的地下空间通过连通通道、地下街、地下公共空间等地下空间实体的串联实现连通的一种空间表征。在数学领域，无向图（undirected graph）的点u，v存在通路时认为点u，v是联通的，若无向图任意点是连通的则该无向图为连通图；有向图（directed graph）g的点u，v存在有方向的通路。有向图的连通根据可达性的不同可分为强连通、单侧连通和弱连通（图1），强连通包含单侧连通和弱连通，单侧连通也是弱连通，其逆均不真[10]，从数学领域对向图连通特性的界定可知单纯的向图具备可达性、传递性等表征，连通作为空间、实体或要素发生客观联系的连接方式，结合实体空间特征可以认为，连通空间的连接程度可从交通通达性、穿行便捷性、空间舒适性、功能协调性等特征予以表征。

1.2 互联互通与直连直通

连通方式不同可分为互联互通与直连直通。互联互通（图2a）是描述城市交通系统与周边城市设施相互关系的学术名词，强调系统间的连通性，这种宏观的连通概念更强调网络关系而忽视单体空间的连通需求。随着城市品质和效率提升，个体交通需求和人群商业价值得到重视，空间直连直通需求凸显，直连直通（图2b）强调通过提升被连通空间之间的 通行效率增加空间系统的网络化和商业价值。直连直通背景下，直连直通空间这种“点对点”的空间连接方式在规模、品质等方面需求将被愈发重视[11]。

图1 有向图连通示意Fig.1 connection of directed graphs

综上，连通空间指为实现不同地块、不同功能、不同建设时序的各类地下空间连通而建造的一类地下实体联系空间。为研究连通空间与被连通空间的相互关系，本研究所述连通空间特征及空间模式为包括连通空间自身及其与被连通空间连接公共空间相连部分。地下空间连通空间是以联系周边地下空间为主要目的一种地下交通空间，随着城市发展的需要，地下空间连通空间逐步衍生出交通+商业、交通+公服等复合功能类型。

作为联系独立地下的连通空间，按照空间封闭程度可分为开敞式连通空间和封闭式连通空间，按照连通空间立体化程度可分为单层式连通空间和多层式连通空间，各类连通空间功能和属性不一，以下详述之。

2 城市地下空间的连通特征

2.1 城市地下空间的连通空间特征

图2 互联互通与直连直通Fig.2 indirect connectivity and direct connectivity

作为目前地下空间开发中实际案例巨量呈现的一类空间模式，城市地下空间连通空间的分类多种多样[12]。按照封闭程度分可分为开敞式和封闭式；按照连通路径复杂程度可分为单廊式、多廊式和复合立体式；按照功能类型可分为通道式和功能复合式；有无轨道交通参与地下空间连通对连通空间特征影响也很大。地下空间连通空间的发展历程经历了从无到有、从简单到复合的发展途径，其主要类型的空间特征如表1所示。

图3 西单区域内各地下空间相互独立Fig.3 the sub-spaces in Xidan area are independent of each other

表1 城市地下空间连通空间特征Tab.1 features of connected space in urban underground space

早期地下空间主要作为城市或建筑的附属空间，因空间权属不同，各自相对独立，呈现碎片化的空间分布，如北京西单区域地下空间（图3），早期由于缺乏连通设置，各商场地下商业并不连通，商业价值受损；地下空间连通始于地下空间公共化，在城市空间立体化趋势下，地下空间突破以往以停车、人防为主的功能限制，地下公共建筑、地下商业建筑等建筑形式成为城市重要节点空间扩容、缓解土地资源短缺、提升土地开发强度和商业价值的重要方式。而各类地下公共建筑和商业建筑之间通过连通通道建立直接联系，特别是随着城市轨道交通建筑带动的站点和沿线地下空间开发，是进一步提升这些优势的空间保障。因此，城市地下连通空间可根据该城区有无轨道交通对其特征作初步划分。然而，无论是否与轨道交通产生关联，各早期处于独立状态的地下空间主要通过建设连通通道实现彼此连通，如上海中山公园地铁站站点与周边地下空间通过线性连通廊链接（图4），尽管这种线性链接的地下空间连通方式能提升地下空间的通达性，但其地下空间绕曲程度较为复杂且线路单一，通行效率较低，类似还有南京新街口地铁站区通过地下连通网络促进周边地下空间连通的案例（图5）。而在城市中心区，为促进地下空间系统成片，充分发挥其空间价值和商业价值，发展出诸如上海陆家嘴金融城地下空间这类既作为城市中心区地下空间的联系纽带，又能为区域提供商业和公共空间的地下空间综合体（图6）。一般而言，轨道交通站点影响域地下空间开发强度大，连通方式多样；无轨道交通地下空间连通方式和规模则较小。

2.2 城市地下空间连通特性演变的驱动因素

随着城市地下空间开发量的增多，地下空间逐步由初期的分散独立建设、功能单一发展为现阶段的规模扩大、功能多样化并越来越重视互联互通的发展模式，未来网络化的地下公共空间系统是城市重点区域地下空间开发的趋势所在[9]，前述地下空间联通空间发展是在促进这种地下空间系统形成过程中起到重要作用的手段之一。城市地下空间连通空间特征演变的驱动因素主要表现为以下几个方面。

图4 上海中山公园地铁站区地下连通廊Fig.4 underground connecting corridor of Shanghai Zhongshan Park Metro Station area

2.2.1 为提升地下空间消防韧性

随着地下空间的开发规模越来越大，人员密集度越来越高，地下空间的防火消防难度越来越大。由于地下空间的封闭性导致其火灾具有特殊性。地下空间中烟和热气不易排出，起火点温度达到一定程度时，由于气压抽力火势会迅速蔓延；地下空间环境复杂、方向感差，导致灾后疏散和逃生困难等问题突出[13]。

为实现安全疏散，地下空间每个防火分区的安全出口不应少于2个，且保证有一个出口可以直通室外。地下空间连通空间对于地下空间的安全疏散有着积极的作用和影响。通过作为连通空间节点的下沉式广场等开敞空间，连通周边地下空间为地下空间提供直通室外的安全出口，为地下空间人员疏散争取空间和时间。地下空间之间的连通通道可以作为避难走廊，通过符合消防规范的防火门或防火卷帘进行分隔，人员可以借用相连地下空间进行疏散逃生。

2.2.2 为提升地下空间商业价值

随着城市用地空间的日益紧张，地下空间开发的规模日趋扩大，地下空间也具有了不弱于地面建筑的商业价值[14]，尤其是地下一、二层商业价值更加突出。独立的地下空间大大增加了人流前往其他地下空间的难度，限制了地下空间商业的进一步发展。

图5 新街口网络化的地下连通空间Fig.5 networking of underground connected space in Xinjiekou

地下空间的连通可以实现被连接地下空间中人员的流通与交互，增加了地下空间商铺潜在顾客的数量，从而提升了空间的商业价值。特别是与轨道交通站点相连通的地下空间，轨道交通可以为周边地下空间带来大量的流动人群，在轨道交通换乘站这种现象更加明显，大规模的人流就意味着更多的即兴消费。同样商业类型的选择也至关重要，合理商业类型的选择意味着更大概率的消费[15]。

2.2.3 为促进区域地下空间网络

地下空间向着网络化的方向发展背景下，地下空间连通是地下空间网络化的重要途径。通过连通空间可以实现区域多地块地下空间的互联互通，促进区域地下空间网络的构建与发展。地下空间连通空间作为地下空间网络的重要组成部分，对于打造区域地下空间慢行系统，构建高效便捷的地下空间网络具有极其重要的意义和作用。

2.2.4 为提升城市活力与环境品质

地下空间的连通实现了区域地下空间的网络化和一体化，使人群实现在多地块地下空间之间的流动，可以实现区域地下空间的功能整合，更多的市政设施可以转移到地下空间中，缓解地面用地压力。更加丰富的地下空间功能可以为周边居民提供更加优质的服务，吸引更多的市民，大大提高区域的空间活力。

2.3 城市地下空间连通发展的限制因素

2.3.1 受轨道交通线路影响

图6 上海陆家嘴地下综合体作为连通空间Fig.6 Shanghai Lujiazui underground complex as a connected space

轨道交通与周边地下空间有着密不可分的关系，轨道交通不仅为周边地下空间注入新的活力，轨道交通站点周边的地下空间的价值也得到大幅提升。当轨道交通处于区域地下空间核心位置时，周边地下空间需要通过与轨道交通的公共空间连通实现间接联系，增加了彼此之间的穿行距离。当站点为换乘站时，还需要考虑轨道交通线路之间的换乘，使各地下空间之间的连通更为复杂，在地下空间这种方向感较差的空间中，增加了人员到达目的地的难度与所需时间。

2.3.2 受地下管线管廊影响

许多地下空间连通空间需要穿越道路，从而实现道路两侧地下空间的连接。城市道路下方有众多的市政管线，在设计和建设连通空间时，需要综合考虑各类管线对连通空间的影响，避免施工时对管线造成破坏。尤其是在已建成地下空间之间新建连通空间时，地下管线的影响会更加明显。

2.3.3 受复杂地质环境影响

地质条件是地下空间开发利用的重要影响因素，对于地下空间连通空间的建设来说，地质环境同样至关重要，良好的地质条件可以有效降低施工难度，减少造价。由于各地的地质环境条件各不相同，在连通空间建设过程中，需要充分考虑复杂地质环境对于施工以及后期使用的影响，不同的地质环境需要采用适宜的设计形式，综合考虑建设投入和收益，确定最终的设计方案。

2.3.4 受施工技术水平影响

受地质条件以及周围现有环境因素的影响，不同的地下空间连通空间的建设需要采用不同的施工技术。受已有技术水平所限，由于技术手段的不成熟或建设成本太高，许多复杂环境难以实现连通空间的开挖建设。技术水平是限制地下空间以及地下连通空间进一步发展的重要影响因素。

3 城市地下空间的连通模式与架构

3.1 城市地下空间的连通模式

一般来说，城市地下空间连通主要有地下空间（指除城市中地下轨道交通之外的地下空间）之间、地下空间与地下轨道交通之间和地下轨道交通之间的连通空间（非换乘空间）这三种模式，由于承担的功能、发挥的作用等方面的区别，不同属性地下空间之间连通的空间特征、连通模式也有所不同。对于地下空间连通模式的探讨可分为地下空间之间的连通模式和地下空间与轨道交通的连通模式。由于轨道交通引导下的地下空间开发往往伴随着沿线或站点影响域多个地块的地下空间开发及连通[16]，因此，对地下空间之间连通的分类包含于地下空间与轨道交通的连通模式。

3.1.1 地铁—地铁连通空间

地铁与地铁之间的连通空间以交通功能为主，主要是为了实现地铁线路之间的便捷快速换乘。由于地铁线路建设时序以及地铁站点布置等诸多问题，造成许多地铁之间连通效果较差。在北京、上海等地，许多早期地铁线路与后期建设线路之间的换乘站中，乘客需要经过较长的连通空间才能实现换乘，如北京5号线与15号线大屯路东换乘连通空间线路距离很长，尽管能实现线路直联直通但通勤效率大打折扣。随着技术的进步和理念的完善，一体化的建设实现了轨道交通的立体换乘，如南京1、2号线新街口换乘站。

3.1.2 地铁—地下商业连通空间

地铁站点可以为周边商业空间带来大量的人流，从而实现区域地下空间功能整合，激活空间活力，提升空间价值[17]。随着轨道交通的迅速发展，站点周边商业对于连通的诉求日益突出。商业与地铁直接的连通也从自发建设发展为整体规划建设[18]。连通通道以交通为主，或有少量配套性商业服务设施。如果步行距离过长，需要通过景观装饰来增加行人步行活动的耐受性，提升步行的愉悦度[19]。

3.1.3 地铁—地下综合体连通空间

随着地下空间开发规模的扩大以及相关规划理念政策的完善，地下空间实现了一体化发展，地下综合体成为当下地下空间开发的主要模式。地铁作为地下综合体的重要组成部分，通过立体化的连通来实现其对地下综合体的推动和促进作用。立体化、多层次的连通使地下空间成为一个有机的整体，为人们提供更加优质的生活服务[20]。

3.1.4 地铁—地下停车场连通空间

城市轨道交通的快速发展极大程度地方便了城市居民的日常生活，大大增加了城市公共交通的可达性，扩大了人们的活动范围。通过地铁与地下停车场的连通，实现轨道交通与其他公共交通工具或私人交通工具的快速便捷换乘。为人们出行提供便捷的末端交通体验。

3.1.5 地铁—地下公共空间连通空间

城市地块可以大致分为公共属性和非公共属性两种类型，公共空间主要是指城市居民可以自由展开公共活动的城市功能区域。城市地下空间的连通更多是实现与地下公共空间之间的连通，地铁与地下公共空间的连通可以进一步增强区域地下空间的活力和凝聚力。

此外，按空间维度分，城市地下空间换乘可分为平面换乘（图7a）和立体换乘（图7b）。在纯粹的换乘空间中，平面换乘优于立体换乘，因为在同一平面内可以结合换乘空间，布置多种其他类型功能，形成丰富的换乘体验；而立体换乘空间中多为楼梯或自动扶梯，其他功能难以介入；在大型换乘综合体当中，立体换乘则要优于平面换乘，大型换乘综合体中置入商业和公共服务等功能也能营造更丰富的换乘体验。

3.2 地下连通空间的功能组合模式

从一些研究中得知，专门的连通通道仅作为简单的连通空间，空间单调、形式单一，所在区域地下连通空间利用率低，市民更愿意在地面横穿马路通行，导致该区域交通拥堵安全性低[21]。实践表明，对地下空间及其连通空间进行功能策划和设计形成多样化功能可有效促进地下连通空间利用率，导入的人流也是商业价值提升的重要保障，商业化运作的连通空间可为行人提供更安全、舒适的通行环境。鉴于地下空间发展较好的城市大多围绕城市轨道交通开发地下空间，本研究通过目前地下空间连通空间实践案例分析，提出以轨道交通为基础，以空间连通为导向的地下空间模式，主要包括结合商业和轨道交通结合公服功能两种连通空间架构模式（图8）。

图7 不同维度连通空间Fig.7 connected spaces of different dimensions

图8 空间连通导向的地下空间模式Fig.8 space connectivity oriented utilization model of underground space

3.2.1 交通+商业功能之模式

本研究所述交通专指地下轨道交通，城市轨道交通因其运量大、效率高，越来越成为市民日常出行的主要交通工具之一，而轨道交通与其周边地下空间属于不同持有方，因此需要通过建设地下联通空间实现空间联通。而这正为交通+商业功能之架构的地下空间联通空间体系的发展提供了必要条件，轨道交通的大量人流，通过联通空间通往地下商业可有效提升地下商业价值（图9）。

3.2.2 交通+公服功能之模式

交通+公服功能之架构则是指通过联通空间实现将轨道交通的大量人流引导至城市大型公共服务空间的联通模式，这种模式的联通空间及其公服空间包含地铁公共空间、地下道路、地下车库、地下防灾减灾设施、地下市政设施、地下建筑设备等地下化的城市功能[22]。如上海世博会园区通过开发构筑了节约发展、层次丰富的公共活动空间，高速安全的地下交通体系，便捷舒适的地下人行空间，生态绿色的，地下园林空间等[23]，地下联通空间是实现地铁大量人流和世博园区大面积公共服务空间联通的关键所在。

除以城市地下轨道交通为中心的联通空间架构外，还有一些中小城市如淮南市商业较为发达的中心区，存在通过联通空间形成中心区地下商业网络，并与周边城市主干道地下商业街联通形成城市地下公共空间体系的模式。随着城市地下空间公共化趋势发展愈发成熟，未来将会形成更多的“连通功能+”的适应城市发展需要的地下空间连通空间架构。

4 城市地下空间连通的发展趋势

4.1 功能多样化

地下连通空间在利用功能上从单一的连通功能到多元化利用，地下空间连通空间功能多样化发展趋势与城市地下空间公共化和市民需求密切相关，主要包括地下商业步行街连通空间、地下文娱兼连通空间、地下轨道交通换乘兼地下商业连通空间等。

4.2 模式复杂化

城市地下空间经历了从简单的建筑物地下室到通过连通通道形成区域地下空间整体，再到地下空间进一步开发形成地下综合体统领的城市重点区域地下空间系统，再到由地下轨道交通与地下综合体相连通形成城市地下空间网络[24]。地下空间连通空间在这个过程中同样经历了从简单的纯连通到商业、公服功能介入，其不断丰富的空间类型和规模是城市地下空间发生的基础条件，因此随着城市地下空间的发展，特别在特大城市的城市中心区，地下空间开发需求巨大，不同功能和空间的导向和复杂地质工程条件的限制下，地下空间连通空间的利用模式将愈发复杂。

4.3 空间立体化

随着城市的发展，城市中心区域地下空间开发强度逐步提升，日本东京、涉谷、八重洲等区域出现了地下空间分层开发的现象[25]，这与城市地下空间立体化、深层化开发密切相关，城市地下空间立体化、深层化开发促使地下空间功能、规模均愈发丰富，各类功能在各层标高间需要直连直通以实现地下空间功能网络和系统形成[26]。上海陆家嘴城金融城核心区地下空间开发项目中也出现与金茂地下一层、地下二层分层立体连通、与周边的环球金融中心、上海中心等建筑地下在不同标高连通[27]，未来还将继续与周边轨道交通实现直连直通，通过该工程将促成上海陆家嘴城核心区地下空间的网络化和系统化。在寸土寸金的城市中心区，伴随着地下空间立体化的地下空间连通空间立体化是未来实现城市中心区空间一体化的必然方式。

4.4 形态网络化

地下空间形态是地下空间除围护结构之外的形态表征。城市层面的地下空间连通空间主要是通过对地下轨道交通站点、线路和网络及其周边地下空间连通通道的建造实现城市地下空间系统连通[28]，反应在城市形态层面的特征主要有通过轨道交通线路形成的轴线化地下空间连通（图10）和城市重点区域轨道交通网络形成的团状地下空间系统。

5 结语与展望

图9 交通+商业功能之架构Fig.9 structure of transportation + commercial function

图10 轴线化地下空间连通Fig.10 axisized underground space connection

在目前城市地下空间建设缺乏统一规划、建设时序不一、缺乏互联互通的背景下，地下空间连通空间是实现真正意义上地下空间规划的基础，也是体现城市地下空间开发水平、价值和质量的根本。地下空间连通的特征演变是城市地下空间规划探索的真实反映，一方面，地下空间连通的开发建设促进城市未来空间系统完整性的提升和城市地下空间系统的形成；另一方面，地下空间连通的内部功能、空间形态的不断丰富也是其商业价值的重要体现。尽管目前地下连通空间存在责任主体、审批、运营等多种问题，作为实现地下空间联系的纽带，地下空间自带“流量”。因此，本研究基于这种“流量”特征提出交通+商业和交通+公服两种地下空间开发架构，可以确保地下连通空间在实现地下空间整体和连续的同时，仍然可以为社会提供福利和商业价值。需要指出的是，随着地下连通空间作为空间逐渐被设计和建造，地下空间之间的链接壁垒将被清楚，地下连通空间的体量、尺度和功能也不断丰富和完善，未来地下连通空间在完成基础的“连通使命”外，其附属价值也应该被更科学理性地对待，诸如地下连通空间功能组成多样性、地下连通空间连通度、地下连通空间影响域及其作用机理等方面的研究可进一步促进地下连通空间科学开发。可以预知，随着城市地下空间连通空间的完善，城市地下空间规划和设计将逐渐成为一个整体，未来将会产生诸如地下空间立体化、功能复杂化等新问题。城市地下空间在免受地面交通拥堵、环境污染等问题的前提下，将形成城市新的空间活力节点，为更好地促进城市居民生活品质提升提供空间。