浅谈北京城市地下空间发展趋势

吴济琳

（中国建筑设计研究院）

1 引言

几年前我国第一部国产硬科幻大片《流浪地球》横空出世[1]。影片中人类为生存而建造的“地下城”让人印象深刻。随着当代社会的发展，人们不断向高空侵占的同时，也慢慢将注意力移至地下空间的探索。未来北京城，将会变成一个魔幻的摩地城市。

2 地下城市概述

国际建筑界流传这样一句话：“19世纪是桥梁世纪，20世纪是高层建筑世纪，21世纪是地下空间世纪[2]。”地下空间在现代城市发展进程中日趋重要。自古以来，人类从未停止过对“地下城”的探索：公元三世纪，土耳其卡帕多西亚便存在一百多个“地下城”[3]（见图1）。我国地下空间亦历史悠久，军事利用占重要地位：河北省雄县的“古辽边防隧道”享有“长城墙”的美誉（见图2）；九百多年后，中国人在这片土地上使用类似“隧道”打击侵略者；现在，我们依然在地下进行活动（见图3）。

图1 土耳其地下城[3]

图2 宋辽边关地道

图3 北京地下城

地下空间的开发利用愈演愈烈。芬兰有一含盐、水量十分适宜的氧吧，位于地下120m之处，独特的地理位置使其温度始终保持在11℃～12℃，几乎无细菌和过敏原，如此的地下公园十分适合对空气质量要求较高的病人的疗养。我们可预见的是，“地下城市”在未来只增不减。正如Oscar Newman城市计划所表达的那样，也许未来某天我们会搭乘竖井上下穿梭，领略“城市倒影”（见图4）。

图4 地下城设想图解（图片来源：Oscar Newman）

3 发展地下空间的现实条件及优势

3.1 城市发展要求促进地下空间发展

北京城市规模的日益扩张和人口的不断攀升，土地资源严重匮乏，充分利用地下空间可以加快城市发展与建设，降低因城市发展而浪费的土地[4]。城市功能集中，地面建筑空间布局紧凑，规划用地向饱和阶段逼近，形成向地下发展的主要方向；北京交通问题日益加剧，利用地下空间发展铁路运输和处理城市停车问题，已成为其首要与必要选择；北京是国家历史文化名城，有效利用城市地下空间能更好保护城市地面环境和文化历史遗存；人们对生态环境和地面绿地的需求逐渐增加，相当一部分生态功能已成功出现在地下，利于改善城市生活环境。

3.2 经济发展达到地下空间大规模阶段

参考发达国家对城市地下空间的相关指标，要求国家达到工业化快速发展阶段，即人均GDP达到1000美元～3000美元[5]。我国目前已完全满足要求，从城市经济角度看，北京具备地下空间发展的相关条件，可进行大规模地下探索。

3.3 地质条件为地下空间开发利用提供良好基础

北京地势西北高、东南低，但相差不大，基本为平原，城市中心主要为土层结构，30m～50m以下为岩石层，承压水层在地下20m～50m以下。地下拥有最多原材料便是厚实土层，在此天然保温层的保护下，冬暖夏凉，隔热性能优，密闭性强。北京拥有较为优质的地质条件，其地下空间发展不失为一种经济高效、绿色低碳的开发形式。

4 地下城市运行模式

北京将朝系统化、立体化、有序化、体贴化方向发展，未来地下城市势必是一个复杂的生长系统。地上、地下功能相互配合，完成两个界面的立体统一；设计、施工、运营等阶段依靠技术支撑，转负为正，营造适宜人们居住的地下环境；公共交通系统、公共服务设施以及市政功能等方面将呈现统一管理的趋势，为城市发展带来新机会。

4.1 地下空间综合利用

谢和平曾提出未来地下城市构想，按深度将其分为五个层面：0m～50m、50m～100m、100m～500m、500m～2000m和2000m及更深，各含不同具体内容[6]（见图5）。

图5 谢和平提出的未来地下生态城市构想[6]

4.1.1 交通系统

地下交通系统已取得巨大成功：地铁能够有效减少地面交通拥堵，已成为探索地下空间的必然选择；智能停车运输系统、电子停车收费系统和地下停车位置引导系统等的广泛应用，为开发地下停车系统提供了新思路。交通系统置于地下，消除了噪声污染，减轻了地面道路的紧张，减少了交通事故。

随着物流产业货运数量和种类丰富度不断增加，货流交通给城市带来更大挑战：货流人流相互交叉产生干扰，危害生态环境，这些矛盾在地下物流系统中被巧妙化解。一方面解决城市交通矛盾及由此产生的港口城市冲突、环境污染、能源消耗等问题；另一方面突破智能物流的瓶颈，实现真正的智能城市。更加便捷低碳的地下交通系统将是城市的发展目标。

4.1.2 人防工程

地下人防工程建设与医院紧急救援及地下交通系统进行结合，可完成战时紧急疏散，最大程度保护人们的生命安全，达到平战结合、平战转换的要求。但需注意，面对不同地下空间要采取不同的结合策略与转换方法，实现平战一体化趋势下一处一议的针对性建设[7]。

4.1.3 实验研究

在地下空间进行需特定环境的医学研究与治疗活动，利用其不易感染、恒定的特殊环境，建造利于病患恢复的地下空间。建设地下温室，农作物生长不受季节与天气变化的影响，LED灯模拟光照条件，不需农药，大力发展绿色健康的实验性农作物。在较深的地下空间安装强子对撞机探究更多奥秘，地下空间也可作为人类的宜居环境。

我们对地下空间的研究不只局限于解决社会功能矛盾，而是从城市整体建设与人类美好生活角度出发，实现各方面的融合，将地上城市的建设经验运用于地下城市发展之中。

4.2 地下生态圈

4.2.1 人造阳光与通风系统

利用光纤进行阳光远距离传输，光线渗透至地下城中任何地方，整座地下城市都像地面一样享受阳光（见图6）。土壤是一种丰富的自然资源，可作为提取氧气的介质，满足地下城市必要的空气流通。建立主要通风井引入空气，再通过数千个小管道将空气分布于整个地下城。通风井也被用作水井，一条地下河便是饮用水的完美来源，地下河和水井为地下城提供足够的生活用水并通过灌溉系统分布各处（见图7）。

图6 人造阳光原理图（图片来源：作者自绘）

图7 地下城市通风和水井系统（图片来源：作者自绘）

4.2.2 生态自循环体系

地下城市与地面城市之间最大的差别在于自然界的直接接触面，通过技术手段使地下城市能够具备日照、水、空气等自然条件，满足地下植物栽培基本要求，地下城市便形成一个自给自足的小型生态自循环体系。亦可利用地下独特环境，培育特殊的新型植物，则存在其他角度的生态系统的可能性。

4.3 智慧建造

计算机仿真、人工智能和遥感技术为未来城市地下空间发展提供新的认知方法[8]。地下城市建造中BIM与GIS技术作为大力发展的技术将拥有重要地位，在BIM平台上将其分类，统一成整体，再利用GIS技术进行细致研究，掌握其信息并录入BIM系统，实现BIM与GIS技术相结合的地下城市智慧建造。

4.4 技术支撑

地下城市建设面临最主要技术要求是土方挖掘，这要求大力发展机械挖掘自动化技术，以及地下空间形态与功能复合性要求，满足多种活动、设施的共同存在，其他高效便捷的施工工艺不断改进与产生[9]，将地下空间初步开发成本降到最低。

5 发展地下城市需注意的问题

发展地下城市也需注意相关问题，首要便是城市向下发展不可过于肆虐，在节约土地资源的基础上，更要聚焦于地下城市建设相关原则。

5.1 开发与保护相结合

开发地下空间要做好原有地下结构的改造利用，对地下文物进行保护，使其朝着更安全、科技、智能、绿色的方向发展，营造一个舒适的地下家园。但在发展地下城市的同时，更要注重资源节约与环境保护，及对城市现有景观和历史遗迹的保留，使之成为开发利用地下城市的独特之处。

5.2 地上地下协同融合发展

地下空间发展不能忽略与地面的关系，两者均为城市空间的一部分。坚持地上、地下区域协调规划，确保从上到下的发展，提高高密度城市的承载能力与地下空间开发率，改善土地利用，实现工作、住房、生活、娱乐和休闲等功能的垂直叠加。以此角度预测未来地下城市建设将朝以下方向发展[10]：①地上地下协同发展，建立立体城市完成多个界面相互关联；②解决目前存在的地下空间岛相关矛盾，完善地上地下连接转换系统；③建立新的人防系统，将其与城市救援、紧急疏散相关联。

5.3 建立前瞻性战略规划

地下城市的开发利用无法逆转，一旦建成就很难拆除重建。这要求我们一定要进行科学性、前瞻性和创新性的系统规划[11]。依据自然环境、历史人文、现状及战略位置、发展方向等方面，结合国家未来政策、领土发展、区域规划、总体规划等来确定，抓大放小，由主到次，争取一次到位，而后分阶段分批分期实施，短期内无法实现则考虑 “规划留白”，预留合适的接口或改造的可能性。

5.4 自然灾害的应对

地下城市并非避免所有自然灾害的天堂，当发生地震等地质灾害时，地下城的损失更大。若发生洪水、海啸、火灾、爆炸及其他人为灾难，地下城将被摧毁，居民将会受苦。因此地下城相关研究需同步进行，火灾探测、火灾报警系统、自动灭火设备等保护机制，自然灾害应对保障，火灾、洪水和地震等灾害评估技术、地下结构监管与修复技术等，使地下城市建设朝着安全、科学的方向发展。

6 结语

总之，探索并开发地下空间在未来势在必行，不仅会为城市建设注入新的生机，还能够促进城市功能的不断完善，满足并优化人们的生产生活需要。由此看来，地下空间将会带动地上城市的发展，共同建设美好生活。以技术创新为引擎，不断提升地下城市的综合利用，那么2050年的北京，与地上生活无异且可随意切换的地下空间将能够成为现实。