城市更新背景下市政基础设施地下化绿色发展思考——以江苏省为例

黄 俊,刘启龙,赵 光,季红玲,2,王思聪,高 凡,3,张琛浩,李 奥,4

(1.苏交科集团股份有限公司,江苏 南京 210019; 2.南京市地下空间绿色智慧技术工程研究中心,江苏 南京 210019; 3.中国城市科学研究会地下空间专业委员会,江苏 南京 210019;4.江苏省地下空间学会,江苏 南京 210019)

0 引言

“十四五”时期城市更新的重要目标是优化城市功能结构、修复自然生态空间,将绿色低碳生态理念融入城市更新中,构建绿色低碳的更新机制,创建绿色低碳技术创新体系,探索绿色低碳更新的方法和措施,实现城市与自然和谐共生、完善城市功能、持续改善城市人居环境。

绿色发展是以效率、和谐、持续为目标的经济增长和社会发展方式。其是在传统发展基础上的一种模式创新,是建立在生态环境容量和资源承载力的约束条件下,将环境保护作为实现可持续发展重要支柱的一种新型发展模式[1]。在城市转型关键时期,随着城市集约化发展,地下空间开发带动土地集约开发与价值提升的关键作用逐渐凸显[2]。地下空间是巨大而宝贵的空间资源,对其进行合理开发利用能够促进我国的绿色发展。绿色城市是指为实现更高水平的生态平衡,大幅减少环境污染并使自然资源得到更为合理的配置,同时形成可持续的生态安全保障体系,从而降低城市发展成本,建立起一种社会与自然高度和谐融合、功能高度复合的城市模式。建设城市地下空间是转变城市发展方式、治理“城市病”并建设绿色城市的主要着力点[3]。科学适度、经济有效地开发利用地下空间资源,将成为我国城市绿色低碳化发展的最佳选择[4]。当前,我国城市发展处于由大规模增量扩张转向存量提质的新时期。在严控增量、抑制城市无序蔓延的背景下,城市可供建设的新增土地愈发紧张[5],如何更好地利用地下空间成为所有城市面临的难题。市政基础设施建设是城市更新的重要部分,主要包括城市道路、供电、供水以及污水处理及管线等市政设施,是保障城市基本运行的重要生命线,是城市高质量、绿色发展的重要内容。典型市政基础设施包括垃圾中转站、变电站、自来水厂和污水处理厂等场站及其管网。地上市政基础设施不仅占地面积较大、工艺构筑物布置零散、无法与周边环境相协调,还伴有噪声和空气污染;因景观性较差和邻避效应,周边土地无法开发利用,导致闲置浪费,这对土地资源日渐紧缺的大中城市发展有较大的影响。

城市建设的深化促使市政设施趋向地下化,其中污水处理厂、垃圾转运站、变电站是市政设施地下化的主要组成部分。近年来,我国一些发展水平较高、人口密度较大的城市纷纷开始探索建设地下市政设施,以解决土地资源紧缺与生态环境之间的矛盾。将市政基础设施地下化建设是城市建设的集约绿色可持续发展的一种典型模式,也是城市更新的重要部分。地下市政基础设施具有土地集约、环境友好、资源利用率高的特点。市政基础设施地下化建设因经济因素、安全防灾因素、综合效益因素等制约了其发展。

目前国内工程技术人员开展了地下污水处理工艺、占地问题、建设等相关探讨[6-8],但在占地面积、开发模式、建设运维标准、节能减碳等方面研究不多。本文通过对江苏省地下市政基础设施调研发现,江苏省内地下市政基础设施的建设多因用地和周边环境的限制,为被动式选择地下建设形式。本文通过调研对市政基础设施地下化建设发展中的制约因素进行梳理和分析,从节约土地、节水、减少环境污染、综合能源利用等方面提出地下市政基础设施的绿色低碳发展思路,以及协同利用城市存量空间应用设想及思考。

1 市政基础设施地下化绿色发展历程

1.1 市政基础设施地下化与绿色发展的关系

绿色发展理念是以人与自然和谐为价值取向,以绿色低碳循环为主要原则,以生态文明建设为基本抓手,优化生态环境,形成节约资源和保护环境的空间格局。

市政基础设施地下化建设可使其占地面积大大缩小,节约地面土地资源,并可与城市景观相融合,地面空间可建设成城市水生态、多功能综合体等,提升了周边土地使用价值,推进了空间集约高效发展;同时,避免市政基础设施产生的噪音和气味对环境和居民生活产生影响,提升了城市区域环境及资源的有效利用,保障了城市的可持续发展。市政基础设施地下化后释放出更多的地面绿色生态资源,提升了城市核心区的减碳固碳能力,改善了周围环境品质,实现了节能减碳的目的。

利用市政基础设施地下化建设提高城市空间利用效率、提升城市综合承载能力,形成节约资源和保护环境的生态发展格局,实现绿色低碳循环发展之路。

1.2 国外市政基础设施地下化发展历程

国外市政基础设施地下化发展已经经历了很长一段时间。芬兰于1932年建设了世界上第1座地下式污水处理厂——赫尔辛基市Viikinmäki地下式污水处理厂,其建在市中心附近,取代了地面上约10座小型污水处理厂,腾出的地面空间用于城市综合开发。1942年,为了应对寒冬地区冬季厚重的积雪、浓雾及结冰问题,瑞典的首都斯德哥尔摩市建造了世界上第1座现代化地下污水处理厂。1979年,荷兰鹿特丹Dokhaven市政污水处理厂开始动工建设,其主体污水处理工艺构筑物完全置于地下,总占地面积仅相当于常规式污水处理厂的1/4,地上部分现今已变成一个面积5万m2的公园。

据统计,目前世界上10多个国家稳定运行的地下污水处理厂共有200余座,均取得了较好的经济效益、社会效益和生态环境效益[9]。其中,芬兰图尔库市Kakolanmäki地下式污水处理厂是由位于地下的废弃岩石场改造而成,于2009年1月1日建成并投入运行,为能源利用和热能回收结合的典型案例。至2020年,Kakolanmäki污水处理厂综合能耗为35 (GW·h)/年,自身产能225 (GW·h)/年,即自身产能已超过自身能耗的6倍,成为地下能源工厂[10]。国外市政基础设施地下化发展经验给国内提供了借鉴,带动了国内市政基础设施地下化发展。

1.3 国内市政基础设施地下化发展历程

1.3.1 地下污水处理设施

国内对地下污水处理设施的探索开始于我国香港与台湾地区。赤柱污水处理厂是香港于1995年建造完成的亚洲地区首座建于岩洞内的地下污水处理厂,如图1所示。其主要由3个长约120 m、宽约15 m和高约17 m的大洞室组成,并有超过450 m长的通道、通风隧道及竖井连接。污水处理量为1.2万 m3/d,服务人口约27 000人。台北市在1998年开始着手建设内湖地下污水处理厂,其为台湾地区第1座地下污水处理厂,设计污水处理能力为2万 m3/d。

(a) (b)

近年来,随着城市化进程的不断加快和对环境要求的不断提高,地下污水处理设施因其绿色和谐、自然友好等优点受到国家及各省市的关注,目前已在全国多个重点城市修建,其中,经济相对发达的广东省和浙江省数量最多[11]。截至目前,我国在建和运行的地下式污水处理厂超过200座,其中,广州已累计建成地埋式(含半地埋)污水处理厂14座,成为全国最大规模“地下水工厂群”。

地下污水处理厂在设计形式上呈现出多样化,包括半地下式、全地下式、隧道式等;上部建设有公园、湿地、球场、宿舍和写字楼等。建设地点主要位于城市上游区和城市中心区,还有一些位于城市居住区内。例如:深圳布吉污水处理厂地下构筑物顶层覆盖1.5 m厚土壤,种植深根型大株热带植物,地上空间为市政休闲公园,建有足球场、篮球场和羽毛球馆等体育场所,如图2所示;贵阳贵医再生水厂上方建有宿舍和超高写字楼,如图3所示;广州京溪污水处理厂上方建有人造坡地,如图4所示; 北京槐房再生水厂池顶为湿地公园,如图5所示。市政基础设施地下化后释放出巨大的生态价值,实现了城市绿地公园与地下空间复合开发利用的“共赢”。

图2 深圳布吉污水处理厂

图3 贵阳贵医再生水厂

图4 广州京溪污水处理厂

图5 北京槐房再生水厂

地下污水处理厂在规划设计中与海绵城市建设有机结合,可以充分发挥污水处理设施的就近处理能力及构筑物功能特点,将污染较严重的初期雨水引入处理流程,有效助力年径流污染及径流总量控制率目标的实现,并利用再生水进行海绵设施的养护和浇灌,更好地体现节水的理念。上海虹桥污水处理厂(如图6所示)开创性地构建了“地下再生水系统”和“地上再生水系统”2大系统,整个污水处理厂绿化率覆盖面积达90%以上,全面融入海绵城市的绿色建设理念,当雨天或遇到超量污水时,污水可先进入调蓄池暂存,待晴天再进行处理。该污水处理厂采用集约化地下式布置形式,污水处理构筑物整体下沉,污水厂上部建设集文化、科普及休闲于一体的城市景观绿地,解决污水处理与周围环境协调的矛盾。内江市谢家河地下再生水厂(如图7所示)地上为海绵公园,地上建设有篮球场、机动车停车位、绿地、人行步道等设施,再生水作为谢家河景观补水、市政绿化及道路冲洗用水,有效促进水资源循环利用,助推内江市海绵城市建设;地上安装了光伏发电,让污水“再生”的同时实现光伏发电、节能降碳。

图6 上海虹桥污水处理厂

图7 内江市谢家河地下再生水厂

1.3.2 地下垃圾处理站

国内地埋式垃圾中转站新建数量超过700座。2023年4月,全国首座日处理规模为2 000 t的全地埋式垃圾压缩转运中心——成都市武侯区城乡环境综合治理中心项目正式运营,垃圾压缩站采用全地埋式建筑形式,上部为坡地城市公园(如图8所示),将公园形态与城市空间有机结合。整个垃圾处理过程全部在地下操作,噪音和异味已被处理,站外干净整洁。地面上的绿化景观能收集净化雨水、改善周边空气湿度、缓解城市热岛效应,并与周边环境融为一体,变身为市民后花园。

图8 日处理规模为2 000 t的全地埋式垃圾压缩转运中心

1.3.3 国内城市市政基础设施地下化典型案例

具体见表1。

表1 我国部分城市市政基础设施地下化典型案例

2 江苏省市政基础设施地下建设典型案例及绿色低碳分析

2.1 江苏省市政基础设施地下化建设情况

江苏省市政基础设施地下化建设起步较晚,随着国内城镇化进程的加速推进和对环境要求的不断提高,市政基础设施地下化的建设规模和数量也在逐年增加,江苏省城市地下污水处理厂建设情况具体见表2,地下垃圾中转站建设情况见表3。

表2 江苏省城市地下污水处理厂建设情况[12]

表3 江苏省地下垃圾中转站建设情况(不完全统计)[12]

张家港金港污水处理厂是江苏省首座全地下式污水处理厂,于2012年12月投入运行。截至目前,省内已运行的地下污水处理厂共4座,均位于苏州市,总处理量达到28.2万 m3/d。南京、无锡、徐州的地下污水处理厂也在积极筹建之中,届时省内地下污水处理厂处理规模将达到100万 m3/d以上。

截至2020年底,江苏省已有2座地下垃圾中转站。南京市正在推进将已建大中型垃圾转运站因地制宜逐步改造为半地下式垃圾转运站的工作。

截至2021年底,江苏省已建成投运的地下变电站有3座,为35 kV无锡春申地下变电站、无锡商厦地下变电站和苏州轨道交通3号线工程通园路主变电站。

2.2 典型案例

2.2.1 张家港金港污水处理厂

张家港金港污水处理厂2012年年底投运。占地面积2.4万 m2,设计总规模5万 m3/d,1期规模2.5万m3/d,服务人口20多万。污水处理构筑物及上层的检修空间组成的一体化箱体全部位于地面以下,各种构筑物和设备在不同的标高层垂直布置,充分利用空间以节约用地,地面布局合理、景观优美,如图9所示。

图9 张家港金港污水处理厂

2.2.2 苏州狮山全地下式水质净化厂

苏州狮山水质净化厂前身为现厂区东侧的苏州新区污水处理厂。该厂为高新区第1座污水处理厂,于1996年投入运行。随着高新区狮山板块经济的快速发展和转型升级,为盘活原新区污水处理厂周边存量土地资源,更新城市面貌,2016年4月确定了在现厂址附近新建地下式污水处理厂。2022年3月建成,目前为苏州市首座全地下式水质净化厂,如图10所示。其占地面积约3.8 hm2,设计规模为10万 m3/d,其中30%尾水可再生利用,总投资约7.57亿元。厂区共4层,地上、地下各2层。地上2层建设坡地公园,美化环境、增加公共绿地的同时能够改善周边居民的生活环境; 地上1层建设公共停车场,提供车辆集散场所的同时能够为水质净化厂带来一定的经济效益; 地下1层为操作层,污水处理的相关设备均设置在该层,方便设备检修和人员巡检; 地下2层为构筑物层,为预处理和生化处理单元。

图10 苏州狮山水质净化厂

厂区采用了“水源热泵”“磁悬浮风机”“精确曝气系统”等低碳化技术,以提高污水处理系统的耐久性,降低运营期间的维护成本。

原新区污水处理厂地下化后大幅度改善了厂区周边的生态环境质量,与同等规模地上式污水处理厂相比,其占地面积减少了近60%,有效整合了土地资源,实现了土地的集约利用,带动了区域经济发展,建立了市政基础设施建设与生态文明建设相结合的典型模式。

2.2.3 徐州奎河污水处理厂

徐州奎河污水处理厂为江苏省处理规模最大、徐州第1座全地下式污水处理厂,设计规模20万 m3/d,目前在建。其采用全地下箱体形式,工程总占地约6.2万 m2,厂区封闭管理区域约2万m2,剩余区域全部作为城市绿地对外开放。建成后的效果图如图11所示。

图11 徐州奎河污水处理厂效果图

2.2.4 南京江北新区研创园净水站

研创园净水站位于南京市浦滨路和五桥连接线交叉口东北侧,设计处理规模为12万 m3/d,尾水部分作为中水回用,经河道两侧设置的垂直潜流人工湿地净化后作为附近区域内河道的生态补水。投资估算12.79亿元。地下箱体平面总尺寸为422 m×70 m,地面为休闲公园,建成后的效果图如图12所示。地上地下综合开发,打造水务综合体,塑造绿廊城市界面。

图12 南京江北新区研创园净水站效果图

2.3 地下污水处理厂绿色、低碳特点分析

通过对江苏省内地下污水处理厂典型案例进行分析可知,地下污水处理设施绿色、低碳主要体现在以下4个方面。

1)地下污水处理厂节省占地面积。地下污水厂处理构筑物集中在一个箱体内,各功能单元布置紧凑,且无需考虑绿化和隔离带的要求。江苏省部分地下污水处理厂占地面积统计见表4。传统地面污水处理厂占地面积指标一般为0.8～1.0 m2/m3。由表4可知,地下污水处理厂占地面积指标一般为0.31～0.48 m2/m3,较传统地面污水处理厂节约土地1/2～2/3,有效节约了地面土地资源,推进了空间集约高效发展,将城市打造为绿色低碳、复合低耗、高效智能的城市基盘[13]。

表4 江苏省部分地下污水处理厂占地面积统计

2)地下污水处理厂对环境影响较小。污水处理设施均布置在地下,地面上几乎感受不到污水处理设备运行时的噪音,同时污水处理过程中散发的气体全部通过除臭系统处理,避免了对环境和周围居民生活的影响,地面环境的改善及资源的有效利用,保证了城市的可持续发展。

3)地下污水处理厂提升了城市区域环境及周边土地使用价值。通过统筹规划地上、地下空间,将单一功能的污水处理厂与城市景观相融合,地面空间建设成城市水生态、多功能综合体等,提升了周边土地使用价值,盘活了存量资产。例如:苏州狮山水质净化厂地下化建设后,占地面积约为传统地上建设模式的1/3,按周边土地成交价估算,狮山水质净化厂下沉后释放的土地价值最高约49.58亿元,是其建设投资的6.5倍。

4)污水处理厂地下化建设促进了城市的绿色低碳发展。市政基础设施地下化后释放出更多的地面绿色生态资源,提升了城市核心区的减碳固碳能力,改善了周围环境品质,实现了节能减碳的目的。

排水、污水管道通常敷设在道路下方,占用了大面积的道路,浪费了大量的地下空间资源,还存在着一定的安全隐患。由于线路维修或其他原因,市政管线经常反复开挖,对交通和居民的正常生产生活造成了严重的影响,还导致了资源、资金的浪费,与科学发展观的要求背道而驰。市政基础设施城市内就近地下化建设可缩短污水管线及再生水管道长度、减少管网输送中可能的泄漏污染,再生水资源可就近及多场所使用,具有更高的利用价值和更广泛的利用场景,在节约水资源方面具有突出优势;同时,管网输送距离的缩短降低了大量的输送能耗,实现了节能降耗。

3 江苏省内市政基础设施建设需求分析

江苏省近3年接到污水处理设施相关投诉130余条,垃圾处理设施相关投诉190余条,其中,涉及“邻避效应”的投诉占比分别为48.9%和56.2%。江苏省发展和改革委员会等10个部门印发的《江苏省推进污水资源化利用的实施方案》中明确要求,结合现有污水处理厂改造升级和新扩建工程,至2025年,鼓励结合地区开发建设,采用EOD开发模式,建设一批“新概念”污水处理厂、下沉式污水处理厂,促进生态环境高水平保护和区域经济高质量发展,形成可复制可推广的利用模式。

随着城市化水平和居民环境要求的提高,建设能够与周边环境协调、封闭性强、无二次污染的地下污水处理厂成为城市污水治理工程建设的发展趋势和发展方向。

3.1 生活污水处理厂建设需求

本文以南京市为例,根据《南京市城乡生活污水处理专项规划(2018—2035)》,南京市2035年共规划污水厂67座(如图13所示),其中,现状保留7座,规划扩建58座,规划新建2座(野山、八卦洲)。现状污水厂总规模394万 m3/d,规划污水厂总规模655万 m3/d。另外,根据规划要求南京市共规划23座再生水厂(如图14所示),现状污水厂再生水的回用总规模为107万 m3/d,再生水利用率达28%; 南京市规划污水厂再生水回用总规模233万 m3/d,再生水利用率达35%,再生水厂建设结合污水厂提标、扩建同步设施。由此可见,南京市将陆续开展污水厂新建、提标和扩建工作。涉及有新增用地需求的污水厂共21座,在控制性详细规划中预留用地全部使用的前提下,尚需新增用地总面积152.95 hm2。

图13 南京市污水厂布局规划图

图14 南京市再生水系统规划图

3.2 生活垃圾中转站建设需求

根据《南京市环境卫生设施专项规划(2017—2035)》,南京市2035年共规划市级转运站2座,总规模3 500 t/d,总占地面积47 000 m2; 现状市级转运站1座,规模1 500 t/d,占地面积17 298 m2,如图15所示。

图15 南京市市级生活垃圾转运站规划布局图

本文对南京市鼓楼区内共21处垃圾中运站进行调研发现,周边居民多次对中转站所产生的异味、废水、运输车辆以及垃圾压缩设备噪声、卫生环境等问题向主管部门投诉。近几年,主管部门结合民意对各转运站进行了相应的改造,以减少对周边人居环境的不利影响。

综上所述,南京市在污水处理、再生水回用及垃圾转运站等市政基础设施上有较大规模的规划建设,新增规划用地面积近160 hm2,其中,主城区在占用原预留用地近104 hm2的基础上,尚需新增规划用地77.45 hm2。专项规划中市政基础设施均未考虑地下化建设,人厂争地的现象十分突出; 同时,因为景观性较差和邻避效应,周边土地无法开发利用,导致闲置浪费。这对土地资源紧缺的城市发展造成了较大的影响。

4 江苏省市政基础设施地下化发展制约因素

4.1 地下污水处理设施的投资较大

地下污水处理设施建设时需要深基坑开挖工程、地下箱体结构建设及抗浮工程、防腐工程等,施工难度较大,建设投资高。地下式污水处理厂建设中每吨水投资为6 000～10 000元,是同等规模传统污水处理厂的1.5～2.0倍。

4.2 地下污水处理设施运行成本高昂

地下污水处理厂在日常运行过程中对通风、除臭、照明、消防等方面均有更高的要求,需要人工照明和全面的机械送排风设施来维持地下环境,运行成本较高。例如:狮山水质净化厂最终每吨水运行成本约1.5元,与原厂相比增加了50%;南京江北新区研创园净水站估算每吨水运行成本约1.82元。

4.3 地下污水处理设施设计要求高

地下式污水处理厂主要结构处于地下,面临较大的防洪、防涝风险,易发生水浸没现象,因此污水处理厂应根据所处的地形、地势选取适宜的防洪、防涝设计标准。另外,地下式构筑物属于有限空间,日常运维人员的工作空间受限;同时,污水处理产生的有毒、有害气体需要采取合理方案及时处理排放。

4.4 规划对地下市政基础设施重视程度不够

市政基础设施专项规划、地下空间利用规划对城市市政基础设施的总体布局和建设具有重要影响。江苏省各市市政基础设施专项规划中很少涉及地下化建设,造成后期建设缺少相关依据,导致落地困难。地下空间利用规划缺少地下市政基础设施建设需求分析论证,造成市政基础设施地下化建设面临地下空间不足和施工难度大幅提高的问题。

4.5 地下污水处理设施建设、运营缺少规范指导和技术支撑

江苏省目前无地下污水处理设施相关的标准和规范,大部分地下污水处理厂根据传统污水处理厂的经验进行设计、建设、运营、维护,未考虑其与传统污水处理厂的差异,造成地下污水处理厂建设成效与运营效果不同,制约了地下污水处理厂在江苏省内的推广和发展。

5 江苏省市政基础设施地下化绿色发展思路

“十四五”期间,我国城市发展将从经济主导更多转向生产、生活、生态多元导向,城市建设方式将由增量扩张转向存量挖潜,城市生产生活方式将加快绿色低碳转型,打造城市高质量、绿色发展。在满足安全可靠、技术可行、经济合理的条件下,推进市政基础设施地下化,将有效释放城市空间资源,提升城市品质。本文认为江苏省市政基础设施地下化绿色发展思路有以下5个方面。

5.1 政策引领、规划先行

强化政策引领。结合城市更新研究并推动市政基础设施地下化的配套政策性法规落地,形成指导性文件引导各地先行先试。制定支持市政基础设施地下化建设的绿色发展配套政策,探索政府引导和经济激励政策。以地下污水处理厂为例,国家和部分省关于污水处理厂地下化的相关政策如表5所示。

表5 国家和部分省关于污水处理厂地下化的相关政策

坚持规划先行。立足江苏省各地实际需求,做好“地上+地下”全域空间规划,在既有设施专项规划的基础上,在经济发达、用地紧张的城区,成片新建或改造城市更新、城市公园绿地用地等区域,综合考虑城市整体开发建设需要,结合地下空间开发利用规划进行地下市政基础设施协同规划调整,并纳入新一轮国土空间规划,指导江苏省城市建设与更新。目前北京、上海、成都、南昌等均在规划层面提出市政基础设施地下化的要求,如表6所示。

表6 我国部分城市规划中对市政基础设施地下化的要求

5.2 探索地下式污水处理厂地上地下空间综合开发模式

江苏省内地下式污水处理厂地上部分建设模式单一,大多为市政景观公园,未与区域社会经济的真实需求相结合,这在一定程度上限制了地下式污水处理厂的应用和推广。积极探索地下式污水处理厂地上地下空间综合开发模式,与交通、市政、人防、园林等专业部门通力合作,加强综合化、精细化的设计,在开发建设过程中建立多方高效衔接的协调机制,构建地上地下功能协同、空间融合的综合体,实现地下式污水处理厂土地资源效益与生态环境价值的最大化利用,降低地下污水处理设施的工程投资。

5.3 出台相关标准、规范或指南

标准化是保障地下式污水处理厂顺利发展的必备因素,制定相应的技术标准对设计进行规范化指导,推广对有限空间最大化利用、降低建设难点、智慧低碳、集约生态的设计理念;从多角度进行优化设计以减少占地面积,推动生态系统的平衡性,创造更大的经济效益、社会效益。

编制适用性强、可推广和复制的运营管理策略,指导和规范地下污水处理设施的管理和运行,实现运行维护便捷有效,控制运维成本,将运营阶段的安全风险持续降低,保障地下污水处理厂安全、节能、低碳运行。

统筹建立绿色、低碳、循环的污水处理行业标准体系,使市政污水处理在成本核算的前提下,既绿色、循环又低碳。在低碳发展指标方面,可以设立污水能源利用、污泥热能利用、企业运营节能、光伏发电、企业碳汇建设5类指标。

5.4 节能降耗,减污降碳,降低运营成本

根据文献[10]的研究,芬兰Kakolanmäki污水处理厂通过光伏发电、沼气发电、污水余温热能回收(夏天制冷、冬天供热)、通风系统热能回收等不仅实现了碳中和运行(碳中和率333%),而且成为向外输能的能源工厂,能量回收的15.6%产能自用,84.4%产能外供。污水中蕴含的热能远高于化学能,实际可回收热能为化学能的9倍多。

江苏省已建地下污水处理厂综合能源利用率较低,应以减污降碳协同增效作为重点战略方向,在江苏省内积极探索和推广建设“四合一”污水处理厂,集污水处理、湿地公园、光伏发电、综合能源应用为一体,鼓励省内污水处理企业综合利用厂地内的绿化地带和出地面的建(构)筑物顶部安装的光伏电池组件,采用“自发自用、余量上网”模式建设光伏发电项目,减污降碳的同时实现降本增效。探索污水热能利用、污水处理厂精细化智能管控、污泥能源利用等实现低碳化的路径,降低运营成本,实现经济效益与环境效益双赢。通过能源回收实现地下污水处理厂低碳、零碳运行。

5.5 存量空间挖掘、应用设想和思考

当前我国城市发展由大规模增量扩张转向存量提质的新时期。在严控增量、抑制城市无序蔓延的背景下,城市可供建设的新增土地愈发紧张,利用好城市存量空间成为城市可持续发展的重点。在存量空间挖掘过程中,重塑城市发展空间,可整合利用低效用地、“金角银边”、社区闲置空间、废旧地下空间(废弃人防、泵坑、矿坑等)、隧道架空层以及可开发的绿地下空间等,采取设施嵌入、功能置换、多主体开发、权属整合、业态提升、场景营造等策略推进存量空间更新,赋予新活力,促进空间利用向集约紧凑、功能复合、低碳高效转变。

5.5.1 隧道夹层空间利用分析

自2006年以后,江苏省城市隧道进入了蓬勃发展期,隧道总里程迅速增长,截至2021底,全省共140座隧道建成通车。隧道夹层空间是指隧道两端出口段顶板与上方覆土层之间的三角形空腔体,为减少回填土方量、降低建设成本而形成。一般城市内部道路下方隧道出口段夹层空间很小,无法利用,而过江隧道埋深大、出口段长,形成的夹层空间长度大、面积大,是不可多得的地下空间资源。

江苏省南京市已建成过江隧道3条,在建过江隧道2条。其中在建的建宁西路过江通道夹空层位置示意如图16所示。夹空层位于地下1～2层,长约350 m,宽9～38 m,高约5.4 m,面积约10 000 m2。目前尚未立项开发利用,面临闲置废弃的境地。

图16 江苏省南京市建宁西路过江通道夹空层位置示意图

本文对建宁西路过江隧道夹空层的利用进行了专题研究。根据片区需求,夹空层地下空间可以作为地下市政基础设施、地下停车场建设场地。市政基础设施可结合需求设置调蓄净水站、垃圾处理站,也可与海绵城市相融合,结合地面道路及附近区域的海绵城市设计及防洪排涝的建设需求,设置雨水调蓄池和提升泵站,雨水调蓄池的水用于地块内的径流控制、河道水位补充、景观喷灌、道路冲洗等。

建宁西路城市隧道上方夹层空间再利用研究在应用过程中遇到了多项难题,如无相关政策引导、不在城市规划范围、资产权属不明、管理主体矛盾等,造成项目落地和推进缓慢。

与建宁西路交叉的惠民大道海绵城市设计时,在惠民大道道路起始端新建了800 m3的调蓄池(如图17所示),若在设计阶段将道路海绵城市设计与隧道夹层空间统筹考虑设计,调蓄池可利用建宁西路隧道的夹层空间,可减少新建调蓄池投资和地下空间资源的占用。

图17 惠民大道海绵城市调蓄池与建宁西路过江通道夹空层位置示意图

希望通过本次夹层空间开发利用方案的探索研究,在南京市级层面形成政策性文件和相关规划建设标准,使城市隧道夹层空间产权、使用权的取得有章可循,在隧道规划过程中就同步考虑隧道夹层空间的利用,在环境提升的同时提高土地利用率,加大存量空间的挖潜力度。

5.5.2 既有地下空间的更新改造

对废弃建(构)筑物进行改造后再利用,可以减少土方开挖、置换既有的地面市政设施,缓解地面用地紧张的现状,实现土地资源的节约利用和地下空间的绿色发展,促进社会的可持续发展,改善城市生活环境。

无锡市崇宁路人防工程是一段已经失去防护功能的老旧地道式人防工程。无锡市创新利用思路,在反复调研、精心设计的基础上,实施加固改造,将全长1.4 km的拟报废人防工程改造为容纳电力电缆、雨污水管等多种管线的地下管廊。改造后周边雨污水管网更加合理、排水通畅,同时因电力和通信架空线路入廊敷设使地面整洁、美观,节约土地资源的同时提升了城市形象。改造前后的对比如图18所示。

(a) 改造前 (b) 改造后

5.5.3 开展市政存量空间的有机融合利用探索研究

建设在城市内部的地下式污水处理设施,可与海绵城市建设有机融合,对污染严重的初期雨水进行应急处理,实现水质净化,提高区域水环境质量。开展如何结合市政污水厂的特征,充分发挥污水处理设施的就近处理能力及构筑物的功能特点,因地制宜地进行污水处理厂与海绵城市共建的研究。

6 结论与展望

全国各地新城规划建设工作正全面展开,城市更新也在稳步推进,如何更好地实施市政基础设施地下化是当前城市高质量、绿色发展的关键环节。

1)市政基础设施地下化建设具有明显的环境效益、社会效益、经济效益,有利于改善城市生态环境、节约土地资源、提升周边土地利用价值,有效推进环境基础设施一体化和城市绿色化发展,对促进城市更新具有重要意义。

2)强化政策引领,出台鼓励地下市政基础设施建设的政策机制,出台有吸引力的投资与回报方式,鼓励复合开发。结合城市更新研究并推动市政基础设施地下化的配套政策性法规落地,形成指导性文件并引导各地先行先试。

3)开展地上地下综合开发研究,提高土地资源高效利用,实现地下土地资源与生态环境价值的最大化利用。研究出台江苏省地下市政基础设施设计、运营标准,规范地下市政基础设施的建设和运营。

4)探索存量地下空间开发的新路径,加大存量空间利用挖潜力度,通过对既有地下空间设施的更新改造、废旧地下空间的新赋能等置换既有地面市政设施、缓解地面用地紧张,改善城市生活环境,实现绿色、可持续发展。

5) 积极探索和推广建设“四合一”地下市政基础设施,集市政基础设施、湿地公园、光伏发电、综合能源应用为一体,探索污水热能利用、污泥能源利用,减污降碳的同时实现降本增效,建设低碳地下市政基础设施。