中国节能协会城轨交通节能专业专委会
中国勘察设计协会轨道交通分会
中国土木工程学会轨道交通分会
中国城市轨道交通协会设计咨询专业委员会

学术前沿

“城市地下空间”研究文献述评

发布日期:2012-09-04 23:21

“城市地下空间”研究文献述评
 
[摘  要]:自1 863 年世界上第一条地铁在英国伦敦出现之后,全球跨入了开发利用地下空间的阶段。二战以后,各国城市化进程加快,由此引发了诸如城市环境恶化、交通拥堵等各类问题。为了从根本上解决这些问题,在近百年的时间里,建筑师和规划师们摸索出一条实现城市健康发展的必经之路 - 对城市土地资源实行立体化开发,亦即开发利用城市地下空间。本文概述了“城市地下空间”的基本内容、发展历程、现状及未来趋势,对相关期刊文献进行了分类和评述,提出了今后的研究重点。
[关键词]城市地下空间;城市化
 
      自1863年世界上第一条地铁在英国伦敦出现之后,全球跨入了开发利用地下空间的阶段。二战以后,各国城市化进程加快,由此引发了诸如城市环境恶化、交通拥堵等各类问题。为了从根本上解决这些问题,在近百年的时间里,建筑师和规划师们摸索出一条实现城市健康发展的必经之路 - 对城市土地资源实行立体化开发,亦即开发利用城市地下空间。本文概述了“城市地下空间”的基本内容、发展历程、现状及未来趋势,对相关期刊文献进行了分类和评述,提出了今后的研究重点。
 
1城市地下空间概述
1.1 地下空间的定义及分类
      地下空间是指属于地表以下的土层或岩层中天然形成或经过人工开发而成的空间,主要是针对建筑方面来说的一个名词。它的范围很广,比如地下商城,地下停车场,地铁,矿井,军事,穿海隧道等建筑空间。如今,地下空间已经被公认为是与宇宙、海洋相并列的第三大空间资源了。尽管全球地下空间资源丰富,但由于其具备不可再生性且开发难度大、历时时间长、工程造价高等特点,使得地下空间的开发利用远远落后于其他自然资源的人为改造。进入 21 世纪,世界各国相继认识到开发利用地下空间的重要性,许多国家甚至将地下空间的开发利用作为一种国策来对待。
      按照使用功能的不同来划分地下空间,可以将其分为地下交通空间、地下居住空间、地下工业空间、地下公共空间、地下防灾防护空间、地下市政设施空间以及地下贮藏库七大类。
      按照建设深度的不同来划分地下空间,可以将其分为地下浅层空间 (地面以下10m 以内)、地下次浅层空间(地面以下10- 30m)、地下次深层(地面以下30m- 100m)。
1.2城市地下空间的定义
      城市地下空间,即在城市地面以下的岩层或土层中天然形成或经过人工开发形成的地下空间与地下空间学科的基本理论空间。2001年11月我国建设部修正后施行的《城市地下空间开发利用管理规定》对城市地下空间进行了再次定义:它是指城市规划区地表以下的空间。这一概念从两个方面对“城市地下空间”进行了界定:首先是空间范围,规定了对象必须位于城市规划区以内;其次是纵向范围-地表以下的空间。
1.3城市地下空间的研究背景
      经过 20 世纪初的两场世界大战,世界各国无论是在政治上还是经济上,都或多或少遭受了战争的创伤。面对着战后满目疮痍的国家,首当其冲的任务就是休养生息以及大力发展生产力。因此,全球共同跨入了 20 世纪的生产发展的“黄金时期”。这一时期,婴儿潮的爆发、城市化的萌芽以及科技的飞速发展,无一不呈现出人类社会一派空前繁荣的景象。据调查统计,城市化水平从 1950 年的 28.7%已经增长到 2000年的 51.3%。随着城市化进程的快速推进,各种城市问题也应运而生,空间拥挤、交通堵塞、环境恶化等已逐渐成为制约城市健康发展的瓶颈因素。长期以来,人口对空间的无限需求与空间的有限性之间就存在着难以调合的矛盾,随着城市化的发展,这种矛盾会日益激化,进而产生上述诸如此类的问题。要想根除制约城市健康发展的若干障碍,必须将这一矛盾当做未来城市发展的首要问题来研究。自 20 世纪后半叶起,作为一种缓解矛盾的方式,城市开始向空中发展,到了 21 世纪初,空间的发展再次受到制约,于是地下空间的开发利用被提上了日程。
      自近代以来,国外的现代化程度就远远高于我国,虽然历经了战争的浩劫,但总体来说,其城市的规划建设仍处于世界领先地位。二战后,经过几十年的城市修复、重建及再开发,在城市空间的立体开发方面取得了较多的成就。不论是欧洲各国为了改善城市绿化环境或保护历史文化遗迹而发展大型地下综合体,还是加拿大蒙特利尔等寒地城市为了抵御冬季零下二、三十度的严寒气候而修筑地下城,亦或是日本为了缓解城市用地紧张而建立地下交通系统,都为城市的发展指明了一条崭新的道路。
      目前,我国正处于加快城市化发展的阶段。城市人口膨胀、土地资源紧缺、交通设施不足,正严重制约着我国城市健康快速的发展。如果仍然采取建国初期那种“摊大饼”的城市建设模式,不仅发展不了健康城市,反而会将农业土地全部吞噬,激化社会矛盾。对于一个拥有 13 亿人口的农业大国来说,无疑意味着毁灭性的打击。因此,在我国实现城市由外延“摊大饼”式向空间立体化转变成为迫在眉睫的问题。为了从根本上解决这个问题,遂对城市地下空间进行了分析研究。
 
2 城市地下空间建设理论研究
2.1 国外城市地下空间建设理论研究
      第二次工业革命期间,资本主义国家得到了前所未有的发展,工厂大量出现,城市人口剧增,环境恶化。此外,汽车、火车的发明使得城市交通系统发生了巨大的变化,原有的道路远远满足不了人们对其的需求,城市交通问题必须得到解决,刻不容缓。这一系列的问题促使当时的建筑师、规划师们寻找到一条城市发展的新型道路。其中,最具有代表性的理论如下:
      1882年,西班牙工程师索里亚·玛塔提出了“带状城市”的构想。这是一种主张城市平面布局呈狭长带状发展的规划理论,其规划原则是以交通干线作为城市布局的主脊骨骼;城市的生活用地和生产用地,平行的沿着交通干线布置;大部分居民日常上下班都横向的来往于相应的居住区和工业区之间。此外,索里亚还对城市运输线的建设提出了三种方案:地面、地下、空中,普遍认为这是城市地下空间开发利用的首次提出。
      1910 年,法国著名建筑师欧仁·艾纳尔就当时法国城市空间拥挤、交通阻塞以及环境恶化等现状,提出了“环岛式交通枢纽”的构想。“环岛式交通枢纽”要求车辆向着同一方向行驶,并以同心圆周运动相切的方式出入交叉口,这样就可避免车辆在交叉口处相撞。同时,为了解决人车混行的矛盾,则在环岛的地下修建人行过街道,并在里面布置一些服务设施。如今,这一构想已广泛应用于世界各地,产生了极其深远的影响。事实证明,随着汽车保有量的大幅度上升,环岛式交通枢纽已不再广泛适用,但在利用城市地下空间方面其启发性却不容忽视。
      1922 年,法国另一著名建筑师勒·柯布西耶在其著作《明日之城市》一书中,以巴黎市中心为实例进行了300万人的“现代城市”的规划设计。在本书中,柯布西耶特别强调了保证大城市交通通畅的重要性。他认为,未来的城市中应该包括多层交通体系。因此,他在城市中心区的规划中设计了一个地下铁路车站,由此一来,中心区的交通系统就由三个互不干扰的部分构成:地下铁路用于重型运输,地面道路用于市内交通,高架道路用于快速交通,市区与郊区通过地铁及市郊铁路来联系。
      20 世纪 70 年代末,瑞典建筑与城市规划专家汉斯·阿斯普伦德提出了著名的“双层城市”规划理论,并随后出版了本书。根据书中的描述,“双层城市”是一种城市发展的全新模式。与以往传统的城市形态不同,“双层城市”将交通分别设置在两个平面上,即人与非机动车交通在地面,而机动车交通在地下或半地下。这种人车分行的方法节省了现代化进程中所剩无几的城市土地,从而形成了一种新的城市形态。
      1990年,日本学者 Yanshio Watanabe 针对日本现状提出了分层开发地下空间的具体设想。该设想将城市地下空间按照功能的不同分为四层,由浅入深分别为:人员活动频繁的办公、商业和娱乐空间;人员活动时间较短的交通空间;人员活动较少的动力设备、变电站和生产设施等;无人活动的污水、煤气和电缆公共管线。
      1998年,芬兰学者 Ronka·K 等人对城市地下空间利用中所涉及到的功能设施进行了总结,大致包括住宅、办公、商业、公共活动、交通以及其他市政基础设施管网几大类,并就此提出了一种普遍适用的城市地下空间竖向分层布局模式。
      2005 年,西班牙学者 Pasqual·J 等人从社会学和经济学的角度出发,对城市地下土地的价值进行了研究,提出了一种衡量城市地下空间开发利用成本和收益的方法。这一研究成果,从经济学的角度,为城市地下空间的开发利用提供了坚实的理论基础。
2.2 我国城市地下空间建设理论研究
      我国城市地下空间的开发利用已有近千年的历史,但就目前可以找到的文献资料来看,我国古代对城市地下空间的开发利用并没有形成一个完整的理论体系。直到 1949 年新中国成立之后,才逐渐发展起来。确切的说,是从 20 世纪80 年代开始的。处于政治军事考虑,新中国早期的城市地下空间都是作为人防工程修建,这一时期有关地下空间的探索研究往往处于保密状态。80 年代以后,由于城市的快速发展,城市地下空间的开发利用才渐渐走上了“平战结合”的道路。为了深刻理解我国城市地下空间的理论发展进程,作者选取了国内1991- 2011 年主要载于核心期刊、城市规划类重要期刊及优秀学位论文册的相关文献,根据写作目的和内容将其分为几大类分别进行论述。
2.2.1理论阐释类
      阐述城市地下空间的纯理论性文献不是很多,其内容主要包括城市地下空间利用与可持续发展、地下空间开发和城市环境、城市地下空间的设计方法以及我国城市地下空间的发展道路。清华大学教授童林旭认为:在城市化和城市现代化的进程中,应该适时适度的开发利用地下空间。但是面对着我国现有的六百多座城市发展严重不平衡的现状,就较发达城市和不发达城市的地下空间开发利用原则进行了阐述。并且进一步指明了,中国所有城市地下空间的发展“道路是曲折的,前途是光明的”。[1]赵景伟和周同从人居环境角度出发,分析了我国人居环境建设所面临的城市用地、城市交通、资源和能源以及城市生态四个方面的问题,进而提出了利用地下空间能够大大改善人居环境的观点,并从几个方面加以详细论证。[2]赵虹通过分析当今城市发展带来的种种弊病,论证了“有效利用地下空间是改善城市环境的最佳途径”这一观点,提出了有序开发利用城市地下空间的举措。[3]朱大明从地下空间开发建设的实践出发,简要说明了把握地下空间开发规律的必要性,初步探讨了城市地下空间开发利用的基本规律和原则。[4 ]陈之毅和沈阻炎从城市现代化产生的诸多问题谈起,以上海为范例,论述了城市可持续发展与地下空间利用形式之间的关系,并且指出了为实现城市健康发展,合理开发利用城市地下空间的若干途径。[5]吴昕通过对地下空间利用历史沿革和发展趋势的回顾、城市地下空间开发利用价值的研究以及国外城市地下公共空间设计经典案例的分析,分别从建筑要素设计角度和人性化角度,提出了城市地下公共空间设计原则和方法。[6]
2.2.2 借鉴应用类
      这类文献主要通过研究国外城市地下空间开发利用的现状、设计方法及发展方向,并辅以具体实例说明,论述了我国城市地下空间建设对这些实践经验的借鉴和运用。傅健介绍了地下空间的内涵及历史发展进程,分别对欧洲、北美及日本的城市地下空间发展现状进行了研究,并据此探讨了对我国城市发展的借鉴,旨在有效解决我国城市化发展中出现的种种问题。[7 ]武汉市《地下空间开发利用》课题组通过对日本地下街、地下交通系统的实地调研,对其作用和特点进行了归纳总结,探讨了日本地下空间资源开发利用之方式对武汉的启发,鉴于此提出了若干有效可行的建议。[8]林小峰以日本名古屋市中心“荣”地下空间的综合开发为例,图文并茂的说明了营造地下空间绿化环境的方法,并介绍了2010上海世博园中世博轴的设计对其空间组织及景观营造的借鉴及运用。[9]王剑宏和刘新荣通过研究东京地铁与神田川地下调水池的施工工艺,为我国地下空间建设提供了最尖端的技术参考。[10]王健宁主要从交通、娱乐、服务以及能源四个方面,对欧美及日本等国的城市地下空间开发利用进行了分析研究,提出了能为我国地下建设所用的启发性意见。[11]王祚清通过对日本爱知县和大阪、东京等城市的实地考察,对日本部分城市地下空间利用之情况、形态、规划、技术及助成制度作出了综述,从而提出了日本城市地下空间利用对我国的几点启示。[12]
2.2.3分析评价类
      这类文献中,有一些分析了城市地下空间的开发利用与城市各个方面的关系,并由此作出了相应的评价;另一些则针对特定的区域或地区,对城市地下空间的设计或发展进行了思考。董林青从我国城市发展所面临的挑战出发,详细分析了以地下管沟、地下轨道交通以及地下城为主的城市地下空间的开发与利用。[13]王敏认为未来城市的发展方向是建立生态城市,而合理开发城市地下空间是保证这一目标的手段,继而对城市地下空间开发利用的功能需求进行了分析,并辅以上海北外滩地区地下空间需求分析的实例。[14]夏正伟对城市地下空间的开发利用进行了新思考,得出了“城市地下空间是城市活力空间的延续与拓展”这一结论,提出了城市地下空间在新的社会背景下所应采用的规划及设计方法。[15]孙清军、李伟等从环境心理学的角度出发,对影响地下商业心理环境的各种因素举例分析,总结出创造良好地下商业坏境的途径。[16]邢卫芳和张卫国分析了我国地下空间发展不平衡的状况及形成原因,对经济发展较慢城市地下空间的开发利用进行了思考,提出了解决方案及对策。[17]钱七虎和陈晓强通过分析“花园城市”的概念,提出了利用地下空间实现土地的多重利用是建立“花园城市”的必由之路。[18]李鹏分析了城市地下空间开发利用的正负面效应,研究了城市地下空间的规划方法和生态化设计,并进一步论述了上海2010 年世博会园区地下空间的规划设计。[19]李波通过分析当今社会对地下空间的需求、地下空间资源的特点以及国内外地下空间开发利用的状况,提出了建设地下空间的途径和方法。[20]
2.2.4国内案例研究类
      这类文献以介绍国内地下空间开发利用的案例为主线,分别针对不同情况,对城市地下空间的规划设计提出了若干原则与措施。孙影通过分析国外城市地下空间利用的优秀案例,探讨了长春市地下空间的开发利用模式。[21]李葱葱以重庆市为例,阐述了如何有序、合理、综合开发利用城市地下空间。[22]张子新和孙钧将上海市作为研究对象,对制约其可持续发展的因素进行了分析,探讨了地下空间开发在城市发展中所起的作用,并对上海在21世纪的发展及地下空间的发展进行了展望。[23]张建喜运用城市地理学、系统学、经济学和社会学等多学科方法,对哈尔滨城市地下公共空间的规划策略进行了研究。[24]马仕通过分析城市发展与地下空间的相关性,建立了一种进行需求预测的体系,深入研究了上海城市发展对地下空间资源开发利用的需求预测。[25]
 
3城市地下空间开发利用的现状及发展趋势
3.1城市地下空间开发利用的现状
3.1.1欧洲 - 保护城市的地面环境
      1863年世界上第一条地铁在英国伦敦的出现,标志着现代城市地下空间开发的起始。二战以后,欧洲许多国家在重建和改建过程中,发展了快速道路系统和快速有轨交通,城市进入空前膨胀时期,各种问题随之出现并逐步呈现激化态势。为了解决城市环境恶化、市区交通堵塞等问题,并且处于保护历史文化遗产的目的,欧洲各国开始寻找发展城市的健康之路,即土地的立体化开发。经过战后近 50 年的发展,欧洲城市地下空间的开发利用已经形成了一个完整的体系。无论是发达的地下轨道交通,还是城市中心区的大型地下综合体,亦或是历史遗迹的地下再利用,都为实现城市地面步行化、绿化景观提供了优秀的范例。
3.1.2 北美 - 克服恶劣的气候条件
      加拿大地处北半球高纬度地区,夏季炎热,冬季寒冷,两季温差可达 60 多度,年均降雪量可达2000mm 以上。以蒙特利尔为代表的诸多寒地城市,为了方便冬季人们的出行,于1966年开始,对蒙特利尔市进行全面的地下空间开发利用,从地铁到综合性地下建筑再到地下商业走廊,如今的蒙特利尔全然变成了一个地下城。地下城四通八达,地下系统与地面城市活动几乎融合在寒冷的冬季,人们甚至用不着走出地下城,就能方便快捷的到达想去的地方。
3.1.3 日本———缓解城市用地紧张
      日本四面临海,是多山群岛之国。再加上处于太平洋火山地震带上,地震、海啸、火山喷发等自然灾害的频发使这块狭窄的土地背负了太多包袱。日本人口众多,全国 80%的人口密集的分布在中部和太平洋沿岸狭长窄小的地区,大众城市人口十分拥挤。日本为了缓解城市人口压力、保护土地资源、维持生态平衡,自20世纪20 年代起,开始修建地下交通系统。之后又将地下空间的利用推进到地下街以及共同管沟的建设、实施。迄今,日本的地下空间利用已经形成较大规模。各大、中城市建有地下街82处,地下机动车停车场150所,49个城市建有地下共沟。随着经济和科技的发展,日本的地下空间利用还在不断推进。
3.1.4我国———城市健康发展的要求
      进入 21 世纪,我国城市化进程也步入了一个新的发展时期。与此同时,各类问题不断凸显。为了扭转这一局面,必须认识到城市地面空间的有限性,对土地资源进行立体化开发利用。我国地下空间开发的时间较晚 (新中国成立后),这一因素使得目前城市地下空间的开发利用还处于初级阶段,但西方发达国家的城市化建设给我们提供了很多参考,借助他们的经验教训,我国的城市发展必将以更健康、更生态的形式进行下去。北京、上海、广州等特大城市早在20世纪 80 年代就开始利用城市地下空间 - 修建地铁、建设综合性地下商业建筑,如今,在一些较发达城市,如成都、南京、青岛等也开始着手利用城市地下资源。按照这样的势头继续发展,全国很快将跨入一个城市立体化开发的新时期。
3.2 城市地下空间开发利用的发展方向
      虽然各国在战后都经过了近 60 多年的城市地下空间建设,但仍然或多或少的存在某些问题,未来地下空间的趋势就是解决这些问题,使城市朝着更生态的方向发展。城市地下空间开发利用的发展方向主要包括以下部分:城市轨道交通必将大规模化;城市环境保护和城市绿地建设与地下空间的复合式开发将是我国城市地下空间开发利用的新动向;私家汽车的拥有量是带动城市地下车库发展的决定性因素;城市地下空间开发利用的相关法律法规也将逐步完善;城市地下空间开发利用的施工工艺和技术将会得到飞速发展。
 
4 评论及展望
      综上所述,这些期刊文献对城市地下空间的研究虽较为全面,但仍或多或少存在着不足,望在今后的研究中能引起重视。特别在以下几方面应加大力度:
4.1 应加强国内外案例的跟踪研究
      国内文献应加强对实际案例从规划到实施再到使用的全过程的研究,了解城市地下空间的实际建设使用状况,并通过相应的数据反馈得知地下空间在缓解交通紧张、营造绿色景观上能起到积极作用。
4.2应加强对我国国情的深入分析,为引进和借鉴理论打好基础
      我国是社会主义国家,正处在并将长期处在社会主义初级阶段。西方发达国家均为资本主义国家,国情与我国有较大差异。文献应加强对我国国情的分析及其与西方发达国家国情的比较,这样才能明确理论借鉴的意义,进而指导我国的地下空间发展。
4.3应加强对我国经济欠发达地区地下空间的利用情况的研究
      虽然北京、上海等均步入了发达城市的行列,但我国其他大部分地区,尤其是中西部地区,离这个目标相差很远,当然对城市地下空间的开发利用就关注的很少。目前,这些欠发达城市还是在盲目的开发地下空间,哪里需要就在哪里开挖,完全不考虑未来的发展。与地面上相同的建筑相比,地下项目的成本是其 2- 4 倍。其次,地下空间具有不可逆性,因此,对其开发必须要慎之又慎。文献中较少涉及到这部分内容,希望以后的研究能加强对经济欠发达地区地下空间的关注,对其开发利用的原则及规划设计的方法加以介绍。
 
[参考文献]
[1]童林旭 . 中国城市地下空间的发展道路 [J]. 地下空间与工程学报,2005 年 02 月,第 1 卷第 1 期:1- 6
[2]赵景伟 周同. 人居环境建筑中的地下空间利用 [J]. 四川建筑科学研究,2007 年 10 月,第 33 卷第 5 期:207- 209
[3] 赵虹 . 地下空间的开发利用与城市环境 [J]. 物流工程与管理,2010年第12期,第32卷(总第198期):133- 135
[4]朱大明.城市地下空间开发基本规律初探[J].地下空间,2004年9月,第24卷第3期:365- 369
[5]陈之毅 沈祖炎.城市地下空间利用与可持续发展[J].地下空间,2001年9月,第21卷第3期:188- 191
[6]吴昕.城市地下公共空间设计方法研究[D ].厦门:厦门大学建筑与土木学院,2006年05月
[7]傅健.国外城市地下空间的发展对我国的借鉴[J].山西建筑,2008年01月,第34卷第2期:42- 43
[8]武汉市《地下空间开发利用》课题组.借鉴日本开发经验 利用地下空间资源-日本城市地下空间开发利用考察报告[Z ]
[9]林小峰.新增空间 别有洞天-日本名古屋市“荣”地下空间综合开发之借鉴[J].Garden园林,2010年,第9期(仲秋版):34- 37
[10]王剑宏 刘新荣.浅谈日本的城市地下空间的开发与利用[J].地下空间与工程学报 ,2006年06月 ,第2卷 第3期:349- 353
[11]王健宁. 国外城市地下空间的开发与利用 [N ]. 中国建设报,2003 年 07 月 31 日
[12]王祚清 . 日本城市大规模 、深层次 、多功能的地下空间开发利用[J].地下空间,1998 年 6 月,第,1 卷第 2 期:120- 125
[13]董林青 . 城市地下空间开发与利用研究 [J]现代商贸工业,2010 年,第 20 期:286- 287
[14]王敏. 城市发展对地下空间的需求研究 [D ]. 上海:同济大学土木工程学院,2006 年 03 月
[15]夏正伟 . 城市活力空间的延续与拓展 - 城市地下空间开发利用的新思考[J]. 常州工学院学报,2009 年 06 月,第 22 卷第 3期:21- 25
[16]孙清军 李伟 陆诗亮 . 创造优质地下商业心理环境 - 地下商业空间方位感的建立[J]. 哈尔滨建筑大学学报,2000 年 08月,第33 卷第 4 期:83- 88
[17]邢卫芳 张卫国. 关于对经济发展较慢城市地下空间开发利用的思考[J]. 焦作大学学报,2010 年 07 月,第 3 期:50- 52
[18]钱七虎 陈晓强 . 利用地下空间建设“ 花园城市 ”[J]. 地下空间,2003年09月,第23卷第3期:302- 305
[19]李鹏.面向生态城市的地下空间规划与设计研究及实践[D ].上海:同济大学土木工程学院,2007年09月
20]李波.浅谈城市地下空间开发利用的途径与方法[J].吉林广播电视大学学报,2010年,第2期(总第101期):103- 104
[21]孙影.长春市地下空间开发利用模式研究[D ].长春:东北师范大学城市与环境科学学院,
2010年06月
[22]李葱葱.城市地下空间利用规划初探-以重庆城市为例[D ].重庆:重庆大学建筑城规学院,2003年05月
[23]张子新 孙钧.二十一世纪上海大都市发展与地下空间开发[J].地下空间,1999年06月,第19卷第2期:126- 130
[24]张建喜.哈尔滨城市地下公共空间规划策略研究[D ].哈尔滨:哈尔滨工业大学建筑学院,2006年06月
[25]马仕.上海城市发展对地下空间资源开发利用的需求预测研究[D ].上海:同济大学土木工程学院,2007年03月