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发布时间：2019-09-23 17:06所属平台：学报论文发表咨询网浏览： 次
摘要：城市地下空间开发利用是经济社会发展到一定阶段的必然选择。通过梳理和分析我国城市地下空间开发利用理论、技术发展现状及未来发展趋势，围绕城市地下空间探测与安全利用面临的关键科学问题和技术难题，提出了全要素精细探测、全资源整体评价、全空间
摘要：城市地下空间开发利用是经济社会发展到一定阶段的必然选择。通过梳理和分析我国城市地下空间开发利用理论、技术发展现状及未来发展趋势，围绕城市地下空间探测与安全利用面临的关键科学问题和技术难题，提出了“全要素”精细探测、“全资源”整体评价、“全空间”协同规划与“全环境”监测预警的城市地下空间探测与安全利用战略构想，构建了城市地下系统平衡和扰动再平衡、地下全空间资源评价、地下空间区划与协同规划三大理论体系和城市地下空间精细探测-资源评价、城市地下空间区划-协同规划、地下空间勘察-施工建造、地下空间监测-预警四大技术体系，为推动我国建立城市立体开发新模式提供理论和技术支撑。
关键词：城市地下空间;城市地下空间资源;探测;安全利用;全要素;协同规划
向太空、向海洋、向地下“要空间、要资源、要安全”是人类发展到一定阶段的必然选择，我国已经全面部署“深空、深海、深地”国家战略，“深空、深海”战略已全面启动并取得突破性进展，“深地”战略已列为国家科技战略重点领域。
我国地下空间需求大、发展快，已成为世界城市地下空间建设规模和速度第一大国，在地下空间开发工程技术方面居领先地位，但在城市地下空间探测、评价、规划和监测等方面的理论水平和技术水平相对较弱。完善城市地下空间理论体系和技术体系，是科学开发、安全利用城市地下空间资源的必然选择，可为城市立体发展提供理论和技术支撑。
1我国地下空间开发利用现状
历史上，伴随人类的聚居、城市的形成和发展，地下空间不断被利用和开发。1863年建成使用的伦敦地铁是第一次工业革命后西欧城市化进程的产物，成为近代地下空间开发的重要标志。此后，19—20世纪，西欧和美国城市化和大型中心城市建设中，掀起了地下空间建设的第一次高潮，伦敦、巴黎、纽约的地下空间各具特色，在促进城市交通及市政功能中发挥了重要作用[1]。20世纪后期是亚洲城市崛起阶段，日本、韩国、新加坡等亚洲国家城市化进展飞速[23]，地铁、地下综合管廊、深隧调蓄系统得到了高速发展。
1.1发展现状
与世界发达国家相比，我国城市地下空间资源开发利用起步较晚，但发展迅速。21世纪，我国已成为世界城市和地下空间建设的中心，在建设速度和建设规模方面均达到较高水平。虽然不同地区、不同城市发展地下空间的主要目的和驱动因素不同，但在城市化不断发展，人口、资源聚集的过程中，地下空间发展趋势具有较高的相似性。按照轨道交通发展阶段并结合未来发展趋势，我国城市地下空间开发利用可分为初始化、规模化、初始网络化、规模网络化和生态城5个阶段。
目前，我国城市地下空间开发以地铁建设为主，需求大、发展快，总规模已居世界第一位。近年来，以综合管廊为代表的地下市政基础设施开始兴起，东部大城市以交通枢纽建设的地下综合体为重点。“十二五”以来，我国城市地下空间建设量显著增长，年均增速达20%以上，约60%的现有地下空间为“十二五”期间建设完成。据不完全统计，地下空间与同期地面建筑的面积比例逐渐增加。
尤其在人口密集和经济活动高度发达的大城市，在轨道交通和地上地下综合建设带动下，城市地下空间开发规模增长迅速。伴随着城市地下空间开发利用的普遍开展，我国制定了“十三五”地下空间开发利用规划。各城市规划建设公开信息显示，截至2015年底，我国已有北京、上海、重庆、南京、杭州、深圳、青岛、沈阳、昆明、武汉等几十个城市编制完成了地下空间总体层面规划。一些城市，特别是特大、超大城市中心区，结合旧城改造和新区建设，已编制或正在编制地下空间详细规划。
1.2发展趋势
(1)地质调查先行支撑。地下地质情况复杂，位于不同地质地貌单元的城市地质结构和资源禀赋各不相同，加之地下空间系统涉及面广，多种地质要素相互交织，互馈作用复杂，对环境变化和工程扰动响应敏感。因此，在城市地下空间开发利用规划阶段，首先要系统开展地下空间资源调查和评估，为区划和整体规划提供地质依据。在地质调查中，对城市地上地下地质条件、资源、环境、空间、灾害等进行全面调查，构建城市三维地质结构模型，综合评估城市地下空间资源和地下空间开发适宜性，城市地下空间资源调查与评估必须作为城市地下空间规划的前置刚性约束。
(2)分层化与网络化规划布局。目前，我国处于城市地下空间规模化开发阶段，规划指导作用尤为凸显。在城市总体规划层面上，根据城市未来经济条件和发展需求，结合当地地质特点与城市延伸方向，合理布局和分层规划是城市地下空间未来发展的必然趋势。
(3)地下资源协同开发利用。城市地下除了可利用空间，还赋存地下水、地热能、地质矿产等多种宝贵的地质资源，每种资源的开发将会对其它资源产生扰动和影响，严重时会产生灾害。因此，在开发地下空间时，识别和评价与其共生的其它地下资源的特征和互相作用模式，是未来安全开发地下空间的趋势[4]。广义上，地下空间的协同化发展包括地上设施与地下空间的一体化协同、地下不同层位之间的功能布局协同、不同开发类型地下空间的功能配合协同，以及地下空间开发过程中探测、评价、规划、施工、监测、监督管理的全链条协同。
(4)管理数字化、智能化。城市地下空间规划、设计、建造、运营维护与防灾安全管理均离不开全面了解和准确掌握城市地下空间基础数据。采用数字化、智能化方式对城市地下空间数据进行管理是必然的发展趋势，即在地下空间探测—规划—建设全过程中对地下空间的所有数据实行信息化管理，为城市地下空间合理规划、建设和决策，城市防灾和应急处置提供依据。
2我国地下空间开发面临的问题
2.1地下地质情况不明
要高效、安全、充分利用地下空间，必须首先查清楚地下空间的地质情况[5]。地下地质系统包含岩、土、水、气等各种物质，是温度场、应力场、电磁场、化学场、能量场等相互作用的复杂平衡系统，是经过漫长地质历史演化形成的，是不同时期、不同阶段内、外动力地质作用形成的共生组合体。
目前，虽然城市地质调查工作在城市规划布局中发挥了重要作用，但工作精度、深度和广度不足以支撑城市地下空间开发利用，对制约城市地下空间开发利用的地层结构及物理力学特征、地下水特征、活动断层、特殊岩土、地下岩溶等关键工程地质要素的调查不足，支撑地下空间规划开发利用的关键数据和信息不全，导致地下工程施工、运营中对可能发生的重特大事故或生态环境破坏无法进行及时有效的预测和防治。
3战略构想
3.1“地下空间”内涵
狭义上，“地下空间”是地表以下自然形成或人工开发形成的空间，自然地下空间是地质作用形成的洞穴、孔隙、裂隙等地下空间，可以开发为地下工厂、地下仓库、地下电站、地下停车场、地下防空洞。广义上，“地下空间”泛指地表以下的空间，包括地表以下的地质体、天然形成的各种洞穴以及人类建造的地下建筑体。本文的研究对象是指广义上的地下空间，包括地下空间工程与地质环境的相互影响作用。“地下空间资源”是可供人类开发利用并可开发形成地下空间的岩土体。
1982年，联合国自然资源委员会正式将地下空间列为“潜在和丰富的自然资源”，并被认为是与宇宙、海洋并列的、未来最具有开拓价值的领域。
3.2地下空间探测与安全利用新理念
3.2.1地下空间“全要素”精细探测
地下空间开发利用是在地下地质体中进行，因此，探明城市地下“土岩水气”属性特征和演化规律、摸清地下地质情况、识别地下空间开发关键地质环境要素，是地下空间安全开发利用的关键。针对城市地下岩土地质结构特征，按地质条件，将城市划分为单一地质结构和复合地质结构两大类型。
单一地质结构指200m以上浅部松散层或某一类基岩为主的地质结构类型，如上海等平原城市以松散层地层为主、青岛以花岗岩为主、桂林以碳酸盐岩为主。复合地质结构型是200m以下浅松散层与基岩组合发育的地质结构类型，包括二元复合结构和多元复合结构，二元复合结构主要为2种岩土类型组合，如上部为松散层，下伏基岩，岩性和结构相对单一;多元复合结构主要为3种及以上岩土类型组合，如上部松散层下伏多种基岩组合。
围绕城市地下空间安全开发和利用，根据不同地质条件类型的城市对地下空间开发利用的控制因素，明确探测对象和探测重点，筛选全要素指标，建立城市地下空间全要素探测指标体系。除了针对地下地质情况进行基础地质探测外，既有地下空间的探测也是重要的组成部分。针对城市建成区既有地下空间和天然空洞，探明地下空洞三维形态，实现360°实时扫描，准确显示地下空洞的三维形态。
3.2.2地下空间“全资源”整体评价
传统的地下空间评价，仅从工程条件的适宜性开展地下空间开发利用适宜性评价，未考虑城市地下空间开发过程对矿产、地下水、地温、地质材料等资源的利用和影响。本文建立地下空间“全资源”评价理念，统筹考虑各类资源，是新时代地下空间开发利用的发展方向。
3.2.3地下空间“全空间”协同规划
城市地下空间规划包括平面布局与竖向深度规划控制。城市地下空间功能需求与潜在价值的不同，城市地质环境及各种保护要求，共同决定城市地下空间开发的适宜性，并成为地下空间功能区划与规划控导的主要影响因素。因此，在现有城市规划理论的基础上，开展城市地下空间资源规划原理与方法研究，实现城市地下空间“全空间”协同规划。
不同发展阶段、不同类型的城市，对城市地下空间开发利用需求也不同。以开展面向未来的城市地下空间功能需求及其预测方法研究为前提，分析不同类型的城市需求，开展不同功能、不同规划期地下空间开发研究，进行潜在价值与经济、环境、生态等多目标社会和环境效益分析，从而获得地下空间开发难度与潜在价值预测，为协同规划提供依据。
3.2.4地下空间“全环境”监测预警
地下空间开发过程中出现的各类地质灾害和环境演变值得关注，因此，掌握城市地下空间开发与地质环境的相互作用规律，通过对地下工程和地下水、土、气等地质环境开展监测，评价工程扰动下地质结构的变形破坏规律及其对工程结构物的影响，从而减少地下空间开发对地质环境影响，保障地下工程安全和城市整体安全，保证经济社会和地质环境可持续发展。
3.3地下空间探测与安全利用理论与技术新体系
以地球系统理论为指导，融合地质、规划、工程、建筑、经济管理等多学科理论，在系统开展“全要素”精细探测、“全资源”整体评价、“全空间”协同规划、“全环境”监测预警的基础上，创新地下空间探测与安全利用理论，构建精细探测-资源评价、区划-协同规划、勘察设计-施工建设、监测预警-应急处置四大技术体系，服务地下空间开发利用全过程，支撑地下空间安全利用和科学管理，为相关法律法规制定提供支撑。
4结论
(1)向地下要空间，科学开发、安全利用城市地下空间资源，是转变城市发展方式、突破城市发展瓶颈、破解城市发展困境的必然选择。
(2)围绕我国地下空间探测与开发利用的现状，提出了地下空间“全要素”精细探测、“全资源”整体评价、“全空间”协同规划和“全环境”监测预警新理念，围绕地下空间开发利用中面临的重要科学问题和关键技术问题，构建了城市地下空间探测与安全利用新的理论体系和技术体系。
(3)上述新理念、新理论、新技术的提出，旨在促进我国城市地下空间探测、开发、安全利用和科学管理，丰富和完善地下空间学科的理论体系。
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