城市化给我们带来的是现代生活的便捷与高效，但是，大城市、特大城市的出现，也带来了巨量人口与有限的土地之间的尖锐矛盾。每一个身处其中的人，生存空间都在不断受到挤压。交通拥堵、环境污染、城市内涝、垃圾围城等更是带来了城市生活的诸多烦恼。
如何才能在有限的土地资源上拓展我们的生活空间，改善我们的生活体验，让更多的人感受到城市的美好？我们不妨再仔细看看我们的脚下。1863年英国伦敦建成了世界上第一条地铁，开启了城市大规模开发利用地下空间的时代序幕。在此后的一个多世纪里，地下过街通道、地下停车库、地下交通快速道、地下商城、地下建筑综合体、地下大型供水、排污、垃圾处理、能源供应系统以及综合管线廊道等如雨后春笋般在世界各地大量出现。向地下要空间、要土地、要资源，已成为现代化城市发展的必然。
地下空间利用能为我们带来哪些全新的体验？我们该如何科学、立体、深度规划和利用地下珍贵的土地资源？
我们特邀2018年度国家最高科学技术奖获得者、中国工程院首届院士、中国现代防护工程理论的奠基人钱七虎，为您深度解读《地下空间如何助力城市绿色发展？》
文:钱七虎
来源：中国经济大讲堂，原文首发于2019年6月14日，原标题为《【深度】钱七虎：未来城市的神奇架构到底什么样？》
钱七虎，中国工程院首届院士，2018年度国家最高科学技术奖获得者，他是中国现代防护工程理论的奠基人，是防护工程学科的创立者、防护工程科技创新的引领者。60载科研生涯，他为我国防护工程各个时期的建设做出了杰出贡献。他荣获国家最高科技奖的殊荣，将800万元奖金全部捐献助学。他进入耄耋之年，依然忙碌于科研一线，为国家重点工程建设四处奔走，发挥着重要作用。
（以下为演讲全部内容）
我们人类利用地下空间的历史和人类历史一样久长，周口店的北京猿人是住在山顶的洞穴里面的。19世纪的工业革命时期，城市化开始了，城市的市政设施比如说上下水道、排水就是利用了地下空间。工业革命带来了世界经济社会的大发展，同时带来了世界经济社会的很多问题。人类在痛定思痛以后的宝贵觉醒，意识到要走一条可持续的发展的道路，就是节约资源、保护环境、可持续发展。
我国在改革开放初期的城市化率是19%，2018年我们的城市化率是59%，到本世纪中叶我们的城市化率要达到75%左右。到2030年我们的人口达到最高峰16个亿，也就是说到本世纪中叶，中国将有12亿人生活在城市里面。那需要多少土地呢？按照联合国的标准，一个人至少要有100平方米的土地，意味着我们到本世纪中叶，将要增加5000万亩的土地需要来供城市建设。但是我们知道，根据国土资源部的调查，中国耕地现在总数是18.18亿亩，而我们的耕地的红线是18亿亩，因此它的余量也就是只有0.18亿亩，显然不足以支撑我们今后的城市化用地需求，我们城市建设面临着无地可建的窘境。
城市由于土地紧缺，所以都在建高楼，高架路密布，交通拥堵成为我们城市的一个痛病。
由于交通拥堵和城市人口急剧地扩张，汽车的尾气大量增加，现在城市的空气污染已经达到了大家非常心烦的程度，雾霾已经成为大家的一个心痛。其次就是关于城市内涝，由于我们城市不断地扩大，而且城市的地面都是柏油路面、水泥路面，也就是不透水的地面，所以造成了在暴雨情况下我们城市的降雨不能排泄出去，形成了内涝。据统计2010年以后，我们全国有一半以上的城市产生过内涝，有的城市内涝还达到3次。北京的同志都可能记忆犹新，2012年“7·21”暴雨造成了城市雨洪的内涝。还有城市的垃圾问题，环境协会统计，每年我们城市人口要产生十亿吨的垃圾，这些垃圾都堆置在我们的垃圾场，形成了垃圾围城的现象。
以上种种就是所谓的城市综合征，也就叫城市病，那么怎么来解决呢？出路在哪里呢？
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如何利用地下空间解决土地紧缺？
城市没有地可建了吗？没有地可造路了吗？从哪里去要土地呢？从我们脚下要地下空间。我们要集约利用我们土地，不但是利用地面，还要利用地下，地下还要多层利用。加拿大蒙特利尔，它有三条南北向的地铁线路，两条东西向的地铁线路，围绕着五条地铁线路建设了很多地下空间、地下步行街。在地下街两旁有商业设施，同时在这些地铁的出入口和蒙特利尔中心区的上百栋高层建筑都连通，因此形成了这么样一个地下城。我们去过蒙特利尔城的人都知道，如果进到地下城整天可以不出来，解决各种交通问题、生活问题。那么这样的地下城中国也正在建设，比如杭州的钱江新城、广州的珠江新城、武汉的王家墩的商务区等等。这些地下城都是达到了几十万平方米的地下空间的利用面积，很多设施都可以移到地下去，包括展览、文艺、体育设施。
法国巴黎的卢浮宫，老的卢浮宫展览的面积不够了，怎么办？就往地下发展。我们华裔建筑家贝聿铭设计的，有一个地下的入口，这个入口下去以后，下面都在那儿参观。所以地下的空间的利用大大地扩充了卢浮宫的这样一个面积。
这是赫尔辛基的地下的游泳池，50米的标准长，它的顶上是喷锚，没有装饰，所以造价也不高。这是斯德哥尔摩的地下音乐厅，这是挪威的地下的运动场和游泳厅。
这是芬兰的国家的最大的研究院，它的地下实验室在地下40米，因为研究院里有很多研究项目需要静音，需要屏蔽，地下最好提供了最适宜的环境。
美国明尼苏达大学这个地下实验室得到过一个总统奖。地下比较闭塞阳光进不去，它把地面的阳光经过光学的折射引到地下，把地面的景观通过光学系统引到地下；哈佛大学的地下图书馆它的校址、校舍没有大的扩大。它的扩大就往地下，图书馆不够了往地下发展；法国的国家图书馆地面的部分不够了，怎么办？往地下发展；日本的国立图书馆有8层，书藏到地下；芬兰的矿井利用起来了作为地下的餐厅；美国的矿井的采空区下面有地下水，它利用了地下水的资源开展潜水运动。
中国地下空间利用也取得了很大的成就，到底解决了多大的土地紧缺问题？我可以告诉一下大家数据，现在北京市地下空间的利用面积已经达到9600万平方米，上海的地下空间利用面积已经达到9400万平方米，深圳的地下空间利用面积已经达到5200万平方米。
那么到底潜力有多大呢？现在的技术，地下工程的技术已经达到可以开发100米是没有问题的。如果开发50米的话，那么北京市可以有100亿立方米的地下空间可以开发，可以考虑十层，那么有30亿平方米的建筑面积可以布置在地下，所以这个潜力是非常大的。
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如何利用地下空间解决城市交通拥堵？
交通拥堵的实质是什么呢？是交通的需求大于交通的供给，怎么办？往地下建路，我们可以在湖下、河下建路。
中国第一个城市湖下面修的路就是南京玄武湖的两个隧道，是上个世纪八十年代末建的，当时我是专家组组长。像这样湖下的道路中国建了很多了，苏州有两个湖：一个叫独墅湖， 一个叫金鸡湖，独墅湖已经建成了，金鸡湖正在建。太湖也建了，杭州的西湖也建了，南昌的青山湖、武汉的水果湖也建了，东湖也要建。长江下面建了路、隧道，上海、武汉都建了。长江下的隧道，南京已经建了三条，还要建，武汉已经建了两条。黄河下面也建隧道。海底也在建隧道，我们的青岛到黄岛，还有厦门的东通道，港珠澳大桥实际上有一个6.7公里的海底隧道。深圳前海的地下空间规划中，它的地下路有三个方面：一个是地下环路，一个是地下的快速路，一个是地下的车库。它的地下快速路是解决什么呢？过境交通，汽车到了前海它就进入地下环路，然后进入到各个高层建筑的地下车库，来解决前海的局部的交通的问题。中关村的地下有三层，地下一层也是个地下环路，也就是说到中关村以后，中关村地面下有环路，有10个和地面的出入口、13个地下出入口连着中关村的各个高层建筑，利用地下的这么一个系统来解决中关村局部的汽车交通拥堵的问题。
那么还有停车的问题，我们有很多小区它原来建的时候，大家都没有汽车，因此没有考虑车库。现在大家进入小康社会了，生活提高了，买了车了，但是没有车库怎么办？南通这个地下立体车库就利用很小的一个地面，挖个井下去，周围是一个个停车位，像个玉米棒子一样，玉米粒一样。中间的台子就叫地面，车来了把它带下去，转到第几层第几号车位它就转到那里。你车开过去，然后再上来，这样地面占了很小的面积，地下你要多深就多大，就这样来解决一个已建小区的没有车库的这么一个地下车库问题。另外我们中国很多城市高铁的交通、航空的交通的枢纽问题也要开发利用地下空间，上海的虹桥枢纽它有两个交通广场，一个是西交通广场，一个是东交通广场，这些交通广场联系到公共交通、私家车都可以无缝地在地下车库里连接到。还有城际的交通，长江三角洲的这些城市的铁路的连接，所以这样一个地下的立体的航空枢纽、交通枢纽，把大量的交通容纳到地下。
城市是要发展城市的轨道交通，为什么呢？因为轨道交通地铁是大容量高速地解决上下班时候的主要的一个措施。就像我们北京一样，上下班高峰的时候老人、小孩上不了地铁的车辆，有一句话说地铁拥堵到什么程度呢？买的面包上了地铁变成了饼干了，买的饼干上了地铁变成面粉了，就是这么拥堵的程度。但光发展地铁轨道交通还不够，还要发展地下快速路，这样相辅相成来解决城市交通拥堵问题。
还有一个措施就是建设地下的物流系统。什么叫地下物流系统？城市里运货要转入地下。根据世界经合组织的统计城市的交通10%到20%是运货的，中国的统计运货的更多，大概20%到30%，如果我们运货都转入地下，那么地面的交通拥堵就会大大地缓解。现在又提出来地下智慧物流系统，根据统计，去年全国已经达到820亿个的包裹，如果按照我们现在的研究方案，将来的地下智慧物流系统建成以后，地下物流系统建到小区。那么设想一下将来可以是什么样的情景了，就是我们通过鼠标、电脑订货或者通过手机订货，订了货以后，这个货就会像流水一样通过地下物流系统，流到每一个小区，流到每一个住家，我们城市的交通拥堵和城市的空气污染就大为好转了。
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如何利用地下空间解决城市环境问题？
美国波士顿原来是高架路，1994年拆了高架路，修地下路，8到10车道的，全市的高架路都拆了。为什么拆高架路呢？高架路振动、尾气排放，城市环境恶化了，所以为了解决这个问题波士顿决定拆掉全市的高架路修建地下路。
图中左边就是原来高架路的情况，高楼林立，高架路拥堵，右边拆了高架路以后变成了林荫大道。波士顿拆了高架路修了地下路以后环境怎么样呢？告诉大家，波士顿监测结果全市的空气一氧化碳的浓度降低了12%，城市的空气污染大大地好转，同时增加了大量的城市的绿地和开敞空间。
为什么地下快速路可以解决城市的空气污染呢？快速路里面也是有汽车在通行，也有尾气的污染。东京的地下快速路的尾气通过地下设施的除尘和换气技术，用静电除尘，通过催化把一氧化碳、氧化氮变成二氧化碳，变成无害的空气，这就是东京地下线的除尘换气技术。波士顿的地下路也是有这样的系统来解决地下路里面的尾气的污染。
还有城市的污水，过去我们城市的粗放发展模式，污水直接排到流经城市的河流里面去，现在我们绿色可持续发展。过去的处理我们知道，高碑店污水处理厂周围大量的地面不能得到利用。那么怎么能够解决这个问题呢？芬兰赫尔辛基污水处理系统就是地下的，我去参观过这个地方，地面闻不到臭味，到里面就有臭味了，就是把污水在地下处理，最后出来了一包一包粉，这个粉可以当肥料。新加坡也是这样，新加坡原来是七个地面的污水处理厂，经过改造以后变成两个大型的污水处理厂和两个小型的污水处理厂，通过综合管廊把污水输送到地下，输送到污水处理厂，然后污水经过处理以后无害了排到海里面去。
这一个是上海的50万伏的高压变电设备，建到地下去了，它意味着什么呢？就是我们过去城市变压器都在地面，城市的电缆都在空中，我们叫做蜘蛛网。那么这个电站建成了，意味着这50万伏的高压都可以到地下去，也就是所有的电力电缆都可以到地下去了。因此地上的城市的蜘蛛网就可以不再出现了，当然通信电缆更可以到地下去了，所以就是建城市的综合管廊解决城市蜘蛛网的问题。
城市内涝的问题东京怎么解决的？它是建了这么五个大的竖井。
这个竖井多大呢？下面有一些人，通过比例，就能看到这个竖井有多大，它用大的竖井深层地蓄排。如果没有暴雨，平常的雨洪和污水通过平时的浅层的排水道，处理以后排到旁边那个东京最大的河流；如果雨洪来了，竖井就打开了，水下去，上百万方的雨洪储在储蓄井里，然后通过泵排到河川里面去。所以东京过去由于台风、暴雨曾经出现过内涝，现在没有内涝了。
这是吉隆坡的，它的地下路是和排洪解决城市内涝相结合的。没有暴雨的时候，它的上下两层都通车，如果有大暴雨，路就关闭了，关闭了以后全部排洪，不通车了。新加坡它也有一个深层的排水系统，是怎么样的呢？因为新加坡它是一个岛国，它的淡水是不够用的，所以它的这个雨水、污水是分流的，就是它的雨水要利用的，它的淡水、雨水是通过地面的渠道流给五个深层的集水井，然后经过处理以后应用到水务系统来用的，所以城市内涝也是可以解决的。世界的经验是要建设深层的蓄排系统，我们国家国务院也提出来要建设海绵城市。我认为最重要的解决内涝的是深层地蓄排。
在我们东北地区、京津冀地区、华北地区，由于冬季还要取暖、燃煤，还是没有彻底解决雾霾问题，可以用地热来解决问题。地热分三方面来介绍，第一种形式是热泵技术，所有的城市都可以利用，当然效率、过程是不一样的。这种技术最大的优点，它是可再生能源，是不污染空气、不污染环境的清洁能源，所以我们要大力推广，这是解决以燃煤为主空气污染的一个替代方案。
这张图地面横坐标是一个温度，越往右边温度越高，是冬春秋夏。夏天温度最高了，但是到地下大家看四条线变成一条线了，就说明地下五米以下基本上是一个温度，也就是地下是冬暖夏凉的，那么利用这个温度差来解决这个热能的问题。
这张图就是地下的热交换管，埋在地下，通过热泵把地下的热送到房子里面去解决取暖和空调的问题。
比如地铁车站我们基坑，我们的连续墙、底板可以放热交换管。奥地利的一个地铁车站里利用桩基来解决冷和热的问题，旁边一个学校用了它的技术每年节省了34000方天然气，每年节省了电费1万美元。瑞士它是利用这个热泵技术每年节省了50万度的电，效果还是明显的。
上海自然博物馆是通过它的地下的灌注桩和地下连续墙的埋管，热泵系统来解决取暖的问题，利用这个热泵技术代替了电负荷是1600千瓦，当然这个技术它需要埋设热交换管要热泵，它要增加成本，成本是增加了200万元，但是每年节省的电费十几万元，所以这样的话它12年可以收回来成本，更重要的它改善了空气，没有污染空气，改善了环境，所以这个是非常值得推广应用的。
第二种形式是美国、德国，它们都在研究的一个技术，目前还不成熟，就是美国洛斯阿拉莫斯国家实验室，在芬登山上建成了一个叫热干岩的发电站。
什么意思呢？我们大家知道，我们的地壳是一个岩石圈，地壳下面是岩浆，火山爆发之后岩浆就爆发了，那个地方地下是非常高温的，所以我们的岩石圈越往下温度越高，大概100米要增加三度，那么1000米的话就是30度，如果3000多米不是增加100度了吗？也就是地下3000多米，一般来说要达到100度，那么水就变成了蒸汽了。
所以我们想就打两个井，两个井打到下面去，我们把岩石打碎了，把水灌下去，水就变成蒸汽了，从右边下去，左边上来，蒸汽就发电了，这就是热干岩的发电站。美国上世纪八十年代已经建成了十兆瓦的热干岩发电站，但是成本还是高，所以目前还没有推广，但未来是非常可观的。为什么呢？因为这个热干岩量很大，我们中国有多少热干岩的量呢？我们中国有热量相当于836万亿标准煤的热干岩，如果用2%可开发的话，中国的热干岩的发电量，我们如果按每年46亿吨标准煤的热量来算，热干岩一千年都用不完，所以这个量是非常大的，所以这个技术是很可观的。所以现在我们中国正在加紧研究把这个技术怎么能够用到商业开发的程度。
还有第三种地热能，是现在已经利用了，就是我们雄安的新城，它有个天然的条件，地下有温泉、热水，雄县85%的小区、80%的居民就是用地下的热水来冬季取暖的，所以叫做雄县模式，这个当然要有一定的条件地下要有温泉才行。那么现在我们中国的这个温泉在很多省比如说西藏、河北还是很丰富的，所以我们要推广应用地下的地热能。
合理利用地下空间是解决“城市病”的一剂良药，城市地下空间对地震、干旱、风暴、海啸、山体滑坡、泥石流等自然灾害的防御能力远远高于地面建筑。因此，城市地下空间将成为居民抵御自然灾害和战争灾害的重要场所。而城市地下空间对火灾、洪灾等灾害的抵御能力则相对较弱。
随着地下空间在国内外的大量开发利用，人们已经积累了较丰富的地下空间防灾害的经验。地下空间在选址时，会尽量避开容易出现洪水泛滥或暴雨积水的区域；地下空间的人员出入口应高于当地最高供水位。进排风口和排烟口也会设置在地势较高的位置。出入口地下空间一旦发生火灾事故，该如何应对呢？如何能保证人们使用地下空间的安全？如何才能系统科学地编制好城市地下空间规划造福人类呢？
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如何合理规划防范地下空间灾害事故？
地下空间的方向感不像地面方向感那么强，如果发生火灾，人从地下往上走，和烟气往上走是一个方向，而且烟气的上升速度比人往上跑的速度还要快，因此不利于疏散逃生，现在经过教训和研究，采取了各种措施，各种对策可以来防止。包括我们防范火灾的规划，方向感不行，我们可以有地下的标志系统，另外规划里面要求防烟、防火分区和防火隔断装置，自动的报警系统、自动的灭火系统、消防系统，种种措施让现在的地下空间防灾的能力大大地提高。
地下空间是一个宝贵的、有限的、不可逆的资源，必须先规划后建设，科学的规划是最重要的，城市成片的地下空间要统一规划、统一建设和统一管理才能达到最大的效益。
上海世博会的世博园区原来是上海钢铁三厂，搬走了以后办了世博园，世博园闭幕以后，它的地下空间成片地统一设计、统一规划、统一建设，取得了很大的效益。
还有北京的中央商务区也是成片地统一规划、统一设计，它有地下五层，地下一层是人行的商业地下街，还有地铁的出入口连接高层建筑；第二层就是车行道，和各个地下车库相连，车到了中央商务区进入到地下，减少了地区的交通拥堵；三层到四层是地下的车库和管线，这样成片的规划取得了最大效应，同时节省了成本，缩短了工期。
就像总书记讲的，要把每一寸土地规划得清清楚楚。地下地上空间规划要相互协调，形成一体化，地下各项规划要相互衔接，尽力“多规合一”。也就是说横向相互连通，竖向要分层安排，而且近期与中远期的推进要有衔接有序，这样才是一个科学的规划。同时在搞地下空间的设计、地下空间施工的时候要发扬工匠精神，抱着不留历史遗憾的态度来精心做好地下空间的设计与施工。
我们建设了城市的地下交通，建设了城市的地下物流系统，把污水的处理运输都放到地下去，我们人可以在地面上享受阳光、空气、水，可以看得见山，看得见水，记得住乡愁！山清水秀、白云蓝天，实现我们美丽的中国梦！
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