日本的大深度地下空间利用动向.pdf

第 1 4卷第 3期 1994 年 9月 少色 下空 间 U NEGDRR O NS UP AECD V o l 14 N o 3 S e Pt 19 94 日本的大深度地下空间利用动向 童林旭 清华大学 摘 要 日本的城市地下空间利用正在从 浅层 向深层发展 深 度加大后 出现了许多新 的问题 如技 术问题 经济问题 法律问题等 本文根据 最新 资料 围绕大深 度地下空间开发利 用中一些技 术问题的研究动态 考察日本城市深层地下空间利用 的发展方 向 关键词 地下空间 城市基础设施地下综合体 1 引言 日本的城市 地下空间利用 迄今为止主要在 浅层地 下空 间中进行 从8 0年代初期起 开始 对日本国内和外国的地 下空 间利用进行全面的调 查 搞 清了利用现状和存在 问题 到8 0年代 后期 在调查研究的基础上 提出了大深度地 下空间的开发利用问题 引起 全 国上 下 的关注 进 入 9 0 年代后 已形 成 了一个有政府部 门 大型建筑企业和有关高校共同参加 的广 泛 活动 声 势 很大 开始有计 划地对 各种技术 经济 环境 社会等问题 进行 专题研 究 每 年有数百 万字的调 查报告和研究成果发表 有力地推动着深层 地下空间利 用事业的发 展 当然 这样复杂的间题 需 要相当长的时间准备和解决 日本正处于准备和 探索的阶段 阶少量地铁线路较深外 尚未 进入大深度开发的工程实践 本文根据近年接触到 的最新资料 简要介 绍关于大深度地 下 空 间利用的一 些 构想 同时围 绕大深度地下 空间利用 的主要技术问题的研 究动态 概 略地考 察日本 深层地 下空间利 用 的发 展动向 2 关于大深度地下空间利用的构想 日本 学者 尾岛俊雄 在8 0年代初 提出了在城 市地 下空 间 中建立封闭性城市再循环 系统的 设 想 变开放性的城市 自然循环为封 闭的再循 环 用工 程手 段将多种城市循 环系统组 织在一定 深度的地 下 空间 中 在 这个思想指导下 尾岛提 出一个 大深 度城 市基 础设 施 复 合干线网的建 议 由埋深5 0一1 0 0米 的干 线和相 交处的节点组成 若干个三 角形 单元 覆 盖整 个 东京2 3个区 的范 围 干线 为直 径 1 0一1 5米 的管线 铁路 道路等的综 合廊 道 节 点处是 一个 大型地下 构筑 物 其中布 置各 种处 理和 回收设 施 节 点间距 2 5一3 5公里 所 有物 流 系统的运送 处理 回收 都在这个大循环 系统中进行 第一期工程建议先覆 盖市 中心的1 0个区 干线全长 5 7 8公里 造价 估计 为6 0一7 0亿 美元 虽然代价很高 但重要 的是城 市基 础设 施 的再循环程度 将有很大 194 第 41卷 提高 在 节省 资源与 合理使用资源 的前提下 城市生 活质量 将会有很 大改 善 尾 岛构想 的平面 图见 1 图 1 大深度基础设施复合干线网构想 粗线部分为一期工程位置 在 尾岛建议的启 发和带动 下 许多 部 门和单位纷纷 提 出自己的构想 到 198 8 年前后 到达 高 潮 一 时形 成了百 花齐 放 的局面 这一时期提 出的大 深度地下 空 间利用的 构 想大体有两大 类 一类是政府各有关部 门针对其所辖 的业务 提 出在某一领域利 用大深度地下 空 间的建议 另一类则是 一 些高等学校和大型建筑企业提 出的 在整 个城市范围 内建立综合性 的大 深度 复 合城市系 统的各种 构 想 在政府部门中 运 输 省对开 发大深度地 下铁道 系统的施工 防灾和与地 面的垂直交通等问 题提出了 一些 设 想 并开 展 了有关问题的调 查研 究 邮 电省提 出建立 邮政 专 用地铁系统的建 议 通商产业 省对 在大深度地 下贮存 能源很 关心 正在学习欧 美一些 国家的经验 研究在日本 推广的问题 环境厅和消防厅对于大 深度地下的环境和防灾问题特别关注 已经提出了 一些解 决问题的设想 建设省 作为与城 市发展关 系最 为密 切的部 门 开展了全 面的调查研究工作 成 为大 深度 地下 空 间利用研 究 的中心 起着综 合 指导 组织的作用 日本 有许多大型建筑 企业 知名 的如 大成 建设 清水 建设 鹿岛建设 三井建设 熊谷 组 大林组 等 这 些企 业都有 自己的科研和设计 单位 提 出了 不少大深度地 下 空间利 用的构想 和方案 其中清水公司和大 成公 司提 出的较有代表性 特点是 在尾岛提出的大深度地 19 94 年第 3 期 童林旭旧本 的 大深度地下空间利用动向 195 下基础设施复合干线网的基础 上 在每个节点 部位开发一个大规模的复合城市设施 就是一个 大型地下 综合体 引入相当一部分城市功能 并通过 大 的中庭与地 面空间形成 整体 形 成更新 的城市地下化的概念 清水公司的构想是 在地下5 0米深处建造覆 盖全市区的方格 状基础设施复合干 线网 敷 设铁路 道路 和各种管 线 并提供防灾空 间 在交叉点位置 上建造椭 球形大型地 下综合体 大 小相间布置 大的直径1 0 0米 高 5 0米 其中布置 各种 业务和文化设施以及 地铁站厅 小的直 径 3 0 米 高2 5米 其中容纳各系统 的处理和回收设施 整个 系统 的建设 费估计 为 1万亿日元 大成公 司提出的构想 是 在地 下 5 0 米处建基础设 施干 线网 呈 三角 形网格状 边长 2 5 至 3 5公里 在网格交叉点处建圆筒形大型地下综合体 三个 呈品字形布置 中 间是 一个较 小 的球体 容纳处理和回收设 施 每个 综 合体建筑直径S 0米 高5 0米 筒壁为 1 2层 的地 下建筑 筒心是 一个 直径4 0米的大天井 供通风采光 用 在综合体中布置 办公 商业 娱乐 情报信息等 多种设 施以及地铁站厅等 使一部分城市功能转入地下 这 样 一组大型地 下 综 合体 白天 可容 纳 1 0 万人在其中活动 夜间有 1万人居住 相 当于现在的东 京副都心新宿的规模 造价估算约 为 52 00亿日元 经过几年的蕴酿 交流和综合 到现在为止 方案集中的情况大体是 基础设施干线网仍以 尾岛的建仪为基 础 各方案的差异 不大 在交叉点位 置建造大型地下 综合体直通地面 这个想 法也基本一致 不 同的在于综合体的形状和形式 在球形 椭球形和 圆筒形等多种方案中 大成 公司的圆筒形方案 日本称为竖井式 被公认为有较多 优点 便于解决通 风 排烟 采光 绿化等 问题 因此这个方案已成为 当前研究各种 技术问题 的主要依 托 3 大深度地下空间利用技术的研究 地下 空间的开发进入深层以后 在技术上的很多方 面都要比开 发浅层 困难和复杂得多 而 且还会出现 不少在浅层开发中未曾遇到 过的问题 因此日本已开始百组织有计划地开 展各类 的研究工作 因现在正处于研究过程中 这 里仅介绍几个 方 面研究的进展概况 3 1 大型地下 综合体的造型和内外交通组织 大型地下综合体的建筑外形 从大 成 公司的圆筒形 逐 渐演变为外方 内圆 形 即周 边为 12 5 x 12 5米 的方形 中 间 有一个直 径 6 0一 8 0 米的竖井 建筑共 10 层 总高 5 0 米 每层建筑面 积 12798 平方米 总建筑面积 1 2 8万 平方米 容 积率为 8 2 以竖井直径为 6 0米计 开 口面积为2827平 方米 空地率 为 1 8 综 合体外形示 意 图见图 2 大型 地下 综合体与基 础设 施复 合干 线的连接方式见图 3 综合体在一个节 点 处 不 一定 仅有 一个 可以由几个组 成 图 2 地 一 扮头全体袱祝 少 91 6 地 下 空间第41卷 大 小也不一样 组 合方式见图 4 图 3 综合体与复合干线的连接方式图 4 几个综合体的组合方式 大型下综合体内部的水平交通 基本上由方格状的通道网 图5 a 或鱼骨状的通道网 图 5 b 组成 在通道交叉点和末端布置垂直交通枢纽 包括楼梯间 电梯间和前室等 交通的组 织 能保证综 合体内任何 一点 的人员 都可以 从两个 不同的方 向安全疏散 在竖井中 还 有一组 自动 扶梯 呈 之 字 形布置 每一跑 扶梯升 降三层的高度 示 意图见 图 6 味味布 份份 不不 当综合体 中有地铁站 厅时 的垂直换乘方式见图8 o l 图 5 大型地 一l 综 合体的交通组伙 a 方格状通道网 一 鱼窄状配江卜i 其垂直交通 的泪织见 图7 几共在不同高程上的地 铁 车站 之 间 3 2 大型地下综合体的内部环境和安全问题 大深度地下 空间开 发后 其基础 设施 干线 廊道部分基本上属 于无人空间 环境和安 全问 题并不 突 出 大量的廊道空间还可以为地 面上 的和地下 综合体中的 人 员 提 供 可 靠 的 防 灾场 所 但是 大型综 合体因有数以万 计的人在其 活动 保持 良好的内 部环境并保障安 全比在浅 烟火 不能进入 劲劲劲 日日 哥 丫履 履履 排 排排排 尸尸尸尸尸 户户户户户户 一一尸尸尸 汉 肇肇 获德 图 6 综 合体中万 鱿勺的 1动扶梯 19 94 年第 3 期 童林旭旧本的大深 度地下空问利 用 动向197 层地下空间要 困难得 多 因而成为大深度地 下 空间利用中心须解决的重大问题之一 受到普遍 的关注 日本 目前已提出一些思路 有 的已开 始 了初 步的研究 图 7 地铁深层车站的垂直交通组织 图 8 地铁换乘姑 问 的垂 直交通组织 在大深度地 下空间中 如果能在一定程度上实现天然采 光 将使 地下 环境有很 大改善 并 有助于克服 随深度而增 加的不安全感 可吸 引更 多的人到地 下空间中去活 动 甚至在其中居 住 大型地下综合体中部的竖井 主要是为天然采光 而设的 其直 径越大 采 光效澡越 好 从日 照的角度分析 目前认为当深度为 5 0米时 开口直径 为6 0米较为合适 但是 单纯的天然采光 效果仍然有限 竖井内表面的相当一部分会处于阴影 中 见 图9 因此 有少 提出在竖井 内表面 贴反光玻璃 也有的主张在竖井顶部设置能跟踪日光的大型仄射镜 以便人工 模拟昼夜和季 节的变化 图9 竖井中天然 径 一 守刁均喻 布竖井内壁分层植树的设想 198 地 下 空间 第 41卷 大 深 度地下空 间 中的热环境特 点是上 部和下部温差较 大 越 往 下恒温 程 度越 高 因此 与这 个特点相适应的空调系统是 需 要研究的 同时 上下的温差 为组 织贯通各层的 自然通 风提供了 条件 在竖井与分散在综合体周围的垂直交通设施 之间 形成一定程度的 自然通风是完全可能 的 利 用竖井内的天然 采光和大气降水裁种 植物 提 高大深度地 下空 间的绿化水平 是 为改善 环境而正在研究的措施 之一 示意图见图 1 0 日本对 于 地 下 空间深度加大后的防灾 问题十分重视 以 旧 本 损害保险 协会 和 排烟处 消 防厅为 主 围绕地下空 间 防灾 问题开 展 了 全面的研究 通过实物 和模型实验取 得 可靠数据 比其他领 域的研究已较为深入 对于大型地下综合体的防灾 认为关键仍 然是对 烟 的控制问题 目前侧 重于研 究的 问题是 利 用竖井的自然通风性能 组 织各 楼层的 自然排烟 示 意 图见 图 11 和疏散 路线加 长 后如何组织人员的避 难等 摹摹摹 l l l l l 皆皆皆皆皆皆 萨萨萨卜 二 诱盆公泌 泌泌 子子子子子子 穿穿穿穿穿 驴驴驴驴驴 l l l 穿穿穿 团团团 咚1 i 利用 自然通风原理组织 综合体楼层排烟示意 3 3 大深度地下空间开发的施工问题 日本 的大城市 多在沿海 土层很厚 在地 下 5 0 一 10 0 米深处 一般仍为冲积和 洪积粘性土 层 因此在 开 发大深度地 下空间时的施工问题 与开发浅 层时 没有重大区别 仍以盾构技术为 主 由于深层施工 而出现的新问题是高压地下水的影 响 和长距离掘进 4一5公里 时的通风 排水 排土 供电等问题 以及盾构设备上的刀具磨损问题 这些问题的解决在于改进盾构设 备 使之能抗高压水 实现 无人 操作 同时研制大直径圆形 断面盾构 直径1 0一1 2米 双 圆形 断面盾构 每个 圆直径 7 2 米 和三 圆形断面 地铁车站用 盾构设备 水平掘进时的施工精度 控制也是一个待研究的 问题 大深度大直径竖井的开挖 基本上仍采 用沉井法和连续墙法 沉井法需要 用压 缩 空气封住 井下的高压地下 水 对井 下操 作人员 不够安全 因此需要 开发完全无人操作的施 工技术和设 备 连续 墙 法在日本已比较成熟 现最 深已做到 巧0米 8 0 一9 0 米深已没有太大困难 只是封 底后的上 浮问题需 要研究 以外 在施 工 期 间和大 深度 地下 空间形成以后 对于原有地 下水的存在状态 和流动规律会 有 哪些扰动和 影响 需 要进一步的研究 4 日本 城市地下空间利用 的发展 考察过去多年开发利 用城 市浅层地 下空间的历史 结合当前对大深度地下 空 间利用 的研 究 在发展方向上 有必 要探 讨以下 几个问题 4 1 城市地下 空 间 利用 的动因 日本 的城 市地 下 空 间利用 不论 就其规模还是 水平 在 世界 上都已久负盛名 并且仍继续 向更大规模和更大深 度发 展 这在 当前资本主 义世界普遍 处于经济不景气 许多大城市的发展 19 9 4 年第 3 期 童林旭 日本 的大深度地下空 问利用动 向1 99 和地下空 间利用的活动相对趋于稳定或停滞的情况下 似乎是 一种 很令人迷惑的现象 究 其原 因 主要是由日本的国情所决定 一方面 日本 的经济衰退 不如 西方 严重 日元仍 在 不断 升值 在西方国家的压 力下 不得 不鼓励国内投资 兴建一些 能消耗巨额资金的大型工程 包括大规 模开发利用城市地下空间 另一方面 日本国土狭小 人口密度很高 土地价格高涨 城市在地 面上的发展余地已越来越小 开发利用地下 空间是城市进 一步现代化的唯一出路 在这样的背 景下 日本在世界上领先提 出了大深度地 下空间利 用问题 并准 备付诸实施 就是可以理解的 4 2 城市发展上质的变化 尽管当代许多大城市高楼林立 汽车奔 驰 然而 城市生态基 本上 处于一种 开 放性的自然循 环系统 中 对于本已短缺的自然资源 是一种很 大的浪费 城市的 自发发展倾向也很难控制 因 此 如果有可能在大深度地下空间建立封闭性的再 循环 系统 例如使用后 的 污水 经 处理后 重复 使用 从废弃物 中回收其 中的热能和肥料 将 电力系统 和某些生 产过 程 中的大量余热 废热回 收 将天然的热能 冷能 雨水等在地 下贮存起来供 需要时使用等等 都属 于封 闭性再循环 系 统 就可以在资源有限的条件下 大幅度提高城市生活质量 同时对城市功能 城市结构 以及 城市面貌等多方面产生深远的景响 城市居 民的生 活方式也将发生 根本性的变化 从这个角度 观察日本的大深度地 下空间利用的趋向 其意 义就 远不 止于城市空 间容量的扩大和城市生活 质量的改善 而是将使城市的发 展发 生质的变化 在两维 空 间中自然发 展的城市将转变成在三 维空 间 中在很大程度上实现人工控制的和谐运转的新城市 4 3 全面准备工作的必要性 大深度地 下空间利用涉及到城 市发 展的一些根本性问题 是一 项十分复杂的系统工程 不 做好全面的准 备工作 是 不可轻易实施的 除本文所 介绍 的有关技术 问题外 还 有经济问题 社 会问题和 法律问题需要研究解决 以法律为例 按日本现行法律 土地所有权不受高度和深度 的限制 在开发大深度地下空间时 如果除了高昂的工程费用 还需付出巨额土地费 那么这样 的开发几乎是不可能的 因此必须从法律上研究解决 然而法律的修改必然要 影响到 土地所有 者的切身利益 如不能得 到妥善和公 平的解决 就会引发新的社会问题 由此可见 多部门 多 领域 多学科的全面 准备工作和研究工作是十分必要的 只有采取积极 而慎重的态度 才有可 能把大深度地下空间利用逐步从构想推向实施 4 4 深层开发与浅层开发的关系 在全国上 下关注 大深度 地下空 间利用的同时 日本 并未停止或放弃城市浅 层地下 空间的 开发利 用 在近十余年 中 浅层地下空间的开发 在数量 和规模上较 之6 0年代和7 0年代要少得 多 这个情况在我国一部分人士中造成一种印象 似乎日本地 下街建设是失败的 已不再继续 发展 从而对我国城市地 下空间的开发利用采取不够积极的态度 这可能是一种误解 事实上 由于多数城市中心区已完成 了立体化 的城市再开发 城市矛盾暂 趋于缓和 因而城市再开发的 重点渐移向城市的边缘地区和将要形成新中心的地区 东京附近川崎市车站广场的立体化再 开发 和神 户南 端滨海 地区的立体 化再开发 都能说明这 个 问题 随着这两处再开发而兴建的 杜鹃花 地下 街和 港地 地下 街 1986年和 19 9 3年 都展 现 了日本地下 街建设的最新成新 因此可以认为 浅层地下空间利用仍将继续进行 大量的实践经验为深层开发打下坚实的基 础 深层 开发 是 浅层开 发的继续和延伸 二 者相辅 相成 才能把城市地 下空间利用事业推向新 的 水平 在城 市 发展 中起到更为积极 的作用 19 94 年第 2 期 CON TENTSADNABSTR A CTS241 l a w o f i t svar i at i onan d t h e imp rvoe m ne t ne e d e dfo sr y s t e md es ig n w ereae esr ta i ne d I K e yw or d s l T e m p ear t ure d e e li ne l a w thermalC om fort fo r oo m o ld b ridge impa t impr ovemento find o or thermale nvir onment AP Plie a tio n an dD e ve lopm e nto fN ew TypeE arth S h e lt e r e d C o nstruetion inChin a IA b s t r aet l Th e e art h s h e lt erede ivil an d K ey w rds C ave eave dw e llingdist ributio n in C hin a H ou Jiy a oeta l 185 15de s eribed the pr o p o s a lsfo r publieb u ilding sare dis e u s s ed dw elling earthshe lte red bu ilding a p plieatio na n d d e ve lopm ent T r en d o f U tilizatio n o f D e eP U n de rgroun d SPa ee in J aPan T o n g L i nxu 1 9 3 b s t ra ct U tiliz ation o f ur ba nun de rgro u 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