地下建筑空间设计

地下建筑空间设计

中南大学建筑与艺术学院赵明桥1.主要内容21世纪是地下空间开发的世纪一国内外地下空间开发历程二三地铁车站建筑空间设计四地下商业街和综合体设计地下空间开发利用规划五地下工程的施工六七地下空间的环境控制八地下空间的防灾减灾技术2国外地下空间开发简介第二章国内外地下空间开发历程交通设施地铁伦敦地铁世界上首条地下铁路系统是1863年开通的伦敦大都会铁路(MetropolitanRailway)，当时采用的是燃煤蒸汽机车，1890年又建成第一条电气化地铁。现在伦敦地铁总长超过400千米，四通八达，共有15条线路，能到达伦敦几乎所有地区，地铁已经成为伦敦最重要的交通工具。34巴黎地铁巴黎的地铁历史悠久，风貌别致，像一座深邃的地下博物馆，自1900年开辟第一条线以来，目前已拥有16条地铁线、5条穿越巴黎大区的郊区快线，总长621km，设有380个车站，像一张密集的网络罩住巴黎及外围城市，巴黎地铁系统的庞杂程度居世界前列。5纽约地铁纽约地铁没有法国巴黎和英国伦敦的地铁历史早，但却是当代最大的都市地下铁路：从1900年开始建设，总长达1162公里，共有27条线路，468个车站遍及全市，行车间隔仅二三分钟，每天载客450万。6东京地铁东京是全亚洲最早开通地铁的城市，1927年12月，东京Metro银座线“上野站-浅草站”段通车。目前共有12条路线，214个车站，路线总长292.2公里，每天载客800万人次。7莫斯科地铁莫斯科地铁启运时间1935年5月15日；全长292.2公里、12条线路、176个站点。89101112华盛顿地铁站13蒙特利尔地铁站

14蒙特利尔地铁站

15温哥华地铁站

16葡萄牙波尔图地铁站17葡萄牙里斯本地铁站

18意大利热那亚地铁站19地下人行系统黄浦江人行隧道:隧道为我国第一条越江人行隧道，建于浦西南京路外滩与浦东陆家嘴东方明珠塔之间，隧道内径6.67米，全长646.7米。加拿大多伦多市的地下步行系统20地下道路最古老的隧道是古代巴比伦城连接皇宫与神庙间的人行隧道，建在公元前2160-2180年间。古代使用原始工具挖掘，速度最慢者是驱使3万奴隶挖掘，每周进尺仅75mm。古希腊萨摩斯隧道21波士顿中央大街刚建成时交通状况与改为地下道路后的比较22古波士顿中央大道23巴黎A86环城快速道24东京中央环状新宿线总长11Km地下双向4车道设计车速60Km/h隧道埋深30m25新加坡-KPE全长12Km，地下9Km双向4-6车道26澳大利亚——CrossCityTunnel年8月开始运营以改善东西向穿过悉尼CBD的交通状况27海底河底隧道英法海峡隧道海峡宽度为36.8km，隧道长度约为51km28英法海底隧道从英吉利海峡最窄处即英国的多佛尔到法国的加来，同时修建两条直径7.3米、长50公里的铁路隧道。其中37公里在海底。两条隧道之间相距30米，在其中间线再修一条直径为4.5米的辅助隧道，每隔375米与两侧主隧道连通，供通风、维修使用。当主隧道因故列车不能通行时，辅助隧道还可作为应急的通道。29日本青函海底隧道日本穿越津轻海峡连接本州（青森）与北海道（函馆）的海底铁路隧道，以前两地往返只能靠海上轮渡和空运。从青森到海峡对岸的函馆，海上航行要4.5小时，在台风季节，每年至少要中断海运80次。青函隧道全长53.85km，是世界上最长的隧道，1964年动工，1985年正洞凿通,1988年正式通车。隧道的海底部分长23.3公里，本州端陆上部分13.55公里，北海道端陆上部分长17公里。3031上海复兴东路越江隧道隧道总长2780米，分上下两层，上层高2.6米，供小型机动车通行，下层高4米，供货运车和公交车通行。32厦门公路越海隧道由于隧道穿越地层为质地良好的花岗岩，决定采用双向六车道钻爆法施工，中间设管廊式服务通道；3334武汉长江隧道由于隧道穿越粉细沙不稳定地层，决定采用双向四车道、泥水加压式盾构，盾构直径

11.4m，采用复合式刀具，以实现长距离不换刀掘进。353637杭州市庆春路越江隧道杭州市庆春路钱塘江市区水底隧道通道采用双向四车道盾构方案，理念正确，已进行了安全、风险评估，对环境影响很小。杭州庆春路隧道断面图建成后杭州庆春路隧道38胶州湾海底隧道联结青岛－黄岛胶州湾湾口海底隧道39港、珠、澳海上大通道全长36km，分别由6km沉埋管段和大桥相联后，用3.6km盾构或浅埋暗挖法修建隧道，在珠海拱北上岸，再用桥和6km长的山岭隧道相联，并和太澳公路相联，工程规模为双向六车道。4041琼州海峡跨海隧道由湛江至海口列车目前过海采用轮渡过渡。正在论证方案有公铁合建桥梁中线、西线方案和中线铁路隧道与西线公路桥梁分建方案用于比选。其中隧道方案长34km，采用盾构法修建铁路海底隧道，42台湾海峡铁路隧道台湾海峡海底铁路隧道修建的愿望在日趋增高，共有包括南北中线4个方案正在论证中。

43渤海湾跨海隧道

烟大跨海通道长110余公里，将烟台至大连通道缩短了1600余公里，是沿海通道的重要组成部分。预计2030年修建，可能采用TBM法和盾构法。

4445上海外滩滨水区城市设计1.8公里的外滩滨水区是上海市最具标志性的城市景观区域，但外滩大部分滨水空间被城市快速机动交通所占用，城市公共活动功能和城市环境亟需改善。46474849505152地下停车场全国首座“海底车库”

轮渡地下车库总建筑面积1.4万平方米，净高3米，设小型汽车泊位435个，是我国惟一的海底车库日本多层地下停车场

535455巴黎的下水道均处在地面以下50米，水道纵横交错，密如蛛网，总长竟达2347公里，规模远超巴黎地铁。巴黎下水道博物馆已成为巴黎除埃菲尔铁塔、卢浮宫、凯旋门外的又一著名旅游项目。

下水道56巴黎下水道虽然修建于19世纪中期，但这些高大宽敞的下水道实在不同凡响。贝尔格朗设计了将废水排到郊外阿谢尔野地的方案，并建立了一套较为完整的管理发展、清除维护水道系统的技术，如今有1300多名专业维护工负责清理维护。

57市政设施给水排水电力电信燃气热力城市地下管线已发展为包括给水、排水、电力、电信、燃气、热力、工业等多类别的布局复杂的管线网。一方面是市民生活离不开这些地下设施，另一方面…

58市政设施给水排水电力电信燃气热力2010年3月1期南都周刊封面：致命的管道

一方面是市民生活离不开这些地下设施，另一方面…

59南京2009·7·28地下管线大报复

7月28日上午10时南京市发生建国以来最大的一次爆炸事故，从塑料四厂厂区地下穿越的有两根丙烯管线，被挖掘机挖断，泄漏的丙烯与空气混合后遇到明火发生爆炸，造成13人死亡。在南京市主城区主要干道下，埋着近20种、总长度达8000多公里的管线。20多种管道分属40多家单位，管理不善，利益纠结，使得南京市政府10年来没能画出一张完整的地下管网全景图，更谈及不上地下管网的管理。

王姓男一直拨打妻子的电话在爆炸现场外，一位受伤的群众60长春世纪花园小区8号楼天然气爆炸现场。长春世纪花园小区8号楼天然气管道爆炸后，消防官兵背出受伤的居民。爆炸后的八佰伴美发室内，一片狼藉。61纽约的标志性街景—冒着蒸汽的沙井纽约地下管线布局图据美国管道与危险物品安全管理局的数据显示，从2000至2009年间，纽约州共发生43起严重的管道爆炸事件，造成13人死亡。全美国的事故数量则达到5626起，死亡人数365人。而这些还是在一个比较完善的法制管理体系下发生的。62共同沟共同沟，也叫地下城市管道综合走廊，即地下管廊。它犹如一个大口袋，将各种公用管线收入袋中，同时留有供检修人员行走的通道。共同沟内排水、消防、电气系统、监控设备、通风、照明等附属设施一应俱全。国外大城市已普遍采用共同沟。为预防可能发生的大地震，东京市政当局在地下40米深处加紧建设集电话、电气、天然气、上下水道等公用设施在内的共同沟工程。6364651994年底，在上海浦东新区张扬路初步建成了国内第一条共同沟，全长11.125公里，埋设在张扬路两侧的人行道之下。共同沟避免了由于埋设或维修而导致道路多次开挖的麻烦，由于管线不接触土壤和地下水，因此避免了酸碱物质的腐蚀，延长了使用寿命，它还为规划发展需要预留了宝贵的空间。662010年5月7日，广州一夜暴雨的黄石花园一片泽国。台风“凡亚比”目前造成广东省18人死亡，44人失踪。城市泄洪设施672011年7月起，泰国中部和北部暴雨成灾后，至今全国77个府中仍有1/3被洪水淹浸，造成320人死亡。总理英禄终于承认陷入“国家危机”。68这个称为“地下神殿”的项目始于1992年，建成于2006年，堪称世界上最先进的地下排水系统，以在台风多雨季节防止水灾。这个系统有五个贮水池，直径32米，高度为65米，它们之间通过一个在地下50米深处，长1.3万米的隧道连接。69东京地下排水系统建成于2006年，堪称牢固、先进，由一连串混凝土立坑构成，地下河深达60米。为了保证排水道的畅通，东京下水道局规定，不溶于水的洗手间垃圾不允许直接排到下水道，而要先通过垃圾分类系统进行处理。此外，烹饪产生的油污也不允许直接导入下水道中，因为油污除了会造成邻近的下水道口恶臭外，还会腐蚀排水管道。70商业设施地下商场餐馆咖啡茶室超市地下商业街

1930年日本东京上野火车站地下通道两旁布置了商业柜台，开始营业，现在日本至少在26个城市建设了地下街146条，日进出人数达1200万。71地下商业街案例：日本福冈天神地下商业街1976年开业，2005经过大规模改造。72737475文化娱乐设施图书馆博物馆美术馆展览馆体育馆游泳馆美国科罗拉多州阿斯本怀特伍德小学，美国在22个州建有96个无窗学校。瑞典斯德哥尔摩市泊尔瓦德半地下音乐厅，9000平米。美国乔治城大学雅特斯体育馆，建筑面积13200平米。挪威的地下游泳馆美国哈佛大学的普塞地下图书馆，3层，808平米。美国明尼阿波利斯市南部商业中心地下社区公共图书馆。7677卢浮宫扩建工程

巴黎卢浮宫扩建工程建于1984-1988年，总建筑面积七万多平方米。整个建筑是一座只在地面上露出玻璃金字塔形采光井的地下宫，它包括入口大厅、剧场、餐厅、商场、文物仓库、一般仓库和停车场等。78地下储存设施能源储库蓄水库取水引水工程粮库蔬菜水果库蓄冰蓄热库有毒危险品库杨浦电厂取水工程79新疆吐鲁番的坎儿井十三陵抽水蓄能电站位于北京市昌平区，电站总装机容量为800MW，电站枢纽由上池、输水系统和地下厂房等组成。地下大洞室3个中洞室7个，竖井7个，最深的井深度183.5米，各类隧洞24条，总长约4900米，工程于1995年竣工。80地下仓库具有突出的优越性：热稳定性、密闭性和地下建筑良好的防护性能。地下仓库是解决人口集中地区能源、粮食、水的供应和放射性以及其他废弃物处理问题的有效途径。地下燃料库类型：开凿硐室贮库；岩溶洞室油库；废旧矿坑油库；其它油库。储藏室水封油库（变动水位法）81地下金库——纽约联邦储备银行纽约联邦储备银行，一栋12层的花岗岩意式建筑，外观毫不打眼，但在大楼地下25米深处，坐落着世界上最大的金库。进入金库的通道只有一个重90吨的钢门，连炸弹也不能撼其分毫。金库建成近80年来，还从没有遭到过抢劫。82整个金库存放的黄金有7000多吨，约占全球官方黄金储备2.93万吨的四分之一。金砖被隔成许多储藏间分别堆放，这里共有122个储藏间。这些黄金只有约5%为美国政府所有，其余属于60余个国家和国际货币基金组织等国际机构，其中包括中国央行1054吨储备黄金中的大部分。83泄洪洞导流洞截流引水隧道尾水隧道瀑布沟水电站示意图小浪底地下厂房内景生产设施精密加工厂化学工厂水电站、供热站菌类栽培场84地下原子能发电站

原子能发电站的优点1、选址容易2、岩体对地下放射物质有良好的遮蔽效果3、耐震、有良好的防护性原子能发电站的形式1、半地下式2、完全地下式85科研设施地震观测站放射性观察高能物理琼海市深水井地下流体地震观测站西昌遥测台网记录器

三分向地震计

南山台平洞里的石英伸缩仪与水管倾斜仪86地下高能物理实验室是揭示宇宙奥秘的理想场所低能宇宙线来自太阳，中能宇宙线来自更遥远的星系，譬如：超新星和脉冲星。科学家发现这些宇宙线严重干扰了科学实验，譬如：测量质子稳定性、研究双β衰变，探测暗物质等。这些实验不可能在地球表面进行，必须在地下实验室完成。因为覆盖地下实验室的岩层有效地屏蔽了地面上来自太阳和太空的宇宙线，包括质子、中子、电子、κ介子、π介子、μ子等干扰实验的粒子，使实验精确度大大提升。科学家因此发现了许多影响物质和物质间相互作用的重大物理规律。世界地下实验室分布图87垂直岩石覆盖达2500米的世界最深、中国首个极深地下实验室——“中国锦屏地下实验室”暗物质和暗能量仍是一个谜88

寻找暗物质—英国地下800米处暗物质搜寻实验室

89壮观的中微子——揭秘日本地下科学实验室

这些图片来自日本的一个中微子观察站，它隐藏在地底1000米的地方。中微子观察站用于研究氢核、太阳能以及模拟实验室中银河系超新星。9091

北京正负电子对撞机增强器92（美）费米国家高能物理研究实验室

万亿电子伏特加速器Tevatron隧道

Tevatron主控制室

反质子源93主注入器（下部）与返航器（上部）NuMI实验示意图MINOS远程探测器MiniBooNE实验观察到的中微子信号94防灾设施人员掩蔽所雨水调蓄池疏散通道地下医院通信枢纽防灾物品仓库哈尔滨地下疏散干道南京人防工程95军事设施地下指挥系统工程，包括中央、地方各级指挥中心阵地工程,包括地下兵力掩蔽所、地下飞机库、地下舰艇库、地下导弹阵地、导弹库等民防工程，包括地下城和防空工事各类战备物资储库由制式器材构筑的工事：主要指各种应急工事构筑器材，如德国研发的一种双波纹钢板可用于快速构建飞机洞库、弹药库、坦克掩体和民防工程等，所构建掩蔽部最大跨度可达56米。96林彪地下指挥所林彪地下军事指挥所：座落于河南省鲁山县西南部，石人山下。距许昌140公里，现已成为游览景点,称作秘洞景区。整座指挥所是在数座大山的花岗岩基体中挖凿而成的山洞，于1968年开建，以两个师的兵力历时三年而成。主要有地面建筑和地下建筑两部分，占地十余万平方米，有指挥洞、作战洞和通信洞。

97湖北咸宁131指挥所该工程建造时间为1959年，工程未完工，已耗资1.3亿元，是林彪为毛主席在湖北地区修建的具有防核辐射功能的地下指挥所。该地下工程可供200人在地下正常生活2年之久。98单个发报室发报机组室二号首长室指挥室99地下机库100中国空军机库101地下舰艇库瑞典人均有4立方米的地下建筑空间，名列世界前茅。穆斯(musko)地下海军基地建立在花岗岩洞穴中，有军火库、野战医院、指挥部，还辟有地下船坞、及可容纳几百架战斗机的地下飞机库。斯德哥尔摩市中心的国会大厦前赛格尔广场有个大地下商场，城南有全欧洲最大的地下医院，还有地下发电站、地下兵工厂、地下档案库……城市的地下设施具有防核攻击能力，由地下铁路将各岛连成一体。巡逻艇供应舰HMS维斯堡号（Visborg），哥德堡级大型导弹艇K24松玆瓦尔号（Sundsvall）在地下干船坞102地下潜艇库103地下船坞104地下干船坞105地下维修车间106地下弹药库潜艇库出口107地下舰库出口108109中国第一核武研制基地：世称221工厂青海省的地下核工厂，对外称国营221厂，2007年神秘的核基地地下指挥中心正式对外开放。110

台湾五大地下堡垒：基本指挥所——国防部地下衡山指挥所前进指挥所——太武山地下指挥所

空军地下机窝——花莲空军地下机库

反封锁作战的救命稻草——地下潜艇基地

抗空中打击的“地下堡垒”——东部地下基地

毫无战略纵深可言的台军，特别重视构筑战场地下设施，据外电报道：岛内拥有大量的地下机库、潜艇洞库，战时可将一半以上的海空兵力疏散到战略纵深隐蔽防护，从而在战争初期最大限度地保存有生力量。2007年曝光的圆山指挥所内部场景台湾衡山指挥所内景象111圆山饭店后为衡山指挥所所在的剑潭山、鸡南山112“毋忘在莒”莒光楼用炮弹壳制作的刀具已是金门三宝之一作战室改成了展览室太武山地下指挥所113西端入口入口狹窄有防守功能內部寬敞且有支線坑道內設有廚房砲口對外視野坑道內廁所指揮所成功坑道114擎天廳

簡報室115花崗石醫院極具戰備與歷史意義的花崗石坑道醫院，由軍方在太武山夏興地區花崗石層挖出坑道設置，坑道全長一千八百公尺，分設行政區、病房區、醫療區、動力區、生活區等五大區，採購先進醫療設備以及中央空調、通信系統、消防及照明設備等等，有別於一般坑道密閉、空氣不流通之現象，是十足的現代化醫院。116馬山觀測所馬山觀測所是對大陸廣播的主要軍事據點，距角嶼僅有兩公里，山頭種滿林木，相當隱密．設有大型望遠鏡，監控對岸海空動靜。117台湾桃园空军基地台北松山机场花莲机场新竹机场清泉岗机场嘉义航空基地冈山空军基地屏东空军基地118停泊在台湾苏澳港的基德舰

马祖南竿海军基地119美国明尼苏达半地下监狱其它设施美国加利福尼亚的萨克拉门托州政府办公楼120观光隧道特种养殖大鲵养殖场上海外滩观光隧道水下观光隧道121城市地下空间的开发利用范围地球表面积5.5亿k㎡，地壳平均厚度33km，海洋下7km地壳每加深1000m，温度升高15-30℃，地壳底部温度在1000℃地壳每加深100m，压力增加2.736MPa，底部压力超过900MPa考虑施工技术水平和维持人的生存所花费，合理开发深度2km地球表面的80％为海洋、高山、森林、沙漠、江、河、湖、沼泽地、冰川和永久积雪带城市地下空间资源取决于开发范围和开发的深度地下空间的开发从浅层开始，逐步向深层发展122城市地下空间的应用领域123

城市地下空间开发的深度1242.国外城市地下空间开发趋势分析综合化地下综合体，步行道与轨道交通、地下综合体的结合分层化和深层化人车分流、市政管线、污水和垃圾处理、轨道交通分层城市交通的地下化城市道路建设赶不上机动车数量的增长共同沟得到广泛应用管线种类、密度和长度快速增加125基本现状开始于人防工程、50年开始建设，78年提出“平战结合”方针，1985年统计，人防工程达到数千万平米地下交通设施：我国于1965年7月在北京开始修建第一条地铁线，1985年国务院提出了“把发展大运量的快速轨道交通提到日程上来”的方针，目前有十余个城市已开通地铁，另有10来个城市正建设地铁，城市中地下道路、地下停车场也大量出现。地下商业设施：如中关村广场，地上100万㎡，地下50㎡，投资150亿。地下市政设施：各自为政，缺乏统一规划防灾设施：新建人防工程数量较大，但标准不高，需要整合地下仓储：待大力发展3.我国地下空间开发利用现状126主要模式结合地铁修建商业、娱乐、地铁换乘等多功能地下综合体地下过街通道——商场型站前广场下地下商场—车库型城市中心区下综合型商业设施历史名城的地面保护高层建筑的地下室人防工程的改建127我国地下空间开发利用存在的不足发展速度较快，缺乏整体发展战略和全面规划目标、重点、解决什么问题，各行其是，分散开发观念落后、认识有误、影响开发的积极性民众普遍认为地下空间阴冷潮湿，缺乏安全功能单一，效率不高片面追求经济效益，造成商业设施多而市政设施少，政府和规划部门牵头力度不足，项目之间缺少联系配合，导致效益低下地下空间开发无法可依地下空间的所有权、使用权、管理权不明确，法律法规、技术标准不够完善缺乏有序管理管理部门较多，缺乏统一的工作协调缺少专业建筑师的参与设计不够合理，内部空间环境质量不高128我国城市地下空间开发利用的方向和趋势大规模的城市轨道交通建设今后10~30年，轨道交通的鼎盛时期大力开展城市综合防灾建设战争防御及和平时期抵御自然灾害环境保护和绿地建设与地下空间的复合开发拆房建绿，复合开发小汽车的发展带动地下车库的建设解决公共停车和个人停车的困难129城市基础设施的更新推动共同沟的建设集约化、综合化、廊道化的铺设环境加快相关政策、法规建设的步伐引导作用，规范行为，提高效益，减少资源浪费相关科学技术得到飞速发展地下工程的大型化、深层化、综合化、复杂化勘测技术、规划设计、施工建设、环境保护