钱七虎院士:地下空间如何助力城市绿色发展?

阅读: 发布人:地下空间组委会

在《中国经济大讲堂》的演讲中,中国工程院首届院士、我国现代防护工程理论奠基人、国家最高科学技术奖获得者钱七虎指出,地下空间资源是宝贵的、有限的、不可逆的,必须要先规划后建设,才能达到最大的效益。同时,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。

近日,CCTV-2央视财经频道《中国经济大讲堂》特邀中国工程院首届院士钱七虎为您深度解读《地下空间如何助力城市绿色发展?》,邀您关注!

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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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由中国城市科学研究会、深圳市人民政府、中美绿色基金、中国城市科学研究会绿色建筑与节能专业委员会、中国城市科学研究会生态城市研究专业委员会联合主办的“第十五届国际绿色建筑与建筑节能大会暨新技术与产品博览会”在深圳成功召开,本次大会主题为“升级绿色建筑,助推绿色发展”。

中国工程院院士、2018年度国家最高科学技术奖获得者钱七虎《利用地下空间,助力发展绿色建筑与绿色城市》

在演讲中,钱七虎院士表示,世界已然迎来绿色发展时代,而中国绿色发展正在进入世界先进行列。绿色建筑有着“四节一环保”的原则,而其本质则是促进城市可持续发展。同时,钱七虎院士提出,有效利用地下空间发展,不仅能够实现对土地的多重利用,还能帮助城市能源、水资源、城市基础设施、城市客运交通以及城市货运交通实现绿色发展,同时通过地下空间,还将帮助城市建立科学合理的雨洪蓄排系统和绿色垃圾集运处理系统。

以下内容根据现场实录和演讲PPT整理▽

首先讲一讲绿色发展在世界和我们国家的地位和作用,我想是这几点,一是世界迎来了绿色发展的时代,绿色发展的思想是习总书记新时代中国特色社会主义思想一个重要组成部分。二是绿色已成为中国国家建设发展、社会发展的五大理念之一,中国的绿色发展正在进入世界绿色发展的先进行列,而且可以肯定将来肯定位于世界发展的前列。

关于绿色建筑与绿色城市理念的理解,这不是我的首创,我认为简单讲绿色建筑就是“四节一环保”的城市建设。绿色城市,我简单归纳了这么一个公式供各位同志商榷、讨论(绿色城市=绿色建筑+绿色城市基础设施+绿色城市自然环境(蓝天、绿水、青山、净土)+绿色社会环境)。

绿色城市一方面是“绿色建筑规模化的一个必然结果”,另一方面,因为城市要素除了建筑之外,所以还将包括交通等城市基础设施以及城市自然环境和社会环境等。

绿色城市的实质也可概括为:实现更高水平的生态平衡,大幅度减少环境污染并使得自然资源得到更为合理的配置,同时形成可持续的生态安全保障体系,从而降低城市发展成本,建立起一种自然与社会高度和谐融合、功能高度复合的城市模式。

下面我具体讲一下怎么利用地下空间来助力发展,助推我们的绿色建筑、绿色城市。

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节约土地

大家都知道这非常必要,为什么地下空间的利用是节约了土地呢?因为它实现了土地的多重利用,土地的多重利用可以按两个方向实施,一是在没有建筑区域的土地能够利用,二是在已建的城区进行紧密化和工程化的建设。也就是将来要把城市的货运交通以及其他的一些基础设施放在地下来实现土地的多重利用,提高土地利用效率,实现土地节约的要求。

这方面的范例,我们已经有很多城市实在探索和进行了。现在的交通道路占用了大量的土地资源,所以我们把交通的部分放在地下。

我们的交通枢纽,深圳福田的地下交通枢纽也是衔接先进的一个案例,它地下空间总建筑面积是十多万平米,为地面用地节约了大量的土地。

很多城市新建的城区放到地下,建立了地下的城市,这里介绍了一个钱江新城。

利用地下空间节约土地已经达到什么样的规模了呢?我这里有一些统计。

这是全国最大的规模在深圳前海,这里面有几个统计数据是已经达到了几百万平米的地下利用节约的土地。

这里是部分城市的地下空间开发规模统计出来了,都是达到几百万土地规模。

最新的统计,我们一些城市北京目前地下空间是9600万,上海9400万,深圳5200万。近五年平均的增长,每年增长都是百万级别,因此我们可以看到通过开发地下空间节约土地资源的潜力是非常大的。

这是部分城市对地下空间开发强度的统计,每个城市区域开发了多少万的面积和地面土地节约强度都一目了然,以上主要是一线城市和二三线城市一些统计数据。种种数据表明,地下空间对于实现节约土地资源贡献是非常大的。

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节约能源

下面是节约能源,有三个方面需要介绍,一个是利用浅层低密度的地热能源,就是地温能。地温能指小于25度的底层热能,这里可以用基坑的、连续墙的换热管理,还有城市水道换热器的原理实现。

这是奥地利的地铁车站示范工程,它节约的热能、电能是非常多的,而且过程环保,每年能够节省天然气使用量34000立方米和214兆瓦的能量。

这是另外一个瑞士公司的,瑞士Grabs的PAGO公司办公楼采用570根桩基内埋设热交换管,平均桩长12米,以4个能源桩为一组,呈方型顶角安装,四边间距为1.4米。每延米桩基冬天可获得35千瓦时的热量,夏天获得40千瓦时的能量。

这是中国上海自然博物馆的一个范例,它的总建筑面积约为45086平方米,其中地上建筑面积12128平方米,地下建筑面积就达到了32958平方米。同时,建筑采用地源热泵系统承担建筑部分夏季冷负荷以及冬季热负荷,夏季土壤换热器最大算热负荷为1639千瓦,冬季土壤换热器最大热负荷为1178千瓦。

这是科罗拉多的地源热泵系统:

安装地源热泵系统后,每个家庭可降低电力峰值需求、节约能源和减少CO2排放约10-30%。

这是世博会的。地源热泵要和太阳能结合,优势互补。

另外一种地热能就是浅中层就是雄安,利用地热水,雄安80%以上居民小区的取暖都是这样的模式。

最后一种就是利用深层地热能和干热岩的资源利用。

按照2%的可开采资源量计算,我国可开采量为17万亿吨标准煤,相当于2016年全国能源消耗量(43.6亿吨)的近4000倍。至“十三五”末,地热能年利用量相当于替代化石能源7000万吨标准煤,减排CO2 1.7万亿吨!

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节约水资源

这是世博会雨水处理的工艺流程图,在可利用时段里,它的自来水替代率达到40-45%,这是利用大型的空间建筑来节约用水的例子。

另外,这是北京和西沙群岛的相关数据。

还有利用中水的数据,在北京、天津等地都有很好的实践。

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下面讲一讲绿色建筑基础设施,国务院提出要转变城市发展模式,要把城市从过去的粗放发展转变成绿色发展模式。

绿色的发展模式就是着重弥补过去基础设施建设的短板。过去的粗放模式忽略地方空间的利用,极少关注基础设施建设和城市空间利用的联系。

左边所列的是过去粗放的发展模式,造成了一系列城市病的丛生。

现在我们要开始注重对地下空间的利用,以综合管廊、海绵城市为例,这些都是发展地下空间利用的重要表现。“绿色发展”的城市模式就是应该充分开发利用地下空间,加强城市基础设施的建设,借此来解决城市病。

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绿色客运城市交通和城际交通

城市的绿色交通也可以转入地下发展,目前我们主要还是以发展地下轨道交通为主。而对未来,我认为可以发展低速磁悬浮交通,为什么?因为这是能耗最低的一种交通方式。现有交通能耗主要以阻力消耗为主,地面摩擦阻力、空气阻力等等。而磁悬浮的方式对于这类的能量消耗就小很多了。由于在地下,受到的空气阻力也小,进而将阻力能耗有效降低至最小。现在我们国家正在研究600公里/小时以上的高速磁悬浮交通,这个将来可以用来进行城际间的客运交通。

但是这还不够,因为我们仍有大量的汽车,所以要建地下城市快速路,为什么呢?因为这将有效解决交通拥堵的问题,解决城市病的问题。另外还能解决当前城市以汽车尾气为主的空气污染问题。

光发展地铁轨道交通还不能够从根本上解决交通拥堵,随着地下快速路对缓解交通有力表现,这一方式在世界范围内逐渐兴起。

这些地下快速路的天然优势是全天候,在暴风、雨雪和大雾等最易造成地面交通拥堵的情况下最能发挥作用。这在我国城市建设用地严格控制和大城市人均道路指标普遍偏低的情况下,非常适合我国地少人多的国情。

地下快速路还要介绍的就是深圳前海的例子,这个例子是什么呢?前海构建了一个地下快速路、地下环路、地下车库三级的车行系统,这样有效缓解了城市中心区和小街坊的交通压力。我认为这值得推广到其他城市的中心区里面,因为确实能够缓解城市中心区和小街坊路网交通压力。

为什么还能解决空气污染?

消除尾气污染三步走:除尘换气;氢气动力;电动汽车。

日本东京中央环状新宿线除尘及换气技术

当前我们国家对能源汽车的发展已经有一个时间表了,海南已经宣布到2030年不再销售化石能源汽车了,但是在过渡期间我们还可以通过发展地下快速路来解决汽车尾气带来的污染问题。

城市地下快速路系统以及地下物流系统的建设即能够为消除汽车尾气、缓解城市空气污染以及噪声污染作出重要贡献。

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未来的城市货运交通

未来的货运交通,我想要讲一下,未来或许可以采用地下物流系统。所谓地下物流系统就是城市内进行货运的卡车转到地下物流交通,这将有助于城市的绿色发展,这里介绍一下世界经合组织的统计:

根据世界经合组织2003年统计,发达国家主要城市的货运占城市交通总量的10-15%;在“世界工厂”和到处是建设工地的中国则为20-30%;而在当今电子商务、快递和送快餐发达的中国,这个比率还要高。货运交通转入地下必将对缓解交通拥堵作出重要贡献。

特别是对于在港口城市建设地下物流系统而言,这在当前很紧迫。

以上海为例,本来上海是按照2020年达到4000万的标准建设,但是我最近看到一个数据说去年(2018年)上海的集装箱吞吐量已经达到了4200万,是香港集装箱吞吐量的两倍还多。这些集装箱将怎么运出来,如果以公路运输为主是不是又将引起了比如交通拥堵问题、环境问题等等的一系列问题。

目前,深圳盐田港以及世界上其他港口城市已经开始采取了这种模式来做地下的物流交通。

我还要讲一下地下城市里面智慧物流交通,电子商务成为了新的模式,进而出现了新销售、新物流。这也带来了大量新的问题,例如物流的爆发增长等。

我们城市居民的物流总额在十年内增加20多倍。按照我们最近看到的一个数据,美团快餐、快递行业有几十万的快车手。这对城市交通而言有非常大的压力,怎么解决这个问题?

2014年我国仅快递业务量已达140亿件,同比增长52%。2018年上半年增为820亿件,这是来自物流对城市的压力,我们又应该怎么来解决这个问题呢?

这就需要一个智慧化的作业平台来解决,通过一系列算法制定相应的智慧平台,对布局、运营和具体作业等进行智能化的规划和操作。

但是这个系统的瓶颈是什么呢?那就是最后一公里还是要通过地面运输以及其他环境因素等等……

所以对于未来,我们可以提出一个大胆的假设,建立一个完全智慧化的地下智慧物流系统,人们购买任何商品只需点一下,所购的商品就像自来水一样通过地下管道流入自家中,当然,这还只是一个美好的愿景。

在这方面,目前世界上也还没有一个这样完全智慧的地下物流建成,但这个模式的雏形已经在阿姆斯特丹建成,他们通过建立一个Aalsmeer花卉市场和Hoofddorp 铁路中转站的地下物流系统,用来缓解鲜花市场与机场铁路中转站往返交通的拥堵。还有一个是瑞士地下货运系统,这个系统已经部分建成并在实验中了。

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城市的绿色的污水、雨洪蓄排系统

另外,关于城市污水雨洪蓄排系统,这里介绍下新加坡雨污分流制城市的深层隧道排水系统。

雨污合流制城市的深层隧道排水系统——东京深层排水工程:

芝加哥隧道和水库方案:

这里介绍一个范例,吉隆坡城市泄洪与公路两用隧道,这里看出来右边的上面是没有水的时候通汽车,雨不大的时候上面通汽车、下面通雨。如果雨洪很大,关闭交通,全部排洪,解决城市雨洪。

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城市的绿色垃圾集运和处理系统、智慧地下综合管廊

瑞典在二十世纪六十年代建设并实施采用压缩空气吹运垃圾系统(PWT)的国家,PWT 系统建在1700人口的居民区内,该系统与收集、处理系统配套,投资在3-4年内得到回报。

其他的例子,如设在香港岛西端大维山岩硐中RTS。

发展地下垃圾处理系统节约了城市宝贵的土地资源,并且具有很大的回报,控制了对环境的噪声和恶臭的污染,减少了对环境的视觉负面影响。

关于地下停车的系统,乌镇的智能停车系统和南通的智能地下立体车库,都达到了智能智慧的控制。

结论:

第一,通过若干五年计划持之以恒的努力,将地上城市中的城市运输与交通系统逐步转移到城市地下去。不但使旅客交通与货物运输转入地下,还包括垃圾、污水等等的传输都能转入地下,使地上逐步乃至彻底摆脱与传统运输相联系的环境困扰。

首先是交通拥堵和PM2.5超标的困扰,而释放出的地上空间将用作大片的自然植被和安全的步行,这不是科学幻想,《欧洲地下建设战略研究议程》已经提出2030年的目标是“将地面交由市民使用,将基础设施放入地下。

第二,贯彻总书记思想,关于这方面北京副中心和雄安新区,刚才讲地下物流,现在正在雄安新区逐步实现。我想抓绿色发展、绿色建筑、绿色城市要抓持之以恒、久久为攻。狠抓规划,规划科学是最大的效益,规划失误是最大的失误,因此我们要坚持世界眼光、国际标准、中国特色、高点地位, 以创造历史、追求艺术的精神,规划建设好城市。

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