錢七虎 :新時(shí)代城市建設(shè)與立體城市
2021-10-20 來源:中國城市規(guī)劃網(wǎng) 作者:錢七虎

  2021年9月25日,2020/2021中國城市規(guī)劃年會(huì)暨2021中國城市規(guī)劃學(xué)術(shù)季在四川省成都市隆重開幕,本屆規(guī)劃年會(huì)的主題是“面向高質(zhì)量發(fā)展的空間治理”。國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者、中國工程院首屆院士、陸軍工程大學(xué)錢七虎教授以“新時(shí)代城市建設(shè)與立體城市”為題作大會(huì)報(bào)告。錢七虎院士從新時(shí)代城市建設(shè)面臨的新形勢(shì)、新時(shí)代城市建設(shè)的任務(wù)、新時(shí)代城市建設(shè)中的地下空間開發(fā)利用、地下空間開發(fā)利用與交通綠色轉(zhuǎn)型(交通碳減排)、地下空間與能源的綠色轉(zhuǎn)型、地下空間與城市防災(zāi)減災(zāi)以及地下空間與宜居美麗城市建設(shè)等七方面展開報(bào)告。

  錢七虎 國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲得者,中國工程院首屆院士,陸軍工程大學(xué)教授

  一、新時(shí)代城市建設(shè)面臨的新形勢(shì)

  我國已經(jīng)進(jìn)入中國特色社會(huì)主義新時(shí)代,新時(shí)代城市建設(shè)將面臨全球變暖的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)以及人民日益增長(zhǎng)的美好生活需求的重大壓力。聯(lián)合國秘書長(zhǎng)古特雷斯在2020年指出:“雖然新冠病毒是目前最大的擔(dān)憂,但是氣候變化仍然是當(dāng)代面臨的核心挑戰(zhàn)”。到本世紀(jì)末,全球氣溫若上升1.9℃,高海拔地區(qū)冰雪將減少80%,這將導(dǎo)致19億人缺水;如果海平面上升1米左右,全球島國將被淹沒,2.8億人將失去家園,全球35.7%到49.5%的海灘將消失。面對(duì)這種嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),全球11000名科學(xué)家聯(lián)名提出:“所有這一切都是為我們即將到來的、可能是最糟糕的全球?yàn)?zāi)難‘氣候變化’發(fā)出的警告”。習(xí)總書記多次強(qiáng)調(diào):“應(yīng)對(duì)氣候變化不是別人要我們做,而是我們自己要做,是我國可持續(xù)發(fā)展的內(nèi)在要求,是推動(dòng)構(gòu)成人類命運(yùn)共同體的責(zé)任擔(dān)當(dāng)”。世界天氣歸因聯(lián)盟的研究報(bào)告指出:“如果沒有全球變暖,那使全球范圍內(nèi)出現(xiàn)如此大規(guī)模的極端氣候幾乎是不可能的”。

  新時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本特征已由高速發(fā)展轉(zhuǎn)入高質(zhì)量發(fā)展,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)建設(shè)是高質(zhì)量發(fā)展的生態(tài)要求,而綠色發(fā)展是構(gòu)建高質(zhì)量現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)體系的必然要求。新時(shí)代社會(huì)矛盾已轉(zhuǎn)化為“人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要和不充分不平衡發(fā)展之間的矛盾”。人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要具體包括:

  1)消除包括洪澇等自然災(zāi)害和恐怖襲擊的困擾;

  2)潔凈的城市空氣環(huán)境;

  3)潔凈的城市水環(huán)境;

  4)無污染的飲用水;

  5)在無污染的江河湖海中暢游;

  6)無污染的城市土壤環(huán)境;

  7)享用無公害的蔬菜和肉食;

  8)沒有城市病;

  9)看得見山、看得見水、記得住鄉(xiāng)愁的宜居生態(tài)城鎮(zhèn);

  10)青山綠水的美麗生態(tài)城市。

  二、新時(shí)代城市建設(shè)的任務(wù)

  為滿足人民日益增長(zhǎng)的美好生活需要,對(duì)新時(shí)代的城市建設(shè)提出了以下幾方面任務(wù):

  1) 建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)高水平的韌性城市、智慧城市;

  2)建設(shè)工業(yè)、建筑、交通低碳排放和生態(tài)與人工強(qiáng)碳匯的碳中和城市;

  3)建設(shè)一個(gè)沒有“馬路拉鏈”,沒有“空中蜘蛛網(wǎng)”,垃圾、污水集運(yùn)與處理等臟、亂、臭的城市基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)入地下的美麗城市;

  4)建設(shè)一個(gè)交通轉(zhuǎn)入地下,人、車基本分離,消除交通擁堵,實(shí)現(xiàn)交通順暢的城市;

  5)建設(shè)一個(gè)大片地面用作綠化植被和市民安全慢步的開敞空間,顯山露水、突破“千城一面”困擾、記得住鄉(xiāng)愁的宜居生態(tài)城市。

  三、新時(shí)代城市建設(shè)中的地下空間開發(fā)利用

  全球變暖的罪魁禍?zhǔn)资翘寂欧?,全球溫室氣體排放有三分之二來自城市,應(yīng)對(duì)之策是碳減排與碳負(fù)排放(碳吸收),又稱碳匯。

  1.地下空間開發(fā)利用與生態(tài)碳匯

  生態(tài)碳匯是通過植被造林、植被恢復(fù)、森林管理等措施,利用植物光合作用吸收大氣中的溫室氣體,并將其固定在植被和土壤中,從而減少溫室氣體在大氣中的濃度。即發(fā)展綠水青山的生態(tài)建設(shè)。森林、濕地和綠色植被是世界上抵御氣候變化的前沿防線,每年吸收的人為碳排放量高達(dá)總量26億噸??怯凇禨cience》雜志的一項(xiàng)研究預(yù)測(cè):如果新種植9億公頃樹木(大約5000億棵樹苗),那么它們?cè)诔墒鞎r(shí)可以吸收2050億噸碳。這相當(dāng)于工業(yè)革命以來人為碳排放量的三分之二。這些數(shù)據(jù)表明,氣候變化的應(yīng)對(duì)之策應(yīng)是推進(jìn)綠色發(fā)展,實(shí)施生態(tài)大保護(hù),建設(shè)綠色生態(tài)城市;保護(hù)世界原有森林和綠地,建設(shè)綠色國土,發(fā)展綠水青山。濕地碳匯是生態(tài)碳匯的另一重要手段,每平方公里濕地可吸收CO?量達(dá)220噸。開發(fā)利用地下空間,節(jié)約地面土地資源,用以建設(shè)綠色生態(tài),才能實(shí)現(xiàn)生態(tài)碳匯。

  2019年底,全國城市地下空間總面積約22億平方米,新增地下空間建筑面積2.57億平方米,占同期城市建筑面積的19%。全國已開通運(yùn)營的鐵路、公路、地鐵隧道總里程達(dá)42187公里?!逗颖毙郯残鲁且?guī)劃綱要》規(guī)定:新城建設(shè)空間僅占30%,而60%—70%的城市空間為綠色生態(tài)空間,雄安新城將向世界指明未來城市的建設(shè)方向?!堕L(zhǎng)三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)總體方案》強(qiáng)調(diào):一體化示范區(qū)要生態(tài)筑底、綠色發(fā)展,先行啟動(dòng)區(qū)藍(lán)綠空間占比不低于75%,長(zhǎng)三角綠色一體化發(fā)展示范區(qū)將引領(lǐng)城市群的建設(shè)方向。目前,我國三線及以上城市面積約149.02萬平方公里,對(duì)應(yīng)的地下空間尚未得到充分開發(fā)。因此,地下空間開發(fā)利用在我國各大城市中仍具有較大的潛力。

  2.地下空間開發(fā)利用與人工碳匯

  利用地下空間的封閉性、穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì),可實(shí)現(xiàn)CO?的永久地下封存,這就是人工碳匯。目前測(cè)得全國煤礦采空區(qū)地下空間約138.4億立方米,鹽穴地下空間約1.3億立方米,其他金屬和非金屬礦洞可利用空間約15億立方米。部分改造后可用以封存CO?。

  將捕采的CO?封存的地質(zhì)構(gòu)造中還有枯竭油氣田封存、海底咸水層封存、陸上咸水層封存。根據(jù)中國國情估算,中國可封存容量大(1.44×1011噸),CO?咸水層封存具有很大應(yīng)用潛力,對(duì)于富集煤炭、石油資源,水資源短缺的西部地區(qū),對(duì)東部京津唐、蘇錫常等地區(qū)沉降嚴(yán)重地區(qū)以及對(duì)南方深層鹵水資源開采區(qū)具有很大吸引力和潛力。

  3.地下空間開發(fā)利用與建筑綠色轉(zhuǎn)型(建筑碳減排)

  建筑業(yè)是全球最大的原材料和能源消耗產(chǎn)業(yè),建筑運(yùn)營能耗占總能耗的30%以上,加上建設(shè)過程中的能耗,這一指標(biāo)占近50%。建筑運(yùn)營能耗中的50%為建筑用熱(冷)。地?zé)崮苜x存于地下,可分為淺層地?zé)崮埽ǖ販啬埽?、水熱型中層地?zé)崮芎蜕顚痈蔁釒r地?zé)崮埽强稍偕鸁o碳清潔能源。利用地?zé)釣榻ㄖ嶂评涫墙?jīng)濟(jì)、生態(tài)的選擇,應(yīng)為建筑能源的首選方案。根據(jù)現(xiàn)有資料估算表明,長(zhǎng)三角地區(qū)地下3千米以內(nèi)的淺層地?zé)豳Y源總量達(dá)1200億噸標(biāo)煤的熱量,年可利用量相當(dāng)于1.7億噸標(biāo)煤??蓪?shí)現(xiàn)建筑物冬季供暖面積24.8億m?,夏季制冷面積14.5億m?。然而,目前長(zhǎng)三角地區(qū)利用地?zé)峁┡椭评涞慕ㄖ娣e僅有0.57億m?,開發(fā)利用潛力巨大。淺層低溫能,它把傳統(tǒng)空調(diào)器的冷凝器或蒸發(fā)器直接埋入地下,利用傳熱循環(huán)介質(zhì)與大地和江、湖水源進(jìn)行熱交換(熱泵),從而提取地溫能與水溫能。具體有能源樁、能源(地下連續(xù))墻、能源隧道等。地下?lián)Q熱系統(tǒng)可埋設(shè)在地下結(jié)構(gòu)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(地下連續(xù)墻、排樁內(nèi))、基礎(chǔ)底板下、樁基(鉆孔灌注樁、預(yù)制樁、PHC樁等)內(nèi);可埋設(shè)在新奧法施工的隧道襯砌內(nèi)或以能源瞄桿的形勢(shì)埋設(shè)在其圍巖中;也可埋設(shè)在地鐵區(qū)間隧道內(nèi)、地下輸水管道內(nèi)。在有條件的地方,應(yīng)積極開發(fā)淺中層溫泉地?zé)崮埽ㄐ劭h)和深層干熱巖地?zé)崮埽ㄩL(zhǎng)安信息大夏)。

  我國地級(jí)以上城市規(guī)劃區(qū)范圍內(nèi)淺層地?zé)崮苜Y源年可采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤7億噸,可實(shí)現(xiàn)建筑物供暖制冷面積320億平方米。水熱型地?zé)崮苁侵篙^深的地下水或蒸汽中蘊(yùn)含的地?zé)豳Y源,主要蘊(yùn)藏于溫泉或人工鉆井開采得到的地?zé)崃黧w中。我國水熱型地?zé)豳Y源總量折合標(biāo)準(zhǔn)煤約1.25萬億噸,年可采量折合標(biāo)準(zhǔn)煤約19億噸。干熱巖是指埋藏于地球深部、溫度高于180℃的異常高溫巖體,可通過增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)進(jìn)行開發(fā)。我國陸區(qū)地下3-10千米范圍內(nèi)干熱巖資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤約856萬億噸。

  四、地下空間開發(fā)利用與交通的綠色轉(zhuǎn)型(交通碳減排)

  世界范圍交通碳排放約占總碳排放的三分之一,交通轉(zhuǎn)型的減排措施主要為城市交通進(jìn)入地下與交通部門的電動(dòng)化轉(zhuǎn)型:大規(guī)模禁止化石燃料車,推廣新能源電動(dòng)車;發(fā)展高鐵等地面軌道交通,以及地鐵為主的城市地下軌道交通,地下低真空高速磁懸浮的城際交通;加速氫燃料飛機(jī)的商用化;發(fā)展地下物流系統(tǒng)。未來輔以發(fā)展城市地下快速路系統(tǒng),彌補(bǔ)城市軌交系統(tǒng)的不足,發(fā)揮私家車“門對(duì)門”的優(yōu)勢(shì)。

  發(fā)展未來的城市地下物流系統(tǒng),首先發(fā)展港城地下物流,解決目前港城重卡集裝箱運(yùn)輸誘發(fā)交通擁堵和環(huán)境污染的緊迫問題,逐步有序建設(shè)城市的系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)化的地下物流智慧運(yùn)輸系統(tǒng),適應(yīng)目前全國年運(yùn)輸800多億個(gè)貨物包裹的配送需求。其次是發(fā)展城市地下智慧物流運(yùn)輸系統(tǒng)。地下智慧物流系統(tǒng)是指運(yùn)用自動(dòng)導(dǎo)向車為載重工具,通過大、小直徑地下管道、隧道等運(yùn)輸?shù)缆?,?duì)固體貨物實(shí)行運(yùn)輸及分揀配送的一種全新概念物流系統(tǒng)。在城市,地下物流干線送達(dá)貨物至配送中心,物流配送中心與地下物流系統(tǒng)樞紐相結(jié)合或者地下物流系統(tǒng)的物流配送中心和大型零售企業(yè)(商超)、結(jié)合在一起,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)相互銜接,客戶在網(wǎng)上下訂單以后,物流配送中心接到訂單后,在地下進(jìn)行客戶貨物的專業(yè)倉儲(chǔ)、分揀、加工、包裝、分割、組配、配送、交接、信息協(xié)同等智慧基礎(chǔ)作業(yè)或增值作業(yè),通過地下物流支線(小直徑管道)系統(tǒng)將貨物包裹送達(dá)小區(qū)的便利店。在物流規(guī)模爆發(fā)式增長(zhǎng)情況下,有利于城市“減肥”、節(jié)能、貨物保存。地下物流系統(tǒng)末端配送也可以在便利店與居民小區(qū)間建設(shè)運(yùn)輸物流管道相連,最終發(fā)展成一個(gè)連接城市各生活小區(qū)的地下管道物流運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò),并達(dá)到高度智能化。當(dāng)這一地下物流系統(tǒng)建成后,人們購買任何商品都只需點(diǎn)一下鼠標(biāo)。所購商品就像自來水一樣通過地下管道很快地“流入”小區(qū)的自動(dòng)提貨柜。到那時(shí),“購物中心的末日”真的就到來!

  五、地下空間與能源的綠色轉(zhuǎn)型

  能源綠色轉(zhuǎn)型的根本之策是以清潔能源為主,輔以火力發(fā)電調(diào)節(jié)??稍偕鍧嵞茉矗ü夥?、風(fēng)能、水利能)具有超遠(yuǎn)距逆負(fù)荷分布特性和出力的波動(dòng)性、隨機(jī)性。前者需要高壓傳輸網(wǎng),中國已經(jīng)基本建成。后者面臨可再生能源消納、電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的挑戰(zhàn),其對(duì)策是儲(chǔ)能調(diào)節(jié)消納,無論是電磁儲(chǔ)能、高壓空氣儲(chǔ)能、熱力儲(chǔ)能、電解水制氫儲(chǔ)能以及水力蓄能電站都需要開發(fā)利用地下空間,利用地下空間的封閉性、隔熱性、電磁屏蔽性進(jìn)行規(guī)?;瘍?chǔ)能。至于核能,也需要在深地下隔絕封存其高放核廢物,離不開地下空間。

  六、地下空間與城市防災(zāi)減災(zāi)

  建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)的韌性城市離不開地下空間,地下空間對(duì)災(zāi)害具有兩重性,對(duì)于震災(zāi)、風(fēng)災(zāi)具有防災(zāi)性。地下空間比地面建筑具有更高的抗震和抗風(fēng)暴能力。對(duì)于空襲、外部恐怖襲擊具有較強(qiáng)的防護(hù)能力;對(duì)于火災(zāi)和城市洪澇具有易災(zāi)性:地下發(fā)生火災(zāi)時(shí)人員避災(zāi)難度大,洪水易進(jìn)入地下造成人員傷害財(cái)物損失。我們可以揚(yáng)長(zhǎng)避短,因勢(shì)利導(dǎo),對(duì)于火災(zāi),可以加強(qiáng)監(jiān)控,使火情控制于致災(zāi)之前;對(duì)于洪災(zāi),利用水往低處流的規(guī)律,建設(shè)城市深層智慧排蓄隧道系統(tǒng),排除城市內(nèi)澇;恐怖襲擊、毒氣和爆炸品進(jìn)入地下空間內(nèi)部對(duì)人員傷害大,但可利用地下空間的封閉性,將關(guān)口前移,把住出入口的高科技安檢,防止毒品、爆炸物進(jìn)入內(nèi)部。城市防災(zāi)的薄弱環(huán)節(jié)是生命線的防護(hù),通過建設(shè)綜合管廊,使管線轉(zhuǎn)入地下,可以防震、防臺(tái)風(fēng)、防空襲,提高生命線的防災(zāi)水平,不會(huì)發(fā)生類似颶風(fēng)登陸美國造成大規(guī)模停電的事件!另外城市軟件庫、數(shù)據(jù)庫、種子庫建于地下也提高了防災(zāi)水平。

  七、地下空間與宜居美麗城市建設(shè)

  宜居生態(tài)城市的建設(shè)是美好中國夢(mèng)的重要組成部分,也是人類命運(yùn)共同體的美好世界夢(mèng)的重要組成部分。已故美國城市規(guī)劃學(xué)家格蘭尼提出:未來城市向地下發(fā)展,首先是交通轉(zhuǎn)入地下,實(shí)現(xiàn)人車分離;格蘭尼和日本尾島俊雄教授提出:地下城市基本理念之一,是將地上城市中的城市運(yùn)輸和傳輸系統(tǒng)逐步轉(zhuǎn)移到城市地下的不同地層中,是“將地面交由市民自由使用,將基礎(chǔ)設(shè)施放入地下”。建設(shè)生態(tài)宜居美麗城市的重要途徑是“建設(shè)地上地下一體化、互相銜接、互相協(xié)調(diào)的立體化城市”。

  中國具有集中力量辦大事的社會(huì)主義制度優(yōu)勢(shì),具有中華民族家國情懷的優(yōu)秀傳統(tǒng)和文化優(yōu)勢(shì),具有馬克思主義世界觀和認(rèn)識(shí)論的思想和決策優(yōu)勢(shì),我們一定能在世界上率先實(shí)現(xiàn)人與人、人與自然和諧相處的建設(shè)生態(tài)宜居美好城市的中國夢(mèng)!



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