城市地下空间防灾研究最新成果

1．国内城市地下空间内部防灾的研究

针对城市地下空间在使用中存在的灾害威胁，例如火灾、水灾、地震、恐怖袭击等，近年来国内学者展开一定程度的研究。例如城市地下空间防火研究，由同济大学承担的上海市重大科技攻关计划子项“地下空间防灾安全关键技术及其应用”对隧道及地下工程（包括越江隧道、地铁）的灾害规律、灾害检测预警关键技术、安全逃生和消防救援技术以及防灾抗灾先进管理技术等进行了系统的研究，并对长大公路隧道的火灾特性、疏散行为以及救援整治等进行模拟研究，对地铁车站火灾时人员的疏散避难行为进行模拟等，如图1-9所示（胡群芳，2010），较好地掌握了地下空间火灾的特性以及疏散避难设计特点，极大地提高了我国城市地下空间防火安全性。地下空间防洪，在《地铁设计规范》《轨道交通工程人民防空设计规范》等规范中均提出对地下空间采取适当的工程性措施，以防止、减少、消除地下空间受到地面洪水的威胁。由于普遍认为地下空间具有抗震性能，因此在我国早期的地下建（构）筑物中几乎没有考虑地下结构的抗震问题。随着日本阪神大地震后地下空间的破坏，地下结构的抗震设计从日本、美国等传入我国。虽然地下结构的抗震研究在我国开展得比较晚，但是当前我国已由同济大学主编制定了国家标准《地下工程抗震设计规范》，指导我国地下建（构）筑物的抗震设计。

图1-9　某地地铁站应急人员疏散模拟分析图

2．国内城市地下空间防灾协同作用研究

国内研究地下空间防灾协同作用，按照时间发展和认识程度大体经历了三个发展阶段：第一阶段，城市地下空间开发利用初期，主要用于抵御战争威胁而建设的人民防空工程；第二阶段，被动利用城市地下空间防御城市灾害，例如地下防灾工程设施等；第三阶段，主动利用城市地下空间防御城市灾害，例如地下人员应急避难体系等。

1）地下空间作为人防功能及引申

最早介绍地下空间开发利用的著作是《地下建筑学》和《地下空间与城市现代化发展》，作者童林旭（1995，2007）收集了国内外城市地下空间利用案例，尤其是日本的地下空间利用情况，系统地介绍了地下空间的开发利用，提出利用地下空间的防空性能，可将城市生命线系统和重要民用经济目标置于地下空间，提高城市的防护性。这是从人防的角度，提出利用地下空间来保障城市预防战争灾害的安全。随着市政基础设施地下化程度的提高，束昱（2005）在《地下空间资源的开发与利用》一书中借鉴日本的经验，提出将大型市政基础设施置于地下空间，如地下雨水调蓄池等，可以有效提高城市防御自然灾害的能力。但这类研究以案例描述为主，对地下工程设施如何规划选址、如何建设以及怎样发挥防灾减灾的作用等深入的内容未作研究。(https://www.xing528.com)

2）地下空间用于灾后应急疏散、避难、救援、仓储等功能

2008年汶川大地震后，国内学者陈志龙、郭东军（2008）首次较全面地提出应利用地下空间较好的抗震性能进行合理的选址和采取抗震措施，将大量分布的地下空间作为地面避难空间的有益补充。地下空间具体可作为：①灾时日用品、设备及食品的存储空间；②人口疏散与救援物资的交通空间；③人员的临时掩蔽所；④临时急救站；⑤地下指挥通信中心。赫磊（2008）提出应该积极利用城市面广量大的人防地下空间作为城市综合防灾设施配置与防灾组织体系的重要组成部分，将人防地下空间与城市综合防灾相互整合，具体包括：①应急物资的储备；②急救队伍的储备；③管理指挥系统的多重使用，等等。陈倬、余廉（2009）总结城市地下空间具有扩大城市空间容量、改善城市环境、节约能源、防灾减灾的功能，把城市中相当一部分功能性设施转入地下，能够有效降低城市易损性，具体策略包括：①开发地下空间，扩大城市空间容量、改善生态环境、降低灾害事件发生的概率；②城市基础设施地下化，减少暴露，降低城市对灾变的敏感性；③利用地下空间的防灾减灾特性，作为疏散避难、应急交通、物资设备储备、通信联络、应急通信指挥等，提高城市对灾害的承受弹性。束昱等（2010）提出“民防工程兼作地震应急避难（险）场所的可行性”，在充分调研唐山地震与汶川地震基础资料后，提出一定等级的民防工程可以抵御特定等级的地震，适合在人口稠密、疏散避难场所缺乏的中心城市利用民防等地下空间设施进行地震应急避难。马雅楠等（2012）按照地下空间在城市防灾时的主要功能将其分为四大类空间：避难空间、疏散空间、救援空间和仓储空间。陈志龙等（2013）提出城市地下空间对气象灾害、生命线灾害等具有天然的防护能力，且对于地上空间难以解决的诸多防灾矛盾，如城市的内涝、空袭以及交通堵塞等灾害，地下空间可以提供足够的安全避难空间、救护场所和疏散通道，利用地下空间防灾是城市综合防灾系统的必要组成部分。以上研究以定性描述和案例观察为主，仅从直观观察和直觉作出判断，缺乏科学论证和实证性验证，因此，对于地下空间的协同防灾功能缺乏说服力，需要开展基础科研证明以上研究的科学性。

3）地下空间用于防洪排涝功能

除了在学术层面研究探讨利用地下空间防灾，广州、北京、上海等特大城市展开了利用地下空间深层隧道（简称深隧）解决城市内涝、初雨污染等问题的前期研究和方案研究。尤其是广州，为了应对日益频繁的城市内涝，控制溢流污染，针对广州市老城区“截污”“初雨污染”和“内涝”三方面的排水问题，在保留并充分发挥现有排水系统和河涌水系作用的基础上，提出应用深层隧道排水技术实现两大目标：一是提高排水主渠道的排水标准，为全面提高城市排水标准创造条件；二是基本消除溢流污染和初雨污染，大幅改善河涌水质。

在人口密集的老城区，由于降水造成城区低洼地区内涝甚至河涌倒灌，河涌的行洪断面不足、容纳水量有限是重要原因。洪水的天然排放体——河涌两侧的建设已经地尽其用，扩充河涌断面受到拆迁安置等众多问题困扰，尤其拆迁量巨大、扰民，影响社会安定与有序运行。扩充地下雨水管线，例如广州市中心城区建设雨水管系统实现雨污分流，在市政道路的浅层地下空间已无可建设空间，同时资金预算巨大。在现实情况下，选择在河涌下的地下空间建设深层隧道，既可扩充河涌容纳能力，又可减少拆迁扰民，同时相比较还可节约预算。规划中的广州市深层隧道系统包括1条主线和6条支线，全长90 km，位于地下45 m深处，如图1-10所示。规划主线为一条珠江北侧的临江隧道，从大坦沙岛到黄埔区，长30 km，主要任务是收集雨污水、调蓄洪峰，防止珠江水体受到污染；6条支线则分别埋设于珠江北岸的6条主要河涌——东濠涌、猎德涌、沙河涌、石井河、驷马涌、车陂涌下方，总长60 km，主要功能是扩充河涌的纳水能力，快速收集排除洪水，如图1-11所示。

深层隧道有很大的过流能力，遇到强降雨天气可作为分洪通道进行排水，缓解城市内涝。旱季和小雨时，深层隧道可作为部分污水输送通道；中等雨量时，深层隧道系统发挥调蓄治污功能；大暴雨时，深层隧道系统发挥防洪排涝功能。同时，修建深层隧道还可进一步提升水环境，将溢流污水和初雨调蓄收集在隧道中储存，雨后送到污水处理厂处理。深层地下空间防洪工程设施的规划建设，将有效提高城市应对突发暴雨内涝、河流洪水的保障能力（王少林，2014）。