城市地下空间防灾的理论与规划策略

研究城市地下空间对于战争空袭、地震、风灾、内涝（水灾）四大类灾害的防灾特性，结合灾害的成灾理论和地下空间的固有特征，可知：

1．地下空间对战争空袭的防灾特性

深埋于地下且有一定的覆土层厚度，具有恒温、恒湿、密闭、绝热等自然属性，使得战争空袭时地下空间对人员、物资、重要设施等具有一定的掩蔽作用，免除遭受直接爆炸袭击。而且一定的覆土层厚度发挥了重要的消波作用，对核爆、光辐射、早期的核辐射、放射性污染等杀伤性因素都具有屏蔽功效，可缓解炸弹爆炸的荷载作用。恒温、恒湿和绝热的自然属性便于在恶劣天气环境下人员生存，密闭的自然属性使得免受核空袭时空气和环境污染的危害。因此，地下空间的自然属性非常契合战争空袭的防御。

2．地下空间对地震的防灾特性

1）地下空间的周围土体对地下建筑具有自持作用

处于岩层或土层包围中的地下建筑，岩石或土体对结构提供弹性抗力，阻止结构位移的发展。同时周围的岩石或土体对结构自振起到阻尼作用，减小结构的振幅。与地面建筑相比，地面建筑上部为自由端，地震作用下振幅越大，水平力作用越大，越容易破坏。从定性分析看，可以认为在同一地点地下建筑破坏轻微，而地面建筑破坏严重。

2）地下空间对地震加速度具有减弱特性

地震释放的能量对建（构）筑物产生的破坏主要以地震加速度的形式形成地震力。地震加速度从震源到地面逐步放大，到地表面时达到最大值。这种随深度加大地震强度和烈度趋于减弱的特点，使在次深层和深层地下空间中的人和物，即使在强震情况下，只要通向地面的竖井和出入口不被破坏或堵塞，则基本安全（童林旭，1997）。据唐山煤矿震害的调查（Lee，1987），在450 m深度处，地震烈度从地表的11度降低到7度，见图3-3。国际上，多位学者展开理论与实证研究，得出“随着深度增加，地震烈度衰减”的结论，例如Allenworth等（1997）、Applied Nucleonics（1977）、Asmis（1978，1982）、Dowding和Rozen（1987）、Stevens（1997）。更有学者实测地震时位于不同深度的地震加速度，支持了以上结论，例如Kanai，Tanaka（1951）以及Iwasaki等（1977）。

因此，地下空间深埋于地下的特性，使其对地震具有减轻的作用，与同等条件下的地面建筑相比，地下建筑具有较好的抗震性能，且地下空间恒温、恒湿、绝热的自然属性，使其适合在恶劣天气环境能为人员提供适宜生活的场所。

3．地下空间对风灾的防灾特性

地下空间深埋于地面以下，使得对于台风、龙卷风等肆虐于地上空间的空气流动致灾具有天然的隔绝作用，且地下空间恒温、恒湿、绝热、密闭的自然属性，可提供适宜人员生活的环境。

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图3-3　唐山地震中广义的地震烈度衰减曲线

来源：Lee，1987。

4．地下空间对内涝的防灾特性

地下空间深埋于地面以下，地面滞水由于重力作用会沿着地下空间裸露于地面的出入口部进入地下空间，并且直达最低点。地下空间密闭性的自然属性使洪水存留于地下空间内部。由于洪水易于进入地下空间，相应地使留存洪水的供物使用的地下空间之上的供人使用的地下空间和地上空间不受洪水的威胁。

总之，地下空间恒温、恒湿、绝热的自然属性，可提供人员躲避灾害的适宜场所，特别适合气候恶劣的情况。同时深埋于地下和密闭的自然属性，可相对隔绝外界灾害的影响，使地面空间和地下空间之间的受灾与安全相互转化。

虽然地下空间自身的特性使其具有上述优点，但是地下空间的选址、埋深、结构设计、出入口和通风口裸露部位的处理等也对防灾安全性有非常大的影响。Sterling、Nelson（2012）总结了地下空间对灾害防御的优势和劣势，见表3-4。

表3-4　地下空间的防灾优劣性分析

来源：Sterling，Nelson，2012。

可见，虽然地下空间对一些灾害具有天然的防御能力，但是其规划布局、出入口设计等方面对整体的防护性具有重要影响。