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钱七虎 :新时代城市建设与立体城市

2021-10-18 16:44 来源:中国城市规划网

导读:

2021年9月25日,2020/2021中国城市规划年会暨2021中国城市规划学术季在四川省成都市隆重开幕,本届规划年会的主题是“面向高质量发展的空间治理”。国家最高科学技术奖获得者、中国工程院首届院士、陆军工程大学钱七虎教授以“新时代城市建设与立体城市”为题作大会报告。钱七虎院士从新时代城市建设面临的新形势、新时代城市建设的任务、新时代城市建设中的地下空间开发利用、地下空间开发利用与交通绿色转型(交通碳减排)、地下空间与能源的绿色转型、地下空间与城市防灾减灾以及地下空间与宜居美丽城市建设等七方面展开报告。

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钱七虎 国家最高科学技术奖获得者,中国工程院首届院士,陆军工程大学教授

一、新时代城市建设面临的新形势

我国已经进入中国特色社会主义新时代,新时代城市建设将面临全球变暖的严峻挑战以及人民日益增长的美好生活需求的重大压力。联合国秘书长古特雷斯在2020年指出:“虽然新冠病毒是目前最大的担忧,但是气候变化仍然是当代面临的核心挑战”。到本世纪末,全球气温若上升1.9℃,高海拔地区冰雪将减少80%,这将导致19亿人缺水;如果海平面上升1米左右,全球岛国将被淹没,2.8亿人将失去家园,全球35.7%到49.5%的海滩将消失。面对这种严峻的挑战,全球11000名科学家联名提出:“所有这一切都是为我们即将到来的、可能是最糟糕的全球灾难‘气候变化’发出的警告”。习总书记多次强调:“应对气候变化不是别人要我们做,而是我们自己要做,是我国可持续发展的内在要求,是推动构成人类命运共同体的责任担当”。世界天气归因联盟的研究报告指出:“如果没有全球变暖,那使全球范围内出现如此大规模的极端气候几乎是不可能的”。

新时代经济发展的基本特征已由高速发展转入高质量发展,加强生态环境保护建设是高质量发展的生态要求,而绿色发展是构建高质量现代化经济体系的必然要求。新时代社会矛盾已转化为“人民日益增长的美好生活需要和不充分不平衡发展之间的矛盾”。人民日益增长的美好生活需要具体包括:

1)消除包括洪涝等自然灾害和恐怖袭击的困扰;

2)洁净的城市空气环境;

3)洁净的城市水环境;

4)无污染的饮用水;

5)在无污染的江河湖海中畅游;

6)无污染的城市土壤环境;

7)享用无公害的蔬菜和肉食;

8)没有城市病;

9)看得见山、看得见水、记得住乡愁的宜居生态城镇;

10)青山绿水的美丽生态城市。

二、新时代城市建设的任务

为满足人民日益增长的美好生活需要,对新时代的城市建设提出了以下几方面任务:

1) 建设防灾减灾高水平的韧性城市、智慧城市;

2)建设工业、建筑、交通低碳排放和生态与人工强碳汇的碳中和城市;

3)建设一个没有“马路拉链”,没有“空中蜘蛛网”,垃圾、污水集运与处理等脏、乱、臭的城市基础设施进入地下的美丽城市;

4)建设一个交通转入地下,人、车基本分离,消除交通拥堵,实现交通顺畅的城市;

5)建设一个大片地面用作绿化植被和市民安全慢步的开敞空间,显山露水、突破“千城一面”困扰、记得住乡愁的宜居生态城市。

三、新时代城市建设中的地下空间开发利用

全球变暖的罪魁祸首是碳排放,全球温室气体排放有三分之二来自城市,应对之策是碳减排与碳负排放(碳吸收),又称碳汇。

1.地下空间开发利用与生态碳汇

生态碳汇是通过植被造林、植被恢复、森林管理等措施,利用植物光合作用吸收大气中的温室气体,并将其固定在植被和土壤中,从而减少温室气体在大气中的浓度。即发展绿水青山的生态建设。森林、湿地和绿色植被是世界上抵御气候变化的前沿防线,每年吸收的人为碳排放量高达总量26亿吨。刊登于《Science》杂志的一项研究预测:如果新种植9亿公顷树木(大约5000亿棵树苗),那么它们在成熟时可以吸收2050亿吨碳。这相当于工业革命以来人为碳排放量的三分之二。这些数据表明,气候变化的应对之策应是推进绿色发展,实施生态大保护,建设绿色生态城市;保护世界原有森林和绿地,建设绿色国土,发展绿水青山。湿地碳汇是生态碳汇的另一重要手段,每平方公里湿地可吸收CO?量达220吨。开发利用地下空间,节约地面土地资源,用以建设绿色生态,才能实现生态碳汇。

2019年底,全国城市地下空间总面积约22亿平方米,新增地下空间建筑面积2.57亿平方米,占同期城市建筑面积的19%。全国已开通运营的铁路、公路、地铁隧道总里程达42187公里。《河北雄安新城规划纲要》规定:新城建设空间仅占30%,而60%—70%的城市空间为绿色生态空间,雄安新城将向世界指明未来城市的建设方向。《长三角生态绿色一体化发展示范区总体方案》强调:一体化示范区要生态筑底、绿色发展,先行启动区蓝绿空间占比不低于75%,长三角绿色一体化发展示范区将引领城市群的建设方向。目前,我国三线及以上城市面积约149.02万平方公里,对应的地下空间尚未得到充分开发。因此,地下空间开发利用在我国各大城市中仍具有较大的潜力。

2.地下空间开发利用与人工碳汇

利用地下空间的封闭性、稳定性等优势,可实现CO?的永久地下封存,这就是人工碳汇。目前测得全国煤矿采空区地下空间约138.4亿立方米,盐穴地下空间约1.3亿立方米,其他金属和非金属矿洞可利用空间约15亿立方米。部分改造后可用以封存CO?。

将捕采的CO?封存的地质构造中还有枯竭油气田封存、海底咸水层封存、陆上咸水层封存。根据中国国情估算,中国可封存容量大(1.44×1011吨),CO?咸水层封存具有很大应用潜力,对于富集煤炭、石油资源,水资源短缺的西部地区,对东部京津唐、苏锡常等地区沉降严重地区以及对南方深层卤水资源开采区具有很大吸引力和潜力。

3.地下空间开发利用与建筑绿色转型(建筑碳减排)

建筑业是全球最大的原材料和能源消耗产业,建筑运营能耗占总能耗的30%以上,加上建设过程中的能耗,这一指标占近50%。建筑运营能耗中的50%为建筑用热(冷)。地热能赋存于地下,可分为浅层地热能(地温能)、水热型中层地热能和深层干热岩地热能,是可再生无碳清洁能源。利用地热为建筑供热制冷是经济、生态的选择,应为建筑能源的首选方案。根据现有资料估算表明,长三角地区地下3千米以内的浅层地热资源总量达1200亿吨标煤的热量,年可利用量相当于1.7亿吨标煤。可实现建筑物冬季供暖面积24.8亿m?,夏季制冷面积14.5亿m?。然而,目前长三角地区利用地热供暖和制冷的建筑面积仅有0.57亿m?,开发利用潜力巨大。浅层低温能,它把传统空调器的冷凝器或蒸发器直接埋入地下,利用传热循环介质与大地和江、湖水源进行热交换(热泵),从而提取地温能与水温能。具体有能源桩、能源(地下连续)墙、能源隧道等。地下换热系统可埋设在地下结构基坑围护结构(地下连续墙、排桩内)、基础底板下、桩基(钻孔灌注桩、预制桩、PHC桩等)内;可埋设在新奥法施工的隧道衬砌内或以能源瞄杆的形势埋设在其围岩中;也可埋设在地铁区间隧道内、地下输水管道内。在有条件的地方,应积极开发浅中层温泉地热能(雄县)和深层干热岩地热能(长安信息大夏)。

我国地级以上城市规划区范围内浅层地热能资源年可采量折合标准煤7亿吨,可实现建筑物供暖制冷面积320亿平方米。水热型地热能是指较深的地下水或蒸汽中蕴含的地热资源,主要蕴藏于温泉或人工钻井开采得到的地热流体中。我国水热型地热资源总量折合标准煤约1.25万亿吨,年可采量折合标准煤约19亿吨。干热岩是指埋藏于地球深部、温度高于180℃的异常高温岩体,可通过增强型地热系统进行开发。我国陆区地下3-10千米范围内干热岩资源量折合标准煤约856万亿吨。

四、地下空间开发利用与交通的绿色转型(交通碳减排)

世界范围交通碳排放约占总碳排放的三分之一,交通转型的减排措施主要为城市交通进入地下与交通部门的电动化转型:大规模禁止化石燃料车,推广新能源电动车;发展高铁等地面轨道交通,以及地铁为主的城市地下轨道交通,地下低真空高速磁悬浮的城际交通;加速氢燃料飞机的商用化;发展地下物流系统。未来辅以发展城市地下快速路系统,弥补城市轨交系统的不足,发挥私家车“门对门”的优势。

发展未来的城市地下物流系统,首先发展港城地下物流,解决目前港城重卡集装箱运输诱发交通拥堵和环境污染的紧迫问题,逐步有序建设城市的系统化网络化的地下物流智慧运输系统,适应目前全国年运输800多亿个货物包裹的配送需求。其次是发展城市地下智慧物流运输系统。地下智慧物流系统是指运用自动导向车为载重工具,通过大、小直径地下管道、隧道等运输道路,对固体货物实行运输及分拣配送的一种全新概念物流系统。在城市,地下物流干线送达货物至配送中心,物流配送中心与地下物流系统枢纽相结合或者地下物流系统的物流配送中心和大型零售企业(商超)、结合在一起,实现网络相互衔接,客户在网上下订单以后,物流配送中心接到订单后,在地下进行客户货物的专业仓储、分拣、加工、包装、分割、组配、配送、交接、信息协同等智慧基础作业或增值作业,通过地下物流支线(小直径管道)系统将货物包裹送达小区的便利店。在物流规模爆发式增长情况下,有利于城市“减肥”、节能、货物保存。地下物流系统末端配送也可以在便利店与居民小区间建设运输物流管道相连,最终发展成一个连接城市各生活小区的地下管道物流运输网络,并达到高度智能化。当这一地下物流系统建成后,人们购买任何商品都只需点一下鼠标。所购商品就像自来水一样通过地下管道很快地“流入”小区的自动提货柜。到那时,“购物中心的末日”真的就到来!

五、地下空间与能源的绿色转型

能源绿色转型的根本之策是以清洁能源为主,辅以火力发电调节。可再生清洁能源(光伏能、风能、水利能)具有超远距逆负荷分布特性和出力的波动性、随机性。前者需要高压传输网,中国已经基本建成。后者面临可再生能源消纳、电网安全稳定运行的挑战,其对策是储能调节消纳,无论是电磁储能、高压空气储能、热力储能、电解水制氢储能以及水力蓄能电站都需要开发利用地下空间,利用地下空间的封闭性、隔热性、电磁屏蔽性进行规模化储能。至于核能,也需要在深地下隔绝封存其高放核废物,离不开地下空间。

六、地下空间与城市防灾减灾

建设防灾减灾的韧性城市离不开地下空间,地下空间对灾害具有两重性,对于震灾、风灾具有防灾性。地下空间比地面建筑具有更高的抗震和抗风暴能力。对于空袭、外部恐怖袭击具有较强的防护能力;对于火灾和城市洪涝具有易灾性:地下发生火灾时人员避灾难度大,洪水易进入地下造成人员伤害财物损失。我们可以扬长避短,因势利导,对于火灾,可以加强监控,使火情控制于致灾之前;对于洪灾,利用水往低处流的规律,建设城市深层智慧排蓄隧道系统,排除城市内涝;恐怖袭击、毒气和爆炸品进入地下空间内部对人员伤害大,但可利用地下空间的封闭性,将关口前移,把住出入口的高科技安检,防止毒品、爆炸物进入内部。城市防灾的薄弱环节是生命线的防护,通过建设综合管廊,使管线转入地下,可以防震、防台风、防空袭,提高生命线的防灾水平,不会发生类似飓风登陆美国造成大规模停电的事件!另外城市软件库、数据库、种子库建于地下也提高了防灾水平。

七、地下空间与宜居美丽城市建设

宜居生态城市的建设是美好中国梦的重要组成部分,也是人类命运共同体的美好世界梦的重要组成部分。已故美国城市规划学家格兰尼提出:未来城市向地下发展,首先是交通转入地下,实现人车分离;格兰尼和日本尾岛俊雄教授提出:地下城市基本理念之一,是将地上城市中的城市运输和传输系统逐步转移到城市地下的不同地层中,是“将地面交由市民自由使用,将基础设施放入地下”。建设生态宜居美丽城市的重要途径是“建设地上地下一体化、互相衔接、互相协调的立体化城市”。

中国具有集中力量办大事的社会主义制度优势,具有中华民族家国情怀的优秀传统和文化优势,具有马克思主义世界观和认识论的思想和决策优势,我们一定能在世界上率先实现人与人、人与自然和谐相处的建设生态宜居美好城市的中国梦!

*本文内容根据会议现场速记整理,稿件已经本人审阅。

报告整理人:柴凝

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