人類社會從游牧到聚居的變化，使人們逐漸摒棄了原始的穴居生活，開始在地面上營建房屋，進而形成了城市。從那時起，人們曾經長時期舒適和安全地生活在地面空間之中。到了近代，社會生產力發(fā)生了幾次飛躍性的提高，城市的規(guī)模、數量也隨之不斷地發(fā)展和增長。隨著城市人口爆炸性的增長，自然資源的大量消耗和城市環(huán)境的日益惡化，有限的城市地面空間，已不能滿足社會和城市發(fā)展的需要。為了當代人生活質量的提高和子孫后代的生存與發(fā)展，必須尋求新的生存空間。在可供選擇的幾種新空間中，宇宙空間雖然是無限的，但從技術上看，在短期內大規(guī)模開發(fā)是不現實的。海洋的面積為陸地的2.5倍，海面和海底空間有很大的利用潛力，但開發(fā)起來要比在陸地上困難得多。因此，除了適當擴大地面空間的利用高度外，比較現實可行的選擇就是開發(fā)和利用陸地上的地下空間，這對于人類生存條件和生活環(huán)境的改善，對于未來城市的形成，都將發(fā)生深遠的影響。這個問題已經在許多國家以及聯(lián)合國的有關組織中引起普遍的關注。在一些發(fā)達國家的大城市中，地下空間得到了廣泛的利用，進行了大量的工程實踐和科學研究工作，把開發(fā)利用地下空間做為緩解城市發(fā)展中各種矛盾的有效途徑之一，作為建設現代化城市和未來城市的一個重要內容。
我國雖然有著開發(fā)利用地下空間的傳統(tǒng)，例如至今仍有3500萬以上的人口居住在各種類型的窯洞之中，但就城市地下空間而言，除近年來修建的一些地下人民防空工程外，開發(fā)和利用的規(guī)模和范圍都很有限。因此，在我國城市化進程中，在城市現代化的過程中，提出和研究城市地下空間開發(fā)利用問題，并結合我國國情進行適當的實踐，是十分重要和有意義的。考試大－全國最大教育類網站(www．Examda。com)
一、背景和前提
城市是人類社會發(fā)展的產物。城市的狀況和面臨的問題，都是一定國家和地區(qū)在一定社會發(fā)展階段上現實情況的反映。例如，近代城市地下空間的開發(fā)利用，一般是從1863年英國倫敦建成世界上第一條地下鐵道算起。這一現象反映了第一次產業(yè)革命在英國發(fā)生，城市隨之發(fā)展，城市交通出現了立體化的需要。當前，在世界范圍內，一方面新的技術革命正在或將要促使生產力出現新的飛躍，在許多國家中，城市化的進程正在加速進行；另一方面，人口、糧食、土地、資源、環(huán)境、生態(tài)、就業(yè)、教育、債務等問題，都在日益尖銳化，有的甚至已達到危機的程度。人類社會正是在這種矛盾狀態(tài)中前進和發(fā)展。同樣，城市也是在類似情況下發(fā)展的，總的矛盾表現在城市人口的增長和城市化水平的提高與土地和水資源的擁有量的不斷減少。
在城市發(fā)展過程的諸多矛盾中，起主要作用的因素是人口的增長。在本世紀初，世界人口僅16億，1987年已達到50億，預計到2000年將有62億，2025年可能為80多億，2050年時將突破100億。與此同時，居住在城市中的人口增長更快，特別在發(fā)展中國家，人口增長速度平均為2％以上，而城市人口的年增長速度為4％，即快約一倍。如果以這樣的速度進行推算，到2025年，發(fā)展中國家人口將為77.7億，其中城市人口為56.8億，城市化水平將上升到73％。與1980年比較，城市人口凈增47.1億，這將對這些國家的經濟、社會、資源造成極大的壓力。
我國的城市化進程很快，1980年時有城市220個，城市化水平為13.6％，1986年城市增至353個，城市化水平達到17.23％。預計到2000年，城市化水平將上升到41.5％，城市人口將有4.78億；如果到2050年我國國民經濟達到當時中等發(fā)達國家的水平，則城市化水平必將進一步提高到70％左右。即使按屆時全國人口保持在13億的樂觀估計，城市人口也將增至9.1億，比現在的2.1億凈增7億人。若以比較合理的城市用地標準（100平方米/人）計算，則為了現有城市用地狀況的改善，需要擴大用地8820平方公里；為今后凈增的7億人口，還再需要70000平方公里，兩者合計為78820平方公里，約折合1.18億畝，相當于一個小省的面積。這些土地大部份為可耕地。在我國可耕地人均擁有量僅為世界平均水平的1/3，同時又正以每年700～900萬畝的速度減少的情況下，這樣擴大城市用地顯然是不合理，不可能的。這里還沒有計入為新增城市人口提供住房所需建筑材料將要消耗的土地。因此，不論是為了現有城市狀況的改善，還是為了未來的發(fā)展，我國的城市化都不能僅靠擴大城市用地來實現，而必須尋求新的途徑，做到既擴大城市空間，又不多占用土地；既節(jié)約資源，又能使城市生活現代化；既保持城市傳統(tǒng)風貌，又充分利用新技術革命的成果。
開發(fā)利用城市地下空間，除上述宏觀的社會、經濟背景外，由于各個國家的國情不同，發(fā)達程度不同，在開發(fā)利用城市地下空間的規(guī)模、內容、重點等方面都有所差異。例如，中國、蘇聯(lián)、瑞士和北歐一些國家從備戰(zhàn)要求出發(fā)，建造了大量地下防空工程，其中相當一部份在平時可作為各類公共建筑使用。有些國家，如日本、聯(lián)邦德國、法國等，國土狹小，大城市人口高度集中，城市交通矛盾突出，因而大量修建地下快速軌道交通系統(tǒng)和地下停車場，并與換乘樞紐結合發(fā)展地下商業(yè)中心或地下商業(yè)街。北歐、西歐一些能源缺乏的國家，如瑞典、芬蘭、法國等，利用地下空間的有利條件發(fā)展地下貯庫，貯存能源。加拿大氣候寒冷，在幾個大城市中建造地下步行通道網，將地面上的重要建筑物、交通樞紐和商業(yè)中心在地下連接起來，使城市居民在冬季倍感方便。在美國的幾所大學內，為了保存歷史性建筑物的統(tǒng)一風格和解決校園內用地緊張問題，建造了一些地下圖書館和教學、實驗建筑，取得良好效果。
盡管城市的發(fā)展已經提出了開發(fā)地下空間的需求，但是能夠在多大規(guī)模、多大范圍內進行開發(fā)，還要視有關國家、城市的經濟承受能力而定，因為開發(fā)城市地下空間要付出很高的代價。例如，歐洲一些城市修建地鐵，造價平均為每公里1500～2000萬美元；日本東京新建的深埋地鐵，造價高達每公里1億美元；我國上海開始興建的地下鐵道，造價預計每公里需人民幣1.4億元。如此高昂的建設費用，即使在經濟高度發(fā)達的國家，建造地鐵也不是輕而易舉的。上海地鐵是我國第一條以解決城市交通問題為主要任務的地下快速軌道交通線，從規(guī)劃、設計，到試驗、研究，準備已近10年，之所以遲至最近才正式開工，困難主要在于資金的籌措。
瑞典的人均國民生產總值在1953年時為981美元，聯(lián)邦德國在1958年時為931美元，日本到1965年達到人均904美元。如果把以上情況與這些國家開發(fā)城市地下空間的情況相對照，這幾個年代正是這三國開發(fā)利用城市地下空間的高潮，或者開始進入高潮的時期。這說明了經濟發(fā)展、城市發(fā)展與開發(fā)利用城市地下空間之間的內在關系，簡單地說，就是國情與國力，或需要與可能的關系。
我國是發(fā)展中國家，當前人均國民生產總值僅300多美元，然而一些大城市面臨的矛盾很多，已經產生了開發(fā)城市地下空間以緩解城市矛盾的客觀需求。這種需要與可能之間的不協(xié)調現象，說明我國城市基礎設施過于落后，同時城市化速度相對于國民經濟的發(fā)展，存在一定程度的超前現象。根據以上情況，可以預計，到2000年前后，即我國人均國民生產總值達到800～1000美元時，比較大規(guī)模地開發(fā)城市地下空間才可能具備較充實的物質基礎。在此之前，選擇最急需的項目，有重點地進行適當規(guī)模的開發(fā)，當然還是應該的，這樣也有助于積累經驗，迎接城市地下空間開發(fā)利用高潮的到來。
二、地下空間資源利用的內容與范圍
地下空間的作用和價值被人們重新發(fā)現后，認為是一種人類僅有的少數尚未被充分開發(fā)的自然資源。地下空間資源的開發(fā)，從理論上說幾乎是無限的，因為地殼（巖石圈）的厚度平均為33公里，但目前的巖石開挖施工技術所能達到的深度僅為1000米左右，而城市地下空間的開發(fā)，則一般尚未超過301米。瑞典曾有人估計，在30米深度范圍內，開發(fā)相當于城市總面積1/3的地下空間，就等于全部城市地面建筑的容積，即不需擴大城市用地，就可使城市的環(huán)境容量增加一倍，說明城市地下空間資源有很大的潛力。
對于淺層地下空間的開發(fā)，特別是在原有城市，受到很多條件的限制，例如地質情況，已有的地下設施，已有的建筑物較深基礎，土地的所有權和地價，施工技術及其對城市的影響，經濟能力，開發(fā)后的綜合效益等。從總體上看，在城市街道、廣場和公共綠地下面開發(fā)地下空間的條件最為有利；從區(qū)域來看，則以城市中心區(qū)、商業(yè)區(qū)、居住區(qū)、文教區(qū)等處對地下空間的需求量最大。這兩種情況綜合的結果，就形成了由點與線組成的城市地下空間的基本格局。“點”是由單個或成片的地下建筑組成，“線”是指交通線、物流線等。
一個城市到底有多少地下空間可供開發(fā)，其中有多少可供有效利用，不能籠統(tǒng)地估計，必須經過深入的調查，科學的論證和綜合的規(guī)劃。以對北京前門商業(yè)區(qū)地下空間開發(fā)利用的可行性研究為例，該地區(qū)的劃定范圍約70公頃，地質條件有利，普遍具備開發(fā)的條件，地下公用設施和人防工程占用的空間有限，僅有少數有保留價值的建筑物的基礎。這樣，以開發(fā)深度15米計，該地區(qū)可供開發(fā)的地下空間資源約有1000萬立方米。經綜合規(guī)劃，可供有效利用的約有200萬立方米，即相當于可供開發(fā)量的20％。當然，在進行規(guī)劃時，不能僅按當前的需要和條件考慮，而應預見到長時期以后的需求和技術的進步。地下空間一旦形成就很難改變或消除，具有一定的“不可逆性”，因而這種考慮就尤為重要。應當做出分階段（時間）、分地區(qū)（位置）、分層次（深度）開發(fā)的全面規(guī)劃，才不致使早期開發(fā)的地下空間成為進一步開發(fā)的障礙。圖11為日本對于城市地下空間分層開發(fā)的設想（以橫濱市為例）。
實際上，即使在利用城市地下空間方面比較先進的國家，如瑞典、日本、加拿大等的一些城市，到目前為止所開發(fā)利用的也僅僅是其地下空間資源的很小部份。以日本東京都的23個區(qū)為例，地下空間主要由建筑物地下室、地下街、地下步行道、地鐵和地下公用設施等組成。據統(tǒng)計，不包括地下公用設施，共有地下空間507萬平方米，其中地下室占76.9％，地下街占5.3％，地鐵占17.8％。以平均利用高度4米計，已經利用的地下空間共約2028萬立方米。東京23個區(qū)總占地面積為592平方公里，以開發(fā)深度30米計，則地下空間資源擁有量約為170億立方米，已經開發(fā)利用的僅為1.2‰�？梢姡词瓜駯|京這樣的現代化大城市，地下空間也還遠未被充分開發(fā)利用，無疑是一個極可珍貴的資源，對于城市未來的發(fā)展，是具有戰(zhàn)略意義的。
盡管城市地下空間資源一般都很豐富，但畢竟不能代替地上空間，而只能作為地面空間的擴展或補充，二者統(tǒng)一起來，形成立體化的城市。因此，應當研究一個問題，即城市的哪些功能和城市居民的哪些活動最適合于在地下空間中實現和進行。從世界上在這一領域比較先進的國家的實踐經驗看，城市地下空間利用的內容和范圍相當廣泛，大致可以歸納為以下幾個方面：
1.居住空間
在城市中，有不少居民居住在建筑物的地下室或半地下室。由于居住環(huán)境一般不如地上，一旦有可能，居民都希望住到地上去。人們長期在地下居住，對于健康倒底有沒有影響，至今尚無科學的解釋。日本法律規(guī)定禁止在地下室中住人，也是出自這種考慮。但是，現代科學技術完全有可能使地下居住環(huán)境得到根本的改善，因此地下居住空間仍有一定的發(fā)展?jié)摿Α?0年代初，美國從建筑節(jié)能的角度出發(fā)，開發(fā)了一種利用太陽能進行空調的半地下覆土住宅。房屋向陽的一面大量開窗，屋頂和其他外墻則在施工后覆土，以改善圍護結構的熱工性能，達到節(jié)能的目的，一般可節(jié)約常規(guī)能源50％以上，又可充分利用斜坡地形，因而得到一定程度的推廣。
2.業(yè)務空間
凡辦公、會議、教學、實驗、醫(yī)療、展覽、圖書閱覽等各種業(yè)務活動，都可以在地下空間中進行。這些一般不需要天然光線的活動內容，當具備全面空調條件時，在地下空間中是比較合適的。美國舊金山市的莫斯康尼中心，是一座展覽、會議的綜合性大型地下建筑，地下展覽大廳面積達23000平方米，采用90米跨度的預應力拱，廳內無柱，能同時容納2萬人活動；還有能容納50～600人的大小會議廳30多個，以及能為6000人提供飲食的食堂。這座建筑造價很高，但由于經濟效益顯著，兩三年即可收回建設投資。美國明尼蘇達大學土木與礦物工程系的地下系館，包括各種教室、實驗室和辦公室，總面積14100平方米，90％在地下，并采取了各種節(jié)能措施，安裝了日光和景物兩個傳輸系統(tǒng)，成為迄今為止匯集各種最新技術的大型地下公共建筑的范例。美國哈佛大學一座圖書館由于采取了地下方案，很好地解決了校園用地不足和保留校園古典建筑傳統(tǒng)風格的問題，對于各種珍貴圖書文獻的保存也非常有利。
3.商業(yè)空間
在瑞典、加拿大、聯(lián)邦德國、法國等的一些大城市，地下商場、商店很多，日本的地下商業(yè)街更為著名。對于商業(yè)活動來說，由于不需要天然光線，人們滯留時間相對較短，在地下空間中進行是很合適的。同時，大量人流被吸引到地下去，對改善地面的交通與環(huán)境也都是有利的。在氣候嚴寒多雪或酷熱多雨地區(qū)，購物活動在地下空間中進行，不受外界氣候的影響，故特別受到居民的歡迎。由于商業(yè)的營業(yè)額大，利潤率高，因此如果布置和經營得當，有可能在一定時期內收回建設投資，或用商業(yè)收入彌補其他地下設施（如交通）收入的不足，經濟效益、社會效益都比較顯著。
4.文娛空間
像電影、戲劇、音樂、運動、游泳等文化、娛樂、體育活動，即使在地面上，也多采用人工照明，因此在地下進行就更為方便。地下影劇院由于人員集中，安全問題較大，目前除我國、法國、加拿大有少量外，在其他國家尚不普遍。在瑞典、挪威、芬蘭等一些北歐國家，由于地質條件較好，在城市和城郊的山體巖石中，修建一些跨度較大的地下音樂廳、體育館、游泳池、冰球館等，對開展群眾性文娛、體育活動十分方便，同時還都準備在戰(zhàn)時改做為公共的人員掩蔽所。
5.交通空間
城市地下鐵道、高速公路隧道、地下步行道，以及地下停車場等，都屬于交通空間。由這樣一些設施組成的城市地下交通網，客運能力強，例如一條地鐵線路單向每小時客運量為4～6萬人，為地面公共汽車運量的8倍；行車速度快，例如快速地鐵的旅行速度比常規(guī)地鐵快2～3倍，比地面公共汽車快5～6倍；因而對于緩解地面上的交通矛盾十分有效，再加上安全、準時等優(yōu)點，成為迄今為止城市地下空間利用的最主要內容之一，也是在城市生活中起作用最大的一種地下空間。目前，全世界已有100個左右城市建成或正在修建地鐵，已運營的總長度達3000多公里。其中，倫敦、紐約、巴黎、莫斯科和東京五大城市的地鐵線路最長、最多。莫斯科地鐵年客運量26.5億人次（1985年），負擔全市總客運量的47％。圖12為巴黎地鐵隧道在地下空間中的布置。考試大－全國最大教育類網站(www．Examda。com)
在美國的紐約、芝加哥、達拉斯，加拿大的蒙特利爾、多倫多，日本的東京等地，修建了規(guī)模相當大的地下步行道系統(tǒng)，有的是為了避開地面上不利的氣候條件，有的是把各種地下交通線路的車站之間連接起來，以便于換乘。其中，加拿大多倫多市的地下步行道系統(tǒng)規(guī)模最大，把市中心區(qū)30幢高層辦公樓和5個地鐵車站在地下連通起來，以克服嚴寒積雪給地面交通造成的困難。
此外，地下空間還為城市靜態(tài)交通服務，在解決城市停車問題上起重要作用。例如，巴黎有80座左右地下停車場，總容量近10萬臺，使市中心區(qū)停車非常方便；日本全國有公共停車場279個，其中107個在地下，占38％，今后還將著重發(fā)展地下停車。
6.公用設施空間
城市中的供水、排水、動力、熱力、通訊等系統(tǒng)的管道、電纜等，一般都埋設在地下，占用一定的空間。這可以說是城市地下空間利用的一個傳統(tǒng)內容。歐洲和我國的一些城市，迄今還保留著幾百年前修建的磚砌城市下水道。通常，各種管、線多是按各自的系統(tǒng)直接埋設在土層中，檢修不便，容易損壞，并使城市道路經常受到破壞。近年在國際上提倡修建一種多功能的地下管線廊，在日本稱為“共同溝”，將各類管、線綜合布置在可通行的廊道中，不但可避免直埋的缺點，還有利于地下空間的綜合利用。此外，各種公用設施系統(tǒng)中的處理設施，如自來水廠、污水處理廠、垃圾處理廠、變電站等，也適于布置在地下空間中，對于節(jié)省用地，減輕污染，都是有利的。瑞典斯德哥爾摩市建有幾座大型污水處理廠，均在地下巖層中，使全市污水基本上得到處理。
7.生產空間
除某些易燃、易爆性生產或污染較嚴重的生產外，其他類型一般都可在地下進行，特別是精密性生產，在地下環(huán)境中就更為有利。在許多國家中，將水力發(fā)電站的廠房布置在地下，也有的將核電站建在地下，比在地上更為安全。在城市中，在地下進行某些輕工業(yè)或手工業(yè)生產，是完全可能的。我國一些城市利用人防工程進行紡織、制造類型的生產，取得較好效益。當然，在地下建造大型廠房或在地下進行工藝較復雜的生產，要付出較高的代價，因此除特殊情況外，如為了安全或戰(zhàn)備，是沒有必要的。
8.貯存空間
地下環(huán)境最適合于物資的貯存，因為穩(wěn)定的溫、濕度條件是貯存許多物資所必需。在地下貯存糧食、食油、食品、藥品、燃油等，損耗小，質量高，貯存成本低，經濟，節(jié)能效益高，節(jié)省城市倉庫用地，因而得到廣泛的發(fā)展。在一些發(fā)達國家的大城市中，冷凍的半成品食品非常普及，消耗量很大，地下冷庫為這些食品的貯存、周轉提供了廉價和方便的條件。
瑞典等一些北歐國家，城市多直接建在基巖上，因此有可能在市區(qū)內建造大型地下燃油庫、熱水庫等，直接為地上居民服務，運輸距離大為縮短。在地質條件有利時，還可在地下大量貯存飲用水，海濱城市則可以貯存淡水。此外，把某些危險品和有害的城市廢棄物貯藏在地下深層空間中，是比較安全的。
9.防災空間
地下空間對于各種自然和人為災害，都具有較強的防護能力，因而廣泛被利用于防災。中國、蘇聯(lián)、瑞士、瑞典、芬蘭等國建造的大量核掩蔽所，占這些國家城市地下空間利用的較大比重。瑞士、瑞典等國的核掩蔽所，按每人一個床位的標準，已足夠全國人口的80～90％使用，到本世紀末將達到100％。
此外，地下建筑受地震的破壞作用，要比在地面上輕得多，因為地震波的加速度在地表面處最大，越深則越小，在地下30米處僅為地表處的40％。像日本等多地震國都把地下空間指定為地震時的避難所。
10.埋葬空間
在保留土葬傳統(tǒng)的國家，墓地占用城市郊區(qū)的大片土地，例如南朝鮮現有的墳墓，就占地8萬公頃，相當于兩個釜山地區(qū)面積。日本的火葬率雖已達93％，但仍須占用一塊墓地存放骨灰。因此，除加重征稅外，已經有人提出利用地下空間解決這一問題。此外，像我國等歷史悠久的國家，地下埋藏的古代陵墓和文物很多，這些文物古跡所占用的地下空間，當然應當認真加以保存，也可算是一種利用方式。
從以上地下空間利用的多種內容看，城市地下空間較適合于人在其中短時間活動的內容，和不需要天然光線的內容，如出行、購物、文娛、體育等。對于根本不需要人或僅需少數人進行管理的一些內容，如貯存、物流、廢棄物處理等，則更為合適。同時，地下空間的防災功能及其內部在防災上的弱點，應當引起足夠的重視。
三、地下空間利用與城市再開發(fā)
對原有城市的全部或局部進行擴建和改建，現在通稱為“城市再開發(fā)”。城市再開發(fā)一般是在以下幾種背景情況下進行的：第一是城市受到戰(zhàn)爭或自然災害的破壞，例如德國和日本的許多城市在第二次世界大戰(zhàn)中受到不同程度的破壞，戰(zhàn)后都進行了再開發(fā)，有的幾乎等于重建，我國唐山市在1976年大地震中幾乎全部被毀，震后也進行了全面的再開發(fā)；第二是為了保護城市的傳統(tǒng)風貌和文物古跡而限制有關地區(qū)的發(fā)展，另選其他地區(qū)進行再開發(fā)，以滿足城市發(fā)展的需要；第三是由于經濟的發(fā)展和人口的增長，使原有城市的各個方面不相適應而出現許多矛盾，當這些矛盾尖銳化到一定程度時，原有的城市空間已不敷使用，城市基礎設施嚴重不足，從而需要進行城市再開發(fā)。這3種城市再開發(fā)的背景和方式，在日本被稱為改造型、保全型和改善型。
除少數地廣人稀的國家外，城市的發(fā)展一般都會受到土地資源不足的限制，特別是一些國土狹小，人口密度又很高的國家（如日本），進行城市再開發(fā)是很復雜，很困難的。為了在有限的土地上擴大環(huán)境容量，提高環(huán)境質量，向三維空間發(fā)展，即所謂立體化開發(fā)，就成為唯一現實可行的途徑。立體化開發(fā)就是一方面建造高層建筑和高架道路，同時開發(fā)和利用地下空間。如果為了控制城市容積率或為了抗地震破壞而限制高層建筑的發(fā)展，則開發(fā)地下空間的必要性就更為突出。因此，開發(fā)利用城市地下空間應當成為城市再開發(fā)的重要組成部份，應當在統(tǒng)一的規(guī)劃指導下，有計劃有步驟地進行。
城市再開發(fā)的重點一般在市中心區(qū)，因為這一地帶的城市矛盾特別集中，其次是主要車站附近的廣場和街道，這里的客流量最大，車輛也多，停車需要量大，交通問題突出。
在日本的大城市中，公共交通主要依靠快速軌道交通，包括地面上的郊區(qū)電車和市區(qū)內的地鐵，因此城市中都有若干大型車站，這些車站所在地區(qū)一般都在六七十年代中進行了再開發(fā)。首先對車站建筑物進行擴建或重建，以車站建筑的地下室為中心，以地下街中的步行道為骨干，形成一個各種交通線路在地下互相連通與換乘的系統(tǒng)，再加上方便的地下停車條件和繁榮的商業(yè)，吸引大量乘客和顧客到地下空間中活動，從而保證地面上的站前廣場和附近街道上的交通得到綜合治理，空間得以保持，環(huán)境得到改善。
以東京車站地區(qū)的再開發(fā)為例。東京站除山手線、新干線等鐵路車站外，還有8條地鐵線從附近通過，其中有4條線在大手町設站，3條在日比谷和銀座有站，兩條在日本橋有站。這些地鐵車站都位于以東京站為中心的幾百米范圍內，由地下步行通道網互相連通，在平面上或空間上可互相換乘，并經兩條地下通道與東京站地下室和八重洲地下街相連接。這樣，盡管東京站日客流量高達80～90萬人次，但地面上的站前廣場和對面的八重洲大街上交通秩序井然，再加上能容納560臺車的地下停車場的作用，地面上步行與車行混雜的現象基本消除。又如，大阪的梅田車站，集中了3個郊區(qū)電車站，3個地鐵站，加上地上的公共汽車站，日客流量達220萬人次，其中約有40%的人進入地下街通行或購物，步車分離的作用十分明顯；再加上地面上街道的拓寬和幾座高層建筑的興建，使大阪梅田站附近的城市面貌有很大改觀，出現了現代化大城市應有的環(huán)境和氣氛。東京站的八重洲地下街，總面積7萬多平方米，大阪站的梅田地下街，總面積2.7萬平方米，都是大型的地下綜合體，都是與城市再開發(fā)同步建設的，在城市發(fā)展中起著舉足輕重的作用。
瑞典的斯德哥爾摩市從17世紀起成為首都，市區(qū)面積184平方公里，1970年時人口達到80萬，1980年后降到64萬。與世界上的一些特大城市相比，市區(qū)人口密度僅為每平方公里4100人，人均綠地面積高達68.3平方米，城市矛盾相對要緩和得多。但由于市中心區(qū)是在本世紀初形成的，街道狹窄，建筑矮小，在許多方面仍不能滿足現代城市發(fā)展的要求，因此在60年代進行了全面規(guī)劃，對中心區(qū)進行了立體化的再開發(fā)，拓寬了一些街道，建造了少量高層建筑，在中心廣場修建一個下沉式廣場，經過這個廣場可以進入地鐵車站和地下商業(yè)空間。地面上的一些街道也實行了步行化，在中心區(qū)周圍布置了若干個地下停車場，以限制車輛過多地進入中心區(qū)。在中心廣場的地下空間中，有3條地鐵線互相換乘的車站，還有許多商店，對于這個冬季寒冷多雪的城市，是非常方便和受歡迎的。圖13為斯德哥爾摩市中心地下空間利用的示意圖。
法國巴黎市中心區(qū)的列·阿萊廣場的再開發(fā)，是迄今為止在中心區(qū)再開發(fā)中開發(fā)利用地下空間規(guī)模最大的一個實例。巴黎市中心區(qū)內，集中了許多有價值的歷史性建筑物，如巴黎歌劇院、巴黎圣母院、盧浮宮等。從總體上看，這一地區(qū)應屬于“保全型”，不宜進行新的開發(fā)。但是，在中心區(qū)的列·阿萊廣場，卻保留了一個從12世紀起開始形成的，進行食品、副食品貿易的中央市場，顯然與整個中心區(qū)的以傳統(tǒng)文化為主的氣氛很不諧調，因此經過反復研究和不同意見的爭論，終于決定拆除。市場拆除后，出現一個面積30多公頃的廣場，對于這個廣場如何進行再開發(fā)，又經過了長時間的爭論和方案比較。最后決定把城市功能性的內容，如交通和商業(yè)，大量放到地下空間中去，地面上則保留一個以綠地為主的步行廣場，為市中心區(qū)開辟一個新的開敞空間。在廣場周圍，則新建一些風格統(tǒng)一的住宅和公共建筑。列·阿萊廣場再開發(fā)的規(guī)模為40萬平方米建筑面積，其中27萬平方米在地下空間中， 13萬平方米在地上廣場周圍。整個廣場下的地下空間，共分4層，基本上得到較充分的開發(fā)，總深度22.2米。在地下一層，是一個面積49000平方米的下沉式廣場，周圍是貫通兩層的玻璃“光廊”。商場、文化體育中心在二層，共55000平方米，還有能容納3000臺車的停車場；地下三層為交通用的集散大廳和步行通道，最下層為幾個車站，面積達52000平方米。整個廣場的地下部份已經在1979年建成使用，效果很好，地面上的步行廣場也已基本形成。圖14為列·阿萊廣場地下空間利用示意圖。
日本名古屋市中心區(qū)的再開發(fā)，包括車站附近的廣場和市中心的幾條干道，其中以久屋大街的改建最為成功。這條街道原名廣小路，是一條寬20米的街道，兩側多為兩三層的木結構商店建筑。在戰(zhàn)后經濟高速發(fā)展時期進行了立體化的再開發(fā)，將街道拓寬到100米，兩側各為四車道的道路，中間幾十米寬的地帶則修建了一座大型公園，在公園之下，是地下街和地下停車場。在地面的街道兩側，新建一些10層左右的大型建筑物。中央公園地下街有步行通道1萬多平方米，有110家商店和能容納570臺車的停車場。由于這樣的立體化再開發(fā)，地面上環(huán)境優(yōu)美，空氣清新，公園成為附近居民良好的休憩場所，地下又有繁榮的商業(yè)和方便的交通，使這一地區(qū)初步體現了人們對未來城市的理想。
四、地下空間利用的前景
從近幾十年來城市地下空間利用的大量實踐可以看出，開發(fā)和利用地下空間對于緩解城市發(fā)展中的各種矛盾，起到了非常積極的作用。在改善城市交通，節(jié)省城市用地，提高環(huán)境質量，加強城市抗災能力，方便居民生活，改善居住條件，保存城市傳統(tǒng)風貌等方面的作用十分明顯。但是城市在發(fā)展過程中，在不同的發(fā)展階段，所出現的矛盾和問題是不一樣的。例如，許多發(fā)達國家已基本上完成了城市化進程，那里的一些大城市已經經歷了高速發(fā)展階段各種矛盾的困擾，由于采取了各種治理措施，在相當程度上得到了緩解，當前面臨的是進一步現代化和建設未來城市的問題。另一方面，這樣一個歷程正在發(fā)展中國家的許多大城市中重復發(fā)生。這個現象說明一個問題，即盡管各個城市的發(fā)展階段不同，但是起支配作用的城市發(fā)展規(guī)律是一致的。因此，展望城市地下空間利用的前景，應當著重預計在相當長時期以后，在建設所謂未來城市中，地下空間應起的作用；同時，應從為人類開拓新的生存空間的高度，認識開發(fā)城市地下空間的價值和意義。
在研究未來城市地下空間開發(fā)利用的方向時，應當從未來城市的特點出發(fā)。這些特點可能表現在以下幾個方面：
�。�1）城市人口和規(guī)�；痉�(wěn)定，人口結構發(fā)生變化，平均壽命延長，老齡化趨勢增強，人口的文化素養(yǎng)提高；
�。�2）經濟、技術高度發(fā)達，產業(yè)結構發(fā)生變化，腦力勞動者比重增加，社會的信息化將使人由直接參加勞動逐步轉變?yōu)閷趧舆^程進行調節(jié)和控制；
�。�3）高技術、信息化將使人的起居、出行、工作、購物、社會活動等的內容與方式發(fā)生相應的變化；
（4）土地、水、原材料等自然資源的消耗量與擁有量之間的矛盾將日益尖銳化；
�。�5）常規(guī)能源（煤、石油等）將日漸枯竭，必須開發(fā)新能源以滿足生活水平提高對能源的大量需求。
根據以上特點，地下空間在未來城市中主要可在3個方面發(fā)揮應有的作用。
第一，在城市功能上，實現地上與地下空間的合理分工。
開發(fā)城市地下空間的總目的是在不過多擴大城市用地的情況下，使城市空間得到擴大，而擴大城市空間的最終目的，是使人們獲得更多的開敞空間，更充足的陽光，更新鮮的空氣，更方便的交通，更優(yōu)美的景觀和更舒適的生活。為此，應當使占人每天活動大部份時間的居住和工作留在地上自然環(huán)境中，而將其他各類活動，特別是短時間的活動，如出行、購物、文娛、體育、業(yè)務聯(lián)系等移到地下空間中去。此外，只需少量人員加以管理的物流，如貨物運輸、郵件運輸、垃圾運輸，以及各種公用設施系統(tǒng)，就更應當到地下去。瑞典學者伯格·揚森提出，“讓人留在地上，把物放到地下”（“Place things below the surface， and put man on the top”），也是類似的一種設想。
在未來城市的地下空間中，將是這樣一種景象：在選定的地下空間開發(fā)地區(qū)，在地表以下10米左右范圍內，主要是商業(yè)空間和文體空間，以及部份業(yè)務空間。城市大部份商業(yè)、服務業(yè)將轉移到地下，僅在中心區(qū)和一些重點地區(qū)的地面上保留一些商業(yè)，開辟步行化的商業(yè)中心，并與地下商業(yè)空間聯(lián)系起來。文體設施在地下則以中小型為主，分散布置，保證安全。在地下10～30米范圍內，主要是交通空間和物流空間，以及一部份貯存空間。城市大部份公共交通將軌道化、高速化，在地下形成快速軌道交通網。地面交通應以步行為主，輔以大面積綠化帶，適當保留一些無害化的公共汽車和私人小汽車。在氣候嚴酷地區(qū)，在地下還應組織步行道系統(tǒng)和非機動車道系統(tǒng)。國外還有人設想，在城市機動交通大部份轉入地下以后，原來的街道可改為運河，增加城市的水面，對氣候、景觀都十分有利。城市中的各種車輛，大部應停放在地下。各種城市公用設施的管、線，應當綜合布置在多功能廊道中。30米以下的較深地下空間，應留給采用最新技術為城市服務的各種新系統(tǒng)。至于更深層的地下空間，則應留待更遠的未來再進行開發(fā)。
第二，建立城市基礎設施的封閉式再循環(huán)系統(tǒng)。
盡管當代科學技術已相當發(fā)達，然而城市生活基本上處于一種開放式的自然循環(huán)系統(tǒng)中。例如，太陽能最多只是被動式利用，在陰天或夜間就無法利用；水資源主要是靠天上下雨，人們從自然界取水，使用后不加處理又排入自然界的江河湖海中；能源也多為一次性使用，熱效率很低，大量余熱、廢熱未經利用即排放空中。這樣的自然循環(huán)對于自然資源來說是極大的浪費，必然形成一方面資源短缺而另方面又在大量浪費的局面。這種現象在未來城市中應得到改變。日本學者尾島俊雄提出了在城市地下空間中建立再循環(huán)系統(tǒng)的構想，就是變開放式的自然循環(huán)為封閉式的再循環(huán)系統(tǒng)。后者被稱為城市的“集積回路”（integrated urban cir-cuit）。例如，集中的供熱、供冷系統(tǒng)對于空氣的使用來說就是一個封閉循環(huán)；污水經過處理后重復使用對于水的使用就成為一個封閉系統(tǒng)（現稱“中水道”系統(tǒng)）；垃圾經過焚燒或氣化后回收熱能，也是一種封閉循環(huán)系統(tǒng)；將電力供應或某些生產過程中散發(fā)的余熱回收，再重復用于發(fā)電或供熱……等等，都是封閉式的再循環(huán)系統(tǒng)。將這些系統(tǒng)統(tǒng)一組織在一定深度的地下空間中，將會對緩和城市發(fā)展與資源不足的矛盾起到積極的作用。尾島建議在東京地下50～100米深處建造一條直徑為11米的共同溝干線，其中布置上述多種再循環(huán)系統(tǒng)，形成一個地上使用，地下輸送、處理、回收的封閉式再循環(huán)總系統(tǒng)。如果尾島的構想中再加上熱能的貯存與交換系統(tǒng)，則將更為完善。
第三，建立能源的地下貯存和交換系統(tǒng)。
對于未來城市中的居民，不但將獲得更多的開敞空間，更寬敞的住宅，而且要有更高的居住和工作的環(huán)境標準。除了氣候適宜的季節(jié)外，室內應進行全面的空氣調節(jié)。目前在一些發(fā)達國家，室內環(huán)境已經相當舒適，但為此要耗費大量能源，像美國、瑞典等國，建筑能耗在全部總能耗中，都占40％以上，如果進一步提高標準和普遍采用空調，則能耗還將大大增加。在常規(guī)能源日漸枯竭的情況下，只能努力去尋找既保證生活舒適又節(jié)省能源的新途徑。從當前的努力方向看，主要有兩個方面，一是提高一次能源的利用效率，二是開發(fā)新能源。
即使像日本這樣高度發(fā)達的國家，一次能源利用率也還不到50％，其他部份都在生產、運輸或使用過程中散失或廢棄。從技術上看，提高一次能源的利用效率，主要從改進設備和最大限度地回收廢棄能源兩個方面著手。前者不屬本文討論范圍，對于回收廢棄能源，地下空間可以提供比較有利的條件。例如，回收余熱、廢熱的主要措施是將熱能交換成熱水用于區(qū)域供熱，和將電廠在低峰負荷時多余的電能轉化為熱能（如熱水）或機械能（如壓縮空氣）貯存起來，供高峰負荷時使用。這樣大量的熱能或機械能的貯存，只有在地下空間中才有可能實現。再如，由于城市廢棄物（垃圾）中的含熱量越來越高，回收城市垃圾中的有機物和污水處理后的污泥中的熱能，已在一些發(fā)達國家大城市中初步實現，這樣一種能源回收系統(tǒng)，布置在地下空間中要比在地面上有利得多。日本的筑波科學城就建立一整套垃圾管道運送和焚燒處理系統(tǒng)，輸送管道就布置在地下公用設施的“共同溝”中。同時，日本已做出到2000年每年回收和利用廢熱折合石油 1200～1500萬噸的規(guī)劃。
在開發(fā)新能源方面，太陽能的潛力最大，可謂取之不盡，用之不竭，但目前太陽能利用受到集熱器效率不高和熱能貯存問題的障礙，還不可能大規(guī)模地進行開發(fā)。地下空間的熱穩(wěn)定性和封閉性，為大量貯存太陽能提供了可能性。具體來說，就是把用各種方法收集起來的太陽能，通過一定的介質（如水、空氣、巖石等），進行熱交換后貯存到地下空間中。在需要時，經管道系統(tǒng)輸送到用戶或再轉化成其他能源。使用后的熱能溫度降低，經過循環(huán)系統(tǒng)再加熱后重新注入地下空間貯存。由于不同溫度的介質的密度不同，故高溫和低溫的介質可以分上下兩層貯存在同一地下貯庫中，循環(huán)使用。
如果城市的土層較薄，基巖較淺，則在巖石中開挖大型洞室用于貯熱，是比較理想的，而且規(guī)模越大，造價越低。瑞典具備這樣的條件，已經建造了試驗性的地下熱水庫，貯存太陽能，向一個居民區(qū)集中供熱。若城市地下土層很厚，建造人工的地下貯熱庫造價很高，容量受到限制，因此可以選擇合適的含水層做貯熱庫使用。注入熱水時，將原有的地下水頂出，熱水被抽出使用后，地下水又回到含水層中。如果利用地下水已被抽干的含水層，則更為方便。這種利用天然形成的地下空間貯存熱能的方法，經濟上和工程上的優(yōu)點是顯而易見的。
熱能和冷能本來是能源在不同溫度下的兩種表現形式。因此可以設想，在同一個地下貯庫內，既貯存熱能又貯存冷能，通過一套裝置和系統(tǒng)同時解決城市的集中供熱和供冷問題，這將是十分合理和經濟的。如果將冬季自然界中存在的大量冷能貯存起來供夏季降溫用，將夏季的天然熱能貯存起來供冬季供熱用，在春季和秋季則將庫抽空，使之升溫或降溫，就可以基本上擺脫常規(guī)能源，完全利用天然能源形成城市的集中供冷、供熱的再循環(huán)系統(tǒng)，這對于實現人們對于未來城市的理想，無疑是十分重要的一個途徑。
綜上所述，可以認為，地下空間在一些大城市中已經得到廣泛的利用，但是地下空間資源還遠遠沒有被充分開發(fā)，因此城市地下空間的開發(fā)利用有著廣闊的前景，不論在緩解城市發(fā)展中的矛盾方面，還是對城市未來的發(fā)展，都將起到十分重要的作用，具有高度的戰(zhàn)略意義。同時，開發(fā)利用城市地下空間，必須與本國的具體情況和城市的不同發(fā)展階段相適應，制訂出既考慮長遠需要又現實可行的全面規(guī)劃。
考慮到我國的國情和國力，盡管一些大城市的矛盾已十分突出，但大規(guī)模開發(fā)城市地下空間的條件尚不充分。然而這并不等于無所作為，為了緩解當前城市發(fā)展中的一些矛盾，為了將來的發(fā)展和為未來城市的形成打下堅實基礎，必須從現在起就抓緊工作，進行調查、論證、規(guī)劃和典型工程試驗。歸納起來，大致有以下幾方面工作：
第一，城市地下空間的開發(fā)利用應盡快立法。
為了合理開發(fā)和綜合利用地下空間資源，避免這一寶貴資源被濫用和浪費，應當從法制上予以保障。因此，建議制訂《城市地下空間利用法》，與《城市規(guī)劃法》、《土地法》等有關法令協(xié)調起來。內容大體上可包括地下空間的涵義、分類、價值、所有權、使用權、開發(fā)范圍、規(guī)劃方法、利用內容、環(huán)境標準、安全要求、使用與管理等。
第二，開展調查和可行性研究工作。
在大規(guī)模開發(fā)城市地下空間的條件尚未成熟以前，正應利用這一時機開展資源調查，可行性論證和科研工作，為今后的開發(fā)提供科學依據和全面、綜合的規(guī)劃。工作內容包括：
（1）地下空間資源調查和可利用率預測；
（2）未來地下空間利用的內容和范圍預測；
（3）未來地下空間的規(guī)劃、布局和系統(tǒng)的劃分；
�。�4）地下空間利用綜合效益的分析與評價；
�。�5）地下空間的環(huán)境標準和居住空間的可行性研究；
�。�6）地下空間的安全問題研究和防災措施研究；
�。�7）不同地質條件下的最優(yōu)施工方法；
�。�8）地下空間利用與城市基礎設施的現代化；
�。�9）開發(fā)深層地下空間的技術、經濟可行性研究；
（10）新技術革命對地下空間開發(fā)利用的可能影響預測；
�。�11）地下空間在未來城市中的地位和作用。
第三，進行典型城市典型地區(qū)的規(guī)劃和重點工程實踐。
當前，我國在地下人防工程規(guī)劃與城市規(guī)則相結合，人防工程建設與城市基本建設相結合方面，已經有了良好的開端。但是，這種結合還應擴大到更廣的范圍，因為人防工程只是地下空間利用的一個組成部份。因此，應選擇典型城市和典型地區(qū)，在對地下空間資源全面調查的基礎上，進行全面規(guī)劃的試點，以取得經驗。同時，在確有需要，資金上又有可能的情況下，進行重點工程的試驗，但這類工程建設一定要與所在地區(qū)的城市再開發(fā)同步實施，及時總結經驗后逐步推廣。
