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摘要：随着城镇化进程加快，城市地上空间已拥挤不堪，而地下空间的开发利用却大有可为。本文探讨如何合理规划充分利用地下广阔空间，让其更好地为地面居住的人服务，甚至可以让城市居民搬入地下工作生活。
关键词：地下城市；开发
近年来，随着社会经济的不断发展和城市建设的全面发展，城市地面的空间建设已经无法满足人们的需求。人们向高空要空间，建筑物越建越高；城市版图越扩越大，周边的菜地鱼塘农田都消失了。虽然楼越建越高，面积越来越大，城市依然不能满足蜂拥而入的人们不断增长的衣食住行需求。道路拥堵，住房及公共空间狭小。各种供排通道要么堵塞要么通过面积太小，根本满足不了瞬时激增的流量，于是就有了城市内涝、高峰期供电供气不足、交通早晚高峰、环境恶化等城市顽疾。面对城镇化难题，人们开始关注城市地下。
城市规划者也考虑到了修建地下轨道交通、地下通道、地下停车场以及地下商场、地下综合管廊等地下设施在垂直方向上为城市空间扩容，但这些实际都是只开发利用了地下浅层空间，而地下还有广袤无垠的深层空间并未涉足。
人们可以在城市地下分层建造工作和生活的场所，每层都可以参照城市地面的布局建造办公区、学校、医院、餐厅、商场、影院、停车场、公共道路、公园、河流、居住场所、公共服务机构（包括政府、邮局、警察局、法院、检察院）等等，只是这些建筑都是单层或多层。公共道路可以都是立交，无需平交口和红绿灯，可以极大缓解路口拥堵。上下两层间有道路联接，其它建筑物内部也有上下连接通道，人们上下有多种选择，不像在地面只能用建筑里的电梯或楼梯。每种建筑物可以根据需要在垂直方向连续上下多层设置，也可以错开布置。建筑物墙壁可以用人工材料建造，也可以直接利用石壁再装饰即可。道路下无需设置管网，因为水电通信电力等（不宜使用燃气或燃油等消耗氧气的物质）管网的主干管道都在建筑物内部垂直敷设。这其实就像把上千层的高楼大厦直接沉入地下，而且“大厦”外围和内部还设置了四通八达的路网。只是这个“大厦”的所有地板和天花板都是厚实的岩石，当然是为了利用岩层的自稳，保证地下空间的安全。
地下建筑的防排水和布局一样重要，仿照地下蚁穴的构造，人们可以为地下城市裹上一层或多层防水外壳，在外壳外面建造U型溢洪通道以及最底部紧急泄洪通道。实际上，光外壳防水远远不够，就像潜艇一样内部还要能实现分区完全封闭，而且地下城与外界相通的所有通道口及通道内外都要设置防水堵水设施。这样才能最大限度地保证地下城不会轻易地被地下水全部浸泡。
而地表洪水对地下城是有益的，可以作为地下城补给水源，余下的可以储存在U型溢洪道内备用。实在过多的洪水才会通过溢洪道排入低处的江河湖海，并在溢洪道口设置可手动开启的单向排水密封盖板，保证地面水不会意外倒灌入溢洪道。而当地下城缺水时，可人工开启盖板，引地面江河湖泊的水进地下补水。不建议直接使用地下水作为补给用水，因为地下水往往是城市地下空间（地下城外）的组成部分，城市地下水超采引发的灾害颇多。地表水包括洪水、海啸、暴雨等等，利用地下城泄洪过程中，水流可以流经安装在泄洪道内的水轮机叶片驱动水轮机运转，可以发电或带动其它设备。地表水的流入给地下城补充了水，还带来了能源。
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地下城内要设置遍布各个角落的明渠，用渠水调节地下空间的温度和湿度，就像丽江古城内密如蛛网的沟渠一样。当然，碳酸盐岩层不能被水冲刷，这样的岩层要保持干燥。渠水汇集起来流到下层时还可以发电，同时渠水的流动本身就可以促进空气的流通。不能排放任何污染物进明渠内，一直要保持渠水清洁。地下城内的水要能流进，也要能排出。通过紧急泄洪道，同主泄洪道一样的虹吸原理，将流经了整个地下城的水排出去。只要水渠源头的水头大于紧急泄洪道出口的水头与渠水在城中流淌损失的水头之和，城中水就能源源不断地流淌。
借助将来的某种新技术，可以在水渠源头将地表的清新空气融入水中，而随着水的流动融其中的空气再慢慢释放到地下空间中。地下城的通风相当重要，不能通风或通风不畅则不宜人居。在地下城最底层侧壁上打通通往地面的风道，出风口要高于地下城入风口，目的是要保证通风口处的空气流速大于入风口的空气流速。根据流体伯努利效应方程式（p+1/2ρv^2+ρgh=常量（其中p为压强ρ为流体密度v为流体速度g为重力加速度h为高度）），同一流体在某一位置的压强和流速成反比。因此出风口的气压低于进风口，这个压强差推动空气进入地下城进风口，而从出风口流出。如果出风口平常风速较大，比如在山顶或山口，就不用加高出风口了。要是自然通风不能满足需要，比如出风口风速与进风口风速大致相同时，进出风口上还要加装可以正反转的风机以加强通风。
地下城的光源采用电力供给能源，最好模拟太阳光线，因为里面还要培育栽种各种植物和农作物，用以吸收部分二氧化碳释放氧气还可以提供部分粮食蔬菜和造景等。蜜蜂和其它小动物或昆虫也必不可少，以便最大限度地还原地面的生态环境。但化石燃料机械及部分动物不得进入地下空间，它们不仅消耗大量氧气，还不停排放有毒有害气体等物质进入地下城里。
另外地下城的污水和垃圾，应充分循环利用，中水可以浇灌植物，压缩或其它简单工艺部分脱水后的固体有机物可以当做肥料撒到栽种植物的土壤里，也可以直接把有机垃圾运至地面发电，其它固体废弃物可以用来加工成建筑材料。尽量减少物资包括固体废弃物的垂直上运，各种物资垂直下运相对容易些。挖掘建造时产生的石渣等，只有就地利用部分后剩余部分运往地表。
地下城里不宜建造工厂，垃圾和污水处理厂除外。因为只要是工厂，都会有排放，在地下空间是绝不允许集中大量排放废气、废水或固体废物的。
对地下城威胁较大的自然灾害，有地震、火山喷发、风暴潮或海啸等引发的洪水等。地震和火山喷发等地质活动，其实在地下能更早更准确地预报，这就是严重地质活动前蛇鼠虫蚁纷纷涌上地面的原因之一吧。除对地下城有直接毁灭性危害的岩浆侵入外，一般的地震对地下空间的危害较对地面建筑物的破坏要小得多。上世纪76年的唐山大地震，在地下避震而伤亡的人员比例远远小于地面建筑里的伤亡比例。为应对各种灾害，不仅地下城本身结构抗震级别高，外壳的强度、柔韧度及耐高温也要求很高。像建筑外墙一样，外壳除能抗渗外，还需确保在地震中不易拉裂切开，在极高温的岩浆冲击下不会轻易融化和破裂。
人为破坏包括战争、恐怖袭击等，任何人造物体在战争中都很脆弱，面对恐怖袭击也不堪一击，顶多完善消防设施降低损失。
鉴于目前人类掌握的科学技术有限，要把城市建设在地下还有很多难题需要破解。本文从理论上分析了建造地下城的实用性、可行性、安全性，随着科技的进步及地面环境渐渐恶化，相信这一宏伟建筑终究会出现。
参考文献
[1]舒幼生.力学.北京大学出版社，2005
[2]段勇华.城市地下空间开发利用研究.南京农业大学.TU984.11，2011
[3]城市地下空间开发利用管理规定.2011年修正本
论文作者:程绍春
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/14
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