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摘 要：在城市高度集約化發(fā)展的背景下,城市地下空間得到快速發(fā)展,但綜合管廊與其他類型地下空間的分離導(dǎo)致城市發(fā)展遭遇諸多問題。為了實現(xiàn)城市地下空間的集約高效發(fā)展,必須將綜合管廊納入城市地下空間實現(xiàn)一體化設(shè)計和建設(shè)。通過案例研究和資料總結(jié),以建筑設(shè)計的視角,研究綜合管廊與不同功能地下空間的一體化設(shè)計模式,包括綜合管廊+地下車道、綜合管廊+地下商業(yè)+地下停車、綜合管廊+地鐵+地下商業(yè)+地下停車、綜合管廊+地鐵+地下商業(yè)+地下停車+地下車道4種,探討其適用情況及優(yōu)缺點,以及與點狀、線狀、圍合式、商業(yè)街式4種類型建筑綜合體地下空間的3D接口模型。該論文的研究在原有"建筑-城市一體化、建筑-交通一體化"基礎(chǔ)上提出了建筑-城市市政一體化理論,在建筑設(shè)計方法上提出了管廊與城市地下空間接口的多種模式,對城市空間立體集約化發(fā)展具有重要意義。

引 言

綜合管廊作為一種新型的市政措施，從20世紀(jì)的歐洲起源到如今已經(jīng)遍布全球，其建設(shè)量仍然呈上升趨勢。近年來，我國出臺多個層次的相關(guān)法規(guī)促進(jìn)綜合管廊的發(fā)展。根據(jù)住房城鄉(xiāng)建設(shè)部公開數(shù)據(jù)，截至2017年底，中國在建綜合管廊的里程達(dá)到6 575 km?！笆濉逼陂g綜合管廊的開發(fā)建設(shè)量每年增加2 000 km，帶來1.2萬億的投資的直接經(jīng)濟效益?！冻鞘械叵驴臻g開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》(2016)提出“增強地下空間之間以及地下空間與地面建設(shè)之間有機聯(lián)系，促進(jìn)地下空間與城市整體同步發(fā)展”。另外，地下空間作為推動城市立體化、緊湊化的有效方式，在地下軌道交通的建設(shè)基礎(chǔ)上迅速崛起。近年來，在城市發(fā)展需求的推動和國家政策的支持下，城市地下空間和綜合管廊的建設(shè)都得到進(jìn)一步提升，相關(guān)研究也逐漸增多。根據(jù)CNKI、WOS、Ci Nii數(shù)據(jù)庫檢索整理發(fā)現(xiàn)，綜合管廊的研究內(nèi)容涵蓋了投融資與運行管理方向、工程技術(shù)方向和綜合管廊建設(shè)必要性等方面。城市地下空間的研究則更為全面，從地下空間的規(guī)劃到內(nèi)部空間設(shè)計，地上地下一體化、軌道交通站點的一體化等都有較為詳細(xì)的研究。通過對現(xiàn)狀研究歸類整理后不難發(fā)現(xiàn)，城市地下空間與綜合管廊的一體化研究和實踐的數(shù)量極少，且僅有的幾篇研究均以某一實際案例作為研究對象，缺乏設(shè)計模式的提煉和設(shè)計理論的提升。本文研究綜合管廊與城市地下空間的一體化設(shè)計不僅可以在理論研究層面填補這一領(lǐng)域的空缺，將城市/建筑一體化拓展到城市/建筑/市政一體化，還可以在實際意義層面改善當(dāng)前地下空間總體開發(fā)混亂的局面，增加地下空間的利用率，減少地下空間施工的反復(fù)開挖，并為智慧城市的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

1.綜合管廊與城市公共地下空間一體化研究的必要性

1.1 綜合管廊與城市公共地下空間一體化的發(fā)展歷史

1.2 中國迫切需要進(jìn)行綜合管廊與城市公共地下空間一體化研究

圖5 成都大源CBD地下空間

圖6 北京CBD核心區(qū)地下空間

根據(jù)我國CNKI、Ci Nii、WOS中日英三大數(shù)據(jù)庫的論文查詢結(jié)果可知:國內(nèi)在研究層次上，工程技術(shù)、施工等的比重最 大，達(dá)到55.28%，然后是行業(yè)指導(dǎo)(社科)和政策研究(社科)，分別達(dá)到19.09%和4.59%。在學(xué)科分類方面，城市規(guī)劃與市政和城市經(jīng)濟的比重較高，分別達(dá)到53.23%和14.76%(如表2)。部分論文雖然提出了綜合管廊與城市地下空間的一體化設(shè)計需求，但缺乏具體研究。而日本CINII和英文WOS數(shù)據(jù)庫論文主要集中在綜合管廊結(jié)構(gòu)技術(shù)、防災(zāi)、環(huán)境影響及運營管理等方面。

表2 國內(nèi)綜合管廊的研究情況(數(shù)據(jù)來源:中國知網(wǎng))

1.3 綜合管理廊與城市地下空間一體化設(shè)計的可行性

1.3.1 綜合管廊及城市地下空間一體化專家調(diào)查

本次調(diào)查問卷對象為全國各高校、設(shè)計院、政府部門和研究部門的相關(guān)領(lǐng)域的專家。從專家人員職位分布狀況來看(如圖7)，大部分是來自設(shè)計院的工程師(80.36%)，其中教授級高 級工程師3.57%，高 級工程師33.93%，工程師42.86%，其次是來自高校的副教授(8.93%)。從專家們的專業(yè)分布狀況(如圖8)來看，建筑設(shè)計專業(yè)(16.67%)、綜合管廊(16.67%)和電氣專業(yè)(18.05%)的人數(shù)最多，其次是給排水(9.72%)、城市規(guī)劃(6.94%)和軌道交通專業(yè)(5.55%)，其他專業(yè)占比較小，如施工、檢測等。大型建筑、市政設(shè)計院和高等院校科研遇到“城市地下空間與綜合管廊的一體化”的項目及研究課題最多，建筑專業(yè)、電氣專業(yè)與綜合管廊專業(yè)對一體化研究的關(guān)注度最高。87%的專家認(rèn)為兩者一體化的設(shè)計屬于建筑學(xué)領(lǐng)域，需要建筑學(xué)主導(dǎo)其建設(shè)，幾乎所有專家認(rèn)為二者的一體化設(shè)計具有實際意義，并需要相關(guān)研究促進(jìn)其發(fā)展(圖9)。52.73%的專家參與過相關(guān)一體化的實際項目，這些項目多分布在地下空間開發(fā)量和需求量都較大的一線城市(北京、上海、廣州)，以及二線省會城市(武漢、南京、哈爾濱)。此外，經(jīng)濟較為發(fā)達(dá)的小型城市，如湖北宜昌、江西上饒等也具有少量項目(如圖10)。面對一體化項目稀缺的現(xiàn)象，國內(nèi)的專家認(rèn)為主要原因在4個方面:(1)綜合管廊規(guī)劃未與地下空間規(guī)劃相協(xié)調(diào);(2)地下空間規(guī)劃未與城市規(guī)劃相協(xié)調(diào);(3)地下空間規(guī)劃未納入城市規(guī)劃編制;(4)地下空間控制性詳細(xì)規(guī)劃中未確定綜合管廊的位置及建筑的接口(如圖11)。為促進(jìn)兩者一體化的規(guī)劃建設(shè)，國內(nèi)專家提出:綜合管廊應(yīng)納入地下空間規(guī)劃共同編制;國家層面出臺一體化規(guī)劃建設(shè)的規(guī)范與導(dǎo)則;建立綜合管廊與建筑地下空間一體化的接口技術(shù);建立綜合管廊與建筑地下空間一體化的剖面設(shè)計模式;建立綜合管廊與建筑地下空間一體化的節(jié)點3D模型(如圖12)。

圖7 專家職稱分布

圖8 專家專業(yè)分布

1.3.2 發(fā)展綜合管廊與城市地下空間一體化的技術(shù)支

在綜合管廊與城市地下空間的一體化設(shè)計中，BIM技術(shù)和GIS技術(shù)的集成實現(xiàn)了微觀的建筑及室內(nèi)模型信息與宏觀的室外環(huán)境模型信息的關(guān)聯(lián)整合。這種協(xié)同運作適用于于水利工程、鐵路橋梁、地下管網(wǎng)、城市規(guī)劃、市政模擬等諸多領(lǐng)域。在城市規(guī)劃中，BIM提供了建筑的尺度、材質(zhì)、外部形體和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等詳細(xì)信息，GIS技術(shù)則整合了建筑與周邊環(huán)境的模型信息，實現(xiàn)信息共享，在此基礎(chǔ)上就可以實現(xiàn)精 準(zhǔn)的城市三維測量和建筑方案對比。在綜合管廊的建設(shè)中，BIM可解決管廊內(nèi)部的管線碰撞問題及與建筑BIM的一體化應(yīng)用，而GIS則可根據(jù)地理信息優(yōu)化管廊及建筑的整體布局，并在城市信息共享的情況下，進(jìn)行方案的模擬對比和優(yōu)化。BIM與GIS的集成可以實現(xiàn)綜合管廊、建筑、城市三者的信息共享和利用，進(jìn)行方案的模擬及預(yù)測，實現(xiàn)系統(tǒng)化設(shè)計及智慧城市監(jiān)控。

圖9 研究必要性餅狀圖

2.綜合管廊與城市地下空間一體的化剖面設(shè)計模式

城市地下空間的功能分類眾多，本文以地下商業(yè)(underground commercial，簡寫C)、地下停車(underground parking，簡寫P)、地下車道(underground driveway，簡寫D)和地鐵(subway，簡寫S)這4種規(guī)模最 大、最為典型的地下空間應(yīng)用為例，從剖面設(shè)計的視角研究這些應(yīng)用與地下綜合管廊(Integrated pipe gallery，簡寫G)一體化建設(shè)下的理想布局模式，并探討其優(yōu)缺點及適用性。本研究不考慮產(chǎn)權(quán)歸屬及具體工程個案所遇到的實際限制情況，是一種理想的設(shè)計模式，目的是為實際工程提供方案布局思路。對實際工程中可能會遇到的地形、產(chǎn)權(quán)等其他限制因素，則需要在這些理想模式概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行衍生變化。

圖10 一體化的具體項目分布情況

圖11 未能實現(xiàn)一體化設(shè)計的原因分布表

圖12 實現(xiàn)一體化設(shè)計的關(guān)鍵因素分布表

2.1 模式一:綜合管廊與地下車道合建

2.1.1 案例分析

圖13為深圳市沿一線地下車道的剖面布局示意圖，地下車道開發(fā)為雙層單向車道，綜合管廊上下分艙置于車道一側(cè)。圖14為北京通州核心區(qū)地下車道的剖面示意圖，車道位于綜合管廊上方，兩者之間設(shè)置夾層用于管線的出入。兩種方式均形成整齊的斷面，有利于一體化的施工與建設(shè)，大大減少了施工費用。

圖13 深圳市沿一線地下快速通道

2.1.2 模式總結(jié)

綜合管廊與地下隧道同屬線性空間，兩者一體化對功能流線的影響較小。根據(jù)管廊與地下車道的相對位置可分為GD、D|G和G|D4種形式，由于在實際應(yīng)用中會遇到多種問題且不太常見，且D|G與G|D情況相似，因此在此僅對G|D、兩種形式進(jìn)行詳細(xì)分析。當(dāng)車道為雙層時，可采用形式G|D將管廊豎向分艙布置于車道兩側(cè);當(dāng)車道為單層時，可采用形式將綜合管廊水平分艙置于車道下方，如表4。

圖14 北京通州運河核心區(qū)地下車道

2.2 模式二:綜合管廊與地下商業(yè)、地下停車合建

2.2.1 案例分析

圖15為北京CBD核心區(qū)地下空間的布局示意圖，整體開發(fā)為地下五層，其中地下一層為商業(yè)與聯(lián)通空間，道路下方則設(shè)置夾層，在接近地面的位置設(shè)置綜合管廊，道路下方地下二層為機動車道，地下三層為綜合管廊空間，地下四層和五層則為地下停車和人防空間。這種地下空間的布局保證了地下商業(yè)的連通性，預(yù)留了足夠的市政管線空間，缺點在于地下一層空間層高太高，存在空間浪費的情況。

圖15 北京CBD核心地區(qū)地下空間的剖面示意圖

圖16為北京通州核心區(qū)地下空間的布局示意，總體開發(fā)為地下三層，其中地下一層為商業(yè)和連接通道，道路下方地下二層為機動車道，地下三層為綜合管廊，建筑下方地下二層和三層空間為地下車道。這種布局方式保留了商業(yè)的連通性，且將地下車道與地下停車空間連接提高功能融合性，但綜合管廊位于空間最 底層不利于雨污水管道的入廊。

圖16 通州核心區(qū)地下空間的剖面示意圖

2.2.2 模式總結(jié)

地下商業(yè)、地下停車空間與地下車道合建是城市中心區(qū)較為常見的地下空間組合形式，在豎向布局上通常將地下一、二層設(shè)置為地下商業(yè)空間，底層則為地下停車空間與地下車道空間，這時綜合管廊通常與地下車道結(jié)合置于底層空間或單獨置于形式。當(dāng)?shù)叵驴臻g的開挖深度不受限制時，一般采合管廊規(guī)模要求較小時，才用形式;當(dāng)管廊需要淺埋時，可選擇形式如表5。

2.3 模式三:綜合管廊與地鐵站、地下商業(yè)、地下停車合建

2.3.1 案例分析

如圖17所示，南京下關(guān)綜合管廊利用地鐵和商業(yè)的開發(fā)將三者整合在一起，道路下方開發(fā)地下空間為三層，介于道路下方的空間權(quán)屬問題，在建筑下方的空間內(nèi)僅僅開發(fā)為一層(若在規(guī)劃階段可增加層數(shù)用于地下停車空間)。道路下方負(fù)一、二、三層分別為商業(yè)空間、地鐵進(jìn)站廳和地鐵軌道層，管廊布置于站廳層側(cè)方，軌道層為預(yù)留管廊空間，兩側(cè)建筑通過負(fù)一層的商業(yè)空間聯(lián)通。道路下的商業(yè)空間距地面2.5 m，層高5.5 m，建筑下的商業(yè)層高為9 m。商業(yè)置于負(fù)一層將兩側(cè)建筑連為一體，避免了人行道與地面車行道的沖突，也增加了商業(yè)建筑的經(jīng)濟效益。綜合管廊置于地鐵一側(cè)，可以與地鐵隧道同時建設(shè)，節(jié)約了成本，避免了二次開挖。地鐵站廳與地面相隔商業(yè)空間，雖然在某種程度上為商業(yè)帶來更好的商業(yè)價值，但進(jìn)入地鐵站廳的人流線路變長，不利于人們的出行。

圖17 南京下關(guān)綜合管廊與地鐵、商業(yè)合建的剖面示意

2.3.2 模式總結(jié)

以地鐵站為節(jié)點進(jìn)行地下商業(yè)開發(fā)是較為普遍的模式，綜合管廊、地鐵站、地下商業(yè)和地下停車四者在一體化的空間布局中，商業(yè)通常布置在頂層空間，往下則分別是地鐵站廳層和站臺層，站臺層兩側(cè)則為停車空間，這時為盡量減少綜合管廊對空間功能的影響，應(yīng)將其布置于底層空間與地鐵隧道連接。其一體化有兩種常見形式:形式將綜合管廊豎向分艙置于地鐵隧道兩側(cè)，適用于城市郊區(qū)等管廊需求量不大的區(qū)域;形式，將綜合管廊水平分艙置于隧道兩側(cè)的底層空間，這種方式適應(yīng)性強，可用于對綜合管廊規(guī)模要求較大，或?qū)h(yuǎn)期規(guī)劃有需求的情況，如表6。

2.4 模式四:綜合管廊與地鐵、地下商業(yè)、地下停車、地下車道合建

2.4.1 案例分析

如圖18所示，廣州金融城綜合管廊結(jié)合地下商業(yè)、地下車道和地鐵一起建設(shè)。負(fù)一、二、三層分別為地下商業(yè)、地下車道和地鐵站廳層，綜合管廊位于地下車道下方地鐵站廳層中間，商業(yè)部分層高5 m，地下車道凈高7 m。進(jìn)入地鐵站廳的人流需要由地下商業(yè)層從兩邊通過地下車道進(jìn)入，高差達(dá)16.5 m。地下商業(yè)置于負(fù)一層方便與地面連接，從而帶來最 大的經(jīng)濟效益，綜合管廊利用地鐵軌道中間的位置，讓空間得到良好的利用。但是在此情況下，進(jìn)入地鐵的人流路線不僅要穿過商業(yè)空間，還要穿過地下車道層，與負(fù)一層商業(yè)空間的總高差達(dá)到16.5 m，不利于地鐵的人流出行。同時，綜合管廊受地鐵站廳的高度和地下車道的影響，綜合管廊的剖面達(dá)到13.5 m×8 m。

圖18 廣州金融城綜合管廊與地鐵、車道合建的剖面示意

2.4.2 模式總結(jié)

在大型地鐵站點中，除了商業(yè)、停車功能外，還會加入地下車道以解決城市交通問題。在這種組合下，商業(yè)位于頂層空間，地鐵站點位于下方，而地下車道與地下停車可分置于地下隧道兩側(cè)，綜合管廊則盡量與車道和地鐵隧道整合。其一體化的布局模式分為3種形式:(1)管廊位于頂層商業(yè)空間，適用于綜合管廊埋深較淺的情況;(2)管廊位于地鐵隧道兩側(cè)車道下方，適用于不需要連接車道、管廊需求量較小的情況;(3)管廊水平分艙位于地鐵兩側(cè)車道上方，適用于地下車道比綜合管廊長度更大的情況，如表7。

3.綜合管廊與不同類型建筑綜合體地下空間一體化設(shè)計的接口3D模型

建筑綜合體建筑體量大、能耗高，與綜合管廊的一體化設(shè)計在建筑與綜合管廊一體化設(shè)計中具有典型的借鑒意義。建筑綜合體的形式會影響地下空間的管廊連接口布局形式，本節(jié)將建筑綜合體分類為點狀、線狀、圍合式、商業(yè)內(nèi)街4種模式，探討建筑地下空間的與管廊連接口的布局，如表8。

點式建筑綜合體的空間集中，其管廊接口布局較為簡單。當(dāng)建筑規(guī)模不大時，可在建筑沿街面設(shè)置一個連接口，利用建筑前廣場設(shè)置下沉空間，通過下出線的方式在負(fù)三層設(shè)置連接通道，并與建筑連接口連接，這樣可以在利用下沉廣場改善地下空間環(huán)境的同時，將管廊檢修流線和相關(guān)設(shè)備與地下功能區(qū)進(jìn)行整合。當(dāng)單體建筑規(guī)模增大時，則可將管廊連接口移至建筑中心部位，以增大連接口服務(wù)面積。

線狀式建筑綜合體連接口分情況討論:當(dāng)建筑短邊臨街時，可設(shè)置一條連接通道與支管廊連接，并沿建筑長邊布置多個連接口;當(dāng)長邊臨街時，可在長邊方向根據(jù)需要設(shè)置多條連接通道與支管廊連接，但這種方式會增多連接口，不便于管理。同樣，線性建筑也可利用建筑前廣場制造下沉空間將管廊連接與建筑一體化。

圍合式建筑綜合體的地下空間開發(fā)通常與內(nèi)部中庭聯(lián)系，因此，綜合管廊的連接口可布置于建筑內(nèi)邊，利用中庭空間設(shè)置下沉廣場實現(xiàn)一體化。當(dāng)規(guī)模較小時，可設(shè)置一個連接口;規(guī)模較大時，則可沿內(nèi)邊分置多個連接口。

商業(yè)街式建筑綜合體的平面布局可簡化為多個圍合式建筑的組合，因此其連接口布局方式可參考圍合式建筑，根據(jù)地上建筑走向，在內(nèi)庭邊緣的建筑下方設(shè)置多個連接通道，并根據(jù)建筑規(guī)模在連接通道上設(shè)置多個連接口。

4.結(jié)語

綜合管廊與建筑綜合體一體化規(guī)劃設(shè)計可以有效減少城市地下空間的重復(fù)施工，提高城市中心區(qū)的土地利用價值和能源輸送效率，對地下空間進(jìn)行系統(tǒng)的布局與建設(shè)。在理論研究與問卷調(diào)查得出的可行性分析基礎(chǔ)上，提出一體化設(shè)計的概念與要素，分析地鐵、地下街、地下車庫和綜合管廊一體化設(shè)計的特點，提出4種較為典型的剖面模式，并總結(jié)出點狀、線狀、圍合式與商業(yè)街式建筑綜合體地下空間與綜合管廊一體化建設(shè)3D接口模型。本研究不考慮產(chǎn)權(quán)歸屬及具體工程個案所遇到的實際限制情況，是一種理想的設(shè)計模式，可為實際工程提供方案布局參考。

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