引言

當今世界迎來了綠色發展時代，習近平總書記提出的綠色發展理念是習近平新時代中國特色社會主義思想的主要組成部分。黨的十八大以來，黨中央提出了一系列治國理政新理念、新思想、新戰略，把生態文明建設和綠色發展提到新的戰略高度；黨的十八屆五中全會更是把綠色列入中國國家建設發展的五大理念之中。中國的綠色發展正在進入世界綠色發展的先進行列。地下空間是一個巨大而豐富的空間資源，對其進行合理開發利用能夠促進我國的綠色發展。本文從節約土地、利用地熱能、節水、綠色城市基礎設施（包括綠色客運城市交通和城際交通，未來城市貨運交通，綠色城市污水、雨洪蓄排系統，綠色城市垃圾集運和處理系統，智慧地下綜合管廊，城市智慧行車系統）等方面分析說明如何利用地下空間發展綠色建筑與綠色城市，并介紹如何進行地下空間的開發規劃。

綠色建筑與綠色城市：綠色建筑和綠色城市的定義在國際上尚無共識。

綠色建筑 

根據《綠色建筑評價標準》，綠色建筑是指在建筑的全壽命周期內，最大限度地節約資源（節能、節地、節水、節材），保護環境和減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。簡而言之，即“四節一環?！钡慕ㄖ?。

綠色城市 
綠色城市一方面是“綠色建筑規模化的一個必然結果”；另一方面，因為城市要素除了建筑之外，還包括交通等城市基礎設施以及自然環境和社會環境等，所以其內涵還應擴展到其他城市要素。綠色城市的實質可概括為：實現更高水平的生態平衡，大幅減少環境污染并使自然資源得到更為合理的配置，同時形成可持續的生態安全保障體系，從而降低城市發展成本，建立起一種自然與社會高度和諧融合、功能高度復合的城市模式。與綠色建筑的概念相比，綠色城市在節約資源、能源、保護自然之外還加入了社會學范疇的概念，將在西方城市規劃領域一直關注的犯罪率、鄰里交往、社會和諧發展等命題也一并納入。二者關系為：綠色城市=綠色建筑+綠色城市基礎設施+綠色城市自然環境（藍天、綠水、青山、凈土）+綠色社會環境。綠色城市的目標是促進城市可持續發展，提高城市的宜居水平。

利用地下空間發展綠色建筑與綠色城市

節約土地 

我國現行耕地紅線為1.2億hm2(18億畝），而既有耕地為1.239億hm2(18.58億畝），城鎮化發展面臨無地可用的困境，解決土地問題存在必要性與緊迫性。因此，需要推動地上地下2個城市建設，破解城市發展空間不足的問題。
城市節約土地的一個主要方面在于宏觀上努力實現土地的多重利用。土地的多重利用可沿2個方向實施：1）城市無建筑土地的額外利用；2）城市已建成區域的緊密化和功能變化。開發利用地下空間，即把城市交通（地鐵和軌道交通、地下快速路、越江和越海灣隧道）盡可能地轉入地下，把其他一切可以轉入地下的設施（如停車庫、污水處理廠、商場、餐飲、休閑、娛樂、健身等）盡可能建于地下，就可實現土地的多重利用，提高土地利用效率，實現節地的要求。地下空間潛力巨大，能為節約土地提供良好的條件。我國已有許多城市對地下空間進行了開發利用，如南京的玄武湖隧道、九華山隧道，深圳的前海合作區；深圳的福田地下交通樞紐是國內最大的“立體式”交通綜合換乘站，匯集了地鐵2、3、11號線，以及廣深港客運專線福田站，是集城市公共交通、地下軌道交通、長途客運、出租小汽車及社會車輛于一體并與地鐵竹子林站無縫接駁的立體式交通樞紐換乘中心，地下樞紐空間總建筑面積約13.73萬㎡，相當于192個足球場的面積；杭州錢江新城核心區地下城以波浪文化城（10萬㎡）和地鐵1、2 號線換乘站為骨干，地下空間總量達到200萬㎡。據初步統計的最新數據，北京、上海、深圳地下空間開發規模分別達到9 600萬、9 400萬、5 200萬㎡，近5年平均增長分別為410萬、650萬、680萬㎡。

利用地熱能

地下換熱系統地溫能指的是地層中溫度小于25 ℃的地層熱能。當到達地下一定深度時（5 m以下），四季的地層溫度保持在一穩定值，此時把傳統空調器的冷凝器或蒸發器直接埋入地下，利用傳熱循環介質與大地進行熱交換，從而提取地溫能，形成地下換熱系統。地下換熱系統可埋設在地下結構的基坑圍護結構（地下連續墻、排樁內）、基礎底板下、樁基（鉆孔灌注樁、預制樁、PHC樁等）內；可埋設在新奧法施工的隧道襯砌內或以能源錨桿的形式埋設在其圍巖中；也可埋設在地鐵區間隧道內、地下輸水管道內。

能源隧道
能源隧道是指一種利用隧道襯砌內的熱交換管路來提取隧道空氣熱能或隧道圍巖中的地熱能，實現隧道附近建筑的供熱/制冷服務的技術。

能源隧道工作原理是： 熱交換管由分、集水管與地源熱泵前端相連，形成封閉系統，系統內注滿循環介質（含防凍液），在水泵的驅動下，熱交管內的循環介質在管內循環流動，吸收圍巖中的地熱能或空氣熱量，經熱泵提升后，用于隧道內部或者周圍建筑物的制冷/取熱。能源隧道具有以下優勢：1）具有結構和暖通雙重功能，比傳統空調系統節能30%以上；2）節能環保，無噪音污染，占地少，成本低；3）能解決寒區隧道的凍脹和結冰等病害問題。

工程實例

1）奧地利政府資助的能源地鐵車站示范工程1984—2004年樁基埋管數量變化如圖5所示。該車站位于Lainzer隧道LT24區，一共有59根樁基內埋設熱交換管，鉆孔灌注樁樁徑為1.2 m，樁長平均為17.1 m，利用6臺熱泵為附近一所學校供暖。在長期供暖的情況下，車站能提供150 kW的熱負荷，一個供暖季度可提供2.14×108 kW·h的能量，天然氣的使用量每年減少34 000 m3，使每年CO2排放量減少30 t。與傳統的靠燃燒天然氣供暖的方式比較，可使學校每年用作取暖的費用降低1萬美元。

2）瑞士Grabs的PAGO公司辦公樓采用570根樁基內埋設熱交換管，平均樁長12 m，以4個能源樁為一組，呈方型頂角安裝，四邊間距為1.4 m。每延米樁基冬天可獲得35 kW·h的熱量，夏天獲得40 kW·h的冷量。3）上海自然博物館新館位于上海市靜安區靜安雕塑公園內，近北京西路、石門二路，占地面積約為12 000 ㎡，總建筑面積約為45 086 ㎡，其中地上建筑面積為12 128 ㎡，地下建筑面積為32 958 ㎡。建筑總高度為18 m，地上3層，地下2層，采用地源熱泵系統承擔建筑部分夏季冷負荷以及冬季熱負荷。夏季土壤換熱器最大熱負荷為1 639 kW·h，冬季土壤換熱器最大熱負荷為1 178 kW·h。工程采用灌注樁和地下連續墻內埋管2種形式。其中，灌注樁內埋管393個，平均樁長為45 m，采用W型埋管；地下連續墻內埋管共452個，采用W型埋管。灌注樁及地下連續墻內埋管布置。

上海自然博物館已于2015年投入運營，該館采用了地下結構內埋管熱交換系統，初投資比傳統的冷水機組+鍋爐系統增加210.2萬元，但該系統利用地溫能實現了建筑制冷和供暖，年運行費用可節省22.3萬元，動態投資回收期為11.98年；該系統利用清潔的地溫能，每年可節約117.7 t標準煤，減排CO2 195.5 t。上海中心大廈裙樓、上海世博軸和上海富士康大廈等國內重大工程均采用了地下結構內埋管熱交換系統。4）某過江隧道在地下連續墻內設置埋管換熱管路，來提取地源的地熱能，實現隧道附近建筑的供熱、制冷。隧道連續墻最大埋深60 m，連續墻每段長度為5 m；60 m深度位置土壤層溫度為16.5~17.5 ℃；采用單U型盤管，De32PE塑料管，埋深按平均55 m計算，盤管間距2.5 m。地下連續墻內埋管直接綁扎在地下連續墻的主筋上，與地下連續墻一起形成換熱構件，省去了鉆孔費用，且具有傳熱效果好、穩定性和耐久性好、不占用額外的地下空間等優點。隧道江北段管理養護中心用房面積約為4 409.65 ㎡，利用連續墻埋管及熱泵機組進行供暖與制冷，參數如下：1）制熱量265 kW；2）制冷量485 kW；3）單U型盤管，De32PE塑料管；4）需要埋管的連續墻長度共120 m；5）總投資約120萬元（含埋管換熱器、熱泵機組、水泵及管道等費用）；6）節約電能約23.5萬 kW·h/年（按年運行時間5 000 h）。隧道江南段參數如下：1）單U型盤管，De32PE塑料管；2）可埋管的連續墻長度共1 300 m；3）埋管總散熱量2 800 kW；4）總投資約850萬元（含埋管換熱器、熱泵機組、水泵及管道等費用）；5）節約電能約235.2萬kW·h/年（按年運行時間5 000 h）。5）科羅拉多安裝地源熱泵系統后，每個家庭可降低電力峰值需求、節約能源和減少CO2排放10%~30%。
6）上海世博軸采用6 000根能量樁，是目前世界上單體能量樁用量最大的工程。

未來發展情況目前

地源熱泵正進一步與太陽能結合。通過太陽能的輔助供熱，可實現系統向地下排熱與取熱的平衡，從而使得地下溫度場保持穩定，既可以克服單獨使用地源熱泵時，土壤溫度場不斷降低（或升高）后不能有效恢復的局限性，又可以克服單獨使用太陽能空調系統時，太陽輻射受天候因素制約的局限性。

淺中層地熱能(溫泉)
河北省地熱能資源總量位居全國第二位，2015年地熱資源開采量突破1.1億m3，地熱供暖面積達到6 300萬㎡。其中，雄縣位于河北省保定地區，是國內首個通過地熱供暖實現“無煙城”的縣城，擁有享譽全國的“雄縣模式”。雄縣地熱資源分布面積廣，出水量大，水溫高，現如今地熱集中供暖面積已占城區集中供暖面積的85%，覆蓋縣城80%以上的居民小區，每年可減少CO2排放量12萬t。在收費方面，雄縣居民地下水取暖費用為16元/㎡，相較之前燃煤取暖25 元/㎡的費用更為便宜。從投入與產出方面分析，地熱取暖前期投入較大，后期的年收益率穩定。因此，應推廣和提升“雄縣模式”，在集中成片供暖的基礎上，在新興城鎮中打造以地熱為主的“綠色熱網”，解決北方中、小新興城市和農村冬季供暖的問題，減少燃煤燃燒對空氣造成的污染。

深層地熱能(干熱巖)
我國干熱巖資源居世界前列，陸域干熱巖資源量為856萬億t標準煤，其中青海共和盆地3 705 m深鉆獲得236 ℃的高溫干熱巖體。我國已成功在陜西省內進行了干熱巖用于供熱的商業應用——長安信息大廈2013年共計3.8萬㎡應用干熱巖供熱，效果良好。按照2%的可開采資源量計算，我國可開采干熱巖量相當于17萬億t標準煤，為2016年全國能源消耗量（43.6億t）的近4 000倍。至“十三五”末，地熱能年利用量相當于替代化石能源7 000萬t標準煤，減排CO2 1.7萬億t。國際上有美國、澳大利亞、日本、德國、法國等進行了干熱巖發電試驗研究項目。美國Los Alamos實驗室在卡爾德拉的芬登山上建成了一個10 MW的HDR（深層干熱巖）發電站，該電站主要由2個深度為3 000多m的鉆孔及其連通孔組成，冷水由一個鉆孔灌入，另一個孔產生200 ℃蒸汽，進入汽輪機發電。我國也已開始干熱巖發電的相關研究。

節水 
我國水資源比較短缺，地下空間可以用來解決水資源問題。

雨水
1）世博軸自來水日用量約為2 000 m3/d，利用雨水時，自來水日用水量降低為1 100~1 200 m3/d，回用雨水用水量約800~900 m3/d。據此，在可利用時段里，自來水替代率約為(800~900)/2 000=40%~45%。經處理雨水主要用途為衛生器具沖洗、綠化澆灌等。世博軸雨水收集處理綜合利用技術見圖7，處理流程見圖8。

2）西沙群島上修建了可采集雨水達14萬t的地下貯水工程。通過技術處理，已達到國家飲用水衛生標準，從而結束了吃水靠大陸船運的歷史。3）北京每年6—9月份降水中，可利用的雨水為2.3億m3，相當于城區全年用水量的1/5多。為積蓄雨水，北京籌劃開工修建70個地下小水庫，新建公園將首先考慮建設雨水收集利用設施，工程可攔蓄洪水3 559萬m3。
4）名古屋、大阪、福岡等地的大型建筑物下都設置了雨水利用裝置，名古屋體育館每年利用雨水3.6萬m3。

再生水(中水)
再生水主要是指城市污水或生活污水經處理后達到一定的水質標準，可在一定范圍內重復使用的非飲用水，也稱中水。

1）北京2010年再生水利用量達6.8億m3，占總用水量的19%，但利用率僅為60%，“十三五”期間計劃將全市再生水用量提升到每年12億m3。
2）天津自2002年正式啟動再生水管網建設以來，已鋪設了400多km的再生水管道。目前天津已建成再生水廠8座，全年再生水回用約2 500萬t，大部分用在大型工業項目中，還有河西梅江居住區和南開水上公園周邊一些小區也用上了再生水。
3）日本再生水利用量達1.3億m3。