摘 要：在城市高度集約化發展的背景下,城市地下空間得到快速發展,但綜合管廊與其他類型地下空間的分離導致城市發展遭遇諸多問題。為了實現城市地下空間的集約高效發展,必須將綜合管廊納入城市地下空間實現一體化設計和建設。通過案例研究和資料總結,以建筑設計的視角,研究綜合管廊與不同功能地下空間的一體化設計模式,包括綜合管廊+地下車道、綜合管廊+地下商業+地下停車、綜合管廊+地鐵+地下商業+地下停車、綜合管廊+地鐵+地下商業+地下停車+地下車道4種,探討其適用情況及優缺點,以及與點狀、線狀、圍合式、商業街式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"基礎上提出了建筑-城市市政一體化理論,在建筑設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世紀的歐洲起源到如今已經遍布全球，其建設量仍然呈上升趨勢。近年來，我國出臺多個層次的相關法規促進綜合管廊的發展。根據住房城鄉建設部公開數據，截至2017年底，中國在建綜合管廊的里程達到6 575 km。“十三五”期間綜合管廊的開發建設量每年增加2 000 km，帶來1.2萬億的投資的直接經濟效益。《城市地下空間開發利用“十三五”規劃》(2016)提出“增強地下空間之間以及地下空間與地面建設之間有機聯系，促進地下空間與城市整體同步發展”。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基礎上迅速崛起。近年來，在城市發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都得到進一步提升，相關研究也逐漸增多。根據CNKI、WOS、Ci Nii數據庫檢索整理發現，綜合管廊的研究內容涵蓋了投融資與運行管理方向、工程技術方向和綜合管廊建設必要性等方面。城市地下空間的研究則更為全面，從地下空間的規劃到內部空間設計，地上地下一體化、軌道交通站點的一體化等都有較為詳細的研究。通過對現狀研究歸類整理后不難發現，城市地下空間與綜合管廊的一體化研究和實踐的數量極少，且僅有的幾篇研究均以某一實際案例作為研究對象，缺乏設計模式的提煉和設計理論的提升。本文研究綜合管廊與城市地下空間的一體化設計不僅可以在理論研究層面填補這一領域的空缺，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前地下空間總體開發混亂的局面，增加地下空間的利用率，減少地下空間施工的反復開挖，并為智慧城市的發展奠定基礎。

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展歷史

1833年，法國政府創造性的將各種管線放置在地下大型排水管道內部，形成了最早的綜合管廊(圖1)。此后，英國、德國、美國以及日本也相繼開始了綜合管廊的修建。其中，日本的綜合管廊發展最為迅速，其規劃標準、政策法規和技術水平都位于世界前 列。1926年關東大地震之后，日本政府試驗性地修建了3處共同溝(圖2)，以抵御地震對市政管線的破壞。此外，日本由于國土資源緊缺、都市區人口密集，所以在城市人口集聚區進行了地下空間開發，形成了一套完整的地下利用規劃制度，將綜合管廊納入地下空間整體設計，并制定了受法律保護的地下利用立體分層規劃及干線道路地下設施配置原則。其地下空間利用的規劃是在對地下利用現狀以及未來發展規劃有所把握的前提下進行的，在對地下空間功能平面調整的基礎上進行各地下設施斷面的調整(如表1)。此外，日本還設想了“主要站點地區的超 級立體化利用”(圖3)及“構建都市機能網絡”(圖4)，綜合管廊與地鐵、地下街、地下車庫等地下空間系統有機的進行一體化利用。

圖1 巴黎早期綜合管廊

圖2 日本早期綜合管廊的斷面形式

圖3 日本主要站點的超 級立體化

圖4 都市機能的網絡系統

1.2 中國迫切需要進行綜合管廊與城市公共地下空間一體化研究

我國1958年在北京天安門廣場布置的1.1 km管廊是國內最早的綜合管廊建設實例。之后，相繼在上海、廣州等地開展綜合管廊的建設。根據《專家問卷調查—綜合管廊與城市地下空間的一體化設計研究》統計結果可知，如今隨著城市新區地下空間綜合利用的迫切需求，華東建筑設計院、中國建筑設計研究院、上海市政設計研究院、大型建筑甲 級設計院及大型市政設計院等對“綜合管廊與建筑一體化設計”提出了迫切需求。且由于在項目設計中缺乏統一規劃、空間布局設計、具體接口設計等，導致大多數項目無法進行地下空間的一體化整合，致使地下空間重復開挖及空間資源浪費，如北京地鐵7號線磁器口站與市政管線的沖突問題導致工期延誤、造價增高。通過中國建筑設計研究院在全國范圍內的調研，僅有鄭東新區、成都大源CBD(圖5)、北京CBD核心區地下空間項目(圖6)是綜合管廊與城市地下空間一體化設計的成功案例。這3個項目是在建筑設計專業人員與市政設計專業人員共同協助下完成的，運用了BIM技術進行一體化設計，其在技術、設計方法及工作形式上均有很大的創新。

圖5 成都大源CBD地下空間

圖6 北京CBD核心區地下空間

根據我國CNKI、Ci Nii、WOS中日英三大數據庫的論文查詢結果可知:國內在研究層次上，工程技術、施工等的比重最 大，達到55.28%，然后是行業指導(社科)和政策研究(社科)，分別達到19.09%和4.59%。在學科分類方面，城市規劃與市政和城市經濟的比重較高，分別達到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計需求，但缺乏具體研究。而日本CINII和英文WOS數據庫論文主要集中在綜合管廊結構技術、防災、環境影響及運營管理等方面。

表2 國內綜合管廊的研究情況(數據來源:中國知網)

1.3 綜合管理廊與城市地下空間一體化設計的可行性

1.3.1 綜合管廊及城市地下空間一體化專家調查

本次調查問卷對象為全國各高校、設計院、政府部門和研究部門的相關領域的專家。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%)。從專家們的專業分布狀況(如圖8)來看，建筑設計專業(16.67%)、綜合管廊(16.67%)和電氣專業(18.05%)的人數最多，其次是給排水(9.72%)、城市規劃(6.94%)和軌道交通專業(5.55%)，其他專業占比較小，如施工、檢測等。大型建筑、市政設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、電氣專業與綜合管廊專業對一體化研究的關注度最高。87%的專家認為兩者一體化的設計屬于建筑學領域，需要建筑學主導其建設，幾乎所有專家認為二者的一體化設計具有實際意義，并需要相關研究促進其發展(圖9)。52.73%的專家參與過相關一體化的實際項目，這些項目多分布在地下空間開發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，經濟較為發達的小型城市，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象，國內的專家認為主要原因在4個方面:(1)綜合管廊規劃未與地下空間規劃相協調;(2)地下空間規劃未與城市規劃相協調;(3)地下空間規劃未納入城市規劃編制;(4)地下空間控制性詳細規劃中未確定綜合管廊的位置及建筑的接口(如圖11)。為促進兩者一體化的規劃建設，國內專家提出:綜合管廊應納入地下空間規劃共同編制;國家層面出臺一體化規劃建設的規范與導則;建立綜合管廊與建筑地下空間一體化的接口技術;建立綜合管廊與建筑地下空間一體化的剖面設計模式;建立綜合管廊與建筑地下空間一體化的節點3D模型(如圖12)。

圖7 專家職稱分布

圖8 專家專業分布

1.3.2 發展綜合管廊與城市地下空間一體化的技術支

在綜合管廊與城市地下空間的一體化設計中，BIM技術和GIS技術的集成實現了微觀的建筑及室內模型信息與宏觀的室外環境模型信息的關聯整合。這種協同運作適用于于水利工程、鐵路橋梁、地下管網、城市規劃、市政模擬等諸多領域。在城市規劃中，BIM提供了建筑的尺度、材質、外部形體和內部結構等詳細信息，GIS技術則整合了建筑與周邊環境的模型信息，實現信息共享，在此基礎上就可以實現精 準的城市三維測量和建筑方案對比。在綜合管廊的建設中，BIM可解決管廊內部的管線碰撞問題及與建筑BIM的一體化應用，而GIS則可根據地理信息優化管廊及建筑的整體布局，并在城市信息共享的情況下，進行方案的模擬對比和優化。BIM與GIS的集成可以實現綜合管廊、建筑、城市三者的信息共享和利用，進行方案的模擬及預測，實現系統化設計及智慧城市監控。

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計模式

城市地下空間的功能分類眾多，本文以地下商業(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種規模最 大、最為典型的地下空間應用為例，從剖面設計的視角研究這些應用與地下綜合管廊(Integrated pipe gallery，簡寫G)一體化建設下的理想布局模式，并探討其優缺點及適用性。本研究不考慮產權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、產權等其他限制因素，則需要在這些理想模式概念的基礎上進行衍生變化。

圖10 一體化的具體項目分布情況

圖11 未能實現一體化設計的原因分布表

圖12 實現一體化設計的關鍵因素分布表

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，地下車道開發為雙層單向車道，綜合管廊上下分艙置于車道一側。圖14為北京通州核心區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，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

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、兩種形式進行詳細分析。當車道為雙層時，可采用形式G|D將管廊豎向分艙布置于車道兩側;當車道為單層時，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地下車道

2.2 模式二:綜合管廊與地下商業、地下停車合建

2.2.1 案例分析

圖15為北京CBD核心區地下空間的布局示意圖，整體開發為地下五層，其中地下一層為商業與聯通空間，道路下方則設置夾層，在接近地面的位置設置綜合管廊，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的連通性，預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核心地區地下空間的剖面示意圖

圖16為北京通州核心區地下空間的布局示意，總體開發為地下三層，其中地下一層為商業和連接通道，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 通州核心區地下空間的剖面示意圖

2.2.2 模式總結

地下商業、地下停車空間與地下車道合建是城市中心區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、二層設置為地下商業空間，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合置于底層空間或單獨置于形式。當地下空間的開挖深度不受限制時，一般采合管廊規模要求較小時，才用形式;當管廊需要淺埋時，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、地下停車合建

2.3.1 案例分析

如圖17所示，南京下關綜合管廊利用地鐵和商業的開發將三者整合在一起，道路下方開發地下空間為三層，介于道路下方的空間權屬問題，在建筑下方的空間內僅僅開發為一層(若在規劃階段可增加層數用于地下停車空間)。道路下方負一、二、三層分別為商業空間、地鐵進站廳和地鐵軌道層，管廊布置于站廳層側方，軌道層為預留管廊空間，兩側建筑通過負一層的商業空間聯通。道路下的商業空間距地面2.5 m，層高5.5 m，建筑下的商業層高為9 m。商業置于負一層將兩側建筑連為一體，避免了人行道與地面車行道的沖突，也增加了商業建筑的經濟效益。綜合管廊置于地鐵一側，可以與地鐵隧道同時建設，節約了成本，避免了二次開挖。地鐵站廳與地面相隔商業空間，雖然在某種程度上為商業帶來更好的商業價值，但進入地鐵站廳的人流線路變長，不利于人們的出行。

圖17 南京下關綜合管廊與地鐵、商業合建的剖面示意

2.3.2 模式總結

以地鐵站為節點進行地下商業開發是較為普遍的模式，綜合管廊、地鐵站、地下商業和地下停車四者在一體化的空間布局中，商業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，適用于城市郊區等管廊需求量不大的區域;形式，將綜合管廊水平分艙置于隧道兩側的底層空間，這種方式適應性強，可用于對綜合管廊規模要求較大，或對遠期規劃有需求的情況，如表6。

2.4 模式四:綜合管廊與地鐵、地下商業、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合地下商業、地下車道和地鐵一起建設。負一、二、三層分別為地下商業、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，商業部分層高5 m，地下車道凈高7 m。進入地鐵站廳的人流需要由地下商業層從兩邊通過地下車道進入，高差達16.5 m。地下商業置于負一層方便與地面連接，從而帶來最 大的經濟效益，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，進入地鐵的人流路線不僅要穿過商業空間，還要穿過地下車道層，與負一層商業空間的總高差達到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

在大型地鐵站點中，除了商業、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，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計在建筑與綜合管廊一體化設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，本節將建筑綜合體分類為點狀、線狀、圍合式、商業內街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。當建筑規模不大時，可在建筑沿街面設置一個連接口，利用建筑前廣場設置下沉空間，通過下出線的方式在負三層設置連接通道，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境的同時，將管廊檢修流線和相關設備與地下功能區進行整合。當單體建筑規模增大時，則可將管廊連接口移至建筑中心部位，以增大連接口服務面積。

線狀式建筑綜合體連接口分情況討論:當建筑短邊臨街時，可設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;當長邊臨街時，可在長邊方向根據需要設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通常與內部中庭聯系，因此，綜合管廊的連接口可布置于建筑內邊，利用中庭空間設置下沉廣場實現一體化。當規模較小時，可設置一個連接口;規模較大時，則可沿內邊分置多個連接口。

商業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，根據地上建筑走向，在內庭邊緣的建筑下方設置多個連接通道，并根據建筑規模在連接通道上設置多個連接口。

4.結語

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

來源：綜合管廊之家

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