束昱:我国城市综合管廊建设现状趋势及海绵城市的上海战略

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  束昱:我国城市综合管廊建设现状趋势及海绵城市的上海战略

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  导语:

  束昱,同济大学教授、同济地下空间研究院院长、全球城市地下空间研究会理事长、日本东京工业大学客座研究员、英国皇家特许建造师。是我国城市地下空间和综合管廊规划设计理论方法与标准、城市地下空间和谐需求预测理论、地下空间环境与人体相互作用理论、地下空间环境生态化技术集成应用理论、地下空间使用安全评价方法、地下空间环境艺术设计理论与方法、地下空间防灾诱导标志的规划设计理论与方法、海绵城市、地下空间、综合管廊规划设计及兼顾人防等方面的先行研究和开拓创新者,国内外著名城市地下空间与人居环境研究专家。先后完成50余项国家及省市委托的科研咨询及北上广深等70项城市地下空间、人防工程、综合管廊等专项规划编研。

  作为“中华第一沟”(1994年上海浦东张杨路共同沟)的课题研究与工程设计技术总监,以及我国《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838-2015/2012)的主审,束昱教授可谓是中国大陆城市地下综合管廊研究与实践的先行者。尤为近几年,我国综合管廊建设热潮迭起,束昱教授在科学研究与工程技术咨询等工作上更加繁忙。由于束教授实践并参观考察过日本、法国、新加坡、我国台湾地区及大陆几十个城市综合管廊项目,因此,对综合管廊规划设计建设管理等方面的认知日益深刻。本文就是束昱教授对我国城市综合管廊建设现状趋势及海绵城市发展的上海战略一席谈。

  我国城市综合管廊建设现状及发展趋势

  随着城镇化步伐的不断加快,城市综合管廊建设也步入快车道。2015年4月,财政部与住建部联合公布了第一批地下综合管廊试点城市:包头、沈阳、哈尔滨、苏州、厦门、十堰、长沙、海口、六盘水、白银;同时,还特批吉林省开展全省城市试点,即所谓“10+1”模式。接着又在2016年4月公布第二批15座城市为试点城市。与此同时,对第一批试点的评估亦展开,成绩不错。

   世界上早就开始了综合管廊建设

  工业革命开始最早的地方,综合管廊建设起步也最早。1833年,法国巴黎为了解决地面污染、污水排放及市政管线的敷设,提高环境质量,开始兴建综合管廊。到目前为止,巴黎已经建成总长度约2400公里、系统较为完善的地下排水道及综合管廊网络。19世纪,德国汉堡也开始建设综合管廊,后来在全德流行开来。虽然初始投资较高,但长期的运行实践表明,其运营总体成本低、环保、可持续发展等优势,可谓一劳永逸。

  20世纪,日美大兴综合管廊。日本1926年在东京都开始共同沟(综合管廊)建设试点,1963年颁布“共同沟特别措施法”,至2001年已建成600余公里的共同沟,并形成了完善的技术标准与管理法规。1995年日本阪神大地震期间,神户市内大量房屋倒塌、道路被毁,但震区共同沟却大多完好无损,这大大减轻了震后救灾和重建工作的难度。美国自1960年代起开始综合管廊的研究,1971年开始建设综合管廊,较具代表性的为纽约市从束河下穿越并连接阿斯托里亚(Astoria)和地狱门代植物园(HellGateGeneratioPlants)的爱迪生市政管线隧道(ConsolidatedEdisonTunnel)。该市政管线隧道(综合管廊)长约1554米,高6-7米,收纳有345kV输配电力缆线、电信缆线、污水管和自来水管。

  此外,1933年,前苏联在莫斯科、列宁格勒、基辅等地修建了综合管廊。1953年,西班牙在马德里修建综合管廊,还有斯德哥尔摩、巴塞罗那、纽约、多伦多、蒙特利尔、里昂、奥斯陆等城市,都建有较完备的综合管廊系统。

  综合管廊用途是什么,怎么建?

  何谓综合管廊?综合管廊(日本称“共同沟”,台湾地区称“共同管道”),就是城市地下市政管线的综合走廊。即在城市地下建造一个隧道空间,将电力、通讯,燃气、供热、给排水等各类管线集合铺设于一体,设有专门的检修口、吊装口和监测系统,实施统一规划、统一设计、统一建设和管理,是保障城市安全高效运行的重要“生命线”工程。如果每座城市都建有综合管廊,“马路拉链”基本就可以绝迹。

  综合管廊按其功能可分为干线管廊、支线管廊、干支混合管廊及缆线管廊。综合管廊建设涉及到法制建设、标准建设等国家层面的问题,要厘清管线的用途如污水、雨水、燃气等管线入廊的问题特点,要综合考虑抗震、人防、消防、防涝等综合防灾相结合问题,还要与轨道交通、管线综合、防洪排涝、海绵城市、地下空间等多项专业规划的衔接问题;另外绿色材料、工艺、技术等科技集成创新问题,大数据、物联网、BIM、机器人等智慧运营维护如何贯彻到全寿命周期的问题,等等。

  综合管廊的建造,方式多样。常见的方法是明挖法、暗挖法,随着科学技术的发展,盾构法、预制拼装工法也很常见。1933年,前苏联开始在莫斯科建设综合管廊,还在列宁格勒(圣彼得堡)、基辅等城市道路建设时配套建设了综合管廊,并采取预制拼装工法建设综合管廊。

  近年来出现的装配式波纹钢制综合管廊将1.6-12毫米的薄钢板压成波纹后,制成管节或板片,最后做成管廊,这种管廊是一种既有刚性也具柔性的本体结构,具有一定的抗震能力,且能较好适应较大的沉降与变形,能与周围土体形成组合,共同受力。管廊还有圆形双舱、拱形三舱、马蹄形双舱并排等结构形式,装配式管廊具有工程造价低、管体强度高、施工工期短、耐久性强、寿命长、抗震抗变形能力强且利于环保等优点。钢制管廊在我国的山东日照机场、辽宁棋盘山国际会议中心已有应用,具有较好发展前景。

  在世界管廊建设180多年的历史中,创新是贯彻始终的词汇。首先是理念创新,新管线的铺设方法在世界各地不断涌现;功能不断丰富,像东京临海副都心的市政基础设施如上下水、供电通信、燃气、冷暖气和垃圾收集系统连接到每座建筑,市政管线有10种之多,除雨水管道外其余9种管线的全部纳入共同沟内,施行新城中心区市政管线体系再造,很好地实现了市政管线及共同沟的高效运行。

  我国的综合管廊建设处于什么水平,趋势如何?

  纵观世界综合管廊建设,政府重视、规划先行、法制保障都是十分鲜明的特点,而综合管廊建设主要集中在城市新区、新城及中心城区更新改造等方面。

  我国城市综合管廊探索性建设始于1959年天安门广场,长千余米、内宽3.4米的廊道内敷设热力、电力、通信、给水等四种管线。改革开放后的1994年,上海市浦东新区规划建设了一条大规模、长距离的现代化综合管廊-张杨路共同沟(被业界美誉为中华第一廊)。该综合管廊属于支线管廊,布置在张杨路两侧,总长度11.125公里,管廊内收容了给水、电力、信息与煤气等四种管线。随后在国内的北京中关村、广州大学城、青岛高新区、上海世博园等新区进行了试点建设。自2015年国家开始全面推进试点城市建设后,综合管廊建设进入新阶段,仅2016年度就完成2005公里的管廊开工建设,预计到2020年全国建设将超过10000公里,将成为世界城市综合管廊规划建设大国。

  2016年,国家住建部和财政部对第一批试点综合管廊建设的城市进行绩效评价,厦门位居第一,前五位依次是厦门、六盘水、白银、包头、长沙。

  厦门模式尤其值得点赞。作为第一批试点城市,厦门市将综合管廊作为城市转型发展的重要抓手,坚持实用为先、规划先行、因地制宜,目前全市已建成运营的干支线管廊24.58公里、缆线管廊50.46公里,已入廊的市政管线总长超过270公里;在建的干支线管廊达52.68公里,缆线管廊31.17公里。2016年8月5日,在厦门召开的全国城市地下管廊建设工作座谈会上,住建部组织的100余位专家纷纷点赞厦门经验,称其为“厦门模式”:国内率先总结并大规模采用预制拼装法进行综合管廊施工;率先试点雨污水管和燃气管入廊;率先引入社会资本,采用PPP模式参与建设管理;率先将弱电管线融入地铁现有断面空间;率先试行综合管廊有偿使用制度;率先出台地方管廊技术规范。应该说,厦门市综合管廊建设的“六个率先”为全国综合管廊的发展提供了可示范、可借鉴、可推广的样板。

  李克强总理在2016年的《政府工作报告》中提出,开工建设城市综合管廊2000公里以上,配合绿色建筑和建材的推广、智慧城市的打造,让未来城市变得更加宜居。这个动员令开启了城市综合管廊建设的新时代,推进城市综合管廊建设,统筹各类市政管线规划、建设和管理,可有效解决反复开挖路面、架空线网密集、管线事故频发等问题,有利于保障城市安全、完善城市功能、美化城市景观、促进城市集约高效和转型发展,有利于提高城市综合承载能力和城镇化发展质量。

  党中央、国务院要求把综合管廊建设作为履行政府职能、完善城市基础设施的重要内容。要求到2020年,建成一批具有国际先进水平的综合管廊并投入运营,反复开挖地面的“马路拉链”问题明显改善,管线安全水平和防灾抗灾能力明显提升,逐步消除主要街道蜘蛛网式架空线,城市地面景观明显好转。

  住建部的最新统计数据,截至2016年底,全国147个城市28个县已累计开工建设城市综合管廊2005公里,全面完成了年度目标任务。一年来,住建部在有关部门和国家开发银行等金融机构支持下,通过分解任务、对接项目、完善标准、指导试点、加强巡查调度以及实地督导等多种措施,积极推进城市综合管廊建设。

  我国城市综合管廊如何建?

  我国城市综合管廊应该如何建?我认为国家层面的宏观规划应该与新近出台的国土空间规划结合起来,立足于“立体+综合+协调+和谐”的城市发展模式。我国城市最紧缺的是土地资源,应将城市综合管廊、地铁、地下道路、地下停车场、地下街及综合体等统一纳入城市地下空间竖向规划,综合利用好地下1米-100米的竖向空间,将轨道交通、综合管廊、海绵城市、城市防灾、智慧城市、棚户区改造、城市双修等综合考虑,让轨道交通、地下停车、地下道路,城市生命线系统、城市综合防灾及平战结合人防工程、既有地下空间设施的更新改造融为一体,打造城市品质高大上的地下世界。

  同时,城市地下空间及综合管廊的工程技术与装备也急需研究与创新。如土壤修复与再生技术、暗挖技术与装备、绿色材料与工法、运营管理与维护都有提升的空间。像新型深层盾构与顶进技术装备、预制装配式构件与机械化施工、“大数据+物联网+BIM+GIS的三维可视化信息平台”等的全寿命周期智慧化运维等都为管理部门、专家学者、企业提供了广阔的舞台。

   海绵城市的上海战略略说

   何谓海绵城市?

  海绵城市已经是个老概念了。2013年12月,中央城镇化工作会议提出优先考虑建设“海绵城市”。那次会议上,习近平强调,要优先考虑更多利用自然力量排水,建设自然积存、自然渗透、自然净化的“海绵城市”。李克强总理在今年的政府工作报告中指出,要统筹城市地上地下建设,再开工建设城市地下综合管廊2000公里以上,启动消除城区重点易涝区段三年行动,推进海绵城市建设,使城市既有“面子”,更有“里子”。

  何谓海绵城市?海绵城市,是新一代城市雨洪管理概念,是指城市在适应环境变化和应对雨水带来的自然灾害等方面具有良好的“弹性”,也可称之为“水弹性城市”。国际通用术语为“低影响开发雨水系统构建”。下雨时吸水、蓄水、渗水、净水、排水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。

  海绵城市建设可让城市“弹性适应”环境变化与自然灾害,保护原有水生态系统、恢复被破坏水生态、推行低影响开发、通过低影响措施及其系统组合有效减少地表水径流量,减轻暴雨对城市运行的影响。也就是说,在城镇建设中,那种隔断城市、人与自然关系的行为,像常见的水泥路面、硬化广场要改变了。

  我国确定的海绵城市建设贯彻六字方针:渗、滞、蓄、净、用、排。具体说,就是要发挥设施、土壤,地上、地下的合力,让城市变得宜居,而不是一到下雨便“马路上开军舰”。

  国外海绵城市都做了哪些功课?

  国外工业化早,城市涝渍现象出现得更早,所以巴黎、伦敦、慕尼黑、纽约、东京等城市的雨洪管道建设开始得早。巴黎的下水道均处在巴黎市地面以下30-50米,巴黎人前后共花了126年的时间才修建成功。水道纵横交错,密如蛛网,总长2347千米,规模远超巴黎地铁,相当于巴黎到伊斯坦布尔的距离,难怪雨水到了巴黎的地面便迅速了无踪影。如今,巴黎甚至还利用城市地下的下水道办起了博物馆,开发旅游。

  巴黎的下水道宽敞得出人意料:中间是宽约3米的排水道,两旁是宽约1米的供检修人员通行的便道,顶部是架设或吊装的市政管线,最早的城市综合管廊就是以下水道内架设管线而起。巴黎的下水道还有一连串数字可以说明这一排水体系的发达:约2.6万个下水道盖、6000多个地下蓄水池、1300多名专业维护工……

  随着城市人口的增长,巴黎的工程师们还修建了4条直径为4米、总长为34千米的排水渠,以便通过净化站对雨水和废水进行处理,处理过的水一部分排到郊外或者流入塞纳河,另一部分则通过非饮用水管道循环使用。截至1999年,巴黎完成了对城市废水和雨水的100%处理,还塞纳河一个免受污染的水质。

  荷兰是著名的低地国家,雨水多是常态。聪明的荷兰人因势利导地在鹿特丹建起了水广场,他们将水资源存储在公共可见的盆地。Benthemplein水上广场的三个盆地,都被绘上了不同深度的蓝色,仿佛气候图上的等压线。开放的不锈钢锯齿形水槽和微弱的光带柔和在广场的地面上,它们不仅可以输送水,同时还是轮滑爱好者的天堂。其中最深的盆地里设有景墙瀑布,瀑布的流量是由降雨量来决定的,水由瀑布最终流入到盆地中。这样,炎炎夏日里这些水池为原本人口密集的鹿特丹带来了一丝绿意。不仅如此,荷兰的城市规划师与工程师还针对雨水问题制定了一套“水规划”,通过采用景观与工程相结合的统筹途径,将城市内有效蓄水与公共空间结合起来,进而发展出包括下沉广场、灵活的街道断面、水气球,以及拦截坡面的坝等多个公共空间原型(Prototype)。可以根据具体环境的尺度、空间的使用、储存雨水的能力要求应用于不同的地点。鹿特丹雨水广场就是在这一“水规划”指导下具体实施的诸多原型之一。

  类似的规划在日本、新加坡等国亦广泛应用。

  上海海绵城市建设从何入手、有何愿景?

  海绵城市在全国城镇化工作会议之后全面试点,上海在2016年成为国家第三批试点城市。

  其实,上海的海绵城市建设从2016年初就启动了,当年实施的是能源和水资源消耗、建设用地等总量和强度双控行动。用上海市城乡建设委的总结,一是研究制定推进上海市海绵城市建设的实施意见,二是要研究制定适合上海特点的海绵城市的标准体系。在此基础上,对海绵城市建设规划、建设进行统一部署,结合上海郊区新城、六大重点功能区域、五大转型区域和成片开发区域的建设推进。

  上海市海绵城市建设从顶层设计开始,其中包括城市开发边界的划定、全面推开城市有机更新、加快工业用地二次开发、低效建设用地减量7平方公里、完善碳排放交易机制、扩大装配式建筑应用规模等。上海市住建委负责人表示:希望到2020年基本形成生态保护和低影响开发的雨水技术与设施体系,老城地区通过试点和改造实现75%控制率。”

  上海市发布的海绵城市建设实施意见提出到2020年的基本目标是:绿地系统、建筑与小区、道路与广场、排水系统等新建、改建工程将达海绵城市建设规划有关目标和指标,试点区域年径流总量控制率不低于80%;采取蓄排结合措施,逐步提高城市排水防涝标准,上海市全市城镇建成区雨水排水系统不低于1年一遇标准,中心城建成区20%以上的雨水强排系统达到规划新标准要求;提升上海市11座雨水调蓄池和分流制排水系统初期雨水截流设施的运行效能。

  据介绍,上海将加大城市排水防涝设施建设力度。统筹考虑排水系统提标、水环境治理和内涝防治的要求,一次规划,分期实施,中心城消除建成区排水系统空白,郊区结合城镇建设同步开展排水系统新建和完善工作。新建和改建绿地将加强雨水利用和调蓄,鼓励已建绿地雨水利用和调蓄。公园绿地内步行系统、广场和停车场等硬质铺装将采用透水材料,新建和改建项目透水铺装率分别不低于50%和30%;支持屋顶绿化和垂直绿化等立体绿化建设,绿色屋顶率不低于30%。

  上海海绵城市建设怎么干?

  现在,上海已经选择了浦东临港地区、松江南部新城、普陀桃浦地区开展试点,开始规划建设苏州河地下深层雨水调蓄工程,拟建成中心城区4个区域雨水调蓄及排水系统。

  上海犹如一块吸满水的海绵,城市内涝、供水原水水质难控等水安全问题比较突出。因此,上海海绵城市规划建设首先从解决暴雨、台风造成城市内涝问题为突破点,使上海“这块已经吸满水的海绵”在确保安全的前提下,还能吸纳雨水,并为城市提供可靠生活饮用水水源,从市域、城市、道路、广场、绿地、街区等各个层面,系统地保障城市水安全,维护和修复城市水环境与水生态,彰显城市水文化。

  所以,上海海绵城市规划建设应关注系统解决上海城市防潮排涝,合理科学、因地制宜地吸纳雨水,蓄备可控可靠的生活饮用水源。为此,上海海绵城市规划建设总体策略为:第一,必须对全市水利进行统筹规划建设,降低地下水位,增强调控河流水系抗御外水和排泄内水能力,扩充河流水域的纳水空间,沟通水系联系,形成抗得住外潮、承得起暴雨、排得出河水、蓄得住雨水的海绵城市水系机体,确保城市水安全;第二,通过道路、广场、硬质铺地、绿地系统改造建设,有效排泄受污染的初期雨水,滞留清洁雨水;第三,建设街区雨水调蓄系统,滞留蓄存街区内清洁雨水,保障街区水安全;第四,联通各街区地下雨水调蓄设施,配建地下雨水净化处理厂,生产达标生活饮用水,解决城市饮用水水源安全问题。

  上海海绵城市规划建设应与城市双修、地下空间综合利用及全市水系规划建设统筹进行,适宜采用下列措施:疏浚、沟通、挖深全市域河流、湖池,降低地下水位,扩充河流水系的容水空间;增建市域边界和外环线外的河流水闸,利用水闸、排涝泵站调控市域和中心城区河流水位,调控预留蓄纳雨水空间;结合绿地系统规划建设,开挖暴雨常涝地区的人工湖河,蓄纳雨水,并连通附近河流,形成串通流动的具有纳雨排涝、休闲观赏等多功能的水系,使常涝地区免遭涝灾。

  改造道路、广场、绿地系统,科学有效排蓄雨水。集成应用雨水渗透和蓄留等方面的新材料、新产品、新工艺,系统进行城市道路海绵性改造更新,科学承接、排泄雨水;建设广场系统低影响开发雨水系统,改善雨水排蓄功能;增强绿地系统的雨水滞蓄功能,培育特色水文化。在城市绿地系统中设置多功能雨水调蓄公园,蓄存降雨,营造水景,培育水文化。此外,还需在建成、新建区建设街区雨水调蓄系统,保障街区水安全;联通城市地下雨水调蓄系统,保障城市用水安全。

  根据上海市水务行业“十三五”规划及市水务局工作部署,拟在苏州河下规划建设深层调蓄管道,直径在8至10米,位于地下约40~60米,国内尚无建设先例,被称之为“超级雨水调蓄管廊”,沿着苏州河下面从外环线至黄浦江,沿线途经长宁、普陀、静安、闸北、黄浦等区,全长17公里左右,蓄水容量将达到70多万立方米。“超级调蓄管廊”建成后,苏州河沿线的排水能力可从目前的一年一遇(每小时排水36毫米)提高至五年一遇(每小时排水55毫米)。

  总而言之,海绵城市建设的六字方针得不折不扣并创造性地执行,安全上海和卓越全球城市的愿景定可实现。

  束昱:同济大学教授、同济地下空间研究院院长、全球城市地下空间研究会理事长、日本东京工业大学客座研究员、英国皇家特许建造师。1982年在同济大学首开【地下空间利用】课程,1991年代表中国参与【东京国际地下空间宣言】的起草与签署,1993年开启我国城市(杭州市)地下空间规划编制先河,1992-1994年担当上海浦东张杨路共同沟(被业界誉为中华第一沟)研究设计技术总监,1995-1997年参与国家住建部《城市地下空间开发利用管理规定》,是国家住建部“九五、十五城市地下空间开发利用规划”的主编,2005-2007年领衔主编《中国城市地下空间规划编制导则》,2014-2015承担并领衔完成国家住建部和人防办下达《城市地下空间开发利用管理办法》、《城市地下空间开发利用协作机制》《城市地下空间建设发展规定》《城市地下工程安全使用技术规程》等5项课题,至今已培养硕士博士生40余人,完成50余项国家及省市委托的科研咨询及北京、上海、天津、南京、杭州、广州、深圳、兰州等70项城市地下空间及人防工程和应急避难场所等专项规划编研。出版《城市地下空间规划与设计》、《城市地下空间环境艺术设计》、《城市地下空间开发利用与管理》等专著6部、发表论文250余篇,获得国家科技进步二等奖1项、教育部科技进步一等奖1项,其他2、3等奖20余项,是我国城市地下空间和综合管廊规划设计理论方法与标准、城市地下空间和谐需求预测理论、地下空间环境与人体相互作用理论、地下空间环境生态化技术集成应用理论、地下空间使用安全评价方法、地下空间环境艺术设计理论与方法、地下空间防灾诱导标志的规划设计理论与方法、海绵城市地下空间、综合管廊规划设计及兼顾人防等方面的先行研究和开拓创新者,国内外著名城市地下空间与人居环境研究专家。