中国铁建牵头研究向深地空间进军

21世纪是人类地下空间开发利用的世纪。2019年12月初，由中国铁建精心组织，铁四院牵头申报的“城市地下空间精细探测技术与开发利用研究示范”项目，获国家重点研发计划立项公示，在中国铁建科研立项史上创造了奇迹。此前，中国铁建相继组织了公共安全专项下的“城市地下大空间安全施工关键技术研究”、物联网与智慧城市专项下的“城市地下基础设施运行综合监测关键技术研究与示范”两个项目。这些标志着，“十三五”期间，与城市地下空间相关的国家科技重点研发计划代表项目全部被中国铁建斩获。

这些项目的研究有什么意义？研究的路径与进展情况如何？对建设“品质铁建”有什么作用？带着这些问题，我们采访了我国地下工程专家、中国铁建总工程师雷升祥。

铁四院设计、中铁十一局集团参建的集轨道交通、市政隧道、地下公共空间于一身的亚洲第一大综合体工程——武汉光谷综合体工程

Q：您一直在倾力关注城市地下空间、深地空间开发利用的研究与应用。对许多人而言，中国铁建是特大型综合性建筑企业，为什么要搞这些研究？

雷升祥：要讲清这个问题，首先要清楚什么是深地空间？

我们通常把城市地面至地下50米的空间统称为城市浅层地下空间，50米以深的空间确定为城市地下深部空间。深多少呢？-200米是城市深地空间重点研究的方向，更深空间是特殊工程和矿产资源开发领域研究的重点内容，其深度达到-2000米乃至-20000米，都有可能。

目前，国内许多城市正在开发利用50米以浅的空间。由于多方面的原因，浅层空间的开发利用总体上发展很快，但累积的问题也不少，需要在全盘统筹和系统化、协同化等方面下功夫，既不能各自为政，更不能成为“地下孤岛”。50米以深的空间开发不能再走过去“先天不足、后天来补”的老路，而需要立法先行、规划先行，精细探测，“透视”地球，构建“数字地球”，在全资源评价的基础上科学规划，实现可持续绿色开发。

中国铁建是国务院国资委管理的中央建筑企业。这一特性和自身的发展，要求我们必须为解决当下经济社会发展中的“城市病”提供“铁建方案”，这是中国铁建履行央企责任的必然选择，也是我们践行“四者”定位，聚焦“稳增长、高质量”工作主题，围绕政府规划、城市发展和人的需求做文章的必然选择；特别是面向未来，在人类社会和国家层面，这是城市“双向成长”和可持续发展、绿色发展，实现现代化、智能化的必然选择。

中铁十七局集团承建的地上2层、地下8层，全国首例在城市核心区高铁站加盖进行综合开发的项目——重庆沙坪站综合交通枢纽

我们对开发利用城市地下空间这一时代命题的认识有一个逐步深化、系统化的过程。当代社会，生产力高度发展，城市的功能促进了人的聚集效应，带动了产业链的拓展与延伸。但同时，城镇化率的提升，需要对城市地面、地上和地下的空间进行科学布局；对具有聚集效应的城市而言，生存的空间越来越拥挤，而人对生存环境、条件的要求越来越高。这表明，经济社会的快速发展，需要我们拓展城市新的发展空间。但城市横向面发展不是无限的，相比较而言，地面、地上和地下空间协同发展，统一规划，逐步推进，才是合理有效利用地球资源的最佳选择。关于这一点，上世纪80年代联合国自然资源委员会的专家们有这样的认识，我国和一些发达国家的政府、专家学者也有这样的认识。难能可贵的是，我国很多省市也都对地下空间的开发利用作出了战略部署，有的开始了示范点建设。

但是，就真正的地下空间开发利用来说，我们还仅仅停留在探索前行的阶段。地下空间的开发利用有广泛的应用场景，比如核废料处置工程地下实验室，瑞典的SFR就建在海底60米处的结晶岩内。还有深地疗养、深地医学、深地农业、深地学校、深地排水、深地交通、深地仓储、深地水库等。这些都不是凭空想象的，西方发达国家在一些方面已经走在前面。

中铁十六局集团参建的亚洲最大、全世界列车通过速度最快的地下火车站——广深港客运专线福田站

Q：这个项目究竟要研究什么呢？

雷升祥：地下空间的开发利用是一项集系统性、复杂性于一体的工程，在千头万绪的工作中，我们就“精准探测”“集成建模”“影响评估”“开发建造”“安全运维”五个方面设置课题，支撑“城市地下空间精细探测技术与开发利用研究示范”项目的研究，经过严格的答辩，初评、复审，成功在国家科技部立项。

中铁十六局集团承建的国内最大暗挖地铁车站——北京地铁16号线二里沟站

Q：这就是说，这个项目从探测收集数据到安全运维，形成了一个闭合循环。文字表述上貌似非常简单，其中的技术含量肯定非同一般，请您介绍一下。

雷升祥：这个项目肯定是开创性的，这也是我们研究的价值所在。首先我介绍一下5个课题之间的关系，这样才能更好地明白需要解决的重大科学问题和关键技术难题。“精准探测”，就是要创新探测技术，研制相关的装备，为其他课题提供全要素信息。“集成建模”，就是在掌握全要素信息的基础上，打通城市地下空间开发建造运营全过程数据链，实现全寿命周期的模型共享。“影响评估”主要是为“开发建造”“安全运维”提供理论依据和技术支撑。“开发建造”是在前3个课题的基础上付诸实践，同时为“安全运维”奠定基础。通过“安全运维”，结合前4个课题的成果，形成城市地下空间开发建造理论和方法。

当然，这中间还有许多关键技术问题，如精细探测技术、全域全时感知与动态调馈技术、空间网络化设计施工技术、地下空间环境保障、智能化运维管理与安全控制技术等。所有难题综合起来，就是我们在开发地下空间的时候，会对岩土水气平衡、周边环境、地层结构、协同承载等产生什么样的影响，这就涉及全资源评价理论、环境影响评估理论和地下空间力学计算理论等方面的研究。所以说，如同“神九飞天”“蛟龙入海”一样，“深地空间”的科技含量是非常高的，研究任务也是极具挑战性的。

已建成的中国最大规模地下城市交通枢纽——中国铁建投资集团投资建设的南京青奥地下轴线工程

Q：技术难度这么大，您肯定是有备而来的。您的信心来自哪里？

雷升祥：不是我个人有备而来，而是我们中国铁建、我们合作的研发团队有备而来。深地空间开发是国土空间资源开发的重要组成，国家批复立项，至少说明对我们研究的方向、思路、研究方法、技术路线、预期成果、预期风险评估等方面认可。所以说，信心首先来自国家经济社会的高质量发展，是新时代发展的新要求，也是城市发展新趋势，是问题导向、需求导向、目标导向的必然。

其二，我们的信心来自中国铁建高层和所属企业的大力支持。仅以研究经费为例，接近三分之二的科研经费需要自筹，国家下拨的经费占全部预算的三分之一多一点。更主要的是我们有关各方看好这个项目的潜在社会经济效益。10月28日、29日，第二届进博会之前，2019年全球城市地下空间开发利用大会暨第七届中国（上海）地下空间开发大会在上海举办。这样的大会，从2013年至今已举办了7届，我们也安排技术人员参加了第七届会议。这表明，城市地下空间开发利用具有极大的发展前景。最近一段时间以来，地下空间开发成为业界的热点，也从另一个层面说明其重要性。

其三，我们的信心来自中国铁建与合作伙伴的实力。一方面，中国铁建系统内牵头和参加的3家企业在专业技术、研究能力、项目投资和运营维管等方面具有自身优势，7家合作的高校、科研院所也是各自行业内的翘楚；另一方面，各合作单位的课题负责人都是行业内的领军人物。特别是，这些单位和负责人在一些专业方面，已经取得了与城市地下空间开发利用相关的研究成果，这为我们合作从事“城市地下空间精细探测技术与开发利用研究示范”奠定了一个好的基础。

另外，我们已经初步制定了项目的研究方法、技术路线和进度安排，并通过了严格的外部审核。比如，我们在5个课题下，又共列了20个课题，这样研究的方向、内容等都非常清晰。按照这个路线图和时间表，我们相信一定能实现预期的研究目标。

全国最大最深的盖挖逆作法施工车站——中铁十六局集团承建的天津地铁3号线天津站

Q：项目组预期的研究目标是什么？

雷升祥：一言以蔽之，就是成果应用于示范，并形成一套系统的理论和方法。再具体一点，总体目标就是建立全要素指标体系，形成城市地下0～200米抗干扰、高精度、全要素探测技术方法体系；攻克城市地下全要素信息集成智能建模与全资源评价关键技术；建立城市深部空间环境扰动影响评估理论与安全控制技术；形成城市地下空间协同规划、安全建造理论与技术体系；建立深部空间安全监控与智能化运维管理平台；形成城市深部空间开发利用勘察、设计、施工系列技术指南，建立城市深部空间智能化运维和安全控制理论体系、设备和管理方法，形成地下立体开发新模式。

企业是科技创新的主体。我国经济与社会发展正处在由“量”到“质”转变的关键阶段，科技创新成为发展第一推动力，创新活跃度和产业发展正呈现前缓后快的态势，未来5年是深入推进期，迫切需要我们加强战略研判、趋势分析、应用场景规划；迫切需要我们加强“政、产、学、用、研、金、介”全要素协同，强势进入城市更新、未来智慧社区、地下空间、新材料、绿色科技等新兴产业；迫切需要我们实现技术、人才、资本的相互催化、相互渗透、相互激励，推进信息技术、建造技术、材料技术、能源技术、生态技术价值链创新协同，在智能建造、绿色建造上取得重大突破；迫切需要我们加大变革技术、颠覆技术、交叉技术、跨界技术的研发与应用力度；我想项目研究的目的是为城市未来发展提前谋划，也是为企业的高质量增长提前谋划。

中铁十八局集团承建的国内首次下穿既有地铁运营车站——北京地铁8号线鼓楼站

Q：您讲的内容很专业，能不能进一步“科普”一下。

雷升祥：城市地下空间实际上是一个未知的空间，是国土的第四维空间。开发城市地下空间，不是“开挖——支护支撑——建造地下空间”那么简单，我们首先需要保护地下空间岩土的生态，那开挖之前就必须对地下的地质结构有比较清楚的了解，这就需要探测，甚至包括对文物的勘探。开挖之后对地层中的水气含量的影响、开挖应力传递机理与变形响应是怎么样的、对地上构造物有什么影响等，都需要在掌握大数据的基础上建模、推演，为下一步的建造运维提供数据和理论依据。城市作为一个功能整体，除地下交通需要统筹布局之外，还有水、暖、气、电、通信等线路需要合理布局。有的城市遇到暴雨，就容易形成内涝，就是城市扩大后，地下排水管道的建设没有跟上城市发展的步伐。浅层的开发，技术上不存在太大的问题，存在的主要问题是规范、统筹、一体化布局，防止马路“开拉链”的情况。再往深一点开发，如建造地下街，就需要考虑与地上建筑功能的呼应、与各种交通的接驳、通风换气、智能建造与绿色环境、人与物的安全等问题，还有一个必不可少的，就是探测与施工的装备问题。目前，我们选在两个城市试点，科学求证，边实践、边探索。

中国铁建投资集团投资建设、全国首例采用装配式技术车站——长春地铁2号线兴隆堡站

Q：在城市中生活的人对浅层开发大都有一个直观的感受，至于深层开发，有没有考虑政府和民众的接受问题？比如，政府会考虑成本，城市居民会考虑长时间在地下空间活动，对人身体的影响。

雷升祥：前面也提到，从顶层设计来说，现在非常重视城市地下空间的开发利用。许多省市也都作了一些规划部署，难点在于，短期内勘察设计与建造的成本相对于地上而言，肯定要高一些，但着眼于长远，无疑是利国利民的，这是各级政府以人为本、改善城市自然环境、节约土地资源、减少生态破坏、解决“城市病”、激发GDP新的增长点、提升城市品质的必然选择。在这方面，国外城市地下空间开发起步早，技术体系相对完善。日本、欧洲、美国等发达国家地下空间开发利用已实现系统化、多功能化，开发深度大、层位多，地下空间资源利用充分，城市生活更舒适。近年来，又提出双层城市、封闭再循环系统、未来智慧城市地下空间发展新模式。中国进入新时代，是全球第二大经济体，开发城市地下空间，是必然趋势。

中国铁建提出要聚焦“政府、城市、人”的需求，提升自身的“供给”质量，更好地履行央企的职责，换一个角度看，就是顺应了我国经济社会发展的趋势。 我们是中央企业，中央企业是集中力量办大事最有力的抓手。 大事就是“人”事，以人正常的、高质量高品位的需求为出发点和落脚点。 所以，在城市地下空间开发的时候，我们首先考虑的，就是保证人的安全，不仅是身体的健康安全，还有心理的健康安全，建造与地上空间无差异甚至比地上空间更环保、更舒适、更优雅的地下空间。

中铁十四局集团承建的太原市迎泽大街下穿火车站通道工程，是我国首个采用新管幕支护结构一体化安全建造的项目

Q：您勾画了未来城市建设的一幅美丽风景，对未来城市地下空间的开发抱有什么样的期待？

雷升祥：我国是世界上城市地下空间开发利用需求最大，也是建设规模最大的国家，规划到2020年新增开发面积4.7亿平方米。当前，我国城市地下空间开发利用主要集中在50米以浅，且以地铁建设为主，部分探测和建造技术处于国际领先水平。但是，我国在地下空间开发的总体设计理念、规划布局、可持续利用、环境友好等方面与国际先进水平相比，还存在较大差距，总体水平仍处于初级阶段。向地球深部进军是我们必须解决的战略科技问题，推进城市地下空间开发利用，是当代“工程师”的责任和使命。

今年5月7日，我们在武汉组织召开了深部地下空间开发专家研讨会，形成了共识，即坚定1个目标：中国铁建要以建筑企业在地下空间领域领导者的身份积极参与该重大专项，继续巩固和加强自身专业优势，打造地下空间品牌；瞄准2个方向：一是百米级城市地下空间安全利用，二是千米级深部工程关键技术；坚持3个导向：坚持需求导向、问题导向、目标导向来实施项目的各项工作；抓住4个关键：“透视”地球、科学规划、绿色建造、智慧运维，正确把握研发方向和重点；部署5个寻找：寻找技术短板，寻找合作对象，寻找内部资源整合，寻找可能的示范项目和城市，寻找高价值资料和既有成果。

在“城市地下空间精细探测技术与开发利用研究示范”立项过程中，我们将着眼于建立城市地下立体开发新模式，使地下空间透明化、环境保护生态化、协同规划科学化、深部建造绿色化、运维管理智能化。当前最主要的，就是争取在理论、技术、装备和平台建设上取得预期成果。为此，我们团队将坚持“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展理念，以高度的责任感和使命感，攻坚克难、守正创新，从源头上解决城市深部空间开发利用的核心理论和“卡脖子”技术问题，把我国城市地下空间开发利用水平推上一个新高度。

中铁十八局集团承建的全国地铁最长重叠隧道——天津地铁5号线成林道站至津塘路站

供稿：汪元章；摄影：金伟、王金凤、成海忠、王会堂、杨英英、李丽品、侯占军

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