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第十五国际科学会议 '地下城市化是可持续发展的先决条件'
浅议中国地下公共管廊的发展
杨超 彭方磊
同济大学地下空间 amp; 岩土工程系研究中心, 上海200092
摘要：本文主要回顾了我国地下管廊建设的历史, 并指出了存在的问题。基于对一些施工案例的分析, 从决策、规划、建设、管理等方面对我国城市地下工程隧道大规模推广建设的实践经验进行了探讨。, 对其他国家地下公用隧道的发展有一定的参考价值。
关键词: 水电隧道, 经验, 中国, 城市地下空间。
1.引言
如今, 中国大部分的城市公共基础设施都是直接埋在道路下方。这一方法表明, 地下空间缺乏长期治理, 导致安装在浅层地下的城市公用事业出现拥堵的情况。与此相关联的是, 城市公用事业的运营, 如修理、更新、维护、升级和报废, 造成了城市道路的频繁开挖和修复, 严重阻碍了交通。此外, 公用事业运营造成周围环境和建筑物受到损害也被认为是潜在的城市安全问题。渗漏、破裂、爆炸等公用事业事故在我国频繁发生, 引起了政府和市民的高度重视。在这种情况下, 地下综合管廊被各国广泛讨论和采用，成为解决城市公用事业安置问题的替代途径。自1994年上海 张杨路地下管廊施工以来, 北京、广州、深圳等各大城市开展了多项城市地下公共管廊试点项目。尤其是2015年, 中央政府发布了一系列促进公共管廊建设的政策, 预示着未来10年的爆炸性增长趋势。
随着改革开放进程的推进, 中国正经历着有史以来世界上规模最大、发展最快的城市化进程, 城市化率在60年的时间里从10% 提高到了50%。欧洲和拉丁美洲为了达到这一水平分别用了150年和210年。2015年, 城市化率已达到 56.1%, 这意味着有7.7亿人口居住在城市, 相当于全部欧洲人口。城市化的快速发展给环境保护和公共资源的供给能力带来了挑战。因此, 中国政府一直在探索一种更集约和生态的城市化道路。
近年来, 落后的基础设施被认为是提高城市化质量的主要限制因素之一。长期以来, 中国大部分的供水、电力、通信、燃气、排水等城市公用事业都是直接埋在公路下面, 引发了许多问题, 例如， 由于公用设施的安装、维修、更新造成频繁的道理开挖，以及交通挤塞、噪音和损毁其它公用事业等相关问题。此外, 缺乏有关地下工程现状的数据, 传统管理方法效率低下, 在施工过程中往往导致火灾、渗漏甚至爆炸等事故灾害。因此, 中国的专家和政府官员转而将地下公共管廊推广为可持续公用事业安置的替代解决方案。地下公共管廊可定义为“包含了一项或多项公用事业服务的地下系统, 不需要进行开挖就可以进行安装、更新、保养、维修或修订服务”。本文首先对城市地下管廊发展现状做了统计分析。在此背景下, 对我国城市地下管廊的发展提出了一些要点和实践经验。最后, 通过实例, 更好地了解城市地下隧道发展的基本原则。
- 发展现状
1994年, 上海市浦东区张杨路修建了第一条公共管廊。隧道长约11.125 公里, 采用矩形截面, 由两个隔间组成，它将四种城市公共管线 (电力、电信、供水和燃气管线) 合并到隧道中。在那之后, 一些城市也开展了几个公共管廊项目的试点。(Figure1)
到目前为止, 中国主要城市建造的公用隧道总长度约为 500km,与世界上其他城市相当。然而, 人均平均长度仅为1000人/0.24 公里, 远远低于平均水平。另一方面, 如果选择其他发达城市的人均数量 (2 公里/1000人)(Figure2) 来计算中国的公共管廊的潜在空间, 总长度大约可以接近27000km。这表明, 我国主要城市地下公用隧道的建设规模远远不够。
对增长趋势的进一步分析 (Figure3) 表明, 近年来我国公用事业隧道建设规模正在快速增长。用三个阶段来描述这一趋势, 可以得出结论:中国地下管廊的建设在经历了萌芽阶段和缓慢发展阶段后正进入一个快速增长的阶段。统计显示, 中国约69个城市正在建设地下公用隧道, 总长度为 1000km, 投资约为 880亿 (人民币)。但考虑到近年来政府对地下综合管廊的高度重视和投资, 这还只是一个全新的高速发展阶段的开端。2015年, 沈阳、长沙等10个城市被选为地下公共管廊项目试点。这些试验管廊的总长度约为389km, 其中45%的投资来自政府。此外, 政府还就兴建公共管廊的规划、财务及技术问题, 发布了一系列优惠政策和指导方针。
- 存在的问题和经验
3.1动机
早期建设地下公共管廊的动机并不纯粹是为了解决城市问题，反而大部分的公共管廊主要是为了短期的政治目标而建，在很长一段时间内并不考虑系统的初始计划和运营管理。例如，1993年上海浦东新区在开发过程中，人们几乎忽略了地下管廊的可持续性的重要性。由于政治方面的原因，只在张杨路修建地下公共管廊，而没有规划一个网络系统，从而导致了管廊的运行效率低下、运营费用高昂。此外，由于缺乏法律约束，很多公共事业公司都避开了管廊项目，这是对地下空间资源的浪费。
最近，由于地下设施的管理不善，导致了事故频发。据统计，中国有超过70%大约600多个城市的供水系统的平均泄漏率超过15%，其中19个中国主要的城市的平均水平约为16.96%，远高于1997仅9.1%年的日本。2013年，中国青岛在紧急维修期间，输油管道爆炸，导致附近62人死亡。此外，由于城市公共管廊直接埋在地下，并且归属于不同的部门，管廊的铺设、维护和更新都需要频繁地开挖城市道路。
政府不得不重新考虑提高城市公共管廊管理水平的紧迫性，地下管廊的重要性也已经得到普遍认可。可持续的公共事业的建设成为当前我国建设地下公共管廊的主要动力，这需要有对公共工程进行长期的战略规划的治理能力。
3.2经济性争议
地下公共管廊的建设是否经济可行还存在争议。由于公用事业隧道的初始成本约为 5600万~ 1亿3100万 (人民币)/公里, 成本远高于传统铺设方式,。所以从短期来看，使用明挖法进行公共管廊的铺设是明智的。但如果从长远的角度来考虑管廊开挖和维修的成本, 情况可能会有所不同 (图 6)。采用定量分析的方法对管廊的短期和长期成本进行分析, 结果表明：公共管廊的平均初始投资为传统方法的初始投资的 1.5～2.0 倍。但从长远来看, 例如50年, 两种公共管廊铺设方间的总成本大致相同。另外，还有一个重要的因素是就时建设地下公共管廊 的间接收益(例如对环境和旅游效率的好处)是不能轻易量化的。因此, 地下管廊的经济性取决于项目整个生命周期的成本效益评估, 尤其是在经济方面具有巨大正外部性。
3.3建造时序的争论
由于地下管廊建设施工是不可逆的, 因此确定选址和时间序列十分必要。不幸的是, 这在我国早期建设的一些地下工程隧道施工中并没有引起足够重视, 造成后期整个系统效率低下，还出现了其他公用事业问题。因此,迫切需要对地下管廊工程进行科学的总体规划。然而, 在快速城市化过程中,对埋藏管线信息收集的欠缺使这个过程变得艰难。所以中国政府采取的第一个步是对地下设施进行一次全国性的调查, 收集准确的信息, 建立城市公用事业数据库, 以避免街道开挖带来的效益损失,并为公共管廊的全面规划提供与公共事业有关的详细信息。通过它, 可确定实用隧道的主要施工区域,其中包括 :
● CBD 地区、商业中心等高密度地下空间区域;
● 有高速铁路、机场、港口等主要基础设施的地区;
● 交通流量高或地下设施密集的城市道路;
● 修建了地铁、地下道路、城市地下建筑群的区域;
为了确保可持续发展，这些地区的地下公共管廊的建造的施工进度的时间安排。在原有管道基础上和保护周围环境的情况下，非开挖方法主要适用于旧城区，其成本远高于传统的明挖法。因此，为了降低成本，必须研究地下公共管廊和其他工程的综合施工机会的可行性。
● 结合新市镇的发展和新道路的建设;
● 结合城市更新、道路改造、河道整治和地下空间利用;
● 结合地铁系统建设、地下道路、BRT 系统等 (图 7)
3.4。市场机制
长期以来，在中国一直政府负责整个过程（规划、设计、施工、运营等）和建造地下公共管廊的费用。这种建设模式对地方政府带来了巨大的财政压力，这阻碍了公用管廊的大规模的推广，尤其是在城市化高速发展的城市。因此，中国政府在项目中引进了市场机制。
城市公共管廊的主要收益来源是初始准入许可和长期经营, 但根据现行收费标准, 收入水平远低于建设投资和运营成本,而且回收期很长。所以，许多专家认为地下公用管廊项目是准商业基础设施的一个分支。因此, PPP（公私合营）模式在公共管廊的建设中被中国政府广泛采用，让私人资本来分担初始投资。不同于英国首次在公共项目中使用的PFI和PPP模式不同, 英国在公共项目中采用PPP模式主要着眼于建立一个政府与社会资本之间的长期 (20 年) 合作关系, 其中的风险和收益都是共享的。PPP模式的主要过程 如(Figure8)所示。
根据PPP模式的基本设计原则，政府只需要为公共管廊的建设提供很少部分的初始投资。为了保证社会资本的稳定投资回报，政府的工作主要集中于制度环境的建设和立法保障，例如补贴机制、监督机制以及公共管廊付费机制等。
3.5法律法规保障
因为涉及好数个受益人(如政府、私人投资者、各种公共事业公司、银行)，所以需要制定法律法规来解决所有权、投资回报、收费机制等方面的纠纷。建设地下公共管廊是管廊得以快速发展的前提。
根据中国的经验, 地下公共管廊的法律制度通常由综合管理法、财政扶持政策和其他地方补充条例三部分组成。应当将以下内容包含在内: 1）公共管廊的所有关系，比如土地使用权归属、财产权、特许经营权等；2) 发起人、参加者和协调机制；3) 初始投资分担模式；4)收费机制和效益分配方法。
- 建设实例
迄今为止，中国最大和最全面的地下共同沟系统建立在珠海横琴岛。整个系统环绕这座岛屿（Figure9），全长33.4公里，总投资19.8亿（人民币）。构建地下共同沟的主要动机是节约和集约利用岛上的土地资源。通过改变公用设施建设方法：以公共管廊替代传统方式，节省了约40万平方米的新建设用地。
不同类型的地下公共设施（例如水管、再生水管、电力电缆、通信电缆、冷凝水管、垃圾真空管等）被一同安置在管廊内(Figure10)除了当前建设需要的空间，管廊还为未来安装、维护和更新设施预留了空间。同时, 将智能化技术引入管廊运营管理中, 降低了运营成本(Figure11)。
该系统的初始投资主要来自国有建筑公司采用的BT(建设-转移) 模式。与PPP模式不同, 政府必须在短期 (3～5 年)内支付管廊的全部费用作为投资回报, 这与政府 (公共部门) 包揽一切的传统管理模式没有太大区别。然而, 像长沙、沈阳和厦门这样的城市已经开始使用 PPP 模式来建造公共管廊。在获得政府特许权后, 成立了一个专门的公司, 负责项目整个生命周期内的所有工作。最初的投资是通过项目本身的长期收入和政府的适当补贴来支付的。因此, 社会资本可以通过收费得到合理回报, 政府可以减少短期偿付压力。
- 结论
中国的经验表明, 地下公共管廊的发展应遵循一个可持续的发展方法, 包括以总体规划为前提、法律法规的保障、分担初始成本的市场机制以及收费机制, 以保持项目本身的稳定性和可持续运行。在这种模式下, 我国地下公共管廊的建设正逐步进入高速发展期, 其规模和速度肯定超过世界上任何其他国家。
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