城市地下空間形態發展演變特征研究

◎ 邵繼中

一、引言

“形態”從詞語字面意思上解釋，是指事物在一定條件下的表現形式，簡單來說就是事物的樣子。就城市空間形態學研究而言，東南大學建筑學院教授劉先覺先生在其著作《現代建筑理論》提出：“形態學（Morphology）產生于古希臘，Morphology一詞由希臘語Morphe（形式）和Logos（科學）構成。對于形式和結構的綜合研究使形態學同時涉及藝術與科學兩個方面的內容，在漫長的歷史發展過程中，通過對其他科學技術的借鑒和自我更新完善，形態學已成為一門獨立的、集數學（幾何）、生物、力學、材料和藝術造型為一體的交叉學科，它的研究對象是事物的形式和結構的構成規律”[1]。

但是，在現今城市設計研究實踐過程中，把“形態”僅僅局限在“形式”的范疇中，只強調城市物質實體環境的“形體、外形、輪廓、構圖”等純外在的形象類的方面，而忽視了其相互“關系、影響、變化”等方面。實際上地下空間形態是在高速城市化基礎之上，位于城市地表下空間物質性的外在表現是城市功能的擴展，從另一方面體現城市的空間結構[2]。地下空間形態研究主要關注城市地表下空間的分布和演化規律以及各空間之間的科學性、合理性和關聯性。城市空間是一個包含了大量物質構成以及許多子系統的開放性系統，其本質就是集聚與分散、聚合與重構的多層面對立統一的辯證過程。而這一過程在許多層面上又表現城市的空間擴展，功能組合，形態特征以及地上地下空間的相互共存關系[3]。對中國當前城市化背景下城市地下空間形態演變及相應特征進行深入研究，是對城市復合空間發展，整體宜居環境構建具有重要的現實意義。

二、地下空間形態構成

空間要素除了具有各自的幾何特征和非幾何特征外，其相互之間所特定具有的相互關系、關聯更為重要，這些關系被稱為空間形態關系。城市整體環境具有的并不是單一而簡單的意象關系，應該是復雜的相互重疊、相互關聯的關系序列。如節點、路徑、區域等城市地下空間要素是使用者處于地下活動行為的物質環境條件，但是，孤立的要素對于城市空間是沒有本質意義的。城市地下空間形態特征的研究就是在對地下空間總體輪廓的描述、概況、分類及比較基礎之上，尋找相關要素之間的聯系與組織。這種聯系與組織可以被看做無形的控制作用，在顯相上可以看成自然控制和意識控制相互作用，交替融合的過程。因此，也可以認為城市地下空間設計的關鍵，也就是在于如何從空間安排上保證城市地下各種活動高效、合理的組織。

在城市發展理論中研究地下空間形態特征，可以使城市地下空間組織達到科學性、經濟性、藝術性的完美結合，與地面空間巧妙耦合形成有特色、有個性的城市整體空間系統。城市合理的利用地下空間，不僅僅要求對空間的巧妙組織，更需要研究空間的維度、形態的序列，整體和局部之間的協調，從而在功能和審美上達到高度協調和統一。解放軍理工大學陳志龍教授認為：“城市地下空間形態是城市地下空間功能的體現，與城市地面空間形態不同的是，城市地下空間是一種非連續的人工空間結構，需要經過系統的規劃和長期的發展才能逐步形成連續的空間形態[4]”。因而，地下空間的形態關系將是一種建立于地下空間要素之上的復雜模式，相互連續完整，卻又復雜易變。

1.地下空間形態認知。對于空間形態與功能關系的認知需要建立在一個基礎上，城市的地面空間是可以不以人的活動創造而自然存在的，人類的城市社會活動只是對即存空間的再改造，是通過圍合等手法對空間進行限定。然而，城市地下空間的形成必須以人類建設活動為基礎，沒有人類功能性活動，自然沒有地下空間存在，因而空間為之地下必然具有強烈的功能指向性質。因此，地下空間形成之始，就以人的行為或功能特征為其形態依據，從這點上理解，這也就是與城市地面形態特征完全不同的地方。

對于地下空間的形態與其功能的關系，部分學者認為：“功能是城市地下空間發展的動力因素，是地下空間存在的本質特征。而形態是表象的，是功能與結構的高度概括，它映射地下城市發展的持續和繼承，體現鮮明的城市個性和環境特色[4]?！币蚨?，對于地下空間形態的深入研究將有力地改變現有不合理整體空間結構，影響城市整體空間的發展。地下空間就空間形態而言與地面空間是類似的，其空間表現形式千變萬化，但歸納而言可分為兩大類：即地下空間單一形態和地下空間復合形態。

2.地下空間單一形態。簡單來說，地下空間單一形態的概念就是由單個形體構成的空間形態，是構成地下空間形態的最小單位。單一空間形態的地下空間功能也相對較為單一，相互之間的連通性較弱，適合于地下人防、靜態交通、地下市政設施、地下工業倉儲功能等設施。所以，單一形態的地下空間普遍上是具有形體單一、功能簡單、空間均質、主體突出、信息明晰的統一特性。單一形態的地下空間在表現形式上又可分為幾何原形和原形變異兩大類。

幾何原形一般都可以簡單地歸納為基本元素點、線、面的組合，原形是最基本的平面或空間形態。方形、圓形、三角形，它們是地下空間大量運用的幾何形態，也被看成是基礎性形態的元素，可以變幻出所有可能的類型。這些規則的基本幾何體是以一種“有序”的方法來組織各個局部以及局部與整體之間的關系，在視覺的感受上多以對稱式構圖。不規則的幾何體則以“無常”的方法來組織各個方面的關系，在視覺感受上則呈現出動態。原形變異是地下空間在基本的幾何原形基礎之上，通過某種規律性的動作，如拉伸、旋轉、扭曲等，對其空間本體產生形變作用，從而形成具有明顯空間特征，但空間仍然保持均質和單一的地下形態。但是，如果從幾何學角度上解釋，比如橢圓就是由圓形的某一方向相對擠壓而形成的，以其離心率的大小來控制橢圓的圓扁度，圓形的變異也明顯表現出空間形態的一種軸向性。

3.地下空間復合形態。地下空間復合形態是由兩個或兩個以上的單一地下空間單元通過一定的結構方式和聯系關系組合而成的復合體。地下空間復合形態研究討論的關鍵是針對兩個以上空間單元在幾何壓縮、拉伸外的變異以及組合關系從而形成的復雜的不規則的空間系統。當然，這里的不規則空間形態并非就是所謂的堆砌、凌亂放置，給人造成不舒服、不暢快、混亂無章感，相反它應該以一種潛在的邏輯和內在的規律以多變的形態給人活潑多樣、輕快而富有變化的感覺展示出更多的形態美和多樣性。

三、復合形態結構特征

從系統論的角度理解結構的內涵是指系統內部各個組成要素之間的相對穩定的聯系方式，組織秩序及其時空關系的內在表現形式。系統中各要素所具有的一種必然性的關系及其表現形式的綜合導致了系統的一種繁體規定性[5]。地下空間復合結構是在一定的發展時期和條件下區域內各種行為活動依據功能發展進行空間分布與組合的結果。隨著時間的推移，其形態特征也在不斷地發生進化和演變[6]。城市地下空間擺脫單一空間形態，由多種要素互相聯系而形成系統性的空間組合是城市地下空間形態趨于成熟的重要標志之一，是城市整體空間發展到一定階段的必然結果。多個較大規模的地下空間相互連通形成空間結構性系統化的發展形態，較多的發生在城市中心區等地面開發強度相對較大的區域。其在功能上也展現出復雜性和綜合性，一般由交通空間、商業空間、休閑空間以及儲藏空間等共同組成。因此，科學合理的復雜地下空間空間結構形態需要經過深入研究的基礎上結合城市實際建設條件逐步發展形成。

城市地下空間的復雜結構特征從概念上表述，是根據各不相同的空間功能，在豎向和平面進行多樣的組合和聯系，并通過不同的方式為空間使用者提供良好的空間感受，構建地下通透、流動、自然的城市地下空間體系。當然地下空間因其復雜性，組合和聯系不單是一個技術問題也表現出空間藝術處理問題，恰當的形態結構必然是以少勝多、虛實得宜、構成有序、自成體系，而對整個地下空間設計效果有著重要的意義，反映出所在城市的風格和氣質。

地下空間的組合形式有很多種，根據不同空間組合的特征，經過深入分析概括起來主要分為：軸心結構、放射結構及網絡結構三類主要結構形態。

1.軸心結構。呈軸心結構分布的地下空間形態，主要指的是以地下空間意象中的路徑要素如地下軌道、地下道路、地下商業街等為發展核心軸空間同時向周邊輻射發展，在平面及豎向空間上連通路徑要素周邊多個相鄰且獨立的地下空間節點，如地下商業空間或停車庫等，從而形成地下空間串聯空間結構形態（見圖1）。

軸心結構地下空間是構成城市地下空間形態最為常見也是最為基本的復雜空間結構形式，其優點在于有良好的層級結構，空間連續、主次分明、分布均衡。軸心結構空間形態把地下各個分散的，相對獨立的單一空間形態通過軸線連成一個系統、形成一個復雜結構極大地提高了單一空間的利用效益和功能拓展。由于軸心結構地下空間導向明確，對于地下人流疏散非常有利。但是，也正是由于軸心空間的簡單結構需要注重地下空間內部的對比與變化、節奏與韻律，從而避免軸心結構地下空間潛在的單調和乏味。

城市商業、商務中心區步行系統較為發達適合于軸心結構空間開發模式，整體貫通的地下商業步行街結合地下軌道線路作為區域空間線性的發展軸，同時沿軸線在城市的重要節點形成若干點狀地下空間。此類地下空間復合形態模式適合與帶狀集中型或帶狀群組型的城市地面空間形態相協調。

圖1右 軸心結構地下空間示意圖（圖片來源：作者繪制）

圖2左 放射結構地下空間形態示意圖（圖片來源：作者繪制）

2.放射結構。在城市中除了軸線以外，還有一類空間在具有一定規模同時也集聚了地下各種主要功能活動的區域，在此地下區域內，形成地下空間人流、交通流、資金流等的高度集中。通過這類地下空間，城市區域以自身為核心對周邊地下空間形成聚集和吸引的同時也將功能、商業、人流向周邊輻射（見圖2）。這種由中心向外輻射射的空間組合形態即為放射結構地下空間形態，其形成和發展顯現出一座城市整體空間發展后地下空間形態趨于成熟的標志，也是地下空間發展必然經歷的一個過程。地下空間放射結構形態的特點是在交叉的核心點上導向各處的路徑非常便捷，即從一點可以到達多方向，而交叉點以外各點到其余各處都需要經過中心節點。因此放射結構形態的中心節點必然人流壓力巨大，為緩解此問題隨著地下空間發展的不斷擴大可以將一個中心改為分散為幾個次中心。

放射結構地下空間形態的核心空間主要表現為大型地下商業綜合體、地鐵的區域換乘站或城市中心綠地廣場等與周邊地下空間有著嚴格的相互關聯和滲透性的層次結構關系。放射結構的地下空間形態發展呈現復雜聯系的趨勢，相比軸心型結構更加緊密的結合了周邊眾多次要空間。放射結構的發展和利用也使地下空間形態形成相對完整的體系對城市整體空間起到非常重要的作用，一方面連接著各個商業區，另一個方面緩解地面的交通壓力。因而，地下空間的輻射狀結構形態的開發利用極大地鼓勵了地下空間的規?；ㄔO，帶動周圍地塊地下空間的開發利用，使城市區域地下空間設施形成相對完整的體系。

3.網絡結構。合理的地下空間復合結構形態關系影響空間資源優配置，影響地下空間網絡關系發展。受城市經濟活動集中化的影響，城市地下空間組織結構在發展到一定程度后往往呈現大范圍集中、小范圍擴散的發展趨勢，即在城市地域內從城市中心向城市邊緣擴散和再集中。因為城市地下空間之間存在的通信、功能和交通等各種關聯性，同時空間與空間之間相互承載各種要素的流動，這類關聯性和要素流在城市商業密集，交通復雜的中心區被急劇放大和集中化，使得城市地下空間之間需要一種更為密切，更為高效的空間結構形態。城市經濟發達中心區或交通密集區的樞紐區，地下空間最佳選擇應該采取網絡化的空間結構。網絡化結構形態的地下空間就是一個以具備一定規模多空間多節點為支撐，具備網絡型空間組織特征，超越空間臨近而的建立功能聯系，是一個功能整合的地下空間網絡。地下各個空間或節點之間相互依賴協調發展，彼此具有密切的既競爭又合作的聯系（見圖3、圖4）。

城市地下空間整體形態網絡狀空間模式，就是充分發揮“網絡結構效應”作用。所謂“網絡結構效應”就是指處于網絡系統中的節點、連接線和網絡整體對地下空間各要素實施的作用力，也就是說地下空間網絡結構對空間的影響狀況。地下空間的網絡化結構發展效應主要體現在空間與空的相互依賴性以及互補性這兩種特性上。依賴性可以被理解為外部性，它使單一空間直接增加另一單一空間的效用。比如，地下軌道交通可以帶來大量人流，從而繁榮地下商業。而互補性可以被理解為內部性，即地下空間之間互為補充，單一空間彌補另一空間功能、性質等方面不足。比如，地下停車可以有效解決地下商業配建問題；地下商業空間為地下交通步行空間豐富體驗。所以，城市中心區發展地下網絡化結構為城市空間高效合理利用提供了科學的途徑，為規劃布局的空間設計提供了強有力的基礎。

地下空間網絡化結構形態是一個多中心的空間實體，其建構不僅需要實體空間上的規劃設計，更需要對不同區域主體之間利益進行協調，需要搭建區域地下空間之間的關系網絡，并促進相互之間的合作。網絡化結構的地下空間形態不僅僅是一個新的概念，更重要的是代表了未來城市的一種高效空間發展理念。城市中心區構建網絡化發展的地下空間模式，就是在空間組織上摒棄傳統的單一而獨立的發展，倡導城市地下空間的互聯互通規模化發展，強調構建面向區域的開放的多中心城市地下空間格局。在功能整合上，強調分工與合作，促進區域城市地下空間網絡的形成；在協調管理上，強調通過對話、協調與合作實現權利平衡和利益分配，通過網絡化空間結構實現公平與效率并重的地下空間管理體系。

圖3左 商業性網絡結構地下空間形態示意圖（圖片來源：作者繪制）

圖4右 交通性網絡結構地下空間形態示意圖（圖片來源：作者繪制）

四、地下空間豎向布局

雖然城市地下空間在平面布局上逐步發展成熟，但如果缺乏對城市地下空間豎向布局等相關問題的深入研究，還是會導致地下設施和空間之間相互沖突的矛盾。目前地下空間在豎向形態設計思路還比較匱乏，由于地下的不可見性和不可逆性，無計劃的建設勢必導致重復施工，影響空間運營效率，造成空間資源浪費。比如，在南京新街口地區的地下空間前期建設中，由于缺乏在城市層面整體考慮和合理空間豎向整體設計和布局，前期許多建設獨自為陣、各自為營造成地下豎向的混亂無章，在地鐵建設作為貫穿地下網絡發展介入后發現一些先建的地下設施隨意占用了地下空間資源，使得后建的地鐵空間與之發生沖突，只能往更深的方向發展，造成不必要的資金浪費以及巨大的開發困難。因此，在進行地下空間開發利用的同時，有必要對其豎向布局進行分析研究，從整體城市層面進行地下空間城市豎向設計，使地下空間的開發能夠按照相應設施的功能以及所處的地域進行有層次的開發，充分保護地下空間資源。

1.地下空間資源。地下空間是當代大、中城市城市空間發展的重要自然資源。城市地下空間資源容量的大小與地下空間開發技術有密切的關系。早期城市地下空間開發利用由于受技術的限制只能開發淺層地下空間。因此，由于開發深度的限制城市地下空間資源容量只能計算淺層空間容量，但是當今隨著深層巖土開發技術的發展，城市深層地下空間也逐步走進城市發展的視野。比如，俄羅斯圣彼得堡地鐵站大多超過100m，朝鮮平壤地鐵最深站甚至達地下200m。另外，由于原先技術的限制對于城市高密度發展地區地下空間不利于開發，因而城市地下空間資源容量就無法計入該地區的地下空間。隨著地下工程施工方法的創新，逆作法、淺埋暗挖、微型隧道等技術逐步成熟。在城市高密地區開發地下空間成為現實的同時也無形的為城市地下空間資源增加了容量[7]。

地下空間資源的數量是呈現出動態發展的數據，城市地下空間資源容量的大小與對城市地下空間資源的認識、開發技術、地面狀況等有著直接的關系。盡管城市潛在地下空間資源較為豐富，但由于早期城市的認識忽略了它的存在，對其利用存在著很大的局限性。如早期的城市建設只注重市政基礎設施納入地下，當時對城市地下空間資源的容量可能只停留在城市道路下的地下空間。后期為了解決城市地面交通擁堵問題，地下軌道系統的發展使得城市地下空間資源容量大大增加。

所以，城市地下空間資源是城市空間資源的重要組成部分，它是城市集約化發展，實施城市立體化開發的重要保障。要對城市地下空間資源有一個明確的認識，就必須對城市地下空間資源進行評估，明確城市地下空間資源的分布和資源質量，明確城市地下空間資源量、可開發量，為地下空間規劃提供重要的依據。城市地下空間資源的科學評估對城市地下空間開發的整體性和效益十分重要，因此有必要對城市地下空間資源進行合理的評估，來指導城市地下空間的合理設計。另外，在明確地下空間資源概念的同時還需要了解城市地下空間資源質量的概念才能更科學地進行地下空間豎向布局的研究。地下空間資源質量通常指城市地下空間可開發利用程度的綜合評價指數，可用綜合指標評價后的相對分數或分級來表示。對城市地下空間資源質量進行評價，是制定資源開發利用規劃、采取合理的開發方式與措施的科學依據。

2.豎向分層布局。地下空間的豎向分層開發研究需要在充分了解不同城市地下空間資源的基礎上，綜合分析地下空間資源質量的情況，根據不同發展時期對地下空間設計的不同需求統籌協調、合理布局。為了確保地下空間發展的充分性和科學性，地下空間豎向布局設計的重點控制解決城市發展的各個不同階段、不同建設時期，各類原有設施與新建設施的避讓和統一。根據地下空間開發的層次性和時序性，按照豎向深度的不同，可以把地下空間豎向劃分為淺層地下空間、次淺層地下空間、次深層地下空間、深層地下空間四個層次（見表1）。

所謂淺層地下空間，即地表相對高程±0m～-15m。位于地表-15m以上，是地下空間使用者的行為活動最為頻繁的地下空間。軌道站點作為地面、地下聯系的出口，從安全及經濟的角度出發應盡量布置該層。同時結合安排停車、商業服務、公共步行通道、交通集散等地下步行交通為主功能。在各重點地區道路下的淺層空間還需考慮安排市政管線、綜合管廊等功能。由于該層為首層地下空間，因此在進行地下空間豎向設計時應盡可能的預留一定的覆土深度，盡量減少對地面景觀生態的破壞。其中市政管線的布置應盡量處于人行道或非機動車道的下方，地下綜合管廊可以布設在車行道下。次淺層地下空間為地表相對高程-15m～-30m。相對而言，次淺層地下空間對于使用者的可達性稍差，在表層空間被步行空間占用的情況下，地下軌道的隧道類空間應盡量安排在這一層同時兼顧地下停車、地下快速路，另外也可根據實際情況布置地下垃圾收集系統等較為深層要求的市政公用設施功能。次深地下空間，則為地表相對高程-30m～-50m。在淺層空間發展飽和的情況下，主要以發展軌道樞紐換乘站的站廳、深層軌道線路、地下變電站、地下水處理，地下物流系統等埋深要求較深的地下設施。這一層次也是當前地下巖土技術和人的心理可以接受的最深層次，比如深圳福田中心CBD以及成都地下空間已經將地下深層軌道線路開發至地下-38m。而深層地下空間為地表相對高程-50m以下空間。這一層次并不是現今地下空間開發涉及的層面，其作用主要為未來技術成熟時的深層地下空間開發做遠景預留，為遠期地下空間資源規劃和城市設計留有余地。

因此，依據中國大部分城市現階段的經濟社會發展水平以及地下空間開發利用的時序和階段，短期內應該主要以發展淺層及次淺層次的地下空間資源（即地表相對高程-50m內）為主。由于技術及對于地下空間利用群體意識的欠缺，目前深層的地下空間資源很少被重視。但是，深層巖土技術、施工方法和挖掘設備的逐步進步革新將會把心理空間引入更深層的地下，城市地下空間的設計也勢必逐步向深層發展，這也就使得對深層地下空間資源的研究和實踐是未來城市立體化建設的主要課題。

五、地下空間形體發展案例

蒙特利爾地下城（Montreal Under-ground City）是指加拿大魁北克?。≦uebec）蒙特利爾市（Downtown Montreal）中心附近地下的交通及綜合性商業區，是目前世界范圍內開發體量最大的城市地下空間。地下城大約12km2的建設區域，位處兩個重要的地理景觀中間，北抵皇家山脈，南達圣勞倫斯河。除發達商業之外，也是城市居民重要的社會文化活動之地。在地質條件優良的巖石層中的蒙特利爾地下軌道系統如同蛛網般致密、豐富，且功能強大。蒙特利爾地下城的全面發展是幾輪城市空間結構變化的產物，借機于地下軌道系統，始于20世紀60年代，經過70年代的擴張、80年代的鞏固和90年代的大型項目，形成了目前擁有面積達360萬m2、兩條地鐵線10個車站的地下空間?？傞L度為32km的地下步行系統，將地下高速公路、中央火車站、大型停車場、室內公共廣場、大型商業中心、辦公樓等相連接的地下網絡系統，形成當之無虞的“地下城市”[8]（見圖5）。

地下空間能夠有效抵御惡劣天氣，鼓勵居民使用公共交通，對城市中心商業和旅游活動具有吸引力。自1962年開始建設，蒙特利爾地下城從最初的軸心結構發展至放射結構及當前的網絡結構，逐步形成一個包含多種城市功能的大尺度步行網絡系統（見圖6）。對于蒙特利爾的整個城市空間而言，網絡化的地下空間有助于減輕主要交叉路段汽車與行人的交通沖突，緩解了停車需求，減少了空氣污染。通過地下空間和商業零售之間的積極合作關系，商業區的核心一直保留著獨特的活力。促成了一個對于商業街、公共空間和私人項目都有益的，繁忙且充滿生機的地區。

蒙特利爾的地下城的開發體現了人性關懷的思想。發達的地下步行道系統，以其龐大的規模，方便的交通，綜合的服務設施和優美的環境，保證了在漫長的嚴冬氣候下各種商業、文化及其他事務交流活動的進行。以人的需求作為出發點，通過科學的行為研究，了解人在地下空間的行為內涵，從而設計完善的地下空間設施。利用地下空間的特點，將餐飲、娛樂、休閑、購物為一體；積極采用自然采光系統，減少地下的壓抑；設置清晰統一標識系統，緩解地下方向感的缺失；布置豐富多彩藝術作品，增加城市文化氣息；廣泛采用地下綠化植物，排除污染，凈化空氣。

圖6 蒙特利爾地下空間的網絡化發展（吳錚. 城市中心區交通節點地上地下一體化設計研究）

通過把握和突出城市自身特色，以文化來增添城市的魅力。蒙特利爾是法國海外最大的法裔城市，有著鮮明的法國特色，其城市景觀別具風格。大規模的地下空間系統開發使得老城區保存了地面歐陸風格建筑。無論是規劃還是建設，每一個細節都注重體現人與自然的和諧。地下空間使得城市保留著大片綠地，綠樹成蔭，鳥語花香，渾然一體，人與自然的和諧共處。蒙特利爾的地下空間開發之成功的關鍵因素，是當地政府認真落實規劃、長期提供政策引導和服務的結果。政府通過反復論證，使地下空間規劃設計方案得以實現；制定優惠性政策給予鼓勵，給予土地價格優惠；從而通過地下空間促進了城市層面布局的立體開發模式。

[1]劉先覺.現代建筑理論——建筑結合人文科學與技術科學的新成就[J]. 1998.

[2]童林旭.地下空間與城市現代化發展[M].中國建筑工業出版社, 2005.

[3]王文卿.城市地下空間規劃與設計[M].東南大學出版社, 2000.

[4]陳志龍,伏海艷.城市地下空間布局與形態探討[J].地下空間與工程學報,2005,01.

[5]魏洪森,曾國屏.系統論一系統科學哲學[J]. 1995.

[6]Golany G. Geo-space urban design[M]. Wiley. com, 1996.

[7]束昱.地下空間資源的開發與利用[M].同濟大學出版社, 2002.

[8]吳錚.城市中心區交通節點地上地下一體化設計研究[D].北京工業大學, 2013.