城市更新背景下市政基礎設施地下化綠色發展思考
——以江蘇省為例

黃 俊,劉啟龍,趙 光,季紅玲,2,王思聰,高 凡,3,張琛浩,李 奧,4

(1.蘇交科集團股份有限公司,江蘇 南京 210019; 2.南京市地下空間綠色智慧技術工程研究中心,江蘇 南京 210019; 3.中國城市科學研究會地下空間專業委員會,江蘇 南京 210019;4.江蘇省地下空間學會,江蘇 南京 210019)

0 引言

“十四五”時期城市更新的重要目標是優化城市功能結構、修復自然生態空間,將綠色低碳生態理念融入城市更新中,構建綠色低碳的更新機制,創建綠色低碳技術創新體系,探索綠色低碳更新的方法和措施,實現城市與自然和諧共生、完善城市功能、持續改善城市人居環境。

綠色發展是以效率、和諧、持續為目標的經濟增長和社會發展方式。其是在傳統發展基礎上的一種模式創新,是建立在生態環境容量和資源承載力的約束條件下,將環境保護作為實現可持續發展重要支柱的一種新型發展模式[1]。在城市轉型關鍵時期,隨著城市集約化發展,地下空間開發帶動土地集約開發與價值提升的關鍵作用逐漸凸顯[2]。地下空間是巨大而寶貴的空間資源,對其進行合理開發利用能夠促進我國的綠色發展。綠色城市是指為實現更高水平的生態平衡,大幅減少環境污染并使自然資源得到更為合理的配置,同時形成可持續的生態安全保障體系,從而降低城市發展成本,建立起一種社會與自然高度和諧融合、功能高度復合的城市模式。建設城市地下空間是轉變城市發展方式、治理“城市病”并建設綠色城市的主要著力點[3]。科學適度、經濟有效地開發利用地下空間資源,將成為我國城市綠色低碳化發展的最佳選擇[4]。當前,我國城市發展處于由大規模增量擴張轉向存量提質的新時期。在嚴控增量、抑制城市無序蔓延的背景下,城市可供建設的新增土地愈發緊張[5],如何更好地利用地下空間成為所有城市面臨的難題。市政基礎設施建設是城市更新的重要部分,主要包括城市道路、供電、供水以及污水處理及管線等市政設施,是保障城市基本運行的重要生命線,是城市高質量、綠色發展的重要內容。典型市政基礎設施包括垃圾中轉站、變電站、自來水廠和污水處理廠等場站及其管網。地上市政基礎設施不僅占地面積較大、工藝構筑物布置零散、無法與周邊環境相協調,還伴有噪聲和空氣污染;因景觀性較差和鄰避效應,周邊土地無法開發利用,導致閑置浪費,這對土地資源日漸緊缺的大中城市發展有較大的影響。

城市建設的深化促使市政設施趨向地下化,其中污水處理廠、垃圾轉運站、變電站是市政設施地下化的主要組成部分。近年來,我國一些發展水平較高、人口密度較大的城市紛紛開始探索建設地下市政設施,以解決土地資源緊缺與生態環境之間的矛盾。將市政基礎設施地下化建設是城市建設的集約綠色可持續發展的一種典型模式,也是城市更新的重要部分。地下市政基礎設施具有土地集約、環境友好、資源利用率高的特點。市政基礎設施地下化建設因經濟因素、安全防災因素、綜合效益因素等制約了其發展。

目前國內工程技術人員開展了地下污水處理工藝、占地問題、建設等相關探討[6-8],但在占地面積、開發模式、建設運維標準、節能減碳等方面研究不多。本文通過對江蘇省地下市政基礎設施調研發現,江蘇省內地下市政基礎設施的建設多因用地和周邊環境的限制,為被動式選擇地下建設形式。本文通過調研對市政基礎設施地下化建設發展中的制約因素進行梳理和分析,從節約土地、節水、減少環境污染、綜合能源利用等方面提出地下市政基礎設施的綠色低碳發展思路,以及協同利用城市存量空間應用設想及思考。

1 市政基礎設施地下化綠色發展歷程

1.1 市政基礎設施地下化與綠色發展的關系

綠色發展理念是以人與自然和諧為價值取向,以綠色低碳循環為主要原則,以生態文明建設為基本抓手,優化生態環境,形成節約資源和保護環境的空間格局。

市政基礎設施地下化建設可使其占地面積大大縮小,節約地面土地資源,并可與城市景觀相融合,地面空間可建設成城市水生態、多功能綜合體等,提升了周邊土地使用價值,推進了空間集約高效發展;同時,避免市政基礎設施產生的噪音和氣味對環境和居民生活產生影響,提升了城市區域環境及資源的有效利用,保障了城市的可持續發展。市政基礎設施地下化后釋放出更多的地面綠色生態資源,提升了城市核心區的減碳固碳能力,改善了周圍環境品質,實現了節能減碳的目的。

利用市政基礎設施地下化建設提高城市空間利用效率、提升城市綜合承載能力,形成節約資源和保護環境的生態發展格局,實現綠色低碳循環發展之路。

1.2 國外市政基礎設施地下化發展歷程

國外市政基礎設施地下化發展已經經歷了很長一段時間。芬蘭于1932年建設了世界上第1座地下式污水處理廠——赫爾辛基市Viikinm?ki地下式污水處理廠,其建在市中心附近,取代了地面上約10座小型污水處理廠,騰出的地面空間用于城市綜合開發。1942年,為了應對寒冬地區冬季厚重的積雪、濃霧及結冰問題,瑞典的首都斯德哥爾摩市建造了世界上第1座現代化地下污水處理廠。1979年,荷蘭鹿特丹Dokhaven市政污水處理廠開始動工建設,其主體污水處理工藝構筑物完全置于地下,總占地面積僅相當于常規式污水處理廠的1/4,地上部分現今已變成一個面積5萬m2的公園。

據統計,目前世界上10多個國家穩定運行的地下污水處理廠共有200余座,均取得了較好的經濟效益、社會效益和生態環境效益[9]。其中,芬蘭圖爾庫市Kakolanm?ki地下式污水處理廠是由位于地下的廢棄巖石場改造而成,于2009年1月1日建成并投入運行,為能源利用和熱能回收結合的典型案例。至2020年,Kakolanm?ki污水處理廠綜合能耗為35 (GW·h)/年,自身產能225 (GW·h)/年,即自身產能已超過自身能耗的6倍,成為地下能源工廠[10]。國外市政基礎設施地下化發展經驗給國內提供了借鑒,帶動了國內市政基礎設施地下化發展。

1.3 國內市政基礎設施地下化發展歷程

1.3.1 地下污水處理設施

國內對地下污水處理設施的探索開始于我國香港與臺灣地區。赤柱污水處理廠是香港于1995年建造完成的亞洲地區首座建于巖洞內的地下污水處理廠,如圖1所示。其主要由3個長約120 m、寬約15 m和高約17 m的大洞室組成,并有超過450 m長的通道、通風隧道及豎井連接。污水處理量為1.2萬 m3/d,服務人口約27 000人。臺北市在1998年開始著手建設內湖地下污水處理廠,其為臺灣地區第1座地下污水處理廠,設計污水處理能力為2萬 m3/d。

(a) (b)

近年來,隨著城市化進程的不斷加快和對環境要求的不斷提高,地下污水處理設施因其綠色和諧、自然友好等優點受到國家及各省市的關注,目前已在全國多個重點城市修建,其中,經濟相對發達的廣東省和浙江省數量最多[11]。截至目前,我國在建和運行的地下式污水處理廠超過200座,其中,廣州已累計建成地埋式(含半地埋)污水處理廠14座,成為全國最大規模“地下水工廠群”。

地下污水處理廠在設計形式上呈現出多樣化,包括半地下式、全地下式、隧道式等;上部建設有公園、濕地、球場、宿舍和寫字樓等。建設地點主要位于城市上游區和城市中心區,還有一些位于城市居住區內。例如:深圳布吉污水處理廠地下構筑物頂層覆蓋1.5 m厚土壤,種植深根型大株熱帶植物,地上空間為市政休閑公園,建有足球場、籃球場和羽毛球館等體育場所,如圖2所示;貴陽貴醫再生水廠上方建有宿舍和超高寫字樓,如圖3所示;廣州京溪污水處理廠上方建有人造坡地,如圖4所示; 北京槐房再生水廠池頂為濕地公園,如圖5所示。市政基礎設施地下化后釋放出巨大的生態價值,實現了城市綠地公園與地下空間復合開發利用的“共贏”。

圖2 深圳布吉污水處理廠

圖3 貴陽貴醫再生水廠

圖4 廣州京溪污水處理廠

圖5 北京槐房再生水廠

地下污水處理廠在規劃設計中與海綿城市建設有機結合,可以充分發揮污水處理設施的就近處理能力及構筑物功能特點,將污染較嚴重的初期雨水引入處理流程,有效助力年徑流污染及徑流總量控制率目標的實現,并利用再生水進行海綿設施的養護和澆灌,更好地體現節水的理念。上海虹橋污水處理廠(如圖6所示)開創性地構建了“地下再生水系統”和“地上再生水系統”2大系統,整個污水處理廠綠化率覆蓋面積達90%以上,全面融入海綿城市的綠色建設理念,當雨天或遇到超量污水時,污水可先進入調蓄池暫存,待晴天再進行處理。該污水處理廠采用集約化地下式布置形式,污水處理構筑物整體下沉,污水廠上部建設集文化、科普及休閑于一體的城市景觀綠地,解決污水處理與周圍環境協調的矛盾。內江市謝家河地下再生水廠(如圖7所示)地上為海綿公園,地上建設有籃球場、機動車停車位、綠地、人行步道等設施,再生水作為謝家河景觀補水、市政綠化及道路沖洗用水,有效促進水資源循環利用,助推內江市海綿城市建設;地上安裝了光伏發電,讓污水“再生”的同時實現光伏發電、節能降碳。

圖6 上海虹橋污水處理廠

圖7 內江市謝家河地下再生水廠

1.3.2 地下垃圾處理站

國內地埋式垃圾中轉站新建數量超過700座。2023年4月,全國首座日處理規模為2 000 t的全地埋式垃圾壓縮轉運中心——成都市武侯區城鄉環境綜合治理中心項目正式運營,垃圾壓縮站采用全地埋式建筑形式,上部為坡地城市公園(如圖8所示),將公園形態與城市空間有機結合。整個垃圾處理過程全部在地下操作,噪音和異味已被處理,站外干凈整潔。地面上的綠化景觀能收集凈化雨水、改善周邊空氣濕度、緩解城市熱島效應,并與周邊環境融為一體,變身為市民后花園。

圖8 日處理規模為2 000 t的全地埋式垃圾壓縮轉運中心

1.3.3 國內城市市政基礎設施地下化典型案例

具體見表1。

表1 我國部分城市市政基礎設施地下化典型案例

2 江蘇省市政基礎設施地下建設典型案例及綠色低碳分析

2.1 江蘇省市政基礎設施地下化建設情況

江蘇省市政基礎設施地下化建設起步較晚,隨著國內城鎮化進程的加速推進和對環境要求的不斷提高,市政基礎設施地下化的建設規模和數量也在逐年增加,江蘇省城市地下污水處理廠建設情況具體見表2,地下垃圾中轉站建設情況見表3。

表2 江蘇省城市地下污水處理廠建設情況[12]

表3 江蘇省地下垃圾中轉站建設情況(不完全統計)[12]

張家港金港污水處理廠是江蘇省首座全地下式污水處理廠,于2012年12月投入運行。截至目前,省內已運行的地下污水處理廠共4座,均位于蘇州市,總處理量達到28.2萬 m3/d。南京、無錫、徐州的地下污水處理廠也在積極籌建之中,屆時省內地下污水處理廠處理規模將達到100萬 m3/d以上。

截至2020年底,江蘇省已有2座地下垃圾中轉站。南京市正在推進將已建大中型垃圾轉運站因地制宜逐步改造為半地下式垃圾轉運站的工作。

截至2021年底,江蘇省已建成投運的地下變電站有3座,為35 kV無錫春申地下變電站、無錫商廈地下變電站和蘇州軌道交通3號線工程通園路主變電站。

2.2 典型案例

2.2.1 張家港金港污水處理廠

張家港金港污水處理廠2012年年底投運。占地面積2.4萬 m2,設計總規模5萬 m3/d,1期規模2.5萬m3/d,服務人口20多萬。污水處理構筑物及上層的檢修空間組成的一體化箱體全部位于地面以下,各種構筑物和設備在不同的標高層垂直布置,充分利用空間以節約用地,地面布局合理、景觀優美,如圖9所示。

圖9 張家港金港污水處理廠

2.2.2 蘇州獅山全地下式水質凈化廠

蘇州獅山水質凈化廠前身為現廠區東側的蘇州新區污水處理廠。該廠為高新區第1座污水處理廠,于1996年投入運行。隨著高新區獅山板塊經濟的快速發展和轉型升級,為盤活原新區污水處理廠周邊存量土地資源,更新城市面貌,2016年4月確定了在現廠址附近新建地下式污水處理廠。2022年3月建成,目前為蘇州市首座全地下式水質凈化廠,如圖10所示。其占地面積約3.8 hm2,設計規模為10萬 m3/d,其中30%尾水可再生利用,總投資約7.57億元。廠區共4層,地上、地下各2層。地上2層建設坡地公園,美化環境、增加公共綠地的同時能夠改善周邊居民的生活環境; 地上1層建設公共停車場,提供車輛集散場所的同時能夠為水質凈化廠帶來一定的經濟效益; 地下1層為操作層,污水處理的相關設備均設置在該層,方便設備檢修和人員巡檢; 地下2層為構筑物層,為預處理和生化處理單元。

圖10 蘇州獅山水質凈化廠

廠區采用了“水源熱泵”“磁懸浮風機”“精確曝氣系統”等低碳化技術,以提高污水處理系統的耐久性,降低運營期間的維護成本。

原新區污水處理廠地下化后大幅度改善了廠區周邊的生態環境質量,與同等規模地上式污水處理廠相比,其占地面積減少了近60%,有效整合了土地資源,實現了土地的集約利用,帶動了區域經濟發展,建立了市政基礎設施建設與生態文明建設相結合的典型模式。

2.2.3 徐州奎河污水處理廠

徐州奎河污水處理廠為江蘇省處理規模最大、徐州第1座全地下式污水處理廠,設計規模20萬 m3/d,目前在建。其采用全地下箱體形式,工程總占地約6.2萬 m2,廠區封閉管理區域約2萬m2,剩余區域全部作為城市綠地對外開放。建成后的效果圖如圖11所示。

圖11 徐州奎河污水處理廠效果圖

2.2.4 南京江北新區研創園凈水站

研創園凈水站位于南京市浦濱路和五橋連接線交叉口東北側,設計處理規模為12萬 m3/d,尾水部分作為中水回用,經河道兩側設置的垂直潛流人工濕地凈化后作為附近區域內河道的生態補水。投資估算12.79億元。地下箱體平面總尺寸為422 m×70 m,地面為休閑公園,建成后的效果圖如圖12所示。地上地下綜合開發,打造水務綜合體,塑造綠廊城市界面。

圖12 南京江北新區研創園凈水站效果圖

2.3 地下污水處理廠綠色、低碳特點分析

通過對江蘇省內地下污水處理廠典型案例進行分析可知,地下污水處理設施綠色、低碳主要體現在以下4個方面。

1)地下污水處理廠節省占地面積。地下污水廠處理構筑物集中在一個箱體內,各功能單元布置緊湊,且無需考慮綠化和隔離帶的要求。江蘇省部分地下污水處理廠占地面積統計見表4。傳統地面污水處理廠占地面積指標一般為0.8～1.0 m2/m3。由表4可知,地下污水處理廠占地面積指標一般為0.31～0.48 m2/m3,較傳統地面污水處理廠節約土地1/2～2/3,有效節約了地面土地資源,推進了空間集約高效發展,將城市打造為綠色低碳、復合低耗、高效智能的城市基盤[13]。

表4 江蘇省部分地下污水處理廠占地面積統計

2)地下污水處理廠對環境影響較小。污水處理設施均布置在地下,地面上幾乎感受不到污水處理設備運行時的噪音,同時污水處理過程中散發的氣體全部通過除臭系統處理,避免了對環境和周圍居民生活的影響,地面環境的改善及資源的有效利用,保證了城市的可持續發展。

3)地下污水處理廠提升了城市區域環境及周邊土地使用價值。通過統籌規劃地上、地下空間,將單一功能的污水處理廠與城市景觀相融合,地面空間建設成城市水生態、多功能綜合體等,提升了周邊土地使用價值,盤活了存量資產。例如:蘇州獅山水質凈化廠地下化建設后,占地面積約為傳統地上建設模式的1/3,按周邊土地成交價估算,獅山水質凈化廠下沉后釋放的土地價值最高約49.58億元,是其建設投資的6.5倍。

4)污水處理廠地下化建設促進了城市的綠色低碳發展。市政基礎設施地下化后釋放出更多的地面綠色生態資源,提升了城市核心區的減碳固碳能力,改善了周圍環境品質,實現了節能減碳的目的。

排水、污水管道通常敷設在道路下方,占用了大面積的道路,浪費了大量的地下空間資源,還存在著一定的安全隱患。由于線路維修或其他原因,市政管線經常反復開挖,對交通和居民的正常生產生活造成了嚴重的影響,還導致了資源、資金的浪費,與科學發展觀的要求背道而馳。市政基礎設施城市內就近地下化建設可縮短污水管線及再生水管道長度、減少管網輸送中可能的泄漏污染,再生水資源可就近及多場所使用,具有更高的利用價值和更廣泛的利用場景,在節約水資源方面具有突出優勢;同時,管網輸送距離的縮短降低了大量的輸送能耗,實現了節能降耗。

3 江蘇省內市政基礎設施建設需求分析

江蘇省近3年接到污水處理設施相關投訴130余條,垃圾處理設施相關投訴190余條,其中,涉及“鄰避效應”的投訴占比分別為48.9%和56.2%。江蘇省發展和改革委員會等10個部門印發的《江蘇省推進污水資源化利用的實施方案》中明確要求,結合現有污水處理廠改造升級和新擴建工程,至2025年,鼓勵結合地區開發建設,采用EOD開發模式,建設一批“新概念”污水處理廠、下沉式污水處理廠,促進生態環境高水平保護和區域經濟高質量發展,形成可復制可推廣的利用模式。

隨著城市化水平和居民環境要求的提高,建設能夠與周邊環境協調、封閉性強、無二次污染的地下污水處理廠成為城市污水治理工程建設的發展趨勢和發展方向。

3.1 生活污水處理廠建設需求

本文以南京市為例,根據《南京市城鄉生活污水處理專項規劃(2018—2035)》,南京市2035年共規劃污水廠67座(如圖13所示),其中,現狀保留7座,規劃擴建58座,規劃新建2座(野山、八卦洲)。現狀污水廠總規模394萬 m3/d,規劃污水廠總規模655萬 m3/d。另外,根據規劃要求南京市共規劃23座再生水廠(如圖14所示),現狀污水廠再生水的回用總規模為107萬 m3/d,再生水利用率達28%; 南京市規劃污水廠再生水回用總規模233萬 m3/d,再生水利用率達35%,再生水廠建設結合污水廠提標、擴建同步設施。由此可見,南京市將陸續開展污水廠新建、提標和擴建工作。涉及有新增用地需求的污水廠共21座,在控制性詳細規劃中預留用地全部使用的前提下,尚需新增用地總面積152.95 hm2。

圖13 南京市污水廠布局規劃圖

圖14 南京市再生水系統規劃圖

3.2 生活垃圾中轉站建設需求

根據《南京市環境衛生設施專項規劃(2017—2035)》,南京市2035年共規劃市級轉運站2座,總規模3 500 t/d,總占地面積47 000 m2; 現狀市級轉運站1座,規模1 500 t/d,占地面積17 298 m2,如圖15所示。

圖15 南京市市級生活垃圾轉運站規劃布局圖

本文對南京市鼓樓區內共21處垃圾中運站進行調研發現,周邊居民多次對中轉站所產生的異味、廢水、運輸車輛以及垃圾壓縮設備噪聲、衛生環境等問題向主管部門投訴。近幾年,主管部門結合民意對各轉運站進行了相應的改造,以減少對周邊人居環境的不利影響。

綜上所述,南京市在污水處理、再生水回用及垃圾轉運站等市政基礎設施上有較大規模的規劃建設,新增規劃用地面積近160 hm2,其中,主城區在占用原預留用地近104 hm2的基礎上,尚需新增規劃用地77.45 hm2。專項規劃中市政基礎設施均未考慮地下化建設,人廠爭地的現象十分突出; 同時,因為景觀性較差和鄰避效應,周邊土地無法開發利用,導致閑置浪費。這對土地資源緊缺的城市發展造成了較大的影響。

4 江蘇省市政基礎設施地下化發展制約因素

4.1 地下污水處理設施的投資較大

地下污水處理設施建設時需要深基坑開挖工程、地下箱體結構建設及抗浮工程、防腐工程等,施工難度較大,建設投資高。地下式污水處理廠建設中每噸水投資為6 000～10 000元,是同等規模傳統污水處理廠的1.5～2.0倍。

4.2 地下污水處理設施運行成本高昂

地下污水處理廠在日常運行過程中對通風、除臭、照明、消防等方面均有更高的要求,需要人工照明和全面的機械送排風設施來維持地下環境,運行成本較高。例如:獅山水質凈化廠最終每噸水運行成本約1.5元,與原廠相比增加了50%;南京江北新區研創園凈水站估算每噸水運行成本約1.82元。

4.3 地下污水處理設施設計要求高

地下式污水處理廠主要結構處于地下,面臨較大的防洪、防澇風險,易發生水浸沒現象,因此污水處理廠應根據所處的地形、地勢選取適宜的防洪、防澇設計標準。另外,地下式構筑物屬于有限空間,日常運維人員的工作空間受限;同時,污水處理產生的有毒、有害氣體需要采取合理方案及時處理排放。

4.4 規劃對地下市政基礎設施重視程度不夠

市政基礎設施專項規劃、地下空間利用規劃對城市市政基礎設施的總體布局和建設具有重要影響。江蘇省各市市政基礎設施專項規劃中很少涉及地下化建設,造成后期建設缺少相關依據,導致落地困難。地下空間利用規劃缺少地下市政基礎設施建設需求分析論證,造成市政基礎設施地下化建設面臨地下空間不足和施工難度大幅提高的問題。

4.5 地下污水處理設施建設、運營缺少規范指導和技術支撐

江蘇省目前無地下污水處理設施相關的標準和規范,大部分地下污水處理廠根據傳統污水處理廠的經驗進行設計、建設、運營、維護,未考慮其與傳統污水處理廠的差異,造成地下污水處理廠建設成效與運營效果不同,制約了地下污水處理廠在江蘇省內的推廣和發展。

5 江蘇省市政基礎設施地下化綠色發展思路

“十四五”期間,我國城市發展將從經濟主導更多轉向生產、生活、生態多元導向,城市建設方式將由增量擴張轉向存量挖潛,城市生產生活方式將加快綠色低碳轉型,打造城市高質量、綠色發展。在滿足安全可靠、技術可行、經濟合理的條件下,推進市政基礎設施地下化,將有效釋放城市空間資源,提升城市品質。本文認為江蘇省市政基礎設施地下化綠色發展思路有以下5個方面。

5.1 政策引領、規劃先行

強化政策引領。結合城市更新研究并推動市政基礎設施地下化的配套政策性法規落地,形成指導性文件引導各地先行先試。制定支持市政基礎設施地下化建設的綠色發展配套政策,探索政府引導和經濟激勵政策。以地下污水處理廠為例,國家和部分省關于污水處理廠地下化的相關政策如表5所示。

表5 國家和部分省關于污水處理廠地下化的相關政策

堅持規劃先行。立足江蘇省各地實際需求,做好“地上+地下”全域空間規劃,在既有設施專項規劃的基礎上,在經濟發達、用地緊張的城區,成片新建或改造城市更新、城市公園綠地用地等區域,綜合考慮城市整體開發建設需要,結合地下空間開發利用規劃進行地下市政基礎設施協同規劃調整,并納入新一輪國土空間規劃,指導江蘇省城市建設與更新。目前北京、上海、成都、南昌等均在規劃層面提出市政基礎設施地下化的要求,如表6所示。

表6 我國部分城市規劃中對市政基礎設施地下化的要求

5.2 探索地下式污水處理廠地上地下空間綜合開發模式

江蘇省內地下式污水處理廠地上部分建設模式單一,大多為市政景觀公園,未與區域社會經濟的真實需求相結合,這在一定程度上限制了地下式污水處理廠的應用和推廣。積極探索地下式污水處理廠地上地下空間綜合開發模式,與交通、市政、人防、園林等專業部門通力合作,加強綜合化、精細化的設計,在開發建設過程中建立多方高效銜接的協調機制,構建地上地下功能協同、空間融合的綜合體,實現地下式污水處理廠土地資源效益與生態環境價值的最大化利用,降低地下污水處理設施的工程投資。

5.3 出臺相關標準、規范或指南

標準化是保障地下式污水處理廠順利發展的必備因素,制定相應的技術標準對設計進行規范化指導,推廣對有限空間最大化利用、降低建設難點、智慧低碳、集約生態的設計理念;從多角度進行優化設計以減少占地面積,推動生態系統的平衡性,創造更大的經濟效益、社會效益。

編制適用性強、可推廣和復制的運營管理策略,指導和規范地下污水處理設施的管理和運行,實現運行維護便捷有效,控制運維成本,將運營階段的安全風險持續降低,保障地下污水處理廠安全、節能、低碳運行。

統籌建立綠色、低碳、循環的污水處理行業標準體系,使市政污水處理在成本核算的前提下,既綠色、循環又低碳。在低碳發展指標方面,可以設立污水能源利用、污泥熱能利用、企業運營節能、光伏發電、企業碳匯建設5類指標。

5.4 節能降耗,減污降碳,降低運營成本

根據文獻[10]的研究,芬蘭Kakolanm?ki污水處理廠通過光伏發電、沼氣發電、污水余溫熱能回收(夏天制冷、冬天供熱)、通風系統熱能回收等不僅實現了碳中和運行(碳中和率333%),而且成為向外輸能的能源工廠,能量回收的15.6%產能自用,84.4%產能外供。污水中蘊含的熱能遠高于化學能,實際可回收熱能為化學能的9倍多。

江蘇省已建地下污水處理廠綜合能源利用率較低,應以減污降碳協同增效作為重點戰略方向,在江蘇省內積極探索和推廣建設“四合一”污水處理廠,集污水處理、濕地公園、光伏發電、綜合能源應用為一體,鼓勵省內污水處理企業綜合利用廠地內的綠化地帶和出地面的建(構)筑物頂部安裝的光伏電池組件,采用“自發自用、余量上網”模式建設光伏發電項目,減污降碳的同時實現降本增效。探索污水熱能利用、污水處理廠精細化智能管控、污泥能源利用等實現低碳化的路徑,降低運營成本,實現經濟效益與環境效益雙贏。通過能源回收實現地下污水處理廠低碳、零碳運行。

5.5 存量空間挖掘、應用設想和思考

當前我國城市發展由大規模增量擴張轉向存量提質的新時期。在嚴控增量、抑制城市無序蔓延的背景下,城市可供建設的新增土地愈發緊張,利用好城市存量空間成為城市可持續發展的重點。在存量空間挖掘過程中,重塑城市發展空間,可整合利用低效用地、“金角銀邊”、社區閑置空間、廢舊地下空間(廢棄人防、泵坑、礦坑等)、隧道架空層以及可開發的綠地下空間等,采取設施嵌入、功能置換、多主體開發、權屬整合、業態提升、場景營造等策略推進存量空間更新,賦予新活力,促進空間利用向集約緊湊、功能復合、低碳高效轉變。

5.5.1 隧道夾層空間利用分析

自2006年以后,江蘇省城市隧道進入了蓬勃發展期,隧道總里程迅速增長,截至2021底,全省共140座隧道建成通車。隧道夾層空間是指隧道兩端出口段頂板與上方覆土層之間的三角形空腔體,為減少回填土方量、降低建設成本而形成。一般城市內部道路下方隧道出口段夾層空間很小,無法利用,而過江隧道埋深大、出口段長,形成的夾層空間長度大、面積大,是不可多得的地下空間資源。

江蘇省南京市已建成過江隧道3條,在建過江隧道2條。其中在建的建寧西路過江通道夾空層位置示意如圖16所示。夾空層位于地下1～2層,長約350 m,寬9～38 m,高約5.4 m,面積約10 000 m2。目前尚未立項開發利用,面臨閑置廢棄的境地。

圖16 江蘇省南京市建寧西路過江通道夾空層位置示意圖

本文對建寧西路過江隧道夾空層的利用進行了專題研究。根據片區需求,夾空層地下空間可以作為地下市政基礎設施、地下停車場建設場地。市政基礎設施可結合需求設置調蓄凈水站、垃圾處理站,也可與海綿城市相融合,結合地面道路及附近區域的海綿城市設計及防洪排澇的建設需求,設置雨水調蓄池和提升泵站,雨水調蓄池的水用于地塊內的徑流控制、河道水位補充、景觀噴灌、道路沖洗等。

建寧西路城市隧道上方夾層空間再利用研究在應用過程中遇到了多項難題,如無相關政策引導、不在城市規劃范圍、資產權屬不明、管理主體矛盾等,造成項目落地和推進緩慢。

與建寧西路交叉的惠民大道海綿城市設計時,在惠民大道道路起始端新建了800 m3的調蓄池(如圖17所示),若在設計階段將道路海綿城市設計與隧道夾層空間統籌考慮設計,調蓄池可利用建寧西路隧道的夾層空間,可減少新建調蓄池投資和地下空間資源的占用。

圖17 惠民大道海綿城市調蓄池與建寧西路過江通道夾空層位置示意圖

希望通過本次夾層空間開發利用方案的探索研究,在南京市級層面形成政策性文件和相關規劃建設標準,使城市隧道夾層空間產權、使用權的取得有章可循,在隧道規劃過程中就同步考慮隧道夾層空間的利用,在環境提升的同時提高土地利用率,加大存量空間的挖潛力度。

5.5.2 既有地下空間的更新改造

對廢棄建(構)筑物進行改造后再利用,可以減少土方開挖、置換既有的地面市政設施,緩解地面用地緊張的現狀,實現土地資源的節約利用和地下空間的綠色發展,促進社會的可持續發展,改善城市生活環境。

無錫市崇寧路人防工程是一段已經失去防護功能的老舊地道式人防工程。無錫市創新利用思路,在反復調研、精心設計的基礎上,實施加固改造,將全長1.4 km的擬報廢人防工程改造為容納電力電纜、雨污水管等多種管線的地下管廊。改造后周邊雨污水管網更加合理、排水通暢,同時因電力和通信架空線路入廊敷設使地面整潔、美觀,節約土地資源的同時提升了城市形象。改造前后的對比如圖18所示。

(a) 改造前 (b) 改造后

5.5.3 開展市政存量空間的有機融合利用探索研究

建設在城市內部的地下式污水處理設施,可與海綿城市建設有機融合,對污染嚴重的初期雨水進行應急處理,實現水質凈化,提高區域水環境質量。開展如何結合市政污水廠的特征,充分發揮污水處理設施的就近處理能力及構筑物的功能特點,因地制宜地進行污水處理廠與海綿城市共建的研究。

6 結論與展望

全國各地新城規劃建設工作正全面展開,城市更新也在穩步推進,如何更好地實施市政基礎設施地下化是當前城市高質量、綠色發展的關鍵環節。

1)市政基礎設施地下化建設具有明顯的環境效益、社會效益、經濟效益,有利于改善城市生態環境、節約土地資源、提升周邊土地利用價值,有效推進環境基礎設施一體化和城市綠色化發展,對促進城市更新具有重要意義。

2)強化政策引領,出臺鼓勵地下市政基礎設施建設的政策機制,出臺有吸引力的投資與回報方式,鼓勵復合開發。結合城市更新研究并推動市政基礎設施地下化的配套政策性法規落地,形成指導性文件并引導各地先行先試。

3)開展地上地下綜合開發研究,提高土地資源高效利用,實現地下土地資源與生態環境價值的最大化利用。研究出臺江蘇省地下市政基礎設施設計、運營標準,規范地下市政基礎設施的建設和運營。

4)探索存量地下空間開發的新路徑,加大存量空間利用挖潛力度,通過對既有地下空間設施的更新改造、廢舊地下空間的新賦能等置換既有地面市政設施、緩解地面用地緊張,改善城市生活環境,實現綠色、可持續發展。

5) 積極探索和推廣建設“四合一”地下市政基礎設施,集市政基礎設施、濕地公園、光伏發電、綜合能源應用為一體,探索污水熱能利用、污泥能源利用,減污降碳的同時實現降本增效,建設低碳地下市政基礎設施。