向 斌
(中国地质大学工程学院，湖北 武汉 430074)
城市地下空间广泛开发利用源于20世纪50年代，联合国自然资源委员会于1981年5月将地下空间确定为重要自然资源。城市地下空间开发大幅增加城市容量和丰富城市空间资源，成为低碳城市发展必然途径。[1]我国明确提出“双碳”目标即2030年前实现碳达峰和争取2060年前实现碳中和，城市地下空间开发利用助力碳达峰和碳中和，为“双碳”破题和实现“双碳”目标。城市地下空间研究成果丰硕为城市地下空间开发利用提供了很好思路，学者们研究成果主要集中在地下空间评价研究[2-4]和城市地下空间开发利用策略研究等[5-7]。碳达峰、碳中和成为近期研究热点和焦点，中国实现碳达峰、碳中和是一项系统性工程，碳达峰、碳中和是中国走向绿色经济体必然选择[8]，也是我国高质量发展内在要求[9]。碳达峰、碳中和研究主要集中在碳达峰、碳中和科学内涵及我国政策措施[10]、碳达峰、碳中和实现路径、碳达峰、碳中和对策建议等。经过梳理，城市地下空间开发利用与碳达峰、碳中和研究成果建树不多，这为本文提供了研究空间。
碳达峰是二氧化碳排放量达到历史最高值后进入持续下降的过程。碳中和是在一定时期内通过植树造林增加植被、节能减排低碳等形式减少二氧化碳排放量与增加二氧化碳吸收量，最终实现“零碳排放”。城市地下空间开发利用有助于碳达峰、碳中和，有利于提高碳达峰、碳中和工作成效和实现“2030碳达峰、2060碳中和”政策目标。
1.1 利于增加绿地，提升城市碳汇
城市地下空间开发利用可将适宜于城市地下环境的交通运输、商业商场、污水处理、垃圾处理和转运站、变电站等转入城市地下空间，实现城市由二维空间向三维空间拓展，有利于实现多重利用城市土地和多层拓展城市空间，从而腾出更多城市地面面积和更广城市地面空间植树造林营造城市生态绿地，加强吸收城市碳排放，提升城市碳汇。
1.2 利于降低能耗，减少城市碳排放
地下空间多以岩土体介质为外部环境，在地下一定深度范围内地温基本恒定不变，城市地下空间开发利用比城市地上空间要节省大量的温度调节能耗。充分利用城市地下空间恒温特征开发建设地下商业、工业、物流仓储等地下空间可节省温度调节从而降低能耗，保持城市地下空间自身所独具的恒温和恒湿特点产生的节能低碳效应，能减少城市碳排放。
1.3 利于转变能源消费结构，提供城市清洁能源
我国地热资源禀赋良好，主要包括浅层地热能、水热型地热(地下热水)和干热岩等类型。我国范围内普遍分布浅层地热能资源和水热型地热资源。我国城市地下空间开发利用可以充分利用地热能、水热型地热和干热资源等清洁能源，实现能源消费结构转变。
2.1 统筹开发利用与生态保护相结合原则
城市地下空间开发利用要把生态安全评价、资源承载力评价、工程建设适宜性评价等作为重要前提，结合城市地下空间功能设置需求和设计，合理开发规划和利用城市地下空间，做到弹性预留有利于地下节能减排层位空间，实现城市地下空间开发利用与实现碳达峰、碳中和进行前瞻性规划、开发利用和生态保护。城市地下空间开发利用统筹规划和有机融合城市地下空间与城市地面空间，充分做到功能协调与减碳低碳，优先安排城市市政建设、城市地下交通、应急防灾等基础设施，适时适当安排垃圾处理和转运站、污水处理等城市市政功能设施。重点合理开发建设城市地下商业、地下物流仓储等地下设施，美化城市地面绿色生态环境，做好城市生态保护工作，实现碳达峰和碳中和。
2.2 低碳节能和技术创新相结合原则
城市地下空间开发要统筹考虑城市地下空间地下水、地热能等清洁能源和资源的综合价值和可持续性，协同开发利用城市地下空间与共生资源能源，引导城市地下空间适时适度、科学有序开发利用，合理利用城市地下空间新能源、清洁能源，做到城市地下空间资源开发与统筹利用相结合，减少碳排放，实现碳中和。城市地下空间开发利用要推广应用和创新清洁能源、水资源循环利用、固废回收和资源化利用、绿色建筑、太阳能、地源热泵等节能减耗技术，开展城市地下空间低碳减排规划和低碳减排技术建造研究和技术创新，改善城市地下空间开发利用过程中碳排放和碳吸收，提升城市地下空间低碳减排节能效果。
发达国家二氧化碳排放轨迹显示，首先要实现碳达峰，碳排放呈倒U形趋势，二氧化碳排放量触及最高峰值之后会持续下降。随着工业化、城市化进程的推进，碳达峰是必然的、可期的自然发展过程，短期内既要求促进提前碳达峰，经历削峰、压峰、拉低二氧化碳峰值水平，最后为碳中和预留空间，实现碳排放减少和碳吸收增加才能实现碳中和，见图1。
图1 城市地下空间开发利用与碳达峰、碳中和实现机理
3.1 减少碳排放
城市地下空间碳排放主要表现在城市地下空间空调取暖和制冷造成的碳排放。在城市地下空间开发利用中提倡用太阳能空调、热泵空调、地热等清洁能源来制冷取暖，充分利用绿色建筑材料，减少城市地下空间碳排放，从源头上控制碳排放为碳达峰、碳中和做出贡献。
3.2 增加碳吸收
城市地下空间开发利用可以建设绿色生态和实现生态碳汇。生态碳汇即绿色植物光合作用减少空气中二氧化碳存量，故要开展城市地面森林、绿地植被等生态绿地建设增加碳吸收。城市地下空间碳吸收一方面是靠城市地面绿色生态光合作用固碳，另一方面是依靠城市地下空间进行碳捕捉和碳封存，从碳吸收方面为碳达峰、碳中和做出贡献。
城市地下空间具有天然的减碳条件，在地下交通节能、新能源利用等都比城市地面设施和地上建筑物尤具独特优势。要实现城市地下空间开发利用与碳达峰、碳中和目标，城市地下空间开发利用需要转变开发利用理念，聚焦“降低能耗、增加碳吸收、减少碳排放”，科学规划、开发和利用城市地下空间资源，见图2。
图2 城市地下空间开发利用与碳达峰、碳中和实现路径
4.1 推进绿色建筑和智慧建筑，提高碳减排
碳减排是采取节约使用能源、提高能源使用效率策略减少碳排放。实施城市地下空间建筑领域碳达峰、碳中和行动，减少能源浪费、降低建筑碳排放，提高建筑能效，降低建筑运行能耗，建设高品质城市地下空间绿色建筑；
推广绿色化、信息化、集约化等建筑方式，实现城市地下空间工程建设全程绿色建筑。
一是城市地下空间建筑需要绿色转型，提高城市地下空间建筑节能减排水平。充分利用太阳能、地热能等可再生能源，可有效替代传统能源耗费，降低城市地下空间碳排放，提高城市地下空间暖通空调、照明与电气设备能效水平。能耗是碳排放重要来源，低碳高效进行城市地下空间开发利用解决城市地下空间低碳建筑和全生命周期低碳运营维护问题，降低城市地下空间建筑能耗。
二是推崇绿色建筑，降低资源耗费。城市地下空间建设选用低碳高强、高耐久性建筑材料，推进绿色建材使用，推行全装饰、安装式修建等绿色建筑方法，选择低碳建材，有效降低建筑材料资源耗费水平，并带动降低材料出产、运送能耗，推广超低能耗、近零能耗建筑，发展零碳建筑，推动高质量绿色建筑规模化发展。采用新型低碳建筑结构体系和高性能建筑材料，提高节能减排新型材料在建筑中的使用占比，减少使用高碳钢和水泥，多使用零能耗和零碳建筑。采用装配式建造，降低建筑隐含碳减少碳排放量。通过城市地下空间布局优化设计、采用自然采光和自然通风等措施，降低建筑用能需求。创新以电气为主导的建筑物和灵活的能源系统，做到建筑电气化走向城市地下空间零碳。做到城市地下空间智慧运营和智慧建筑，协同统筹电热气等能源，降低建筑运行能耗，减少碳排放实现碳达峰、碳中和。
4.2 利用新能源和清洁能源，增加碳替代
城市地下空间争取利用太阳能、风能等可再生能源，代替传统燃料以减少碳排放。为确保城市地下空间真正做到实现低碳减排效益，降低城市地下空间在采光照明方面由于耗电产生的碳。第一，城市地下空间充分吸收太阳光，实现照明和采暖，充分利用自然光节省电源，保证城市地下空间实现低碳减排效益。第二，导光管是自然采光的一种新型健康、节能、环保型照明产品，它将城市地下空间外的自然光线通过采光罩进入地下空间，并且导光管能够自然弯曲和转动，经特殊制作的光导管道传输和强化后由系统底部的漫射装置使自然光准确均匀漫射到城市地下空间角落。
地源热泵作为一种地球浅层热能是开发地下热能储存的一种形式，它利用天然地层、地下水或人造地质条件为储存介质，把天然的过剩能量或者天然的热能如地热、冬季冰雪、地下水等高效储存作为冬季热源和夏季冷源，然后通过热泵机组向建筑物提供取暖热量或制冷，夏季把城市地下空间热量取出来，释放到地下去。冬季把地能中的热量“取”出来提高温度为城市地下空间采暖和供暖，实现城市地下空间和地下温度的平衡，从而达到合理吸收利用能源的目的。利用地热为城市地下空间供暖制冷成为城市地下空间低碳减排首要选择和清洁能源利用的首选方案。城市地下空间可利用地下热源作为供热和制冷能源进而达到低碳减排效益目标，地源热泵在减少排放、绿色生态作用显著。
4.3 促进碳封存和碳循环，提高碳吸收
碳封存是以捕获并安全储存方式来取代直接排放二氧化碳的技术和路径。陆地生态系统对二氧化碳吸收是一种自然碳封存过程。人工碳汇就是利用城市地下空间封闭性、稳定性等优势实现二氧化碳地下封存，在城市地下空间开发和利用中要充分考虑人工碳汇。碳封存重点是捕获并分离把工业、电力、交通等排放出来的二氧化碳，将其注入深地层结构层中和城市地下空间中去进行碳封存，从而提高城市地下空间碳吸收。碳循环重要内容是森林碳汇。森林碳汇是指森林植物吸收并固定二氧化碳以减少空气中二氧化碳的浓度和存量，如通过城市地下空间开发利用扩大城市森林覆盖面积，增加植被碳吸收能力，从而实现碳达峰和碳中和。
碳达峰、碳中和是党和国家作出的重大战略决策，成为我国经济社会高质量发展内在要求。实现碳达峰、碳中和目标要求降低碳排放和增加碳吸收，最后实现碳排放和碳吸收相互抵消实现碳中和。城市地下空间开发利用对于实现碳达峰、碳中和至关重要，城市地下空间开发利用与实现碳达峰、碳中和必须推进绿色建筑材料和智慧建筑提高碳减排、利用新能源和清洁能源增加碳替代、促进碳封存和碳循环，提高碳吸收。
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