《流浪地球》裡的人們居住在地底的“地下城”，未來，“地下城”並不會只存在於科幻片中，科學家目前正在開展的深地空間研究就在探討“地下城”怎麼建。記者近日採訪了中國工程院院士、深圳大學深地科學與綠色能源研究院院長謝和平，請他從科學角度描繪未來地下空間生存圖景。
“地下城”是世界性的前沿科學研究
“對深地空間開發利用並不只是科幻，而是全世界都在研究的科研項目，是世界性的前沿科研話題。”謝和平說，對地下空間的綜合利用在國際上非常受重視，已有很多國際組織都在研究地下空間利用。這些國際組織包括1974年成立的國際隧道與地下空間協會(ITA)、1996年成立的國際地下空間聯合研究中心(ACUUS)、1986年成立的國際非開挖技術協會(ISTT)等。1991年城市地下空間國際學術會議通過的《東京宣言》還曾強調“21世紀是人類開發利用地下空間的世紀”，預測未來有1/3的人會在地下空間開發利用居住。
據謝和平介紹，目前國際上已有不少科學開發利用地下空間的案例。例如，芬蘭建成了一個地下公園，將深入地下120米的空間打造成含鹽溼潤空氣的氧吧，常年恆溫11℃~12℃，幾乎沒有任何過敏源和細菌，可以對患呼吸道、肺結核等疾病的病人進行療養。2014年建成的位於英國北威爾士的礦洞遊樂場，在地下150米，擁有保溫保溼環境下世界最大的地下蹦床。
還有很多國家也在嘗試開發地下空間，例如，新加坡打算建造的一個地下科技城，已經做了規劃，要在西部科學園區地下打造相當於30層樓的地下科學城，供生物醫藥產業和生命科學使用，未來還可以容納新增人口。
“一個城市的總面積不只是地面面積，應該把地面面積乘以開發深度的40%才是一個城市總的利用空間。這些地下空間具有恆溫恆溼、隔音隔震、天然抗自然災害、低本底輻射、環境清潔等獨特優勢。”謝和平說，將這些地下空間的優勢利用起來，可以開展地下醫學研究和治療，例如烏茲別克斯坦的霍奇金洞穴，可以提高慢性阻塞性肺疾病患者的細胞免疫力；還可以開展相關的科研活動，例如歐洲的大型強子對撞機就在地下92米處。“如果開展更多的探索利用，還可能在未來讓深地空間成為優於太空定居、應對未來地球災害的人類移居方式。”謝和平說。
未來“地下城”該怎麼建設
未來“地下城”該怎麼建設呢？謝和平介紹說自己近日在《煤炭學報》發表的學術文章，提出他關於“地下城”5.0版建設的戰略構想和科研論證。按照這個構想：地下0~50米是地下軌道交通、管網系統及避難設施，地下50~100米是地下宜居城市，地下100~500米是地下農業、地下醫學與地下生態圈以及戰略資源儲備，地下500~2000米是地下能源循環帶、地下抽水儲能、壓縮空氣發電站、地下熱能等調儲利用，地下2000米以上是深地科學實驗室、深地固態資源液態化開採。
“關於深地空間開發利用，我提出了5個時代概念的構想，這包括被動式地下空間利用的1.0時代，科學開發地下空間及地下生態城市的2.0時代，深地生態圈構建的3.0時代，深地科學實驗室和深地空間艙的4.0時代，深地固態資源液態化開採的5.0時代。”謝和平說。
深地開發的1.0時代就是建造防空洞、儲備庫、地鐵、地下商場、地下停車場等。2.0時代會有完整的、宜居的生態城市，要有陽光、自循環水泵及空氣智能重生系統。3.0時代就要有生態、環境的地下空間利用，構建地下生態圈的環境，這包括人造陽光、生態植被、深地農牧業、水與生態自循環體系等。4.0時代要開展深地不同深度原位科學實驗，構建深部物理學、生物學、醫學、岩石力學理論體系，為人類向地球深部進軍奠定理論基礎。
5.0時代需要發明盾構式採、選、充、氣化、發電一體化技術與裝備，將固態資源直接轉變為液態、氣態和電能。到那個時候，地下巷道開採有無人機和機器人巡邏、檢查、作業。利用煤粉爆炸、瓦斯爆炸產生的能量，在地下3000米深部原位發電，輸送到地面上的將是電、氫氣、液化炭，而不是固體資源，並要構建深部原位生態綠色低碳的自循環開發利用體系。“目前，我所帶領的博士團隊正在做這方面的探索預研。”謝和平說。
邁入“地下城”2.0時代
據謝和平介紹，地球固態礦產資源埋深可超過40千米，我國已探明的鐵礦、銅礦、鋁土礦資源70%都在2千米以下。以地熱資源為例，僅地殼最外層10千米範圍內，就擁有1254億焦熱量，相當於全世界現產煤炭總髮熱量的2000倍。
目前，我國已將深地開發列入國家重大科技專項，要全面提升深地工程科學和技術的水平和能力，力爭到2035年深地鑽要達15000米；油氣開採要到10000米；地熱開發到6000米，固態資源開採到3000米，地下空間工程到1000米。
“目前國際上地下空間利用率大概是30%，而我們國家僅有17%。”謝和平說，隨著我國深地開發戰略的開展，這些地下空間如何合理開發利用，是“現在要先進行預研的國家重大戰略科研項目”。
“以煤礦為例，我國現有煤礦地下空間約139億立方米，到2030年預計將達到241億立方米，長度約160萬千米，可繞赤道40圈。如此巨大的地下巷道空間，該如何利用呢？”謝和平介紹說，國外改造和利用廢氣礦井呈現多種用途和形式。例如利用地熱發展地下農業，諾丁漢大學的學者們正在考慮使用自然存在於礦井中的地熱把15萬個廢棄煤礦改造成地下農場。
“要知道地下本身就是冬暖夏涼，地下溫室建設成本只相當於地面大棚農業的1/4。”謝和平說，2017年，英國倫敦就利用地下33米處的防空洞建造地下農場，以LED燈為光源，水培技術能節水70%，完全不需要農藥，植物生長不受季節、天氣的影響，6到28天可收穫，成功推出了地下農產品品牌。
“還有建造井筒式小型智能化地下停車庫、地下抽水儲能發電、壓縮空氣儲能發電站等都是地下空間利用可以嘗試的方式。”謝和平說，另外還可以建造地下汙水處理廠，例如香港就計劃把地面汙水處理都放到了地下；還可以建造地下酒店，開展景觀旅遊以及地下原位實驗室，例如，韓國的暗物質實驗室就在礦井700米以下的地方。
在深地空間利用方面，我國也開始了一些探索。目前北京的京西五大煤礦第一期改造工程已經啟動。謝和平介紹說，按照規劃，地面是青山綠水風景區、學院教育培訓區、旅遊度假區、運動休閒區、高科技園區，地下將會被開發成煤礦井下安全生產培訓實踐區、地下生態景觀體驗區、地下農業種植區，深地科學探索區。“我們希望把它打造成全國煤礦的開發利用示範區，打造成科技研發總部和地下空間研發實驗基地。”謝和平說。在他看來，關於“地下城”建設，“現在剛剛進入2.0時代，到5.0時代可能還得幾十年甚至上百年，但我們可以想象未來的趨勢和美好的前景。”
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