《流浪地球》里的人们居住在地底的“地下城”，未来，“地下城”并不会只存在于科幻片中，科学家目前正在开展的深地空间研究就在探讨“地下城”怎么建。近日我院谢和平院士接受了记者的采访，从科学角度描绘未来地下空间生存图景。
“地下城”是世界性的前沿科学研究
“对深地空间开发利用并不只是科幻，而是全世界都在研究的科研项目，是世界性的前沿科研话题。”谢和平说，对地下空间的综合利用在国际上非常受重视，已有很多国际组织都在研究地下空间利用。这些国际组织包括1974年成立的国际隧道与地下空间协会（ITA）、1996年成立的国际地下空间联合研究中心（ACUUS）、1986年成立的国际非开挖技术协会（ISTT）等。1991年城市地下空间国际学术会议通过的《东京宣言》还曾强调“21世纪是人类开发利用地下空间的世纪”，预测未来有1/3的人会在地下空间开发利用居住。
据谢和平介绍，目前国际上已有不少科学开发利用地下空间的案例。例如，芬兰建成了一个地下公园，将深入地下120米的空间打造成含盐湿润空气的氧吧，常年恒温11℃~12℃，几乎没有任何过敏源和细菌，可以对患呼吸道、肺结核等疾病的病人进行疗养。2014年建成的位于英国北威尔士的矿洞游乐场，在地下150米，拥有保温保湿环境下世界最大的地下蹦床。
还有很多国家也在尝试开发地下空间，例如，新加坡打算建造的一个地下科技城，已经做了规划，要在西部科学园区地下打造相当于30层楼的地下科学城，供生物医药产业和生命科学使用，未来还可以容纳新增人口。
“一个城市的总面积不只是地面面积，应该把地面面积乘以开发深度的40%才是一个城市总的利用空间。这些地下空间具有恒温恒湿、隔音隔震、天然抗自然灾害、低本底辐射、环境清洁等独特优势。”谢和平说，将这些地下空间的优势利用起来，可以开展地下医学研究和治疗，例如乌兹别克斯坦的霍奇金洞穴，可以提高慢性阻塞性肺疾病患者的细胞免疫力；还可以开展相关的科研活动，例如欧洲的大型强子对撞机就在地下92米处。“如果开展更多的探索利用，还可能在未来让深地空间成为优于太空定居、应对未来地球灾害的人类移居方式。”谢和平说。
未来“地下城”该怎么建设
未来“地下城”该怎么建设呢？谢和平介绍说自己近日在《煤炭学报》发表的学术文章，提出他关于“地下城”5.0版建设的战略构想和科研论证。按照这个构想：地下0~50米是地下轨道交通、管网系统及避难设施，地下50~100米是地下宜居城市，地下100~500米是地下农业、地下医学与地下生态圈以及战略资源储备，地下500~2000米是地下能源循环带、地下抽水储能、压缩空气发电站、地下热能等调储利用，地下2000米以上是深地科学实验室、深地固态资源液态化开采。
“关于深地空间开发利用，我提出了5个时代概念的构想，这包括被动式地下空间利用的1.0时代，科学开发地下空间及地下生态城市的2.0时代，深地生态圈构建的3.0时代，深地科学实验室和深地空间舱的4.0时代，深地固态资源液态化开采的5.0时代。”谢和平说。
深地开发的1.0时代就是建造防空洞、储备库、地铁、地下商场、地下停车场等。2.0时代会有完整的、宜居的生态城市，要有阳光、自循环水泵及空气智能重生系统。3.0时代就要有生态、环境的地下空间利用，构建地下生态圈的环境，这包括人造阳光、生态植被、深地农牧业、水与生态自循环体系等。4.0时代要开展深地不同深度原位科学实验，构建深部物理学、生物学、医学、岩石力学理论体系，为人类向地球深部进军奠定理论基础。
5.0时代需要发明盾构式采、选、充、气化、发电一体化技术与装备，将固态资源直接转变为液态、气态和电能。到那个时候，地下巷道开采有无人机和机器人巡逻、检查、作业。利用煤粉爆炸、瓦斯爆炸产生的能量，在地下3000米深部原位发电，输送到地面上的将是电、氢气、液化炭，而不是固体资源，并要构建深部原位生态绿色低碳的自循环开发利用体系。“目前，我所带领的博士团队正在做这方面的探索预研。”谢和平说。
迈入“地下城”2.0时代
据谢和平介绍，地球固态矿产资源埋深可超过40千米，我国已探明的铁矿、铜矿、铝土矿资源70%都在2千米以下。以地热资源为例，仅地壳最外层10千米范围内，就拥有1254亿焦热量，相当于全世界现产煤炭总发热量的2000倍。
目前，我国已将深地开发列入国家重大科技专项，要全面提升深地工程科学和技术的水平和能力，力争到2035年深地钻要达15000米；油气开采要到10000米；地热开发到6000米，固态资源开采到3000米，地下空间工程到1000米。
“目前国际上地下空间利用率大概是30%，而我们国家仅有17%。”谢和平说，随着我国深地开发战略的开展，这些地下空间如何合理开发利用，是“现在要先进行预研的国家重大战略科研项目”。
“以煤矿为例，我国现有煤矿地下空间约139亿立方米，到2030年预计将达到241亿立方米，长度约160万千米，可绕赤道40圈。如此巨大的地下巷道空间，该如何利用呢？”谢和平介绍说，国外改造和利用废气矿井呈现多种用途和形式。例如利用地热发展地下农业，诺丁汉大学的学者们正在考虑使用自然存在于矿井中的地热把15万个废弃煤矿改造成地下农场。
“要知道地下本身就是冬暖夏凉，地下温室建设成本只相当于地面大棚农业的1/4。”谢和平说，2017年，英国伦敦就利用地下33米处的防空洞建造地下农场，以LED灯为光源，水培技术能节水70%，完全不需要农药，植物生长不受季节、天气的影响，6到28天可收获，成功推出了地下农产品品牌。
“还有建造井筒式小型智能化地下停车库、地下抽水储能发电、压缩空气储能发电站等都是地下空间利用可以尝试的方式。”谢和平说，另外还可以建造地下污水处理厂，例如香港就计划把地面污水处理都放到了地下；还可以建造地下酒店，开展景观旅游以及地下原位实验室，例如，韩国的暗物质实验室就在矿井700米以下的地方。
在深地空间利用方面，我国也开始了一些探索。目前北京的京西五大煤矿第一期改造工程已经启动。谢和平介绍说，按照规划，地面是青山绿水风景区、学院教育培训区、旅游度假区、运动休闲区、高科技园区，地下将会被开发成煤矿井下安全生产培训实践区、地下生态景观体验区、地下农业种植区，深地科学探索区。“我们希望把它打造成全国煤矿的开发利用示范区，打造成科技研发总部和地下空间研发实验基地。”谢和平说。在他看来，关于“地下城”建设，“现在刚刚进入2.0时代，到5.0时代可能还得几十年甚至上百年，但我们可以想象未来的趋势和美好的前景。”
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