建筑学视角下城市地下空间研究进展与思考

周锴 ,  冷嘉伟

中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (4) : 106 -117.

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中国工程科学 ›› 2025, Vol. 27 ›› Issue (4) : 106 -117. DOI: 10.15302/J-SSCAE-2025.05.006
我国城市安全韧性技术发展战略研究

建筑学视角下城市地下空间研究进展与思考

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Urban Underground Space: Research Progress and Future Outlook from An Architectural Perspective

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摘要

城市地下空间正由地上的“补充型空间”加速转型为支撑未来城市高质量发展的“第四空间资源”，在面临空间规划滞后、人本关怀不足、环境品质不高、技术集成度偏低等挑战的背景下，建筑学作为聚焦人居环境与空间营造的学科，成为推动城市地下空间绿色、健康、高效发展的重要支撑。本文从建筑学视角出发界定了城市地下空间的研究范畴，辨识了城市地下空间的战略地位与开发驱动因素，梳理了地下空间建筑学的国际研究进展和我国地下空间的发展历程；基于“立体规划 ‒ 空间营造 ‒ 技术集成与评价”三位一体的研究框架，阐述了集约化与统筹发展的空间策略、人本导向下的设计响应、数字支撑与科学评价体系建构等亟待研究突破的关键议题；探讨了建筑学介入城市地下空间研究的方法创新与应用路径，包括面向早期设计阶段的建筑师友好型仿真模拟工具、多维感知的建成环境评价方法、地下空间安全韧性与“平战转换”机制优化、城市地下空间智慧运维技术。构建面向复杂系统的建筑理论与设计体系、探索城市深层地下空间开发利用、强化人本体验与弹性设计、完善多维评价与规范体系、推动“模拟 ‒ 优化 ‒ 评价”一体化的性能导向建筑设计，全面支持我国未来城市地下空间高质量开发与可持续利用。

Abstract

Urban underground space (UUS) is rapidly evolving from a "supplementary space" into a "fourth national territory" that supports the high-quality development of future cities. However, UUS faces key challenges, including lagging spatial planning, insufficient human-centered design, low environmental quality, and limited technological integration. In this context, architecture, as a discipline centered on human habitation and spatial design, plays a pivotal role in enhancing the quality, adaptability, and sustainability of underground environments. This study defines the research scope of UUS from an architectural perspective, identifies its strategic importance and development drivers, and reviews both international research progress and the developmental trajectory of underground architecture in China. It proposes a three-dimensional research framework centered on "multi-layer planning, spatial creation, and technology integration and evaluation", and highlights critical research topics that need breakthroughs, covering spatial strategies for intensive and coordinated development, human-centered design approaches, digital support tools, and scientific evaluation systems. Furthermore, the study explores methodological innovations and application pathways, such as architect-friendly simulation tools for early design stages, multidimensional perception-based built environment evaluation methods, optimization of UUS safety resilience and peacetime-wartime transition mechanisms, and intelligent operation and maintenance technologies for UUS. By establishing architectural theories and design systems for complex systems, advancing the use of deep UUS, exploring human-centered and resilient design, improving multidimensional evaluation systems and standards, and promoting performance-driving architectural design integrating simulation, optimization, and evaluation, this study can provide a comprehensive foundation for the high-quality and sustainable development of future UUS.

关键词

城市地下空间 / 建筑学 / 立体分层规划 / 环境品质营造 / 性能导向设计

Key words

urban underground space / architecture / multi-layer planning / environmental quality improvement / performance-driven design

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周锴,冷嘉伟. 建筑学视角下城市地下空间研究进展与思考[J]. 中国工程科学, 2025, 27(4): 106-117 DOI:10.15302/J-SSCAE-2025.05.006

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一、 前言

当前，城市面临空间资源紧张、土地利用效率不高、生态环境退化等挑战，驱动发展模式由“平面扩张”逐步转向“立体集约”。在此背景下，城市地下空间作为城市空间体系的重要延展，加速从传统的“补充型空间”转变为具有战略意义的“第四空间资源”。城市地下空间具有隐蔽性、安全性、气候适应性等优势，在增强空间承载能力、优化城市空间结构、应对“城市病”、改善城市生态环境等方面可发挥重要作用，进而成为构建韧性城市与绿色空间结构的重要支撑[1~4]。在政策层面，国家持续强化地下空间的战略定位，提出加强城市空间立体开发与综合利用，将地下空间视为实现空间拓展、生态环境保护、低碳转型与智慧城市建设的重要依托。截至2023年年底，我国城市地下空间总建设面积为3.276×109 m2，规模已居全球首位[5]。

尽管我国城市地下空间的开发强度持续攀升，已在一定程度上缓解了地面空间紧张的问题，但作为一种不可再生的战略性空间资源，高质量发展面临绿色低碳约束、韧性潜力挖掘不足的挑战。近年来，我国城市地下空间领域的研究热度较高，部分细分方向上的发表论文数已占全球同类型的近50%。然而，关于地下空间可持续性的研究多聚焦工程建设、能源利用[6]、市政设施[7]、国土空间规划[8]、空间治理[9]等技术导向议题，而较少从空间环境与人居体验的建筑学角度展开探讨。实际上，建筑学作为聚焦空间营造与人居健康的关键学科，能够衔接宏观战略与微观体验，优化地下空间布局、改善采光与通风条件、提升空间品质，成为推动城市地下空间绿色、健康、高效发展的重要支撑力量。

也要注意到，建筑学在城市地下空间领域的理论体系与研究方法框架尚未完善，难以有效回应城市地下空间趋于复杂的功能与品质需求。一方面，城市地下空间开发普遍存在“开发先行、规划滞后”的现象，地上／地下统筹不足，缺乏全生命周期的动态评估与弹性管理机制，难以支撑地下空间在突发事件中的综合调度与快速切换[8,10]。另一方面，城市地下空间的物理属性决定了普遍存在采光不足、通风受限、环境压抑等问题，易造成空间压迫感与心理负荷增加，影响使用者的舒适性与健康水平[3,11]。此外，当前城市地下空间建设仍以工程建造、结构安全为主导，而在建筑学关注的空间组织、人因行为、环境调控等维度上并未形成有效的协同介入机制，导致空间使用效率与体验质量难以兼顾，制约着城市地下空间的综合发展水平。

本文从建筑学视角出发，针对我国城市地下空间面临的空间规划滞后、人本关怀不足、环境品质不高、技术集成度偏低的挑战，在明确城市地下空间研究范畴并回顾相关发展历程的基础上，提出关键议题、阐释方法创新、展望未来趋势，为城市地下空间的理论研究、体系规划、工程建设等提供基础参考。

二、 建筑学视角下城市地下空间的研究范畴与发展历程

（一） 建筑学视角下城市地下空间的研究范畴

广义上，城市地下空间指主要功能区域位于地表以下，用于满足城市发展和居民生活需要的人造空间系统。根据《城市地下空间与地下工程分类》（GB/T 41925—2022），城市地下空间按功能特性可划分为公共功能、交通功能、市政功能、防灾减灾功能、国防功能、仓储物流功能6类。建筑学研究通常聚焦与人的活动高度关联的公共功能类空间，但在当前城市地下空间快速发展的背景下，也逐步介入部分交通与复合型空间的设计工作。

具体地，城市地下空间类型与建筑学的关联程度可大致分为3个层级。① 建筑学高度参与的城市地下空间，如商业空间、行政办公空间、文化休闲空间、教育科研空间、医疗空间、体育空间等公共功能，地下步行通道、地下公交场（站）、地下客运站及地下停车场（特别是自走式公共停车空间）等交通功能。这些空间通常功能复合、人员密集，涉及空间尺度、人流组织、照明通风、安全疏散、导向系统、视觉体验等建筑设计的核心议题，建筑学在相关设计中始终发挥主导作用。② 建筑学部分介入的城市地下交通系统节点，如轨道交通车站空间与地下换乘枢纽等。虽然这些空间的整体工程由交通、市政等专业主导，但建筑设计在站厅布置、出入口组织、空间识别、流线组织等方面具有不可替代的作用；尤其是在提高换乘效率和使用舒适度方面，建筑学的价值进一步显现。③ 建筑学一般不主导工程类城市地下空间，如地下轨道系统、地下道路系统等交通功能，市政功能，国防功能，防灾减灾功能，仓储物流功能。这些空间更多由土木、岩土、交通工程专业负责，工程设计关注结构安全、施工工艺、交通效率等技术指标，建筑学通常不直接参与。

从开发深度的维度看，我国城市地下公共空间建设集中在地表以下0~15 m的浅层区域，技术成熟度、建设成本、运营管理等相对可控，成为现阶段城市地下空间实践的主力层级。

综上，本研究关注的城市地下空间，主要是面向公众开放、服务于公共活动的浅层地下公共空间，包含建筑学高度参与的公共功能、建筑学部分介入的交通功能。此类空间通常具有规模较大、功能复合、人员流动密集、环境调控需求高的特征，是城市地下空间开发利用的重要组成部分。

（二） 城市地下空间的战略地位与开发驱动因素

城市地下空间的开发利用，在缓解土地资源紧张、提高国防安全水平及城市韧性、加快城市更新进程等方面具有战略意义。城市地下空间作为引导城市空间格局重塑、推动城市可持续发展的重要载体[12~15]，可承载约1/3的城市功能[16]。地下交通、商业与仓储等空间利用，不仅有助于解决交通堵塞、基础设施老化、土地利用率不高等城市化问题，还可显著提升公共服务体系的运行效率，为城市经济结构升级、新质生产力发展提供重要支撑[17,18]。此外，得益于岩土层的天然覆盖，城市地下空间具有天然的防护优势，能够抵御战争和自然灾害，增强城市韧性与防灾减灾能力[19]。

城市地下空间的科学开发，也有显著的文化与生态价值。有助于保护地面的自然景观和生态环境，避免无序扩张对城市风貌、历史肌理的破坏，从而强化城市文脉的延续性，支持可持续的人民城市建设[20]。在资源和环境双重压力加剧的背景下，城市地下空间在开发利用地热资源、降低建筑能耗、推动碳封存等方面展现出巨大潜力，有望成为实现城市“双碳”目标、推动生态文明建设的重要依托[21]。

影响城市地下空间开发利用的因素较为复杂，涉及地质、水文、结构等工程技术要素，人口、经济、文化等社会经济因素。按照发展背景、驱动因素的特点，城市地下空间开发的核心驱动力可归结为3个方面。① 资源约束驱动型，以深圳、上海等人口密集型城市为代表，面临地表用地紧张、城市功能过度集聚的矛盾。立体开发地下空间，将有效缓解城市发展压力，显著提高土地利用率。② 环境适应驱动型，以哈尔滨、重庆等城市为代表，面临严寒或酷暑的不利条件。地下空间凭借相对稳定的热环境和安全性，可有效缓解极端气候挑战，提升城市的气候适应能力。③ 功能更新驱动型，以北京等历史文化名城为代表，受限于地面开发的保护要求，使地下空间成为新旧功能共存、历史文化延续的重要场所。

（三） 地下空间建筑学的国际研究进展

发达国家较早开展了城市地下空间的开发与利用，逐步形成了较为成熟的理论体系与工程实践，在理论构建、深层开发、安全韧性构建等方面积累了丰富经验，对国内相关领域的发展具有借鉴价值。

在理论建构与研究方法方面，鉴于城市地下空间建设具有周期长、投入高、可逆难的特性，发达国家高度重视城市地下空间早期规划设计阶段的科学决策，认为对后期空间运行效率、整体品质产生决定性的影响[22]。相关研究强调多学科融合，关注城市地下空间对可持续发展的价值，注重环境品质、使用者体验的协同提升[12,23~25]，积极探索地热能、太阳能等可再生能源与城市地下空间的高效耦合[26,27]。在实践层面，日本[28]、法国巴黎、加拿大蒙特利尔[29]、新加坡[30,31]建成了一系列轨道交通、商业、公共通道、文化空间一体化的地下城市系统。例如，日本东京新宿采取了多功能叠加与垂直整合的形式，将交通换乘、商业休闲、办公集群、公共艺术空间有机融合，构建了高效协同、界面友好的地下综合体，体现出建筑学主导下的综合空间治理能力。

在深层地下空间开发方面，技术与政策并行推动并取得较好成效。日本学者率先提出在城市深层地下空间中构建封闭再循环系统的设想，主张采用工程手段整合多种循环系统，实现空间功能的复合利用。在实践层面，日本新建地铁深度普遍超过40 m，发布《大深度地下公共使用特别措施法》（2000年）、《地下深层空间使用法》（2001年），对深层地下空间产权进行明确界定[32]；将神岗锌矿转型为世界知名的深地实验室[33]，体现出对既有深地资源的多元化再利用成效。

地下空间被视为增强城市抗风险能力、推动绿色转型的关键支撑，促进城市安全韧性提升。以加拿大蒙特利尔为例，构建了长度超过33 km的地下通道系统，有机连接了办公楼、商业设施、交通枢纽、文化空间，形成了功能复合、运行高效的“地下城市”；有效应对了严寒气候、极端天气带来的运行中断风险，增强了城市运行的连续性、居民出行的便捷性[29]。

发达国家的城市地下空间研究与实践逐步呈现出“复合生活型场所”的发展特征，强调空间、资源、使用者之间的协同与联动。相较之下，我国城市地下空间的建筑学研究仍存在理论支撑不足、方法体系零散等问题，尚未形成系统化、前瞻性的学科框架与实践导向，不足以支撑城市地下空间由“工程建设”向“空间治理”、由“技术驱动”向“理论引领”的战略转型。为此，在推进我国城市地下空间高质量发展的进程中，需要科学借鉴多学科融合、深层利用机制、弹性空间策略等方面的国际先进经验，结合本土实际，构建中国特色的地下空间建筑理论体系与技术路径。

（四） 我国地下空间发展历程与趋势展望

我国城市地下空间开发经历了从早期以人防、市政、交通为主的“单一功能型”基础设施，逐步向融合商业、文化公共服务等功能的“复合生活型”场所的演变过程，发展导向从注重工程建造与结构安全的“功能导向”转变为更加关注空间使用体验与人文关怀的“人本导向”[34]。① 在发展初期，城市地下空间以地下商场、车库、防空设施等孤立的单体设施为主，布局分散、功能单一，缺乏系统性联动。② 此后，随着地下通道、人行系统的建设推动，城市地下空间进入了线性基础设施发展期，实现空间节点间的初步连接，提升了空间可达性与人流通达效率。③ 21世纪初，城市轨道交通建设掀起浪潮，城市地下空间加快形成以轨道交通网络、地下步行系统、地下道路与市政通廊为骨架的网络化体系，空间形态趋于网络化，功能布局更显复合化。④ 近年来，随着高密度城市的发展、“双碳”目标的实施、人本理念的强化，部分城市进入了地上／地下协同开发阶段，突出立体集约、空间融合理念，采用地下广场、地下慢行系统等形式，构建了具有开放共享、功能耦合、智能联动特征的立体城市空间。

展望未来，复合化、智慧化、生态化、人本化将成为我国城市地下空间发展的主要趋势。① 在空间价值层面，地下空间不再是地面空间的补充或附属，转而成为支撑城市可持续发展和韧性提升的重要资源。② 在空间利用模式上，地下工程施工技术的进步使得分层利用成为可能，浅层多用于人流密集的交通与商业功能，中层可承载城市支撑性设施（如物流中转、储能空间），深层逐渐拓展至应急避难、战略储备、特殊科研等应用领域[32]。③ 在技术应用层面，采用新一代移动通信、数字孪生、人工智能（AI）等前沿技术，推动地下空间从“静态设施”转变为集环境感知、动态响应、低碳运营于一体的智能型地下空间系统[10]。④ 在发展战略层面，与“双碳”目标、智慧城市、健康中国等国家战略融合，落实《中华人民共和国人民防空法》中的“平战结合”规定，强化城市地下空间的可转换性、多场景适配性设计，推动地下空间成为未来城市绿色转型、智慧治理、高质量人居环境建设的重要空间载体。

三、 建筑学视角下城市地下空间发展的关键议题

城市地下空间逐步从单一功能空间转向复合型生活场所，对空间设计、环境性能、人本适应性等需求不断提升，建筑学在相应发展中可发挥更为突出的作用。不同于以往以结构工程、交通系统为核心的地下空间开发逻辑，当前城市地下空间面临的问题已从“是否可建”转向“如何高质量建造”，需要建筑学积极从“空间补位者”转变为“统筹引领者”。本研究构建了“立体规划 ‒ 空间营造 ‒ 技术集成与评价”三位一体的研究框架，据此归纳并提出了建筑学介入城市地下空间建设的关键议题。

（一） 立体规划维度：集约化与统筹发展的空间策略

我国城市发展进入了增量建设、城市更新协同推进的重要阶段。在高密度城市快速扩张的背景下，深挖地下空间的开发潜力，构建集约化、立体化的开发布局，成为推动城市更新、盘活存量土地资源的重要手段。然而，现有的城市规划体系中地上与地下空间存在边界模糊、职能分散等问题，导致空间利用效率低、环境品质差、集成度不足。应以建筑学为支点，构建地上／地下一体化的空间规划体系，沿用交通导向型的空间组织逻辑，推动城市空间结构的有序整合与协同优化。

1. 地上／地下一体化的空间耦合设计

地上／地下一体化的空间耦合设计是构建城市韧性结构、立体国土空间体系的重要方向，正在从理念探索迈向深度实践；核心在于土地复合利用、系统集成优化，实质是突破传统空间使用的水平限制，重构多维度、多功能、多系统协同的空间组织逻辑。① 地上／地下景观一体化将突出公共空间与地下功能空间的连续性及可达性。通过路径延展、界面共享、环境语言统一的形式，推动视觉引导、行为可达、心理联通的空间整合，营造“无缝转译”的沉浸式空间体验，将地面公共性延伸至地下空间，促进公共空间的公平性与活力提升。② 地上／地下多重功能耦合聚焦在垂直空间维度上实现不同功能的分层配置与高效协同，以提升空间利用效率。在城市轨道交通快速发展的背景下，“站城一体化”成为这一模式的典型实践。以地铁站、高铁站等交通枢纽为核心，推动“轨道+社区+商业”的空间融合，既能承载多种城市功能的垂直叠加，也可连接地面城市活动与地下服务系统的重要节点。

2. 站城融合尺度下的空间组织与可达性优化

城市地下空间普遍存在封闭性强、路径复杂、自然参照物缺失等问题，使用者往往难以建立清晰的空间认知模型，致使行为决策延迟、路径选择失误、认知负荷增加。尤其是在站城融合的地下空间中，空间形态高度复杂，多维路径交织、复合功能叠加进一步加剧导航障碍，成为制约使用效率、空间品质的关键因素。为此，可达性与导向性设计成为改善城市地下空间交通组织效率与使用体验的重要指标，而空间复杂度、视觉连通性、用户熟悉度等均显著影响可达性能与导向效率。在实践中，整合导视系统、明确交通节点布局、优化竖向交通组织，构建“可认知、可识别、可预测”的空间序列，在降低用户的空间迷失感与认知负担的同时，显著提升地下空间的使用效率与环境亲和力[35]。通过系统性的空间组织与交通导向优化，实现地面／地下空间在枢纽节点与城市公共界面层级上的高效衔接，从而提升城市交通系统的整体效能，为未来城市可持续发展提供增量保障。

（二） 空间营造维度：人本导向下的设计响应

城市地下空间的环境营造已不再停留于功能层面的满足，而是逐步转向环境品质与使用者体验的综合优化。受人本导向、可持续理念的引导，在封闭的地下物理环境中实现节能降耗、提升舒适性、营造有感知价值的空间氛围，成为地下空间建筑设计的核心议题。可持续设计、环境品质提升成为城市地下空间营造维度上的主导方向。

1. 绿色低碳导向的可持续设计

地下空间具有良好的热稳定性与包覆性，开发利用天然显现一定的低碳优势，成为推动城市可持续发展的重要载体。然而，相对封闭的物理属性导致高度依赖主动式能源系统来维持室内环境的舒适性，相应的能耗水平普遍较高。针对这一矛盾，可在早期设计阶段构建以被动式响应为核心的节能体系，采取建筑构造优化、自然通风组织、设备配置与可再生能源集成等措施，提升综合能效表现[36]。当前较多关注绿色建筑技术与地下空间设计的深度融合，引入太阳能、地热能等自然资源，提升屋顶、立面、地下预热通风腔体的通风采光效率，改善地下空间的环境品质和能源效率，实现节能与环境调控的协同优化。

2. 地下空间环境品质与人本适应性设计

尽管地下空间具有隔热、降噪等优点，但封闭性也造成自然光匮乏、自然通风受限，引发空气流动性差、围护结构表面潮湿等环境品质问题；在湿热的环境下，容易滋生霉菌、诱发呼吸道疾病、增加过敏反应。这些问题不仅降低地下空间的舒适度，还影响使用者的生理和心理健康，导致地下空间的使用体验普遍逊于地面环境，制约其成为高品质空间。为改善这一状况，需通过空间设计引入自然采光、自然通风等资源，全面提升地下空间的光环境、空气品质、热湿平衡等关键指标，形成物理性能协同优化的综合策略。此外，可引入环境行为学与建筑心理学，推动地下空间设计强化感知体验导向。通过色彩营造、尺度与比例控制、空间节奏组织、界面材质选择等手法，构建“感知友好型”地下空间，切实提升使用者的感官体验、心理舒适度、场所归属感，保障地下空间环境品质与人本适应性的双重提升。

（三） 技术集成与评估维度：数字支撑与科学评价体系建构

城市地下空间功能更为复合，运行系统也显高度的复杂化，依赖经验与静态数据的传统设计及管理方式已不能满足新时期城市发展的需求。数字技术的引入，可为提升地下空间环境品质与运营效率提供新的支撑。相关评价体系也在经历从以结构安全与物理性能为核心，向感知体验、行为响应、智能监测融合的人本综合评估模式的转型，科学的标准与规范体系将为地下空间高效利用及品质提升提供基础保障。

1. 数字技术辅助的地下空间设计

大数据、云计算、AI等数字化技术的发展和引入，驱动城市地下空间设计加速转向精细化、智能化、协同化，在显著提升规划设计决策水平的同时，为复杂地下环境的建模、管理、优化提供综合性解决方案。应用地理信息系统技术，整合多源空间数据，增强地下空间与地上界面、交通网络、周边环境之间动态关系的感知及分析能力，为选址布局、功能分区、系统组织等提供精准的空间决策依据。基于建筑信息模型构建三维建模与协同设计平台，增强地下空间多专业协作能力，提升设计精度与施工可行性，支持建筑、结构、设备系统之间的高效联动，覆盖“设计 ‒ 建造 ‒ 运维”全生命周期流程优化。进一步，应用数字孪生技术，构建虚实联动的地下空间模型，通过运行状态的实时监测、环境参数的智能调控、行为数据的动态反馈，赋予地下空间以感知性、可适应性、自优化能力，为以使用者为中心的空间响应提供技术支撑；在地下空间的热湿环境、光照系统、空气流动、可达性等方面全面应用仿真模拟技术，开展设计前评估并在设计初期进行比选方案的量化判断与迭代优化，提高设计方案的环境品质与能效水平。

2. 融合人本体验的地下空间评价体系

科学的评价标准和完善的设计规范是城市地下空间高效利用的关键依据。我国在建筑领域制定了与舒适度、能效性能、可持续性相关的一系列设计标准，主要针对地面建筑，为提高室内环境质量、确保充足采光、保持人体的热舒适性提供了明确指导。然而，地下建筑具有特殊性，主要面向地面建筑的评价标准不宜直接采用[16]。此外，与地下建筑相关的研究多面向地下空间的基础环境维度（如通风、采光、热舒适），虽在技术改进层面发挥了作用，但对使用者体验与心理感知的系统要素关注明显不足。融合性能导向、数据支持、人本感知的多维评价框架等研究已有开展，但整体处于探索初期，智能化评估工具、动态反馈机制等的实际应用进展极为初步。

四、 建筑学介入城市地下空间研究的方法创新与应用路径探讨

城市地下空间具有环境封闭性、结构复杂性、开发可逆性较难的特点，相关研究呈现跨尺度、跨专业、跨阶段的特征。建筑学在地下空间领域的研究方法，经历了从经验总结到性能建模、从静态设计到动态反馈的演进过程。方法论的不断拓展，反映出设计工具与技术手段的进步，体现出学科关注核心从“建构逻辑”向“系统行为机制”的深刻转变。结合前文所述的关键议题，本研究梳理了建筑学介入城市地下空间研究的4类关键方法创新路径，以为未来的理论深化、方法创新提供先导技术支撑。

（一） 面向早期设计阶段的建筑师友好型仿真模拟工具

应用仿真模拟工具，促成了建筑设计从经验主导转向数据驱动。在节能与舒适性设计方面，EnergyPlus、DesignBuilder、Radiance、Fluent等建筑性能模拟软件广泛应用于地下空间的热环境、光环境、空气流动仿真，为被动节能策略、设备系统集成提供了量化依据。在人流组织与可达性优化方面，空间句法分析、Legion、AnyLogic等工具提供了人群移动路径、拥堵节点识别的仿真能力，提升了空间布局的合理性、导向系统的科学性。然而，这些性能仿真工具仅适用于设计后期的深化阶段，难以融入早期的概念设计，原因在于多以工程应用为导向，操作复杂、专业知识要求高，不支持建筑师在早期阶段对建筑性能进行快速获取与直观交互的需求。例如，DesignBuilder、OpenStudio等仿真工具具有全面的分析功能，但多在专业科研、施工图阶段的详实模拟时才采用；Sefaira等仿真工具可支持早期设计，可视化与集成能力也较完备，但在性能维度的覆盖广度、交互逻辑层面存在明显不足。此外，仿真运算过程耗时较长，与主流建模软件集成不佳，降低了建筑师的使用意愿和频次。

亟需开发集成建模、性能模拟、方案优化等功能的建筑师友好型模拟平台，以在概念阶段即可高效获取关键性能，支持“设计 ‒ 模拟 ‒ 反馈 ‒ 再设计”的循环迭代过程[37~39]。由此将性能模拟纳入建筑师的日常设计工作流，为数据驱动、性能导向的地下空间界面设计提供关键基础能力。

（二） 多维感知的建成环境评价方法

自然通风、自然采光作为影响城市地下空间环境质量的关键要素，直接作用于温湿条件、光照水平等物理指标，也通过感官路径影响使用者的生理反应与心理体验。现有的环境评价方法较多关注物理性能，也初步引入了问卷调查、语义量表等主观手段来评估使用者在地下空间中的整体空间体验[40]，但整体上缺乏系统性、可量化的人本机制建构[41]。

随着认知神经科学、运动科学、计算机视觉等关联领域的理论发展，人因技术趋于成熟，为感知数据的可视化与量化分析提供了基础能力。人因参数主要分为生理参数、行为参数两类：对于前者，脑电图、皮电活动、皮质醇水平等用于城市空间中的心理状态变化研究，肌电图、皮肤温度、心率等用于室内运动强度与舒适性评估，功能性磁共振成像、事件相关电位、近红外光谱等先进指标逐渐应用于建筑学，支持认知与环境互动的理解及深化；对于后者，眼动追踪反映视觉任务模式，动作捕捉评估运动准确性，人群位置揭示交流聚集，运动数据用于分析环境与运动强度的关系[41]。借助经典统计学习、机器学习等方法[42]，可将上述人因参数与空气流速、照度等环境数据进行耦合，深入揭示“物理环境 ‒ 生理响应 ‒ 行为反馈”之间的响应机制，精准构建环境舒适性预测模型[43,44]。此外，层次分析法、IPA-Kano等多属性决策模型逐步引入相关研究，用于量化多因子之间的优先关系，辅助空间设计过程中的综合决策。依托计算技术的进步，未来研究将进一步揭示空间设计与人体感知行为之间的动态耦合机制，为人本导向的空间优化提供数据支持与理论基础。

尽管此领域研究前景广阔，但面临多重挑战，如感知数据采集流程缺乏标准、主客观数据融合困难、体验指标之间的统一映射模型缺失，不利于构建系统性评价方法。亟需建立科学、系统、可操作的多维感知评价体系，涵盖数据采集规范、行为建模技术、综合指标体系，推动环境标准体系朝着精细化、智能化、人本化方向演进，为高质量的城市地下空间设计提供理论与应用支撑。

（三） 地下空间安全韧性与“平战转换”机制优化

城市治理体系逐步深化、国防现代化战略持续推进，驱动地下空间安全韧性问题成为城市规划与建筑学领域关注的重要议题。《中华人民共和国人民防空法》规定了“平战结合”的建设方针，要求针对城市地下空间开展多功能复合利用，确保平战状态之间的高效切换与协同兼容。城市地下空间在和平时期多用作经济活动的独立载体，承载交通、市政、商业、储能等功能；进入战时状态后，可迅速转变为地下防护系统，为居民避难、力量部署、关键设施提供掩护与保障。例如，芬兰赫尔辛基市充分利用本地的坚硬岩体条件，建设了多用途的地下公共系统，涵盖游泳馆、冰球馆、数据中心、地下停车场、民防避难所等设施，在日常状态下服务于公共活动，而在突发事件或战时可迅速进行功能转换、用作避难空间，体现出“平战急”一体化设计理念下的高度系统韧性[45]。然而，我国城市地下空间“平战转换”机制仍面临实践层面的诸多挑战。相关响应机制普遍存在启动迟缓、流程繁琐的问题，不适应快速演化的现代战争形势。功能切换过程中空间转换复杂、操作门槛高、专业要求严苛，造成应急状态下部署效率低下。长期封存的专用设施在缺乏日常维护与更新的情况下，易出现设备老化、性能下降的问题，也将削弱关键时刻的应用可靠性与实用性。

从建筑学视角出发，应将提升城市地下空间的可转换性、多场景适配性作为增强城市安全韧性的核心内容。未来的城市地下空间设计需引入基于场景推演的空间组织逻辑，以预案导向为基础构建弹性设计体系，推进从常态功能到应急状态的高效切换[46]；也应嵌入环境感知与信息响应系统，形成“监测 ‒ 反馈 ‒ 调控”闭环机制，提升转换过程的智能化水平[47,48]。通过建筑设计、应急策略的深度融合，增强城市地下空间在多元场景中的适应性和可靠性，为应对极端气候和突发灾害提供前瞻性的理论与应用支撑。

（四） 城市地下空间智慧运维技术

城市地下空间的环境调控，既依赖设计阶段的空间布局与技术策略，也需在运行阶段通过智能系统实现持续性和高效率的管理。随着AI、物联网、数字孪生等信息技术的拓展应用，城市地下空间的运维管理加速进入智慧化发展阶段。在智慧运维技术的运行管理实践中，依托多传感器数据融合与实时监测，开展地下空间环境与设备运行状态的动态感知及智能调控；连续采集空气质量、温湿度、噪声等环境参数，同步监控设施设备的运行性能与健康状况；基于AI算法对异常数据进行识别与分析，及时预警潜在风险并启动调节控制，精准提升地下空间的安全性、舒适性和能源效率。此外，引入数字孪生技术，构建与现实空间同步运行的虚拟模型，辅助模拟和评估调控效果，增强运维决策的科学性与精准性。

未来，开展标准化建设，提升智能控制算法的鲁棒性和跨平台兼容性，加强隐私保护，构建“感知 ‒ 分析 ‒ 决策 ‒ 执行”一体化的闭环智能管理体系，推动城市地下空间运营管理更加高效、安全和绿色发展。

五、 建筑学视角下城市地下空间发展建议

城市地下空间建筑学研究，宜打破“技术加法”思维模式，转向“双碳”目标、健康城市战略、“平战结合”等政策导向下的高质量发展逻辑；加强多学科融合，从立体分层规划、环境品质营造、评价体系完善、性能导向设计等方面丰富并完善理论体系，系统回应复杂城市环境下的多元诉求，推动地下空间的高质量、多功能、可持续发展。

（一） 构建面向复杂系统的建筑理论与设计体系

面对城市地下空间显著增长的功能需求与环境挑战，传统的建筑学理论已显不足。随着城市空间形态的立体化、复合化演进，地下空间设计既要满足结构与功能的基本要求，也需兼顾人本体验、系统协同、环境调控等维度。地下空间研究多数仍停留在单维指标层面，缺乏系统性的横向整合，难以形成对整体空间体验机制的深入认知与解释；亟需推动相关学科的深度融合与协同创新，建立适配城市地下空间复杂系统特征的综合建筑理论框架，为品质提升提供理论支撑。逐步从现阶段的“为了设计的研究”（围绕设计前的场地条件、使用需求、技术条件等展开，在设计完成后对其效果进行验证与评估），转向“设计本身就是研究”（将设计视为一个提出问题与解答过程的综合性研究行为）、“通过设计进行研究”（借助设计手段探讨问题）、“关于设计的研究”（聚焦设计方法与过程本身的研究），加快构建以设计为媒介的跨学科研究范式，强化设计驱动的科学探索，提升城市地下空间建筑学的理论深度和应用广度，使之迈向系统化、创新性的高质量发展阶段[49]。

（二） 探索城市深层地下空间开发利用

城市的深层地下空间开发利用随着地下工程施工技术进步成为现实，在提升城市能源利用效率、优化能源结构体系、拓展城市发展边界方面具有突出优势[33,50]。上海、深圳等部分大城市已开展了深层地下空间开发探索，涉及交通枢纽、地下综合管廊、大型市政设施等工程实践。面向未来，深层地下空间的规划建设应具有前瞻性与系统性，明确功能定位、开发边界、空间结构，纳入国土空间总体规划体系，推动统筹规划与专项编制的有机衔接。从城市可持续发展的长周期逻辑出发，结合空间深度、功能类型、环境敏感性建立分级分类的开发体系，注重基础设施的超前设计与弹性布局，以应对未来公共服务与战略储备需求。系统总结现有的工程案例，建立覆盖地下空间开发利用全过程的知识体系和工程经验数据库，提升全行业的决策能力与风险应对能力。通过上述举措，逐步构建面向公共服务、战略储备、复合功能的深层地下空间体系，推动城市空间向纵深拓展，提升城市整体韧性与承载能力。

（三） 强化人本体验与弹性设计

建筑的根本使命在于为使用者创造具有优质环境品质的空间，支持多样化的功能需求和行为模式。城市地下空间的环境营造逐步从单一功能满足转向综合性的环境品质优化，尤其是在人本导向、可持续发展理念的引领下，空间的人本体验与弹性设计成为核心关注点。① 在空间设计方面，注重生态微气候的引导与调节，优先采用自然通风、热压调节等被动式节能策略；推动可再生能源系统与建筑界面的深度耦合，为城市地下空间引入绿色低碳的能源解决方案。② 在运行管理层面，构建基于环境监测与人体感知数据的智慧能效管理平台，实行空间运维的动态调控与舒适度优化，促进地下空间由“功能承载体”向“品质生活场所”转型。③ 增强城市地下空间的“可转换性”“多场景适配性”，充分应对城市安全与突发事件的现实需求。扩展空间的弹性设计、预留关键功能节点，集成优化应急响应系统[46]，切实提升地下空间的综合韧性与危机应对能力，以此作为对使用者体验的关注延伸、地下空间深度嵌入来城市安全体系的关键方向。

（四） 完善多维评价与规范体系

城市地下空间作为新型自然资源，开发利用需要专门的上位法支撑，而国家和地方层面的相关法规较少且多为原则性指导意见。环境调控方面的现有标准仅能覆盖部分关键参数，难以满足后续城市地下空间全面且以人为本的综合开发需求。地下空间开发利用在技术演进、标准体系更新上存在显著的非同步性矛盾，如防护材料革新、通风系统优化、施工工艺升级方面的新技术不断涌现，而相应的标准规范制定及修订受制于政策周期、技术验证、行业共识等而明显滞后，导致建筑设计规范在空间兼容性、系统集成度、应急适应性等方面难以满足现实需求。亟需以建筑学为牵引，综合考量结构性能评估、环境调控指标、能耗效率参数、人因体验反馈等维度，加快建立覆盖城市地下空间开发利用全生命周期的综合评价体系，强化安全韧性导向下的功能适配能力[51]；构建与技术发展相适应的标准体系动态更新机制，确保标准规范及时响应技术创新应用和复杂环境挑战，为城市地下空间的可持续开发利用提供坚实保障。

（五） 推动“模拟 ‒ 优化 ‒ 评价”一体化的性能导向建筑设计

当前的城市地下空间设计实践仍以形态先导的设计为主，缺乏基于使用反馈的动态闭环机制[22]。面对高性能空间环境的现实需求，在城市地下空间开发利用中加快推行性能导向的设计理念。全面更新设计理念、协作模式、使用工具等，强调科学性、实用性、可持续性，支持城市地下空间设计从“经验导向”向“数据赋能”跃迁，精准应对复杂多变的设计需求与环境条件。具体地，以地下空间性能模拟为核心，强调在设计初期即全面整合各项性能要求，普遍运用仿真模拟工具，快速分析通风路径、采光效率、热舒适度等关键参数，开展建筑形态与环境策略的耦合优化[52]；突出设计过程的高度灵活性与迭代性，确保性能指标体系的持续优化与实现；重视可持续性和环境适应性，在设计初期即将优化能源效率、减少环境影响等因素纳入考量，提升地下空间长期运营的综合表现；结合虚拟现实等技术，开展地下空间设计意图与用户体验之间的实时联动，提升空间适配性与设计效率[53]。

六、 结语

我国城市地下空间正处于由“单一功能设施”向“复合生活场所”转型的关键发展阶段，建筑学作为衔接宏观战略与微观体验的关键学科，在这一演变过程中承担着不可或缺的关键作用。本文围绕相关的关键议题，构建了“立体规划 ‒ 空间营造 ‒ 技术集成与评价”三位一体的研究框架，梳理了我国地下空间建筑学发展的演进逻辑，提出了地上／地下一体化的空间耦合设计、站城融合尺度下的空间组织与可达性优化、绿色低碳导向的可持续设计、地下空间环境品质与人本适应性设计、数字技术辅助的地下空间设计、融合人本体验的地下空间评价体系等研究方向；从面向早期设计阶段的建筑师友好型仿真模拟工具、多维感知的建成环境评价方法、地下空间安全韧性与“平战转换”机制优化、城市地下空间智慧运维技术等方面出发，探讨了建筑学介入城市地下空间研究的方法创新与应用路径。

着眼2035年我国基本实现社会主义现代化的战略目标，推动城市地下空间高质量发展成为提升城市韧性与综合承载力的重要任务。城市地下空间建筑学研究应加强多学科融合，从立体分层规划、环境品质营造、评价体系完善、性能导向设计等方向丰富和完善理论体系，支持建筑学的研究边界拓展，推动城市地下空间由增量扩容向品质提升、功能导向向人本关怀的转变，为建设创新、宜居、韧性、智慧的现代化人民城市提供理论支撑和实践引领。

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国家重点研发计划项目(2022YFC3800304)

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