城市軌道交通規(guī)劃環(huán)評中的文物振動影響評價

(交通運輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所，北京100028)

1 城市軌道交通發(fā)展和文物保護問題

城市軌道交通是城市綜合交通系統(tǒng)的重要組成部分，在優(yōu)化公共交通結(jié)構、緩解交通擁堵、解決市民出行難等方面扮演重要角色。隨著中國經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程加快，城市軌道交通在中國大城市中受到普遍關注[1-2]。截至2012年12月31日，中國內(nèi)地累計開通70條城市軌道交通線路，總運營里程達到2 064 km[3]。目前，全國已有軌道交通線路及獲準建設軌道交通線路的城市達39個(不含港澳臺地區(qū))，包括除?？?、西寧、銀川、拉薩以外的27個省會城市、5個計劃單列市和7個地級市(蘇州、常州、徐州、無錫、佛山、東莞和溫州)，城市軌道交通建設規(guī)模位居世界第一。未來中國東部地區(qū)還會有更多的城市開展軌道交通建設，今后一段時期仍是城市軌道交通建設的大力發(fā)展期。

城市軌道交通在帶來交通便利的同時，其建設和運營引發(fā)的環(huán)境問題也日益突出，尤其是運營期間的振動對沿線文物的影響成為線路布設的重要約束條件。文物保護問題已經(jīng)成為城市軌道交通規(guī)劃建設的三大難題之一[4]。中國39個建有或規(guī)劃軌道交通的城市中，有27個城市被列為國家歷史文化名城(見圖1)，如古都型歷史文化名城西安、南京、北京、杭州、鄭州和太原；近現(xiàn)代史跡型歷史文化名城上海、天津、武漢、廣州、重慶、哈爾濱、青島、南昌、沈陽等。國家歷史文化名城市域內(nèi)分布著大量的歷史遺存建筑物、歷史文化街區(qū)、重要史跡等歷史文化遺產(chǎn)。為防止工業(yè)振源引起的地面振動對古建筑結(jié)構的危害,文獻[5]對古建筑結(jié)構的容許振動、動力特性等進行研究；北京、西安等古建筑較多的城市，地鐵建設部門對古建筑的振動評估和防護也十分重視[6-9]。為了避免城市軌道交通建設對歷史文化保護目標造成不利影響，必須在規(guī)劃階段前期介入、盡早重視，優(yōu)化線網(wǎng)布局和走向，合理布局場站，科學合理地評估并減緩或消除軌道交通運營引發(fā)的振動對文物建筑結(jié)構造成的不利影響。本文在梳理中國有關歷史文物建筑保護法規(guī)條例的基礎上，分析軌道交通規(guī)劃環(huán)境影響評價工作中文物振動影響評價存在的問題和難點，并提出相應對策和建議。

2 文物保護法規(guī)條例對城市軌道交通規(guī)劃布局的要求

城市軌道交通規(guī)劃涉及的文物主要為不可移動文物，如古文化遺址、古墓葬、古建筑、石窟寺、石刻、壁畫、近代現(xiàn)代重要史跡和代表性建筑等，根據(jù)文物的歷史、藝術、科學價值，定級為全國重點文物保護單位、省級文物保護單位以及市、縣級文物保護單位。2007年12月29日修訂的《中華人民共和國文物保護法》(以下簡稱《保護法》)第二十條規(guī)定：建設工程選址，應當盡可能避開不可移動文物；第十七條規(guī)定：因特殊情況需要在文物保護單位的保護范圍內(nèi)進行其他建設工程或者爆破、鉆探、挖掘等作業(yè)的，必須保證文物保護單位的安全，并經(jīng)核定公布該文物保護單位的人民政府批準，在批準前應當征得上一級人民政府文物行政部門同意；第十八條規(guī)定：在文物保護單位的建設控制地帶內(nèi)進行建設工程，不得破壞文物保護單位的歷史風貌，工程設計方案應經(jīng)相應的文物行政部門同意后，報城鄉(xiāng)建設規(guī)劃部門批準。

圖1 中國已建有或規(guī)劃城市軌道交通的國家歷史文化名城Fig.1 National historical and cultural cities with completed or planned urban rail transit in China

從上述國家文物保護法的規(guī)定可以看出，在城市軌道交通布局、選線規(guī)劃中，要明確規(guī)劃范圍內(nèi)文物的分布點位、類型、范圍、保護級別等信息。規(guī)劃原則為：首先，線路、車站、變電站、風亭、冷卻塔、停車場、車輛段、車輛維修基地等場站在布局選址上要避開文物本體；其次，地面線路、高架線路、地面車站、地下車站進出口以及其他涉及占地的各類場站應布置在文物保護單位的保護范圍和建設控制地帶之外。如果確實受地質(zhì)、技術等特殊情況限制，需要在文物保護范圍內(nèi)開展鉆探、挖掘等作業(yè)甚至修建設施時，應在確保文物安全的前提下，需經(jīng)上級文物部門的同意和當?shù)厝嗣裾呐鷾省Ｈ绻诮ㄔO控制地帶內(nèi)進行工程建設，需要文物部門同意和規(guī)劃部門批準。由于國家文物保護法沒有對地下空間做出規(guī)定，因此，軌道交通可以地下線路形式穿越文物保護范圍和建設控制地帶，其前提也是確保文物本體的安全。

為了保持和延續(xù)傳統(tǒng)格局和歷史風貌、維護歷史文化遺產(chǎn)的真實性和完整性、正確處理經(jīng)濟社會發(fā)展與歷史文化遺產(chǎn)保護的關系，國務院于2008年出臺了《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護條例》，條例第二十八條規(guī)定：在歷史文化街區(qū)(一般位于歷史文化名城內(nèi))、名鎮(zhèn)、名村核心保護范圍內(nèi)，新建、擴建必要的基礎設施和公共服務設施的，城市、縣人民政府城鄉(xiāng)規(guī)劃主管部門核發(fā)建設工程規(guī)劃許可證、鄉(xiāng)村建設規(guī)劃許可證前，應當征求同級文物主管部門的意見；第二十六條規(guī)定：歷史文化街區(qū)、名鎮(zhèn)、名村建設控制地帶內(nèi)的新建建筑物、構筑物，應當符合保護規(guī)劃確定的建設控制要求。

可見，與文物保護法強調(diào)的對單個文物小范圍“點狀保護”不同，《歷史文化名城名鎮(zhèn)名村保護條例》更強調(diào)大范圍的“片狀保護”，其保護范圍一般較大。由于城市軌道交通屬于基礎設施和公共服務設施，按照條例要求，在征求文物部門意見并取得規(guī)劃部門許可后，可以在核心保護范圍內(nèi)進行建設活動，但在建設控制地帶內(nèi)的建設活動應符合保護規(guī)劃的控制要求?？紤]到城市軌道交通的建設特點，歷史文化街區(qū)、名鎮(zhèn)、名村核心保護范圍和建設控制地帶內(nèi)，不宜布局地面線、高架線、變電站、停車場、車輛段、車輛維修基地，可以布局地面車站、地下車站進出口、風亭、冷卻塔等設施，但需要控制設施高度、體量、外觀及色彩等，并融入當?shù)氐臍v史文化元素，不得對其周邊傳統(tǒng)格局和歷史風貌構成破壞性影響。

為了加強對歷史文化名城內(nèi)的歷史文化街區(qū)、反映歷史風貌和地方特色但未被列為文物保護單位的歷史建筑的保護，原建設部2004年出臺了《城市紫線管理辦法》，規(guī)定城市紫線為歷史文化街區(qū)和歷史建筑的保護范圍界線。第十三條規(guī)定：在城市紫線范圍內(nèi)禁止進行大面積拆除、開發(fā)和改建；禁止修建破壞歷史文化街區(qū)傳統(tǒng)風貌的建筑物、構筑物和其他設施；禁止占用或者破壞園林綠地、河湖水系、道路和古樹名木等。

城市紫線范圍內(nèi)的城市軌道交通建設，應遵循少拆少占的原則，因此在紫線范圍內(nèi)須采用地下線，不建變電站、停車場、車輛段、車輛維修基地等，少建地面站，可建地下車站進出口、風亭、冷卻塔等設施。

3 當前文物振動影響評價存在的問題

《環(huán)境影響評價技術導則城市軌道交通》(HJ 453—2008)[10](以下簡稱《導則》)是城市軌道交通振動環(huán)境影響評價的技術性指導文件，《導則》規(guī)定了振動環(huán)境影響評價的內(nèi)容、等級、范圍、方法等技術問題。雖然《導則》主要適用于建設項目振動環(huán)境影響評價，但由于缺乏專門針對規(guī)劃項目的技術導則，因此，目前城市軌道交通規(guī)劃環(huán)評中的文物振動影響評價基本遵照該導則進行。《導則》規(guī)定：文物振動影響的評價范圍為距地下線路外軌中心線兩側(cè)60 m；評價內(nèi)容為評價范圍內(nèi)各文物保護建筑的振動速度，振動速度預測按照《古建筑防工業(yè)振動技術規(guī)范》(GB/T 50452—2008)[11](以下簡稱《規(guī)范》)的規(guī)定執(zhí)行，根據(jù)預測結(jié)果，按照《規(guī)范》相關規(guī)定，對運營期各文物保護建筑的振動速度進行達標評價。然而，目前在使用《規(guī)范》進行文物振動影響評價時，還存在一些問題和不足，造成預測和評價結(jié)果不夠深入，影響結(jié)果的準確性和科學性。

1）部分類型文物的振動影響無法評估。

根據(jù)《保護法》規(guī)定，不可移動文物包括古文化遺址、古墓葬、古建筑、石窟寺和石刻、壁畫。但《規(guī)范》主要關注的是古建筑這類文物，分別給出了磚結(jié)構、石結(jié)構、木結(jié)構古建筑和石窟的容許振動速度。而對于像文化古跡遺址類、古墓葬類、石刻和壁畫類文物，由于其沒有明顯的承重結(jié)構，在規(guī)范中尚缺乏相應的參考標準和預測方法，目前還很難開展城市軌道交通運營對這類文物的振動影響評估。假如某城市規(guī)劃的地鐵線路上方有土質(zhì)古城垣(或城墻)或者地下有古城遺址或墓葬，這類文物能承受的最大振動速度是多少、地鐵埋深多少才能避免破壞性影響等難題還需要進一步探究和明確。

另外，在建筑類文物中，有的結(jié)構并不是磚結(jié)構、石結(jié)構或木結(jié)構，如鄭州市二七紀念塔，其距今只有40年，不屬于古代遺留下來的建筑物，但由于其所賦予的政治意義、紀念意義和教育意義，已經(jīng)被列為全國重點文物保護單位。作為現(xiàn)代構筑物，二七紀念塔為鋼筋混凝土結(jié)構，而在《規(guī)范》中又沒有這類結(jié)構的振動計算辦法、容許限值和評估標準等。因此如何評價非《規(guī)范》中結(jié)構類型的文物振動影響問題也是一個難題。

2）振動影響評價的技術規(guī)范不易掌握和運用。

《規(guī)范》中振動預測模式參數(shù)過多，有些參數(shù)取值過于復雜，不易應用，廣大評價者難以掌握。以古塔為例，確定結(jié)構最大速度響應(Vmax)，需要古塔基礎處水平向地面振動速度(Vr)、振型參與系數(shù)(γ)和振型放大系數(shù)(β)3個參數(shù)，而確定參數(shù)γ，又需要古塔各層寬度和層高等參數(shù)，確定β又需要一定距離(r)處的地面振動頻率(fr)和結(jié)構第j階固有頻率(fj)，而確定fj，又需要4個不同的參數(shù)。確定地面振動速度(Vr)更為復雜，根據(jù)規(guī)范附錄B(地面振動傳播和衰減的計算)，又需要7個不同的參數(shù)，這7個參數(shù)中個別參數(shù)又需要通過其他的參數(shù)來獲得。從中國大量軌道交通規(guī)劃環(huán)評報告來看，很多環(huán)評工作者沒有吃透此規(guī)范，在文物振動影響評價部分，內(nèi)容都很簡單，缺少參數(shù)選擇和預測評估等關鍵過程，很少有人能完整并正確運用該規(guī)范進行分析評價工作，還處于“不會用、用不好”的階段。

3）規(guī)劃本身內(nèi)容不夠具體給振動影響預測工作帶來難度。

在城市軌道交通規(guī)劃階段，一般只是給出場站的大致點位、線路大致走向和敷設方式，具體線位、埋深以及與文物的準確距離無法明確，這些因素給定量預測評價工作造成困難。根據(jù)《規(guī)范》，在地面振動傳播和衰減的計算過程中，需要明確文物結(jié)構與振源的距離，在計算振源半徑r0時，需要明確隧道埋深H，由于規(guī)劃階段這些參數(shù)均無法給定，因此給振動預測工作帶來一定難度。

4）各地地質(zhì)、土質(zhì)條件不同給評估工作帶來較大不確定性。

全國不同城市的地質(zhì)條件差異很大，土質(zhì)也不同，而地鐵振源幾何衰減系數(shù)和土的能量吸收系數(shù)均與土質(zhì)土類有關，如硬塑粉質(zhì)粘土、可塑粉質(zhì)粘土、飽和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的能量吸收系數(shù)各異。在規(guī)劃階段，無法對城市地下情況進行詳細了解，也缺少第一手的地質(zhì)和土質(zhì)資料，只能簡單處理，導致預測結(jié)果科學性和準確性大大降低。

4 對策與建議

針對城市軌道交通規(guī)劃環(huán)評中的文物振動影響評價面臨的困難，本文提出四點對策與建議。

1）明確評價工作深度、對象和方法。

《導則》雖然規(guī)定了振動環(huán)境影響評價的內(nèi)容、等級、范圍和方法，但沒有對文物振動影響的評價深度做出明確說明，《導則》還要求“對于評價范圍內(nèi)的文物保護目標應進行振動速度評價”，但對文化古跡遺址類、古墓葬類、石刻類和壁畫類等文物的振動影響評價尚缺乏很好的辦法。此外，像鋼筋混凝土結(jié)構類建筑等非《規(guī)范》中所列類別的文物保護目標是否需要進行振動速度評價；如果要進行評價，采用何種方法、模式和標準。對此，需要進行進一步完善和細化文物振動影響評價的兩個指導性規(guī)范文件，補充各種類型文物振動影響的評價方法、標準和深度，以便廣大環(huán)評工作者將其應用到文物振動影響評價中。

2）完善評價方法。

鑒于《規(guī)范》中的振動預測模式參數(shù)過多，部分參數(shù)取值復雜，不易運用，需要針對地鐵振動影響特點，酌情對該規(guī)范進行簡化，減少預測模式的參數(shù)并簡化模式計算過程，對一些較難取值的參數(shù)，應給出地鐵這類振源的參數(shù)取值范圍。在國內(nèi)一些公開發(fā)表的研究論文中，有學者采用有限元模型的方法預測文物振動影響，這種專業(yè)數(shù)學工具短時間內(nèi)雖無法很好掌握，但可以借鑒其分析結(jié)果，在所處外部條件近似的情況下采用類比分析。基于所在城市已有地鐵線路振動監(jiān)測結(jié)果進行類比預測也是一種較為可靠的分析方法，部分已經(jīng)運營線路附近文物結(jié)構的振動速度實際測量值可用于參考和類比預測，其結(jié)果可能比振動預測模式更為可信。

3）全面把握規(guī)劃內(nèi)容。

在規(guī)劃階段，線路與文物的距離以及線路埋深一般無法明確，但地鐵線路一般是沿城市主干路進行地下敷設，由此可以基于規(guī)劃線路布局走向和文物分布疊加圖，通過主干路的寬度以及道路紅線范圍對距離進行預估。最難確定的是隧道埋深(即地鐵軌面到地面的豎直距離)，目前國內(nèi)地鐵隧道埋深以20 m為界，低于20 m為淺埋，超過20 m為深埋，因此在預測時，可以分15 m、20 m和25 m三種埋深情形預測文物的振動速度，根據(jù)不同深度的預測結(jié)果提出合理的地鐵埋深或文物減振措施。

4）克服土質(zhì)條件差異。

在規(guī)劃階段無法詳細了解線路沿線地質(zhì)土質(zhì)情況，但可以通過對同一城市正在施工或已經(jīng)建成線路的地質(zhì)土質(zhì)條件進行推斷。如果該城市沒有已建或在建地鐵項目，也可考慮參考區(qū)域地形和地質(zhì)條件較為相近的臨近城市的地鐵項目，類比其地質(zhì)土質(zhì)條件進行預測估算。如果條件許可，也可向有關部門索要規(guī)劃線網(wǎng)涉及區(qū)域的地質(zhì)勘探資料，從中獲取有關地質(zhì)土質(zhì)信息。

5 結(jié)語

城市軌道交通運營對文物的振動影響正日益受到重視，合理和正確評價這種影響是協(xié)調(diào)城市軌道交通規(guī)劃建設與文物保護關系的基礎。當前城市軌道交通規(guī)劃的文物振動影響評價工作面臨部分類型文物的振動影響無法評估、評價技術規(guī)范不易掌握和運用、規(guī)劃本身內(nèi)容不夠具體、模型重要參數(shù)地質(zhì)土質(zhì)條件難以確定等問題。為提升文物振動影響評價工作的科學性，應從《導則》和《規(guī)范》上進一步明確評價工作的對象、標準和深度，完善并細化評價方法，全面把握規(guī)劃內(nèi)容和科學類比土質(zhì)參數(shù)。

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[10]HJ/T 453—2008環(huán)境影響評價技術導則城市軌道交通[S].

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