Không gian ngầm đô thị là các không gian dưới mặt đất, tách biệt hoặc được liên kết với nhau để cung cấp các chức năng đô thị như: mua sắm, làm việc, sinh hoạt văn hóa, công nghiệp, giao thông và một số hạ tầng kỹ thuật quy mô lớn khác. Các chức năng này bao gồm các công trình như: các đường hầm kết nối các tòa nhà, trung tâm mua sắm, ga tàu điện ngầm, gara ngầm, nhà hát, văn phòng và các điểm tham quan, giải trí khác. Những công trình này có thể được tiếp cận thông qua không gian công cộng của các tòa nhà trên đường phố hoặc các không gian công cộng của đô thị. Khái niệm không gian ngầm đô thị không bao gồm những công trình hạ tầng kỹ thuật quy mô nhỏ, không chiếm dụng không gian như các loại tuynel chứa đường dây, đường ống, cống thoát nước đô thị.
1. Nhu cầu phát triển và nhận thức về không gian ngầm đô thị
Tỷ lệ đô thị hóa toàn cầu đang tiếp tục tăng nhanh, thế giới ngày càng trở thành một môi trường mang tính đô thị. Kể từ năm 2008, hơn một nửa dân số thế giới đã sống ở ở các thành phố. Dự kiến đến 2050, dân số thế giới sẽ tăng lên gấp đôi so với thời điểm năm 2000, lên khoảng 10 tỷ người và 70% số dân đó sẽ sống trong các thành phố.
Ở các nước phát triển, tăng trưởng đô thị diễn ra chậm, nhiều thành phố có xu hướng không tăng dân số và già hóa dân số. Ngược lại ở các nước đang phát triển, nơi diễn ra phần lớn sự gia tăng dân số đô thị toàn cầu, các thành phố đang mở rộng nhanh chóng, khiến các chính quyền đô thị phải đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về hạ tầng, không gian công cộng. Nhiều bài học thực tế cho thấy, nếu không có hệ thống hạ tầng giao thông hiệu quả, các thành phố sẽ phải mở rộng không ngừng ra khu vực ngoại thành, gây thêm tình trạng tắc nghẽn giao thông, làm tăng thời gian đi lại, di chuyển của người dân. Việc mở rộng thành phố cũng sẽ làm biến mất nhiều khu vực đất tự nhiên, đất nông nghiệp ven đô có giá trị, gia tăng phát thải và làm xuống cấp môi trường sống.
Việc sử dụng hiệu quả và tích hợp hệ thống không gian ngầm đô thị là một trong những giải pháp giúp nâng cao hiệu quả hệ thống hạ tầng, nhất là hạ tầng giao thông, tiết kiệm đất và giúp nâng cao chất lượng cuộc sống của cư dân đô thị theo hướng an toàn, sức khỏe, tiện lợi và thoải mái hơn.
Chính quyền và người dân ở đô thị ngày càng nhận thức rõ các yếu tố tạo nên chất lượng cuộc sống (bao gồm: giao thông công cộng thuận tiện, an toàn và đáng tin cậy; hệ thống cấp nước và thoát nước hiệu quả; các tiện ích công cộng đầy đủ, nhất là không gian xanh và khu giải trí; giảm sử dụng năng lượng, khí thải và tiếng ồn; tăng số công trình kiến trúc có thẩm mỹ và bảo tồn tốt di sản; sử dụng hiệu quả bất động sản và không gian công cộng; đạt được tính bền vững về môi trường) chỉ có được khi đô thị được quản lý tốt và hạn chế mở rộng đô thị tràn lan. Những nhu cầu này đặt ra thách thức đáng kể vì không gian cần thiết để phát triển các chức năng mới hoặc di dời và cải tạo các chức năng cũ ngày càng khan hiếm. Việc bố trí cơ sở hạ tầng và các cơ sở khác dưới lòng đất mang lại cơ hội tìm được không gian cần thiết nhưng chỉ được coi là giải pháp cuối cùng. Điều này xuất phát từ một nghịch lí, các công trình ngầm chỉ được xem xét khi không gian bề mặt đã cạn kiệt và không còn giải pháp nào khác để giải quyết các vấn đề đô thị phức tạp. Sự phức tạp này và khả năng tiếp cận không gian ngầm bị cản trở, do thiếu không gian và cơ sở pháp lý để giải quyết vấn đề, dẫn đến chi phí cao hơn, tạo cho các giải pháp ngầm một hình ảnh đắt tiền, từ đó khiến nó ít được xem xét hơn.
2. Lợi ích của không gian ngầm đô thị
Việc sử dụng không gian ngầm đô thị có một số lợi ích như sau:
Giảm ùn tắc giao thông
Lợi ích được công nhận nhiều nhất của không gian ngầm đô thị là giảm ùn tắc giao thông trên đường phố. Người dân có thể tiết kiệm thời gian đi lại bằng cách sử dụng hệ thống đường sắt ngầm riêng biệt nhằm giảm áp lực giao thông vào giờ cao điểm. Bằng cách này, các nước OECD có thể được tiết kiệm chi phí do ùn tắc hàng trăm giờ cho mỗi người dân mỗi năm, ước tính tương đương khoảng 2% GDP.
Hệ thống giao thông công cộng ngầm còn mang lại những lợi ích khác vì chúng đòi hỏi diện tích bề mặt ít hơn so với giao thông đường bộ thông thường. Các nghiên cứu cho thấy lưu lượng ô tô cá nhân chiếm không gian lớn hơn 30 đến 90 lần so với hệ thống tàu điện ngầm. Tương tự, hệ thống xe bus công cộng chiếm không gian lớn hơn từ 3 đến 12 lần. Bằng cách chuyển từ giao thông ô tô trên mặt đất sang hệ thống giao thông công cộng dưới lòng đất, một diện tích lớn trên mặt đất có thể được giải phóng cho các mục đích sử dụng đất khác. Việc phá bỏ đường cao tốc đô thị và khôi phục suối Cheonggyecheon ở khu vực trung tâm thành phố Seoul chỉ được thực hiện sau khi hệ thống metro ngầm được xây dựng hoàn chỉnh.
Việc liên tục cải tiến công nghệ hỗ trợ đào hầm và đào sẽ góp phần vào sự thành công của hệ thống đường sắt đô thị. Những tiến bộ trong công nghệ Máy khoan hầm hiện nay cho phép đào hầm ở những điều kiện mặt đất khó khăn hơn - ngay cả dưới mức nước ngầm - với ít xáo trộn trên bề mặt. Ảnh hưởng bề mặt ngày nay được hạn chế để thấy các đường hầm phát huy lợi ích ngay cả trong các thành phố rất nhạy cảm với các di sản văn hóa cần được bảo vệ, chẳng hạn như các trung tâm thành phố lịch sử Amsterdam và Rome.
Giảm ô nhiễm và tiếng ồn
Tiếng ồn trên đường cao tốc và khí thải từ các phương tiện giao thông được coi là những vấn đề cấp bách ở khu vực đô thị. Để giảm tác động của tiếng ồn, các rào cản âm thanh được dựng lên, nhưng tác động trực quan của các biện pháp đó là rất lớn. Giá trị tài sản dân cư gần đường cao tốc bị giảm do mức độ tiếng ồn cao từ ô tô và khí thải. Ngoài ra, còn có các vấn đề liên quan đến sức khỏe và an toàn khi sống gần đường cao tốc.
Việc chuyển vận tải hành khách từ ô tô cá nhân sang các hệ thống giao thông công cộng có thể giảm tiếng ồn và tác động ô nhiễm ở cấp đơn vị ở, cấp phường, cấp quận. Khi ở quy mô lớn hơn (cấp thành phố) các hệ thống giao thông sẽ tiết kiệm năng lượng hơn và có thể tiết kiệm năng lượng đáng kể khi sử dụng hệ thống giao thông công cộng là metro ngầm.
Trong vài thập kỷ qua, nhiều thành phố đã xây dựng đường vành đai và hầm đường bộ để cải thiện điều kiện giao thông và điều chỉnh mạng lưới đường bộ phù hợp với nhu cầu phát triển. Đồng thời, thời gian di chuyển đã được cải thiện và tác động của giao thông đối với người dân xung quanh đã giảm đi. Giờ dây, với sự phát triển của thành phố lan đến gần các đường vành đai hiện có, một số thành phố đã bắt đầu di chuyển các phần bề mặt của những đường vành đai này xuống dưới mặt đất để giảm hơn nữa tác động của chúng. Một số ví dụ là đường hầm hai tầng trên đường A86 ở Paris, đường hầm đường kính lớn cho đường M30 ở Madrid hoặc đường hầm đào và che cho đường A10 ở Amsterdam.
Tác động đến môi trường xung quanh có thể giảm nhiều hơn khi xét ví dụ về trường hợp các đường cao tốc trên cao, được xây dựng vào những năm 1950 và 60 ở một số thành phố ở Hoa Kỳ; ví dụ như Boston, Seattle và San Fransico. Những công trình kiến trúc trên cao khổng lồ xuyên qua các khu vực trung tâm thành phố hiện được cho là khó coi, ồn ào, có thể không an toàn và chỉ cung cấp khả năng tiếp cận hạn chế đến các khu vực lân cận đường cao tốc. Nhiều thành phố đang xem xét hoặc đang trong quá trình thay thế đường cao tốc trên cao bằng hầm đường bộ đô thị. Một ví dụ là Đường cao tốc Alaska ở Seattle, khi hoàn thành sẽ là đường hầm khoan có đường kính lớn nhất thế giới.
Bảo vệ khỏi thiên tai, thảm họa
Với sự tập trung dân số, các đô thị đặc biệt dễ bị tổn thương trước những hư hỏng về cơ sở hạ tầng do hệ thống đã cũ hoặc do các nguyên nhân tự nhiên khác gây ra. Sự tập trung dân số không chỉ có nghĩa là ngày càng có nhiều người dựa vào cơ sở hạ tầng mà đồng thời các công trình này có thể làm tăng mức độ rủi ro khi có thảm họa. Ví dụ, đô thị hóa có nghĩa là diện tích được trải nhựa nhiều hơn dẫn đến lũ lụt nghiêm trọng hơn cũng như mất nguồn nước bổ sung cho nước ngầm.
Sông ngầm có thể được xây dựng để tăng dòng chảy hoặc chuyển hướng nước mưa. Các đường hầm có đường kính lớn đã được khoan bên dưới các thành phố như Buenos Aires và Tokyo vì mục đích này. Đường hầm SMART ở Kuala Lumpur đưa khái niệm này tiến thêm một bước nữa, vì đường hầm này hoạt động như một đường hầm giao thông trong thời gian khô hạn và không cho xe cộ qua lại, sử dụng làm đường hầm thoát nước mưa trong mùa mưa hay thời gian lũ lụt.
Lòng đất có thể tạo ra một môi trường khó xây dựng, nhưng các công trình ngầm mang lại sự bảo vệ tốt hơn trước các yếu tố môi trường, bao gồm cả thời tiết tàn phá và các cơn địa chấn. Các cơ sở ngầm và hệ thống tàu ngầm ít bị thiệt hại do động đất và ít hoặc không bị thiệt hại trong các trận động đất lớn.
Tại nhiều nước, hệ thống metro đã được sử dụng làm nơi trú tránh an toàn cho người dân trong các trường hợp thiên tai, thảm họa, chiến tranh.
Mở rộng không gian và bảo tồn di sản và môi trường
Mục đích chủ yếu của không gian ngầm là giải phóng không gian bề mặt cho các nhu cầu khác của con người và cải thiện điều kiện sống của các thành phố. Các ví dụ như bãi đỗ xe ngầm, trung tâm mua sắm hoặc kho chứa ngầm.
Gần đây, mục đích không chỉ là giữ không gian trống trên bề mặt và tạo ra không gian và chức năng mới mà còn là để bảo tồn các tòa nhà và di sản văn hóa. Điều này đặc biệt đúng với các chức năng công cộng nằm trong các di tích lịch sử. Một vài ví dụ về bảo tàng có phần mở rộng mới hơn là Louvre ở Paris, Rijksmuseum ở Amsterdam và Mauritshuis ở The Hague. Tại Việt Nam, không gian trưng bày cổ vật di chỉ khảo cổ Hoàng Thành Thăng Long tại tầng hầm của Tòa nhà quốc hội cũng là một ví dụ sinh động. Trong tất cả các trường hợp này, việc bổ sung các di tích hiện có đã được thực hiện mà không làm giảm chất lượng hình ảnh của các tòa nhà ban đầu, đồng thời tạo ra nhiều diện tích sàn mới, với các không gian trưng bày mới và khu vực có chức bảo vệ an ninh cho các tòa nhà và các bộ sưu tập.
Những phần mở rộng ngầm như vậy đối với các tòa nhà lớn không chỉ giới hạn ở các tòa nhà công cộng mà ngày nay còn bao gồm cả các khu nhà ở tư nhân, nhiều ngôi nhà ở London là ví dụ điển hình về những khả năng mà các công trình ngầm mang lại.
3. Các thách thức của việc phát triển không gian ngầm đô thị
Bên cạnh các lợi ích, việc phát triển không gian ngầm cũng gặp nhiều thách thức lớn:
Kinh tế
Trong hầu hết các trường hợp thực tế, chi phí vốn đầu tư ban đầu cho các dự án xây dựng không gian ngầm thường cao hơn rất nhiều so với các giải pháp xây dựng trên cao hoặc trên mặt đất. Mặc dù xât dựng không gian ngầm có lợi ích lâu dài như chi phí vòng đời thấp hơn do độ bền lâu hơn so với các dự án trên mặt đất nhưng phát triển không gian ngầm đô thị mới chỉ là sự lựa chọn của các nước phát triển có thu nhập bình quân đầu người ở mức cao.
Do đó, chi phí thực sự của không gian ngầm cần được đánh giá không phải về chi phí vốn ban đầu mà về chi phí vòng đời, lợi ích khi xem xét các giải pháp ngầm có tuổi thọ dài hơn cũng như đóng góp của chúng cho môi trường và tính bền vững. Để đạt được mục tiêu này, cần phải thực hiện phân tích chi phí-lợi ích dài hạn, trong đó vốn ban đầu chỉ là một phần trong tổng cam kết tài chính phải được thực hiện. Trong phân tích như vậy, việc xem xét tất cả các chi phí trực tiếp và gián tiếp là cần thiết. Phân tích chi phí-lợi ích phải bao gồm phân tích chi phí vòng đời, xem xét chi phí xây dựng, chi phí vận hành, chi phí bảo trì, chi phí xử lý, sử dụng bề mặt và chi phí đất đai cũng như phân tích lợi ích.
Kỹ thuật
Việc quy hoạch, thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo dưỡng không gian ngầm đòi hỏi trình độ kỹ thuật ở mức cao. Các công trình cấu thành không gian ngầm thường phải đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật rất cao về độ bền, khả năng thông khí, khả năng vận hành thuận tiện, tính an toàn trong mọi điều kiện kể cả khi có thiên tai (động đất, lũ lụt), thảm họa cháy nổ. Để đảm bảo phát huy hiệu quả của không gian ngầm, các quốc gia bắt đầu phải làm chủ các kỹ thuật trong quy hoạch, thiết kế, xây dựng, vận hành và bảo dưỡng không gian ngầm. Hiện chưa xuất hiện ví dụ về một quốc gia đang phát triển nào có khả năng làm chủ các kỹ thuật trong quy hoạch, thiết kế, xây dựng vận hành và bảo dưỡng không gian ngầm trong khoảng thời gian dưới 10 năm. Thông thường, các nước đang phát triển phải mất từ 10-15 năm, có khi là 20 năm để làm chủ các kỹ thuật này kể từ khi có đủ điều kiện về tài chính.
Pháp lý
Tại một số quốc gia, các quy định pháp luật và các hạn chế pháp lý tồn tại trong nhiều quy định không cho phép xây dựng ngầm dưới các thửa đất có sở hữu tư nhân. Những quy định pháp luật như vậy có thể là một hạn chế lớn đối với việc thực hiện các giải pháp ngầm. Trong nhiều trường hợp, các tòa nhà hoặc đất đai sở hữu tư nhân có thể bị nhà nước trưng mua theo giá thị thường. Điều này sẽ làm tăng thêm chi phí cho giải pháp ngầm.
Là một quốc gia dẫn đầu về phát triển không gian ngầm đô thị, Nhật Bản đã có giải pháp khắc phục các trở ngại về mặt pháp lý nói trên. Để mở ra những khả năng phát triển không gian ngầm trong tương lai, chính phủ Nhật đã thông qua Đạo luật sử dụng lòng đất vào năm 2001, thu hồi toàn quyền sử dụng đất ở độ sâu lớn hơn 40m dưới mặt đất để phục vụ cho mục đích công cộng.
Hiện nay, quy định pháp lý về không gian ngầm đô thị tại Việt Nam còn đang trong quá trình bước đầu xây dựng và hoàn thiện. Luật Xây dựng, Luật Quy hoạch đô thị và Nghị định 39/2010/ND-CP về quản lý không gian xây dựng ngầm đô thị là các cơ sở đầu tiên cho công tác quản lý phát triển không gian ngầm tại nước ta. Hà Nội cũng đã là đô thị đầu tiên trên cả nước tiến hành lập Quy hoạch chung không gian xây dựng ngầm đô thị trung tâm đến năm 2030, tầm nhìn 2050. Tuy nhiên, những văn bản nói trên chưa đủ cơ sở pháp lý cần thiết để thi công đoạn dài 4km đi ngầm của Dự án Đường sắt đô thị Nhổn - Ga Hà Nội.
Quản lý
Việc quản lý khai thác sử dụng không gian ngầm đô thị gặp nhiều khó khăn hơn so với không gian trên mặt đất. Không gian ngầm nếu không được quản lý tốt sẽ trở thành các không gian phức tạp về an toàn, an ninh, vệ sinh môi trường. Thực tế khai thác các đường hầm ngầm đi bộ tại các tuyến đường vành đai, cao tốc tại Hà Nội cũng đã cho thấy rõ vấn đề này. Mặc dù các đường hầm ngầm đi bộ được đầu tư xây dựng khá tốn kém nhưng gần như bị bỏ hoang, không có người sử dụng do ý thức người dân và thiếu trang bị đảm bảo an ninh, duy trì vệ sinh môi trường nên trở thành nơi trú ngụ của các thành phần xã hội phức tạp.
Việc quản lý dữ liệu không gian ngầm đô thị cũng rất khó khăn phức tạp do đây là một hệ thống không gian 3 chiều.
4. Kết luận
Phát triển ngầm là một giải pháp quan trọng trong việc phát triển và định hình lại các khu đô thị nhằm đáp ứng những thách thức trong tương lai. Việc bố trí cơ sở hạ tầng và các công trình khác dưới lòng đất tạo cơ hội thực hiện các chức năng mới trong khu vực đô thị mà không phá hủy di sản hoặc tác động tiêu cực đến môi trường bề mặt, đồng thời mang lại cơ hội cải thiện lâu dài tác động môi trường của các thành phố và sử dụng hiệu quả hơn các nguồn tài nguyên thiên nhiên. Những lợi ích này dành cho các thành phố hiện có và đang tái phát triển, nhưng có thể được thực hiện cho các thành phố mới đang phát triển một cách dễ dàng hơn và tiết kiệm chi phí hơn, thậm chí còn mang lại lợi ích lớn hơn.
Có thể thấy rằng chỉ khi nào chính quyền đô thị có thể vượt qua các thách thức trong phát triển không gian ngầm thì các giải pháp ngầm hóa mới có thể giải quyết hoặc giúp cải thiện đáng kể nhiều vấn đề mà quá trình phát triển đô thị gặp phải. Do đó, khi quy hoạch và phát triển thành phố, các nhà quy hoạch, kiến trúc sư, kỹ sư và người ra quyết định không nên bỏ qua giải pháp quy hoạch công trình ngầm. Nâng cao nhận thức về lợi ích và thách thức của không gian ngầm có thể giúp hướng tới việc sử dụng không gian ngầm một cách khoa học, bài bản có hệ thống trong đô thị.
Việc sử dụng không gian ngầm sẽ góp phần làm cho các thành phố trở nên đáng sống hơn, kiên cường hơn và hòa nhập hơn. Để làm được điều này, việc sử dụng không gian ngầm cần được coi là một phần quan trọng trong các giải pháp quy hoạch đô thị. Không gian ngầm là một bộ phận chiến lược của kết cấu đô thị hiện đại và có thể cung cấp thêm cho đô thị các không gian sáng tạo và có giá trị mới.
PGS.TS.KTS. Hoàng Vĩnh Hưng - Phó Viện trưởng VIUP
Nguồn: Tạp chí Quy hoạch Xây dựng, Số 124+125/2023