CN106560578A - 城市结构综合优化设计 - Google Patents

Abstract

本人发明的城市结构综合优化设计，包括城市交通系统的优化(含城内、城际客运与货运)；居民小区的结构优化；给排水及泄洪与储水、种植与养殖的统筹优化；强电弱电、煤气消防等公共设施的优化；生活垃圾、建筑垃圾和污水、雨水的处理及其循环利用，是对城市系统的整体规划。城市结构的优化为一切城市设施的优化打下了坚实基础。在此基础上规划的公共交通系统，相对于美国3.2亿人拥有2.8亿辆车，最多节约15951倍的车辆、100倍的能源、无交通事故。偌大北京，600辆480座磁浮列车已经绰绰有余。

Description

城市结构综合优化设计

技术领域

本发明是城市结构的优化方案，并以此为基础对城市系统进行了综合优化设计。

背景技术

虽然城市规划的新理念、新方法层出不穷，但都不是对最基础的城市结构的优化设计，欧美发达国家也是如此，全是对旧城市的修修补补、零打碎敲，根本解决不了城市特别是大城市的根本问题。缺乏一套囊括城市一切系统的综合设计。

一切旧的设计模式都试图通过对城市的逐步改造而达到功能的优化，是不切实际的幻想。因为固化利益的纠缠、规划理念的陈旧，都使城市规划矛盾重重、迷途难返。几十公里城市生活圈的规划是从结构上逼迫居民进行浪费、最大限度的蹂躏、糟蹋自然环境、自然资源，在为人类自己挖掘墓坑。

当代的城市，虽然各式各样的车辆齐显神通，立交桥、高架路、地铁、轻轨、公交专道大量涌现，还是拥堵严重、交通事故不断。专家们总是在桥梁、地铁、公路、汽车等要素的优化改造上下功夫，对严重不合理的城市结构却“视而不见”、“见怪不怪”。本末关系搞不清，下再大的功夫都是枉然。只要城市结构得到了根本优化，困扰现代城市的一切问题都迎刃而解。本设计没有现成的理论可供借鉴，全是首创。填补的是世界城市整体规划方面的空白。

发明内容

本发明的目的在于根除现代化城市的弊端，超脱繁茂芜杂的混乱臃肿现象，设计出最简洁的城市结构。并以此为基础，全面优化城市的一切设施，使一切美好愿望轻而易举地变为现实。

借鉴了银河系棒旋结构的优化理念，使其切实转化为了优化的城市结构。此结构表现出了节约、有序、简洁的优化功能，是一切新建、改建或特大城市改造的理想蓝本，在整座城市拆除前无需调整结构。

根据城市的优化结构，设计了优化的交通系统，也是最重要的发明。是城市优化结构的功能体现之一，也是实现生态、和谐城市的关键。优化的交通系统最多可节约15951倍的车辆，100倍的能源，5387万人的特大城市有2713辆480座的磁悬浮列车12h承担客运，已经绰绰有余。

在城市宏观结构进行优化设计的同时，对城市的微观结构特别是居民区进行了优化设计。居民购物、医疗、娱乐、休闲、健体、就餐、交通、上学等不但有优良的设施和产品，而且安全、方便、节能、环保。省去舟车劳顿，享受美好惬意生活。如图3所示。

整座城市的小区与小区之间、主干磁悬浮与支线水平自动人行道、客运不同交通工具之间、货运不同交通工具之间、垃圾输送不同区间交通工具的衔接，都十分顺畅、节能环保、安全、方便、可靠。图2所示。

对强电、弱电、煤气等管道、隧道的科学设计。在保障能源、信息充分供给的前提下，不但节约材料，而且从根本上改变了这些设施的布置方式。宽敞明亮的地下隧道、干燥通风的舒适条件、承载检查的轨道小车、辅助维修的机器人、自动拆卸旧材料更换新材料的机械都发生革命性变革，是生产方式的飞跃。

生活污水、雨水的统筹设计。经小区初步净化的生活污水，大部分用来浇花浇草、洗地冲厕、灌溉养殖、装饰美化，雨季时才有很小一小部分排入下水道在城外集中处理；雨水管和排水隧道及蓄水池的设计兼顾排洪、灌溉、储水与养殖。洪涝时最大限度的储水，干旱时注意污水的循环利用和有关设施的一次性建成。

盘活储水，发挥效益。除作为灌溉美化用水外，丰富的水面可进行水产养殖，保障供给，减轻运输负担、节约成本和能源。

环城河是城市生态系统的重要环节。雨季蓄洪，旱季供水，观赏养殖结合，吐纳循环有序。开挖连通一体、互有区别的1200米宽环城河与800米宽蓄水河，雨水较小时由环城河吸纳，雨水较大时把蓄水范围扩展到蓄水河范围。平时环城河放水养殖水产、蓄水河种植莲藕、菱角、荸荠、水稻等水生植物或庄稼，最大限度地节约土地、利用土地。

城中心是以大学为主体的城市枢纽。强化知识开发，重视科学研究。城市设施全面实现自动化、智能化。主体面积314平方公里，附属面积63平方公里，是彻底转变生产方式、构建全新社会结构的基地、向导和灵魂，是全城精华的集聚地、培养地、产生地。体现着城市存在的价值和人类知识循环升级的最新架构。

车站的布局。车站是交往的关键节点，城东西两端各设4层火车站一座，已经达到了安全、高效、节能、舒适、环保、自动化、智能化的综合设计指标。参阅附图1。

车站周围的设计。作为水电、煤气、生活用品的入口及污水、废品的出口，在城市生态循环中地位特殊。所以，自来水厂、污水处理厂、废品处理厂、电厂都设置在两端车站附近，公共陵园设置在东端车站附近，方便凭吊、埋葬。生活用品的生产城市放在距南北两端货运入口各81.83公里处，既防止污染也方便运输。为了不妨碍更科学的具体设计，本规划只在示意图上标注大概位置。作为旅游资源，国外可复制人文名胜古迹克隆群和国内人文名胜古迹克隆群，分别分布在东西两端车站北面的25公里处，基本消灭长途奔袭式的国内游和万里迢迢的国际游。对无法复制的自然景观做成缩微公园，实在无法复制的，才组织长途漫游，但数量微乎其微。

附图说明

4幅图对说明本发明的意旨具有重要作用。它使文字说明更易于理解，使空间概念更加明确，使设计理念更加清晰。为了适应本发明的具体情况，图片采用示意图和文字说明的形式，以兼顾城市各种设施、建筑不同的比例关系、层次关系、空间关系。4幅图电脑绘制，如需直观，可进行动漫设计。

图1是整座城市的理想结构和各类设施示意图。城中心是大学城，大学城以外有8圈螺旋线组成，6黑线代表6条客运磁浮路，2红线代表2条货运磁浮线。由于大学城外的6圈螺旋线结构完全相同，只画包括大学城在内的、差异较大的5环，力求简洁明了。为突出道路和方便绘图，道路所占比例较大，客运和货运单线代表实际宽度平均为5米。

大学城中心是1条单行、中速、顺时针、正圆闭合磁浮路，半径6KM。此路朝外约1KM处是两组(6黑线、2红线)各4条运动方向相反、中间叉开、棒旋型客运主干路(黑线)和2条(红线)货运主干路，棒旋的目的是方便附近居民就近乘车和卸货。棒旋路约1Km外是闭合正圆2快速磁浮客运路，半径分别为10KM和10KM+5M。再外侧5M处绿线是1条正圆闭合调剂线，承担损毁维修、定期不定期检测、新车上路服役、旧车退役拆卸等事项的衔接。调剂线外侧是大学城的附属设施，承担维修、检测、科研、拆卸组装等使命，占地63KM²，两端对称的各3条黑色弧线没有实际意义，是上述设施的用地范围。

大学城最外围的2条红线分属于不同旋臂的货运车道(不属于大学城范围)。从两端车站经过的哑铃型闭合车道主要承担城外的旅游、废品处理中心的货物外运、殡葬地、自来水厂、污水处理厂等人员的流动。

以城中心区的中点为总体平面设计原点，拟建城市中心区的面积为314km²，城市规划总面积1963km²。每个小区都以城市的中心点为参照物和坐标原点。

图2是城市整体与小区的衔接示意图。与图1、图3互相兼容。

图3是城市的微观(小区)示意图。是图1的小区规划。

图4是所有新城的宏观分布示意图。与图1图2图3没直接关联，但不可分割。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。设计一座半径25KM、占地1963Km²的新城。相邻交通干道的中线间隔2Km，干道之间是居民区，干道为8车道(客运6条、货运2条，40m宽)，用8圈闭合螺旋线表示。

客运干线里程：{√[(12+14+16+18+20+22+24)×2×3.141]²+6²}+27.4(车站处)≈819(KM)。参阅附图1.

客运干线车辆设置：设1Km2Km8Km，8Km2Km1Km站和对应的慢中快，快中慢6车道。保持每站1车。

客运非干线里程：1环路是1条半径6km圆形中速车道、顺时针运行、周长38KM；2环路是2条半径10km圆形快车道，内环逆时针、外环顺时针运行，总周长64Km×2

客运非干线道路与车辆设置：一环，站距2KM，19站。2环，站距4Km，32站。保持每站1车。

客运车辆总数：(819+819/2+819/8)×2+19+32＝2713(辆)。

客车运行。慢中快、快中慢6车道，分成运动方向相反的两组。六条线上相当于“六辆车”在运行。快车420km/h、走完8KM需69秒，起、止步51秒，总用时2分钟，等于4分钟停一次；走4km需34秒，起、止步用时86秒，总用时2分钟，4分钟停一次。中速车240km/h、走2km、需30秒，慢车120km/h、走1km、需30秒，起、止步30秒，总用时1分钟，等于3分钟停一次。

客车总容量。平均每车容纳480人，237辆快车停一次可载客112338人次，2476辆中、慢车停一次可乘坐1188480人次。

12h载客量。每站停2分钟，中慢车运240次，2476辆可乘坐285235200人次；快车运180次，237辆可乘坐2022万人次。12h总运客3.06亿人次。

运力宽松无超载。北、上、广、深等城市都是工厂、居民区、事业单位等混杂的城市，布局混乱，造成人们的集中上班、出行。新城交通主要承担人们的生活、学习、娱乐、交往和生活用品的运输。由于商场、学校、医院、银行、酒店、小型娱乐场、阅览室、小型体育场等设施都是按人口比例均匀配备的，居民不需要集中跨区到某一地点进行上述活动。5387万居民，3.06亿人次的磁悬浮运力，可满足日均往返5.6人次，加上水平自动人行道近亿人次的运力，不会运力短缺或超载。

节约车辆及能源

2016年美国3.2亿人有2.8亿辆车；全球72亿人有10亿辆；中国13.7亿人有1.5亿辆。20座新城建好后，有车[2641×20+240](客运)+230×20(货运)＝59100(辆)，载10.77亿人，平均18230人一辆。为和旧的社会结构衔接，留足余地，再增加1倍车辆，才有118200辆；平均9115人一辆。

比美国节约车辆：2.8亿÷35106＝7975(倍)；新城市化后可节约：7975辆×2＝15951(倍)

比全球：10亿÷789906＝1266(倍)；新城市化后可节约：1266×2＝2532(倍)

比中国：1.5亿÷150301＝998(倍)；新城市化后可节约：998×2＝1996(倍)

节约能源：公交车、私家车、货车平均每车乘坐3人、一天运行6h；磁浮车乘坐480人，一天运行12h，每位每公里能耗是公交车的7/10，是私家车的1/3，每吨公里的能耗是货车的7/10，平均按1/2倍计算。

比全球节能：10亿辆×36(3人×6h×2倍，下同略)÷789906辆÷480人÷12h≈8.2倍或16.4倍；

比美国节能：2.8亿辆×36÷35106辆÷480人÷12h≈50(倍)或100倍；

比中国节能：1.5亿辆×36÷150301辆÷480人÷12h≈6.2(倍)或12.4倍。

城际客运与市内客运的优化与衔接。见图1、图4。

城际客运。从三河到河源2000KM一线分布着20座新城，平均距离100Km，城际路距同侧新城6.83Km，南北端点城市的城际路半圆3.1416×(6.83Km+25Km)＝100Km。

城东西两侧共40座综合车站、6条快速干线，共有车40(每站一车)×6＝240(列)。每辆磁浮列车容2000人、车速430KM/h、运作100KM÷430KM/h＝14分钟，每站停4分。

24h可满足：240辆×24h×60分÷18分×2000人/辆＝3840万人次出行。日运客3840万人次，每月11.5亿人次。每城每端日客运3840万÷40＝96万人次、年客运量11.5亿÷40×12＝3.45亿人次，是北京西站年客运量4406万人次的8倍。旅客无需静态候车，车站不设候车室。即使误了车次，18分钟后又一趟。

城际城内兼容。主站台长1Km。从主站台向两端各设4Km双向4段自动人行道(4Km/h)，最远1h行程，是动态候车室。市内列车在车站停靠次数：快车2次、中、慢车分别为5次、10次。480×(240×15+180×2)≈190万人次＞48万人次。出城走另外3车道，不占用入城资源。白天下车，需市内运力96/2万人次，夜里下车，启动车辆即可。

城周边交通。以车站为起、止点，东端沿公共陵园、污水处理厂、废品处理中心、自来水厂、国际名胜古迹可复制群；西端沿污水处理厂、废品处理中心、自来水厂、国内名胜古迹克隆群修筑环形路，全程不到200KM。采用慢速轨道车，走车站最下层。废品处理中心的物资较多设专门车道，连接当下的城市。

货运(主要是生活用品)。把全国各地适合加工成生活用品的原料，运到距城际干道各50KM处的物质生产城市，成品后，供应新城供居民消费。非生活用品的生产在资源区附近，以防污染。

城内每端货运里程为：791Kk+13Km(站城距离)≈805(Km)每站停一次(站距1KM)有805站，115列货车须停7次。每115Km整体卸货一次，每次卸货20分，需140分钟，每次起、止用时2分钟，需14分钟，平均车速805÷(720-154)≈85.4Km/h。两端共有车230列，运载的产品各具特色。假设每日人均消费1.4KG生活用品，5387万人有75418万吨，每列每天运输75418÷230＝327(吨)。每列7节，每节48吨，每节8个小货柜。往返路线：从南北两端的外侧进，各经过一侧的车站后转为内侧，接近市中心后走外侧，返程不经车站，直返物质产品生产城市。各站设龙门吊和二条轨道。1号轨：1辆大型接送货柜的平台，不出站，作用是提高装卸效率；2号轨：8辆轨道车运货，右侧出，运到各门店背后的仓库；另8辆车把空货柜送上平台，左侧入。16辆车通用。

客货线路高低层次。全城呈中间凸起的铅饼状，坡度4.3/25000≈0.000171。城中心的棒旋客运路是全城路的最高部位。货运路：桥底距地面2.4M，桥身厚0.4M，桥面距车顶4M，龙门吊主勾、副勾、小车高出车顶1.2m。客运路：桥底距地面8m。待龙门吊的位置完全确定后，其里侧两条立柱可由客运桥柱取代。大学城外侧的货运路是例外：出城时从一端低于双环路升高两层与入城一端(单红线)连接；入城则逐渐降两层。检测、维修若干道及调节道(绿线)与二环客运双线高度持平。棒旋路两端设两座4层高架桥。客、货运各自独立。货运无需车站。

市内、城际的交通枢纽——磁浮站。城际：①②条线走第四层，与市内快车道对接，出站后再选择中速或慢车；③④走第三层与市内中速车对接，出站后再选择市内快车或慢车；⑤⑥走第二层与市内慢车对接，出站后再选择市内快速或中速车；⑦是市内货车道，走第一层高架路、站内10KM无停靠。①③⑤与城内相应车道平面对接；②④⑥旅客需乘自动扶梯去对面与城内相应车道对接；①③⑤朝南走，②④⑥往北行。南向车走后9分钟，北向车停4分钟；接下来，北向车走后9分钟，南向车停4分钟。两端：6条客运线和2条货运线，走不同车道，同时同城不同线，城内、城际无交叉，绝无交通事故。是高效、安全、节约、自动化、智能化的市内和城际四层客运枢纽。

物质生产新城的运输。全城的职工、居民数量与工厂、企业规模匹配，不同区间的人员流动较少。交通干线主要承担货运，客运和生活用品的运送微乎其微。依据资源的性质、多寡来确定城市规模、结构，大型工业城市适宜采用棒旋结构、小城不宜采用。在物质生产新城建成之前，现阶段的物质生产由当下的城市承担。当物质生产实现自动化、智能化后，职工消失，由科研人员轮守。

交通工具的优化。磁浮列车是陆运车辆的飞跃，具有无污染、自动化、安全快捷、爬坡能力强、维护简单等优点，改良后，必成陆运主力。由于是轨道交通，须根本优化城市和社会结构。同为300Km/h，磁浮列车的能耗比高速轮轨列车低1/3，比小轿车节能3倍，是公交车的7/10。

磁浮列车与当代交通系统的兼容、转弯、维修、电磁辐射等问题都得到解决。如，磁浮路距医院超市等服务场所的最近距离90m、民居160m、学校900m；最小转弯半径为2000m、最大2.5万m、无岔道。磁浮道轨的使用年限是80年、车身35年，特殊的交通方式可道轨使用百年以上。每台列车日均运行240～480～1920Km(城际除外)，相比今天的列车日均运行3000～4000Km，道轨磨损降1倍多。

优化的城市结构和车辆的合理配备使用。使列车由现代的“长跑”，变为优化后的“接力赛”，车辆节约数千倍，机械损耗降数倍，能耗降几十倍。

生活垃圾。夜里运输，白天整理，两天一次。传输带的平均速率：420Km÷10h≈42Km/h。由磁浮路下的4条(两组)运行方向相反的垃圾传输带运至城外废品处理中心。商场、餐馆、医院等，产生的垃圾由空货柜运往物质生产城市加工处理。

民居、学校、公共活动区、服务设施的空间布局

居民楼每套最小占地100m²，层数最少是6层，间隔50m。由整体美、个人投入与偏好决定面积与层数，但低于16层。容积率：100m²×6÷50m×10m＝1.2；绿化覆盖率：9.4亿m²÷16.5亿m²≈57％。商场、医院、学校、娱乐场所根据需要决定建筑层数和每层面积。

小区数量：按干道791Km总长，将城市划分为791个区间，加上2～3环间63个小区；减去8环外侧(26²-25²)×3.14＝160Km²＝80(个)小区。全城折合成791+63-80＝744个小区。小区的面积约为1km×2km＝2km²(只有8环外侧是1Km²)。

民居套数。磁浮路两侧是30m绿化带，挨着绿化带的是商场、医院、餐厅、娱乐等服务设施，200m宽；中部是中小学、幼儿园及活动场地，200m宽。该小区横向可建设：(1900米÷50米)-4行-4行＝30行居民楼，纵向可建设：{1000m-[10m×3+20m×2]}÷4(列)≈232m，每列232m÷10m＝23单元+2m。列之间共留3条10m人行道。小区两侧各留20m宽自动人行道。

共有民居：6(层)×30(行)×23(单元)×4(列)＝16560套；

居民数与人口密度：每套平均住4人，可住66240(人)；密度：33120人/Km²

该城容纳居民：66240×774＝51269760(人)；

大学城的人口：以居民区人口密度1/4算，可容纳314(大学城面积)×33120×1/4≈260万(人)；

大学园区的结构与功能。大学园区的建筑是功能与美化的统一，建筑无定格。它包括高等教育园区；大型博物馆；科学试验区与科学实验区；大型体育场馆区；大型艺术表演区；各种设施的自动化控制中心。超额的面积和中心位置，确立了以科技为中心的生产方式，根除了以赚钱为中心的、忽视人的生存、忽视自然界承受能力的城市结构。

全城容纳人口：5127千万+260万≈5387万(人)。

该小区建三所学校，占地14.4万m²；居民小型体育场和游乐场占地4.8万m²。

一所学校占地4.8万m²。假如小区66240人中有3万名各年龄段的学生、幼儿需要提供场所，该校需容纳1万名学生与幼儿。中学、小学、幼儿园(不设托儿所)人数的比定为：4∶4∶2，中学生为4000人，小学生4000人，幼儿2000人。中学班40人，建100个教室，小学班45人，建89个教室。幼儿班30人，建67个教室。

中小学教学楼平均4层(不设电梯)、幼儿楼平均3层(设电梯)。中学教学区：100个×58m²÷4层×4.5倍＝6525m²；容积率：4/4.5＝0.89；小学教学区：89个×54m²÷4层×5倍＝6007m²；容积率：4/5＝0.8；幼儿教学区：67个×48÷3×4.5倍＝4824m²；容积率：4/5.5＝0.67。各种功能室：70个×54m²/个÷4层×4倍＝3780m²。

教学区与功能室占地。6525+6007+4824+3780＝21136(m²)；

该校：建一个0.9万m²的游乐场(水面2000)，1个标准足球场，12个篮球和排球场、64个乒乓球场。(1个标准足球、篮球、排球、乒乓球场的面积分别是7140420160m²、40)。剩余1204m²，建洗手间、储藏室、更衣室、休息室、卫生室、安保室等。游乐场设在幼儿园附近，足球、篮球、排球和乒乓球场分布在中小学校区。为节省空间，透气透光，教学区分布在校区中央四排，共(232m-15m)÷8.5m×4层×4排-67＝341-100-89-67-70节余15个教室的面积。建设810m²(15×54)舞台。

该小区：建一个2万游乐场(水面8000m²)、俩足球场、20个篮球和排球场、25个乒乓球场。剩余1120m²建配套设施及附属建筑。场地为邻，自成一体，两相分离。

医院、商场、餐厅、娱乐场所。该场所占地19.2万m²，在小区两端，规模因需而定。力求节能、智能、宽松、美观、大气。底层标高6m，2～3层5m，4层以上4m。平均8层、高36m、宽40m。总建筑面积(1000-30-40)×2×8×40＝595200m²，人均9m²。

低层建筑为娱乐场所，规模据实而建。包括：琴棋书画室，娱乐室，电影院，剧院，舞厅、武术、杂技表演等场地，大型体育、娱乐活动在城中心举行，不在小区开展。

居民区道路

小区内部：相邻两条500m长、1m宽的水平自动人行道(主要运垃圾)的运动方向相同。3条10m宽步行道与自动人行道的交叉路口设艺术化天桥[(一)(二)、(三)(四)……(六十)]

小区两侧：设两组运行方向相反、长2km的水平自动人行道(2条运人，2条运垃圾.)，其能耗微不足道，安全、节能、环保，无交通事故。

道路选择：路途较近(小于17km)，可选择水平自动人行道(每小时4km)；路途较远，乘磁悬浮，13小时可绕城往返一趟；12小时可绕20座城市两圈。小区间40m道路由水平自动人行道直达1km磁浮站，到2km、8km磁浮站有的要转车。小区内①②③10m通道是步行道。绿化带与磁浮路间留2m检修道。与大学城接触的居民区里侧的住户，近行同其余小区，远行需乘自动人行道走2Km后与棒旋干道衔接。

小区内、外边长的差异。小区都是“楔形”，越近市中心，内、外边的差别越大。2环内属大学城，布局不同于居民区，路面以放射状的水平自动人行道为主、圆形磁浮路为辅。

3环里侧1KM、外侧1.2KM，每单元增加50M(每排4单元)，第15排加宽25M。每行依次递减，至最里侧无增加(4～10环边长分配同3环)；4环里侧1KM、外侧1166M；5环里侧1KM、外侧1143M，；6环里侧1KM、外侧1125M；7环里侧1KM、外侧1111M；8环里侧1KM、外侧1.1KM；9环里侧1KM，外侧1090M；10环里侧1KM，外缘1040M。

新城的位置与建设次序.

位置。20座新城分布在冀三河市到粤河源市2000m的省际交界处。避开黄、淮，长江，赣江，珠江等大河；避开燕山、太行山、大别山、罗霄山、武夷山、南岭等山脉；避开地震相对活跃的脆弱地质；避开台风频繁光顾地区；避开包括县城在内的所有城市。新城市化后，可节省土地4亿亩。参阅图4.

标高测定。华北平原的海拔在50m～100m之间；珠江平原平均50m；长江中下游平原在50m以下。参考长江、赣江、淮河、珠江等大水系的影响，城市水准点以本地的水系和降雨情况为参照确定基准点和正负零。

建设次序。首先从黄淮与江淮之间的鄂豫皖省界欠发达地区开建，以节约资金。

强电、弱电。强电弱电设在垃圾传输带下方，分两组，方便路两侧小区(不含支线)。强电各10m，弱电各6m，总宽32m。弱电是传输信号的载体，无线电，电脑、有线电视网线，电话线及家用内部线路，只预留高规格空间，不作规划。

隧道构建。挖四条沟备用。强电宽10m、弱电6m、深度4m。接着，按要求修建地下隧道，执行120年不损毁标准，隧道内的空间能满足工作人员和机器人操作；抽风、采光设备齐全，安装、维护、更换线路的设备先进可靠、操作简单。由于城市结构得到了根本优化，调结构成历史，开膛路、拉链路、施工扰民、影响交通的弊病根除了。

设计标准。大学城人均4瓩、居民区人均2瓩；采用三相铝电缆；铝的电阻率0.0285；导线横截面积A；城市载荷功率P；每相导线长L；COSj功率因数0.75；220千伏高压U。(线路负荷留有充分余地，大于实际用电负荷)

交通电路是专线与居民室内线路不作设计。

强电路的梯次分布。外环河两端车站附近各设大型变电站1座。变电站距最外围(8环)最近距离3KM，最远距离78.5KM，用电人口520万；7环，最近79.5KM、最远150KM，995万人；6环，最近151KM、最远212.6KM，912万人；5环，最近距213.6KM、最远269.2KM，830万人；4环，最近270.2KM、最远319.4KM，750万人；3环，最近320.4KM、最远363.4KM，670万人；2环，最近364.4KM、最远401KM，590万人；第1环，最近402KM、最远432KM，500万人；大学城，最近433KM、最远463.5KM，人口260万。求：大学城0～8环高压电缆的横截面积A_0(大学城)～及对应直径D₀～

＝PRL/U²COSj＝520万人×4千瓦×0.0285×78500M/220000²×0.75＝641mm²；＝28.6mm；A₇＝2344mm²；D₇＝54mm。A₆＝3044mm²；D₆＝62mm。A₅＝3508mm²；D₅＝67mm。(计算方法同8环)

A₄＝3761mm²；D₄＝69mm。A₃＝3823mm²；D₃＝70mm。A₂＝3715mm²；D₂＝69mm。A₁＝3392mm²；D₁＝66mm。A₀＝260万×4千瓦×0.0285×463500M/220000²×0.75＝3785mm²；D₀＝69mm。

电缆的架设。电缆从8环最多9条到大学城最少1条，架设在宽10M的隧道内，随电缆条数的减少而变窄，最窄处能行驶轨道检查车。每条线间距宽松、安全，便利检修更换。

支电缆长度及横截面积：支电缆L＝893×2KM＝1786KM(折合893个小区，每条长2KM，U＝380伏)、S＝66240人×2瓩×0.0285×1000M/380²×0.75＝34863mm²，D＝210mm。

分支电缆长度及横截面积：分支电缆总长＝893×30×1KM＝26790KM(每条长1KM，U＝380伏)、截面积＝2208人×2瓩×0.0285×1000M/380²×0.75＝1162mm²，D＝38.5mm。

自来水供应与污水排放

自来水统一供应、逐段加压。1983年沙特铺设的管径1.22M，长1202KM原油管道的年输油能力1.37亿吨，折合成水是1.71亿吨，每天输送1.71亿÷365≈46.8万M³。管道外径为1220+100＝1.32(m)(管壁厚50mm)，水管间隔0.08m。每条水管所占的宽度为1.4m。按照德国人均日消耗生活用水150升的标准，5387万人每天消耗808万M³，需管道：808万方M³÷46.8万M³≈17(条)，为留余地两端共设20条，日供水855万M³。水管终端总宽度10×1.4≈14(M)

自来水管在不同区间的条数：第一区间(2环以内)是大学园区。需自来水260万人×150升≈39万M³。自来水管口径为39万M³÷46.8万M³/天≈0.8m。设1条管道。3环设3条；4环设5条；5环设7条；6环设9条；7环设12条；8环设15条；9环1条；10环20条。3～10环计算同第一区间。

生活污水排用统筹。污水包括生活污水和雨水，二者分开排泄。生活污水除一部分净化循环利用外，剩余部分集中到大型污水处理厂，处理后可作为工业用水，残渣废料进行回收利用。雨水统筹见下文。

排污干道：2m口径、6条管，日排污水为277万M³：D²/4×3.14×1.7×24×3600×6≈277万M³，剩余的855×85％-277＝450万M³，通过三级净化先储存在小区内的蓄水池供浇灌、人工喷泉、消防、冲洗地面、供暖用水。6条管为雨季预设，旱季排泄主要是冲残渣、洗管道。所有地面设施储水1m深有2.18亿M³，2.18亿M³÷450万M³/天＝48(天)，加上蒸发、灌溉，旱季基本上无污水可排。

小区每小时排污口径。D＝√4Q/3.14V＝√39600/3.14×1.5×3600＝1.53(m)，旱季大部分污水净化后循环利用。

单元每小时排污口径。D＝√4Q/3.14V＝√8832/3.14×1.5×3600＝0.72(m)

雨洪的储排结合。日降雨200mm、连续4.5天的大暴雨为防洪设计标准。

公共区储水系统。在小区两端广场上修791个+157个(大学城)＝948个，平均深3m(地下1m地上2m)、长750m×2，宽20m储水池；中部游乐场储水：1万m²×3m＝3万M³。公共区储水：948×1500×20×3+3万×948个≈1.14亿(M³)

小区内储水系统：该城折合948个小区，每个小区有30排房子，每排4单元，每单元2个储水池。30排×4单×2池×100m长×10m宽×3m深。居民区储水：943×30×4×2×100×10×3≈6.8亿M³

排洪隧道储水系统：商业广场的地下建宽10m深4m，3条隧道；学校游乐场、球场地下各建4m×10m的隧道2条。隧道储水：10×4×(3+4)×948Km≈2.65亿m³。雨水不大可腾出若干条作防空洞，注意配套建设。

公共区16条口径2m的泄洪管和小区30条口径1.22m的泄洪管储水：94.8万m×(1.22/2)²×30×3.14+(2/2)²×94.8万m×16×3.14≈0.8(亿m³)

该城可储水：1.14亿方+6.8亿方+2.65亿方+0.8亿方＝11.4亿(m³)

蓄水为防水漫街：蓄水池和泄洪隧道能够防止3.86天不至于水漫街，11.4亿/2.95亿≈3.86(天)。暴雨降临时，小区和公共区的排洪管也在同时工作。

污水流速：小区泄洪管内径1.22m，坡度0.000171，粗糙系数0.0035；流速：V＝1/N·R^2/3·I^1/2＝1/0.0035×(1.22/4)^2/3×(0.000171)^1/2＝285×0.46×0.013≈1.7m/秒。

小区3.86天的排洪：Q＝3.14×(D/2)²×V×T＝1.7×3.14×0.61²×30×33.3(3.86×3600×24，下同，略)≈1993万(方)；

公共区3.86天主管道排洪：1.7×3.14×1²×16×33.3≈2855万(方)；

隧道3.8天的总排水量＝1.7×7×10×4×32.9万≈1.6亿(M³)；

该城3.86天总排量与总储水量：11.4亿+0.2亿+0.285万+1.6亿＝13.5亿M³。

4.5天降、排、储平衡。日降200mm的大暴雨，海绵地表吸收50mm，需消化150mm雨洪。全城19.63亿m²面积，日地表径流为2.95亿M³，13.3亿÷2.95亿＝4.5(天)。

降、排平衡。4.5天后蓄水饱和，只有排水设施能继续发挥作用。采用两端泄洪，24小时一端承担一半，即2.1/3.86×2＝1.09亿M³排洪量。105mm以下的暴雨可保持降雨和排洪基本平衡。由于城里高出城外地面2～6.3m，即使稍有积水，人们的生命财产也不会有损失。

2KM生态环城河。1.2km是内环城河、800m为外环城河，内河平时储水养殖鱼虾等水产；外河种植莲藕、荸荠、水稻等水生庄稼，降水特大时蓄水。储水量：内河地下5m深，地上2m高，可储水13.2亿M³。假如雨洪到来前河水尚有1m深，能容纳雨水11.3亿M³。外河地下4米、地上2m，可储水：7.7亿M³。内环河既是雨洪汇聚的地方，也是自来水源的储备，并可美化城市，丰富生活。

市内储水的作用。11.4亿M³雨水不但可以满足全城的灌溉、养殖等用水，还可以调节护城河的水位。

河蓄加城蓄：11.3亿+7.7亿+11.4亿＝30.4亿M³÷2.95亿＝10.3(天)。连续10.3天、200MM的大暴雨环城河无需向外排水。

用作燃料的煤气：在自来水管旁边设1条口径为1.19m，压力12兆帕，输气量250亿M³/年的管道。(参照中亚C线天然气管道设计和北京市居民每人年均生活用气400M³)，5387万人用气215亿M³/年。

北京到武汉一线冬季都不太寒冷，小区统一供暖结合电力供暖。广东河源市到武汉气候温暖，冬季短暂，自行解决取暖问题。

管道施工：自来水管10条，口径1.22m；污水管6条、泄洪管16条，口径2m；煤气管1条，口径1.19m，设置在30m绿化带下，共60m宽。由于各种水管比较笨重，技术更新较慢，地下隧道的建设必须坚固，保证120年不损毁。分段安装智能抽风采光设备。因为结构得到了根本优化，管道铺设成型后无需调整。

小区辅助设施。消防、污水净化、供暖、制冷等设施不适合统一部署，由小区统筹规划。

城建产土方量：1、河降方4.5m×2000m×3.14×2.6万m×2＝14.7(亿m³)；2、排洪隧道7×4×11×948Km＝2.92(亿m³)3、蓄水池2.64(亿m³)4、公共区自来水等主管道外隧道61×4×921Km＝2.25(亿M³)5、小区管道隧道30×4×3×948Km＝3.4(亿m³)6、支电缆线隧道[22320+1488]×1000×4×3＝2.9(亿m³)7、磁浮干线下强弱电隧道21×2×4×921Km＝1.55(亿m³)8、房屋基础948×16560÷6×[4×0.36×6+40×0.1×2+0.5×4×6]＝0.75(亿m³)9、支线下水道隧道[1896+28440]×4×3×1000＝3.6(亿m³)。

合计：14.7+2.92+2.64+2.25+3.4+2.9+1.55+3.6+0.75＝34.7亿m³。其中，34.7亿m³-14.7亿m³＝20亿m³无要回填，应增加1倍方量，即该城产生的总土方量相当于34.7亿+20亿≈54.7亿(m³)。

拆迁建筑垃圾量。资料显示：每拆1m²民居可产生1.1米³的建筑垃圾，我国农村人均住房面积37m²，拆迁后产生建筑垃圾5387万人×37×1.1≈21.9亿M³。

可加工垃圾：为了根治建筑垃圾无处倾倒的顽疾，增加基础的牢固度，达成良性循环。凡是旧砖瓦、石头、旧水泥制品，碾碎后掺加水泥都可搅拌成混凝土，假如其中2/3是以上材料，加1/3水泥后总方量21.9亿M³×2/3×4/3＝19.5亿M³。

直接回填垃圾：21.9亿M³×1/3＝7.3亿M³。

地表抬高1m：在地平面以下4m处打平均打1m厚圆柱形垫层，需混凝土3.14×25000²＝19.3亿M³＜19.5亿M³。建筑垃圾的破碎与加工技术已经成熟，质量无忧。

解放建筑垃圾，实现永续生产。所有低于60m(筏板基础15/1)的民房等一般建筑都无需重构基础。将来城市拆除后的建筑垃圾都将作为构筑新城基础的原材料。

基础升高1m需土方。圆柱和圆台形地面每升高1m分别需土方19.3亿方和[2.5万²+1万²+1万×2.5万]×3.14×1/3≈10(亿方)；

开挖和拆迁共产生土方：54.7.7亿+7.3亿＝63亿(方)。

台柱型基础。垫层厚1m、土方加高1m、全城边缘比所在区域的地平面高2m，市中心区高出(63亿-19.3亿)÷10+2≈6.3M。

蔬菜水产有结余。只要打破常规、设计得当，新城沃土能保证蔬菜自给有余、并兼顾花草树木美化；全城水面，水产养殖能自足，兼顾美化、防洪、灌溉。

菜田。新城总面积1963Km²，刨除大学城2亿m²，居民楼2.12亿m²，干道和绿化带791Km×100m，学校医院等公共用地40万m²×744个，小区道路(70m×2Km+1m×1Km×30)×744个。居民区水池2.27亿m²。19.63m²-2亿m²-2.12亿m²-1.265亿m²-0.79亿m²-3亿m²-2.27亿m²≈123.5(万亩)

成人日均400克蔬菜可满足生理需要(以下均据营养学家估算)。5387万人×365天×0.4Kg/人·天≈78.6亿Kg；亩产78.6亿Kg÷123.5万亩≈6368Kg，就能保持供需平衡。学生随时可目睹和参加现代农业实践。

鱼虾年有余。成人每周300g鱼，可满足生理需要。居民区与公共区水池2.64亿m²＝39.6万亩。可生产39.6万亩×3000Kg＝11.8亿Kg水产。5387万人×365天×0.3Kg/人·周÷7＝8.4亿Kg＜11.8亿Kg。

水果补充十之一，成人日均300g水果，可满足生理需要。在磁浮干道两侧绿化带及居民区和学校、餐馆、医院等公共用地的1/3种植苹果、梨等水果。921Km×60+40万m²×901×1/3＝26.3万(亩)，亩产2500Kg，总产出26.3万×2500≈6.6亿(Kg)。占总需求59亿Kg的1/10强。学生随时可目睹和参加现代农业实践。

零用依靠新能源。在适合安装太阳能和风能的地方，安装相应设施，满足零星用电。如路灯、广场灯、家庭照明、自动排水器及其它分散电器。太阳能热水器比太阳能发电更环保、高效，全城普及。节约、安全、智能、可靠，装点、美化为设计目标。

Claims (5)

1.本发明是对城市结构的综合优化设计，并在此基础上完整设计了城市系统的一切重要设施，具体包括：城市和城际、客运和货运交通系统的优化；城市小区结构的优化；生活废水和雨洪、生活垃圾和建筑垃圾的循环利用；强电弱电、自来水、污水、雨洪、煤气管道及隧道的优化设计；车站的优化设计；城市生态循环系统的整体设计。本发明从根本上解决了困扰当代特大城市的一切难题。是一切新建特大城市(5000万人以上)的理想蓝本。构建了以图1为示意的结构优化模型。

2.根据权利1所述，设计出了优化的客运、货运交通方式。

3.根据权利1所述，设计了居民小区优化的微观结构。实现了节能、安全、方便、舒适、环保。构建了以图3为示意的微观结构优化模型。

4.根据权利1所述，设计了生活废水和雨洪及生活垃圾、建筑垃圾的综合循环利用的优化系统。

5.根据权利1所述，设计了城东西两端结构基本相同的4层火车站各一座。是高效、无污染、无交通事故、自动化、智能化的市内和城际，客运与货运交通枢纽。