趙文軍

（黑龍江大學(xué)建筑工程學(xué)院，哈爾濱150080）

0 引 言

聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）2008年3月16日?qǐng)?bào)告指出，由于全球氣候的變化，全球溫度在過去的50a內(nèi)顯著升高，冰川正在溶解，幾十年后將消失不見。越來越多的研究指出，溫室氣體的排放是造成這一現(xiàn)象的主要原因。城市作為工業(yè)化的主要載體，是人類使用化學(xué)燃料最為密集的地方，其碳排放占整個(gè)人類排放總量的78%。解決城市碳排放問題，是應(yīng)對(duì)全球氣候變暖，避免生態(tài)災(zāi)難的關(guān)鍵［1－3］。

近些年，中國開始倡導(dǎo)生態(tài)城市、和諧社會(huì)，城市規(guī)劃越來越重視節(jié)能環(huán)保，但是在迄今為止的理論和指標(biāo)體系中，沒有將能源消耗和溫室氣體排放作為量化的限制性指標(biāo)。現(xiàn)有的規(guī)劃方法，其過程多以定性分析的圖示為主，缺乏定量分析的低碳生態(tài)技術(shù)支撐。中國處在城市高速發(fā)展的階段，城市碳排放量的問題日益突出，發(fā)展低碳城市，提倡低碳城市規(guī)劃理念已經(jīng)成為共識(shí)。本文主要論述如何將一些定量分析的生態(tài)技術(shù)引入到低碳城市規(guī)劃中，并制定相關(guān)的城市規(guī)劃策略［4－5］。

1 “生態(tài)足跡法”在城市空間形態(tài)規(guī)劃中的應(yīng)用

1.1 生態(tài)足跡法的應(yīng)用過程

生態(tài)足跡法（EF）是20世紀(jì)90年代由加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)William Rees教授和Mathis Wackernagel教授共同創(chuàng)造的理論方法來定量表示生態(tài)承載力，其定義為：任何已知人口的生態(tài)足跡是生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢物所需要的生態(tài)生產(chǎn)總面積。城市的生態(tài)足跡如果大于城市的生態(tài)承載力，就出現(xiàn)生態(tài)赤字；如果小于城市的生態(tài)承載力，就表現(xiàn)為生態(tài)盈余。

生態(tài)足跡的計(jì)算公式如下：

式中EF為生態(tài)足跡；j為用地類型；P為人口；fj為j類土地的等量因子；Si為消費(fèi)的土地面積；Ci為i項(xiàng)消費(fèi)總量；Yi為i項(xiàng)消費(fèi)的土地生產(chǎn)力；Pi為i項(xiàng)消費(fèi)的當(dāng)?shù)厣a(chǎn)量；Ii為i項(xiàng)消費(fèi)的進(jìn)口量；Ei為i項(xiàng)消費(fèi)的出口量。

生態(tài)足跡的定義及公式從不同的學(xué)科角度出發(fā)，可以有不同的解讀。就城市規(guī)劃的角度，可以做如下的推斷：

1）生態(tài)足跡法的定義清晰地表明，最直接減少EF（人均生態(tài)足跡面積）的途徑就是高效利用Si（土地面積）以及減少廢物的排放。在進(jìn)行城市用地規(guī)劃時(shí)，對(duì)城市各類空間的高效利用以及降低城市的碳排放量會(huì)顯著降低城市人均生態(tài)足跡面積。

2）從式 （1）可以推斷出：S（土地面積）、P（人口規(guī)模）和EF的數(shù)值，是一個(gè)相互影響的動(dòng)態(tài)變化過程。假定P不變，那么EF值越小，S就越小，意味著此時(shí)城市可以提供更多的消費(fèi)用地；假定S是個(gè)定值，則降低EF，P就會(huì)上升，意味著此時(shí)城市可以供養(yǎng)更多的人口；EF理論上應(yīng)該不大于城市的環(huán)境承載力，否則城市生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)處于負(fù)反饋狀態(tài)，亦即，當(dāng)EF的數(shù)值等于環(huán)境承載力時(shí)，S出現(xiàn)極大值，意味著所有可供消費(fèi)的用地已經(jīng)趨近飽和，城市此時(shí)處于極限狀態(tài)，暫時(shí)不具備擴(kuò)張潛力。

3）從式 （3）可以推斷出：提高土地生產(chǎn)力Y，可以有效降低S值。這說明，對(duì)建設(shè)用地的開發(fā)強(qiáng)度適度加大，增加整體容積率，可以節(jié)省土地的消費(fèi)面積，從而有效降低EF值，加大生態(tài)盈余。顯然，我們也不能無限的增大Y值以尋求降低S值，因?yàn)槌鞘幸?guī)劃的其它要素諸如景觀、建筑技術(shù)、人的心理需求等等都會(huì)對(duì)Y值提出限制，需要設(shè)計(jì)者根據(jù)具體的規(guī)劃方案尋求平衡，合理確定Y值。

1.2 空間形態(tài)的低碳策略

通過上述分析，我們可以得到的推論是：緊湊式的城市空間布局可以充分挖掘S值的潛力，可以有效降低EF值，同時(shí)節(jié)省大量資源，并降低碳排放量。將這一結(jié)論結(jié)合到城市空間形態(tài)，可以提出以下的相關(guān)策略。

1.2.1 確定合理的城市空間形態(tài)

如果單從碳排放量角度來說，在城市面積、規(guī)模、性質(zhì)一樣的前提下，城市空間布置的越集中，越有利于減少碳排放。一般來說，集中度高的城市，交通空間利用率高，公共建筑服務(wù)面積大，市政可以減少管線鋪設(shè)和避免重復(fù)建設(shè)，而且在統(tǒng)一的能源供給上具備先天的優(yōu)勢。碳排放顯然不能作為決定城市空間形態(tài)的唯一標(biāo)準(zhǔn)，其它影響城市空間形態(tài)的要素諸如城市的發(fā)展模式、水文地貌、資源分布等等也是重要的參考指標(biāo)。在進(jìn)行低碳城市規(guī)劃時(shí)，需要設(shè)計(jì)師結(jié)合各種因素進(jìn)行綜合考慮，在合理的情況下選擇適度集中的形態(tài)，達(dá)到最為優(yōu)化的效果［6－8］。

1.2.2 采用緊湊的城市空間結(jié)構(gòu)

低碳城市規(guī)劃理念在交通形式上應(yīng)該設(shè)計(jì)公共空間優(yōu)先的城市交通系統(tǒng)，提供完備的自行車交通系統(tǒng)及步行系統(tǒng)，減少交通環(huán)節(jié)上能源的巨大消耗；在用地性質(zhì)上應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)適度的功能混合，以達(dá)到減少交通距離和交通量，提高城市基礎(chǔ)設(shè)施效率的目的［9］。

與傳統(tǒng)的城市規(guī)劃模式相比，低碳城市功能分區(qū)應(yīng)該更為多元化和復(fù)雜化。提倡稀散的單一功能的城市或城市群布局，必然導(dǎo)致城市建設(shè)面積的浪費(fèi)以及道路及市政等基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)，在生產(chǎn)和使用環(huán)節(jié)中都會(huì)加大碳排放量；多元化、混合功能的城市布局相對(duì)節(jié)省空間，提高城市土地利用率，同時(shí)容易產(chǎn)生集聚效應(yīng)，減少交叉功能，減少碳的排放量。這一結(jié)論可能和傳統(tǒng)的規(guī)劃理念有所沖突，因?yàn)閺倪@個(gè)角度來講，之前備受詬病的城市用地連綿擴(kuò)張 （攤大餅）以及鐘擺交通的合理性應(yīng)該得到重新審視。

1.2.3 發(fā)展高效的 “城市空間模塊”

“城市空間模塊”指的是構(gòu)成低碳城市的基本單元。它有別于傳統(tǒng)規(guī)劃意義上的用地分區(qū)和街塊，是一個(gè)復(fù)合化的城市空間單元，將城市的多種功能融合在一起。“城市空間模塊”的高效性主要體現(xiàn)在以下方面：①在模塊空間內(nèi)，保障市政資源和能源的充分調(diào)配和利用，加大既有資源的服務(wù)半徑，從而提高運(yùn)轉(zhuǎn)能效；②適度提高用地的容積率。從生態(tài)足跡法公式 （3）中，可以得到結(jié)論：容積率的提高有利于減少城市消費(fèi)面積，減少碳排放量；③采用低碳生態(tài)技術(shù)。城市的碳排放量絕大多數(shù)來自于建筑的生產(chǎn)和運(yùn)營環(huán)節(jié)，因此將低碳生態(tài)技術(shù)應(yīng)用到 “城市空間模塊”中，可以大幅度降低建筑的碳排放量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

2 “GIS法”在城市景觀格局規(guī)劃中的應(yīng)用

2.1 GIS法的應(yīng)用過程

GIS作為一類分析與處理空間資源數(shù)據(jù)和信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，具有空間特征數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、分析處理、轉(zhuǎn)換及顯示功能，近年來被廣泛應(yīng)用于城市景觀規(guī)劃中。尤其是測定城市生態(tài)敏感區(qū)，GIS的空間分析法、多信息疊加處理能力可以非常便捷的完成這一工作。

2.2 景觀格局的低碳策略

GIS法在城市景觀規(guī)劃的主要應(yīng)用是：可以通過GIS的數(shù)據(jù)分析，結(jié)合規(guī)劃方案，建立城市碳匯系統(tǒng)。利用生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)碳的自循環(huán)。通過這一自然過程，使得碳的排放和吸收達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡，減少環(huán)境壓力。建立這一系統(tǒng)主要有以下幾個(gè)步驟。

2.2.1 劃定城市生態(tài)敏感區(qū)

生態(tài)敏感分析最主要的作用是評(píng)價(jià)城市現(xiàn)有景觀體系的穩(wěn)定性，確定生態(tài)環(huán)境影響最敏感和最具保護(hù)價(jià)值的地區(qū)，為確立低碳景觀格局提供依據(jù)［10］。

這個(gè)過程一般分為3個(gè)階段：①確定景觀格局可能發(fā)生的生態(tài)環(huán)境類型。合理調(diào)配濕地、林地、耕地、城市建設(shè)用地的面積，這些用地的碳排放量差距是極為明顯的；②建立生態(tài)環(huán)境敏感性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。它包括反映區(qū)域自然環(huán)境現(xiàn)狀指標(biāo)和反映人類活動(dòng)強(qiáng)度指標(biāo)。前者體現(xiàn)出城市的碳吸收能力，后者體現(xiàn)出城市的碳排放能力；③根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，應(yīng)用直接疊加法或加權(quán)疊加法繪制生態(tài)環(huán)境的敏感性分析圖。

2.2.2 規(guī)劃城市 “廊道”、“斑塊”、“基質(zhì)”三級(jí)景觀體系

以往的城市景觀規(guī)劃更多的是考慮形態(tài)，綠地面積不少，植被也很豐富，但是忽略了碳匯系統(tǒng)對(duì)于景觀整體化的需求，難以達(dá)到預(yù)期的碳匯結(jié)果。低碳景觀規(guī)劃，應(yīng)該是基于GIS數(shù)據(jù)分析的一個(gè)綜合過程，其結(jié)果是對(duì)景觀資源的最優(yōu)化配置?！袄鹊馈?、“斑塊”、“基質(zhì)”三級(jí)景觀體系的建立應(yīng)該注意如下原則：

1）斑塊的建立，要充分考慮完整性和獨(dú)立性。斑塊指的是具有一定內(nèi)部均質(zhì)性的空間單元，如居民區(qū)、草原、湖泊等。作為嵌入式斑塊，保證其處于完備的形態(tài)最有利于進(jìn)行物質(zhì)能量循環(huán)，使得景觀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正反饋輸出。如果數(shù)據(jù)分析顯示的敏感區(qū)域和城市形態(tài)所反映出的區(qū)域有所偏差，就需要設(shè)計(jì)師進(jìn)行方案調(diào)節(jié)，盡量協(xié)調(diào)好城市形態(tài)和敏感區(qū)兩者的關(guān)系。

2）廊道的建立，要充分考慮隔離性和防衛(wèi)性。廊道是景觀中與相鄰兩邊環(huán)境不同的線性或帶狀結(jié)構(gòu)，如河流、道路等。生態(tài)學(xué)的滲透原理表明，當(dāng)污染物擊破生態(tài)系統(tǒng)的邊界時(shí)，會(huì)很快穿越整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)在另一個(gè)邊界出現(xiàn)，該過程是迅速的。所以景觀規(guī)劃時(shí)，設(shè)計(jì)師應(yīng)注重區(qū)域間廊道的作用，保證其完整性。建立以水系為邊界的 “藍(lán)廊”，以綠化為邊界的 “綠廊”以及以交通道路為邊界的 “灰廊”。

3）基質(zhì)的建立，要充分考慮適應(yīng)性和修復(fù)性?；|(zhì)是碳匯系統(tǒng)中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，是景觀中分布最廣、連續(xù)性最大的結(jié)構(gòu)，如森林基底、城市用地基底等。當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)引入物種進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)或恢復(fù)時(shí)，一定要注意所引入的物種不能和生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生沖突，避免生態(tài)入侵。保證系統(tǒng)處于正反饋狀態(tài)，加大碳匯能力。

2.2.3 建立城市碳匯系統(tǒng)

建立碳匯系統(tǒng)時(shí)，首先要保證景觀的豐富度。城市景觀的各個(gè)斑塊，如森林、草地、濕地等都是重要的城市碳匯主體。不同的生態(tài)系統(tǒng)固碳能力不同，一般來說森林斑塊最強(qiáng)，在可能的前提下應(yīng)該保證野外森林、城市公園和道路林網(wǎng)的面積；濕地斑塊可以凈化水源、豐富物種、調(diào)節(jié)氣候，可從碳匯角度來說這一系統(tǒng)CO2排放量大于吸收量，規(guī)劃時(shí)需要避免規(guī)劃大面積的濕地空間。

其次要保證景觀的連接度。不同斑塊之間需要通過廊道進(jìn)行能量交流和物質(zhì)交換，只有保證的景觀連接度，才能使碳匯過程運(yùn)轉(zhuǎn)流暢，達(dá)到碳平衡的目的。

最后要保證景觀規(guī)模性。生態(tài)系統(tǒng)達(dá)到一定的面積之后才能保證處于最佳的輸出狀態(tài)，如果低于閾值，往往達(dá)不到預(yù)期效果。如果總的景觀面積是一定的，應(yīng)該盡量保證設(shè)置幾個(gè)大斑塊，過于分散的景觀布置不利于碳循環(huán)。

在做城市景觀規(guī)劃過程中，景觀系統(tǒng)類型很多，選取哪種也受到很多因素的制約，需要設(shè)計(jì)師調(diào)配好生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益、固碳效益的關(guān)系。

3 “瓶頸指數(shù)法”在城市產(chǎn)業(yè)布局規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1 “瓶頸指數(shù)法”的應(yīng)用過程

產(chǎn)業(yè)布局受自然資源和環(huán)境要素影響很大。處于優(yōu)勢狀態(tài)的資源是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)所在，對(duì)推動(dòng)城市低碳產(chǎn)業(yè)起著重要的作用；處于短缺狀態(tài)的資源往往將會(huì)成為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制性因子，對(duì)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著阻礙作用。瓶頸指數(shù)法從量化上對(duì)城市既有資源進(jìn)行評(píng)估，比對(duì)不同要素的供給與需求關(guān)系，確定城市發(fā)展的優(yōu)先等級(jí)和重點(diǎn)調(diào)控對(duì)象。明確社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模與可持續(xù)供給之間的缺口究竟有多大，從而制定相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)調(diào)控政策。需要指出的是，瓶頸指數(shù)法涉及的因子通常是水、土地、能源、礦產(chǎn)、林地、綠地等自然資源以及大氣、水文等生態(tài)環(huán)境。而社會(huì)因素，諸如文化、社會(huì)結(jié)構(gòu)等，不在考慮范圍。

瓶頸指數(shù)的公式是這樣描述的：

資源要素：

環(huán)境要素：

式中Ri為短缺指數(shù)；i為要素；Li為實(shí)際需求量和均衡需求量之差；Di為實(shí)際需求量；Bi為要素供給量；Hi為要素i的環(huán)境質(zhì)量狀況；Hsi為要素i的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 產(chǎn)業(yè)布局的生態(tài)策略

瓶頸指數(shù)法的公式反映的是各個(gè)要素在總體評(píng)價(jià)中的影響力，通過計(jì)算后的數(shù)值比對(duì)很容易發(fā)現(xiàn)哪項(xiàng)因子數(shù)值最高，屬于優(yōu)勢性因子；哪項(xiàng)因子數(shù)值最低，屬于限制性因子。以此為基礎(chǔ)，在低碳產(chǎn)業(yè)規(guī)劃中提出相關(guān)策略。

3.2.1 確定影響城市發(fā)展的限制性和優(yōu)勢性因子

進(jìn)行城市產(chǎn)業(yè)布局，首先需要對(duì)城市幾個(gè)重要資源進(jìn)行評(píng)估比對(duì)，目的是為了找到限制性因子和優(yōu)勢性因子。瓶頸指數(shù)效應(yīng)通常分為極強(qiáng)、強(qiáng)、較強(qiáng)、弱、無5級(jí)。城市的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)應(yīng)該集中體現(xiàn)城市的優(yōu)勢資源，是城市資源和環(huán)境要素優(yōu)勢的整合體，其評(píng)估結(jié)果應(yīng)該是強(qiáng)或極強(qiáng)；城市的限制性因子是制約城市發(fā)展的短板，其評(píng)估結(jié)果是弱或無。廣州市的評(píng)級(jí)指數(shù)分析結(jié)果表明，水資源和能源問題是廣州市發(fā)展的限制性因子，嚴(yán)重阻礙城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

3.2.2 調(diào)整或更新產(chǎn)業(yè)布局

當(dāng)分析結(jié)果表明城市產(chǎn)業(yè)存在瓶頸要素時(shí)，需要進(jìn)行生態(tài)調(diào)控，否則產(chǎn)業(yè)有可能偏離可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。通常調(diào)控包括：①調(diào)節(jié)供給，通過能源、貿(mào)易、技術(shù)等手段提高優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)的供給能力；②調(diào)節(jié)需求，對(duì)于一些落后產(chǎn)能，資源利用不合理，技術(shù)工藝落后的產(chǎn)業(yè)，要予以技術(shù)改良或合并，嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境的產(chǎn)業(yè)，需要重新調(diào)整產(chǎn)業(yè)政策，堅(jiān)決予以摒棄。

3.2.3 植入 “體現(xiàn)能源”評(píng)估體系，客觀評(píng)價(jià)低碳行業(yè)

除了利用瓶頸指數(shù)法進(jìn)行單產(chǎn)業(yè)評(píng)估，還需要引入體現(xiàn)能源進(jìn)行整體評(píng)估?！绑w現(xiàn)能源”是對(duì)瓶頸指數(shù)法的一個(gè)有益補(bǔ)充。體現(xiàn)能源的概念是1980年生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家斯坦薩在 《科學(xué)》上發(fā)表的文章所提到的，它指的是合成一項(xiàng)產(chǎn)品或服務(wù)直接和間接消耗能源的總和?，F(xiàn)有的規(guī)劃理念認(rèn)為發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)指的就是大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，這種認(rèn)識(shí)其實(shí)比較片面。例如，評(píng)價(jià)信息行業(yè)的體現(xiàn)能源，除了計(jì)算這一行業(yè)運(yùn)作的直接能源外，還要計(jì)算其它環(huán)節(jié)能源消耗量，包括生產(chǎn)電子元件、運(yùn)輸環(huán)節(jié)、能源支持等等。如果計(jì)算這些能源總和，一些所謂的 “低碳行業(yè)”能耗驚人。以 “2005年北京直接碳排放強(qiáng)度和體現(xiàn)碳排放強(qiáng)度對(duì)比”為例 （表1），數(shù)據(jù)清晰表明，一些傳統(tǒng)觀念中認(rèn)為能耗很小的部門如科研、信息、計(jì)算機(jī)、金融等部門，它們需要承擔(dān)的環(huán)境責(zé)任遠(yuǎn)大于直接能耗強(qiáng)度所顯示出來的份額：科研部門是160.4倍，通信設(shè)備是34.3倍，計(jì)算機(jī)行業(yè)是29.7倍，顯然高于預(yù)期。

表1 2005年北京部分行業(yè)直接碳排放強(qiáng)度和體現(xiàn)碳排放強(qiáng)度對(duì)比Table 1 Comparison of carbon emission intensity in some industries of Beijing in 1995

所以，評(píng)價(jià)某些產(chǎn)業(yè)是否低碳，必須要結(jié)合具體城市的經(jīng)濟(jì)條件、社會(huì)結(jié)構(gòu)、自然資源進(jìn)行綜合的考量，不能一概而論，并沒有100%低碳的產(chǎn)業(yè)。應(yīng)該努力的方向是合理配置優(yōu)勢資源，以最小能源的產(chǎn)出換取最大的物質(zhì)收獲。

4 結(jié) 論

低碳生態(tài)理論引入到城市規(guī)劃，是一個(gè)全新的嘗試，將會(huì)從一個(gè)新的角度為城市規(guī)劃提供技術(shù)支撐。本文所列舉的3項(xiàng)技術(shù)，也只是眾多低碳生態(tài)技術(shù)的代表，可供城市設(shè)計(jì)師選擇的其它技術(shù)還有很多，需要我們不斷的引入、研究、完善，最終運(yùn)用到城市規(guī)劃中，使規(guī)劃過程更加全面系統(tǒng)?？梢灶A(yù)見的是，生態(tài)學(xué)和城市規(guī)劃的跨學(xué)科合作將會(huì)有廣泛的研究前景，城市規(guī)劃過程也將會(huì)是定量分析和定性分析充分的結(jié)合。

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