■ 張 琴 姜 華

低碳導(dǎo)向下的城市空間設(shè)計(jì)

■ 張 琴 姜 華

在當(dāng)今中國(guó)城市化進(jìn)程加速、碳排放持續(xù)增加的特殊時(shí)期，低碳正成為規(guī)劃體系應(yīng)對(duì)氣候危機(jī)的重要思維方式。本文在總結(jié)低碳內(nèi)涵、分析建構(gòu)低碳與城市空間關(guān)系的理論基礎(chǔ)上，從空間布局優(yōu)化、循環(huán)再生引導(dǎo)、模擬技術(shù)修正等方面對(duì)低碳導(dǎo)向下的城市空間設(shè)計(jì)策略進(jìn)行了理論探索和實(shí)踐嘗試，從城市設(shè)計(jì)層面探尋低碳規(guī)劃的方法與途徑。

一、低碳城市設(shè)計(jì)理念

低碳城市目前國(guó)際尚無(wú)統(tǒng)一界定的定義。中國(guó)城市科學(xué)研究會(huì)在《中國(guó)生態(tài)低碳城市發(fā)展戰(zhàn)略》中提出：“低碳城市，即通過(guò)零碳和低碳技術(shù)研發(fā)及在城市發(fā)展中的推廣應(yīng)用，節(jié)約和集約利用能源，有效減少碳排放?！敝锌圃嚎沙掷m(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究組在《2009年中國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告》中則認(rèn)為，“低碳城市是以城市空間為載體發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，實(shí)施綠色交通和建筑，轉(zhuǎn)變消費(fèi)觀念，創(chuàng)新低碳技術(shù)，從而達(dá)到最大限度地減少溫室氣體的排放?！?/p>

圖1 城市人為碳排與城市設(shè)計(jì)低碳要素關(guān)系圖

（一）低碳之于城市空間

人類生存與發(fā)展的需求是產(chǎn)生過(guò)量溫室氣體的根源，而碳排放與城市物質(zhì)空間的存在狀態(tài)緊密相關(guān)。按照城市空間的碳循環(huán)活動(dòng)規(guī)律，城市低碳過(guò)程可以分為降低碳源溫室氣體排放和增加自然碳匯清除溫室氣體。進(jìn)一步劃分，城市碳源按存在狀態(tài)，可分為固定碳源、移動(dòng)碳源和過(guò)程碳源。因此要通過(guò)城市空間設(shè)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)降低溫室氣體排放的目的，首先應(yīng)厘清城市空間設(shè)計(jì)對(duì)碳源、碳匯等要素的影響機(jī)理，繼而搭建城市低碳要素與城市設(shè)計(jì)之間的關(guān)聯(lián)框架，以找到城市設(shè)計(jì)發(fā)揮減緩氣候變化作用的路徑和抓手（圖1）。

1．固定碳源與城市空間

從城市的角度來(lái)看，固定碳源主要指建造過(guò)程中的土地利用變更以及建筑使用過(guò)程中的能源消耗，其碳排主要集中于制冷、取暖、照明等對(duì)室內(nèi)外環(huán)境舒適性的調(diào)節(jié)上。因而，對(duì)建筑所處城市空間環(huán)境的微氣候進(jìn)行針對(duì)性地調(diào)節(jié)，將成為城市空間設(shè)計(jì)改善建筑系統(tǒng)能源消耗和碳排放的主要著力區(qū)域。

2．移動(dòng)碳源與城市空間

移動(dòng)碳源主要是交通運(yùn)輸過(guò)程所產(chǎn)生的溫室氣體排放，其與交通出行頻率、出行距離、出行模式息息相關(guān)。所以，有目的地協(xié)調(diào)土地利用與交通資源的關(guān)系，優(yōu)化出行方式，引導(dǎo)調(diào)整交通能耗結(jié)構(gòu)將是緩解城市交通碳排的有力途徑。

3．過(guò)程碳源與城市空間

過(guò)程碳源主要是城市日常生產(chǎn)和生活緊密相關(guān)的食物、材料、水資源、能源以及廢棄物等物質(zhì)在加工、處理或運(yùn)輸過(guò)程中的能源消耗和溫室氣體排放。其物質(zhì)流通模式主要體現(xiàn)在能源流、水資源流和廢物流三種城市空間環(huán)境代謝過(guò)程中，故可通過(guò)作用于影響資源（能源）高效利用的空間設(shè)計(jì)要素和有關(guān)設(shè)施的空間布局，依照生態(tài)系統(tǒng)的自維持規(guī)律，降低城市空間環(huán)境對(duì)于資源（能源）的外部需求量和代謝輸出量，實(shí)現(xiàn)自我循環(huán)和供給地城市減碳過(guò)程。

4．自然碳匯與城市空間

自然碳匯主要指依托自然生態(tài)系統(tǒng)（非物理性）從空氣中清除二氧化碳的過(guò)程、活動(dòng)、機(jī)制。城市綠地系統(tǒng)是發(fā)揮碳匯功能的主要空間載體。以低碳為導(dǎo)向的城市空間設(shè)計(jì)在促進(jìn)自然碳匯碳清除的過(guò)程中，可以借鑒生態(tài)學(xué)原理，有目的地利用生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)和調(diào)節(jié)能力，通過(guò)作用于城市自然環(huán)境和人工環(huán)境的形態(tài)設(shè)計(jì)方法，依照生物和氣候規(guī)律實(shí)現(xiàn)以綠地和水體為主的增匯要素在城市空間內(nèi)部的合理分布來(lái)降碳固碳。

圖2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)效果圖

圖3 低碳城市設(shè)計(jì)框架圖

圖4 城市設(shè)計(jì)平面布局圖

（二）城市設(shè)計(jì)之低碳方法與策略

對(duì)于具體城市空間設(shè)計(jì)項(xiàng)目而言，其低碳理論路徑往往很難一概而全地通盤吸收與落實(shí)。因此，如何按照低碳理論路徑尋找合適的切入視角，構(gòu)建城市空間設(shè)計(jì)的低碳策略，對(duì)城市設(shè)計(jì)乃至城市規(guī)劃的低碳化都具指導(dǎo)意義。

1．追求環(huán)境共生的整體營(yíng)建策略

強(qiáng)調(diào)科技園區(qū)空間的多樣性及其與自然環(huán)境的協(xié)調(diào)、共生。園區(qū)空間應(yīng)基于自身環(huán)境及文化特性，減少人工建設(shè)的沖擊，保護(hù)原有生態(tài)空間體系的完整性，保障園區(qū)生態(tài)系統(tǒng)良好的自然循環(huán)和微氣候環(huán)境，協(xié)調(diào)外部環(huán)境空間設(shè)置，增加園區(qū)空間可變性與適應(yīng)性。同時(shí)，通過(guò)營(yíng)造以人為本的立體交通空間，倡導(dǎo)低碳化的公共交通出行，形成環(huán)境良好、步行友善的交通空間，促進(jìn)、引導(dǎo)交通生態(tài)化出行。

2．強(qiáng)調(diào)循環(huán)再生的可持續(xù)發(fā)展策略

強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)使用新能源、新技術(shù)，尤其注重可循環(huán)使用的材料與能源再生技術(shù)，挖掘利用自身潛力能源，減少對(duì)石油、天然氣等不可再生能源的依賴，降低城市發(fā)展過(guò)程中的過(guò)高碳排，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

3．注重生態(tài)技術(shù)的科學(xué)輔助策略

可持續(xù)發(fā)展視角下，城市規(guī)劃尤其是空間營(yíng)造需要不同領(lǐng)域、不同維度的信息化技術(shù)分析，如風(fēng)環(huán)境模擬分析，輻射環(huán)境模擬分析等，以將生態(tài)、低碳的可持續(xù)發(fā)展理念轉(zhuǎn)化為具有量化基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)策略，指導(dǎo)園區(qū)實(shí)現(xiàn)有機(jī)組織、科學(xué)營(yíng)建，形成城市生態(tài)與低碳的示范。

二、低碳城市設(shè)計(jì)實(shí)踐

2013年8月，作為全面實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略的重要舉措，寧波新材料科技城全面啟動(dòng)建設(shè)。寧波新材料大學(xué)創(chuàng)新園位于新材料科技城中東部，南臨甬江，是新材料城實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、生態(tài)低碳戰(zhàn)略的先行示范園區(qū)（圖2）。

基于園區(qū)發(fā)展訴求，項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初便將低碳化設(shè)計(jì)做為框架導(dǎo)向。規(guī)劃將低碳理念貫穿于設(shè)計(jì)全過(guò)程，并輔以低碳技術(shù)引導(dǎo)與修正，以探索構(gòu)建可量化、操作性強(qiáng)的低碳化城市空間設(shè)計(jì)方法和策略（圖3）。

（一）環(huán)境共生的整體營(yíng)建實(shí)踐

1．形成開(kāi)放、彈性、共生的空間布局結(jié)構(gòu)

規(guī)劃通過(guò)調(diào)整現(xiàn)狀河道，并對(duì)價(jià)值洼地植入公共設(shè)施、擴(kuò)大開(kāi)放空間、建設(shè)濱水公園等提升洼地價(jià)值，并以此為重心，以彈性的模塊式研發(fā)院落空間形式圍繞中心景觀布局，形成點(diǎn)、軸化的綠廊、彈性化生長(zhǎng)式的布局。同時(shí)，規(guī)劃還面江（甬江）向綠（快速路防護(hù)綠帶）形成滲透廊道，形成空間通透、景觀開(kāi)敞的景觀軸線，整體構(gòu)建片區(qū)共生、共榮的微生態(tài)空間環(huán)境（圖4）。

2．形成低碳、有機(jī)的“立體交流”空間

規(guī)劃以公共交通理念為出發(fā)點(diǎn)，在園區(qū)周邊通過(guò)設(shè)立多元交通換乘點(diǎn)—軌道、公交、人行、電動(dòng)車等，形成園區(qū)內(nèi)外隔離的交通保護(hù)層，進(jìn)而構(gòu)建園區(qū)內(nèi)部以電動(dòng)車與步行為主的立體交通體系，即圍繞中心景觀空間、交通節(jié)點(diǎn)等，構(gòu)建多元的二層休閑平臺(tái)與步行連廊，實(shí)現(xiàn)地面景觀、空中視廊的多維互動(dòng)與銜接，形成立體融合、低碳、有機(jī)的交流空間與慢性體系。

3．構(gòu)建新的文化景觀長(zhǎng)廊

規(guī)劃片區(qū)地處寧波商幫文化精神的“起源地”，區(qū)內(nèi)的甬渡、禪寺等曾是甬人長(zhǎng)久的記憶。規(guī)劃以此為文化楔入點(diǎn)，融入新的時(shí)代理念對(duì)其進(jìn)行傳承與再演繹，實(shí)現(xiàn)文化記憶與園區(qū)建設(shè)的結(jié)合，提升園區(qū)的文化價(jià)值—如通過(guò)糧倉(cāng)建筑改建、貨運(yùn)碼頭修葺，形成新的文化建筑、休閑景點(diǎn)，通過(guò)構(gòu)建傳統(tǒng)尺度的建筑空間、立體廣場(chǎng)、遺址景點(diǎn)，構(gòu)筑新的文化景點(diǎn)序列。

（二）循環(huán)再生的空間引導(dǎo)實(shí)踐

1．高效供給與輸配能源

隨著我國(guó)能源消費(fèi)的不斷增長(zhǎng)，能源需求的缺口日漸增大，而二氧化碳的排放壓力也不容小覷。規(guī)劃在管理服務(wù)區(qū)域集中建造能源控制中心，一方面可以作為外部能量進(jìn)入園區(qū)的接口，實(shí)現(xiàn)能源總控與調(diào)度；另一方面，還可優(yōu)化園區(qū)內(nèi)部能源管理與建設(shè)—如通過(guò)不同組團(tuán)屋頂太陽(yáng)能發(fā)電、生物能發(fā)電裝置匹配建設(shè)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部園區(qū)能源補(bǔ)充與統(tǒng)一調(diào)度，建立高效供給的能源供給與輸配系統(tǒng)，形成規(guī)劃區(qū)能源資源循環(huán)再利用的示范。

2．平衡循環(huán)與利用水源

規(guī)劃通過(guò)構(gòu)建河岸濕地綠化帶，中水、雨水大型公園綠化帶，道路臨側(cè)雨水收集器，循環(huán)水回收噴灌系統(tǒng)，打造形成雨水截蓄循環(huán)利用的園區(qū)。以此增加園區(qū)道路、綠化景觀用水，提高雨水、洪水滲透效率，補(bǔ)充地下水資源。

3．優(yōu)化建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

園區(qū)內(nèi)有大量的研發(fā)辦公建筑，內(nèi)部熱量需求大，設(shè)施釋放多，較之其他建筑能耗較高。因此，規(guī)劃通過(guò)設(shè)置遮陽(yáng)設(shè)施、種植多維綠植等方法降低建筑外表能耗吸收，調(diào)節(jié)建筑的熱工程性能，改善熱環(huán)境舒適性，減少區(qū)域熱島效應(yīng)強(qiáng)度，降低建筑熱工能耗，實(shí)現(xiàn)自然調(diào)節(jié)建筑的熱舒適性，優(yōu)化建筑的節(jié)能適應(yīng)性。

（三）生態(tài)低碳技術(shù)的輔助設(shè)計(jì)策略

現(xiàn)代城市人口密集，建筑物取代了自然地形，影響了城市局部地區(qū)的風(fēng)向、風(fēng)速、熱量等，導(dǎo)致局部氣候環(huán)境改變，城市能耗大大增加。建設(shè)低碳城市，降低城市能耗不能僅僅停留在規(guī)劃口號(hào)上，如何了解場(chǎng)地?zé)岘h(huán)境、風(fēng)環(huán)境等情況，為場(chǎng)地景觀設(shè)計(jì)提供量化數(shù)據(jù)，以校驗(yàn)、反饋、修正規(guī)劃方案，并制定相應(yīng)的降輻、降熱措施，合理設(shè)置人流活動(dòng)區(qū)域，將“低碳”落到實(shí)處，著實(shí)有效地降低熱島效應(yīng)、調(diào)節(jié)微氣候，提高區(qū)域外部環(huán)境舒適性，從整體空間尺度上確定順應(yīng)有利于自然循環(huán)的開(kāi)發(fā)方案，實(shí)現(xiàn)人工系統(tǒng)與自然生態(tài)的共生，減少能源消耗和碳排放。這既是城市低碳的重要策略，也是項(xiàng)目的重要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)。

1．建筑室外風(fēng)環(huán)境模擬修正，以減少氣候不利影響，降低建筑能源需求

規(guī)劃區(qū)地處浙東海濱，年均受到2～4次的臺(tái)風(fēng)影響，且地塊南臨甬江，南側(cè)空間幾無(wú)遮擋，因此規(guī)劃對(duì)極端氣象條件下風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析，以量化、直觀的形式展示分析建筑群體間可能出現(xiàn)的狹管效應(yīng)，減少或避免不恰當(dāng)人工建筑環(huán)境可能導(dǎo)致的安全隱患。

規(guī)劃基于生態(tài)環(huán)境分析大師ECOTECT及流體力學(xué)研究工具WINAIR4，以歷年寧波氣候數(shù)據(jù)為參照，取寧波地區(qū)夏季極端氣候條件下臺(tái)風(fēng)天最大東南風(fēng)速均值17m/s，對(duì)場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境不同截面高度進(jìn)行模擬分析（圖5）。（風(fēng)環(huán)境邊界設(shè)置條件：城市梯度風(fēng)按照以下公式計(jì)算：V=V0［h/h0］n。式中：V—高度為h處的風(fēng)速，m/s；V0—基準(zhǔn)高度h0（取標(biāo)準(zhǔn)高度10m）處的風(fēng)速，m/s；n—指數(shù)，主要與測(cè)定地點(diǎn)的地面粗糙度和溫度垂直梯度有關(guān)，取0.3。）

圖5 極端氣象條件下（風(fēng)速17m/s）室外區(qū)域夏季不同截面高度風(fēng)云圖

可以看出，夏季極端氣候條件下隨著區(qū)域截面高度的升高，區(qū)域南側(cè)迎風(fēng)面上風(fēng)速放大系數(shù)較大，在制高建筑兩側(cè)及北面廊道出口風(fēng)速加強(qiáng)，狹管效應(yīng)明顯。

修正引導(dǎo)建議：規(guī)劃應(yīng)在區(qū)域南側(cè)迎風(fēng)面及北側(cè)廊道出風(fēng)口處安排一定的防風(fēng)綠植；合理確定制高建筑及周邊建筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)，注重建筑形態(tài)及外結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在保證原有建筑物功能的基礎(chǔ)上，在建筑表面特別是建筑尖角處增設(shè)起到緩沖風(fēng)速作用的外結(jié)構(gòu)（如通風(fēng)槽），以減緩過(guò)快風(fēng)速甚至衰減建筑尖角所引起的氣流渦旋現(xiàn)象，并在狹管效應(yīng)和風(fēng)渦流區(qū)設(shè)置喬灌木搭配的綠植，在保證正常通風(fēng)前提下適當(dāng)延緩過(guò)快氣流，保障區(qū)域良好的微氣候環(huán)境，減少建筑主動(dòng)調(diào)節(jié)，降低建筑能耗和碳排放。

2．城市下墊面輻射環(huán)境模擬修正，以適應(yīng)環(huán)境微氣候，降低環(huán)境能耗

（1）場(chǎng)地?zé)彷椛淠M分析

規(guī)劃以美國(guó)能源部站點(diǎn)（US Department of Energy）提供的浙江北部地區(qū)（寧波）ECOTECT專用日軌運(yùn)行數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。采用ECOTECT的入射太陽(yáng)輻射功能，即選擇計(jì)算菜單中的時(shí)均太陽(yáng)輻射選項(xiàng)執(zhí)行入射太陽(yáng)輻射分析，設(shè)置時(shí)間段為6月21日至9月21日（夏季），分析場(chǎng)地中夏季日均輻射總量情況，以指導(dǎo)下一步場(chǎng)地軟硬質(zhì)空間的布局（圖6）。

圖6 場(chǎng)地?zé)彷椛淠M分析圖

分析結(jié)果表明，區(qū)域總體太陽(yáng)輻射環(huán)境較好。但也有部分位置輻射強(qiáng)度較大，建議采取相應(yīng)降輻措施。

修正引導(dǎo)建議：建議規(guī)劃區(qū)域熱輻射值在400000Wh以上的開(kāi)敞地段以軟質(zhì)空間為主，設(shè)置多層次綠化，降低區(qū)域熱輻射強(qiáng)度；規(guī)劃區(qū)域熱輻射在360000～400000Wh以上的開(kāi)敞地段可以考慮軟硬質(zhì)空間結(jié)合，增加景觀水池或設(shè)置觀賞類遮陽(yáng)綠植。

（2）場(chǎng)地光合有效輻射模擬分析

規(guī)劃以美國(guó)能源部站點(diǎn)（US Department of Energy）提供的浙江北部地區(qū)（寧波）ECOTECT專用日軌運(yùn)行數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)。采用ECOTECT ANALYSIS的光合有效輻射功能，即選擇計(jì)算菜單中的時(shí)均太陽(yáng)輻射選項(xiàng)執(zhí)行天空系數(shù)與光合有效輻射分析，設(shè)置時(shí)間段為4月1日～10月31日之間（一般植物生長(zhǎng)的時(shí)間段），分析場(chǎng)地中可以用于光合作用的太陽(yáng)輻射分布情況，找出規(guī)劃項(xiàng)目中適合喜陰，喜陽(yáng)型植物的適宜栽植區(qū)域（圖7）。

圖7 場(chǎng)地光合有效輻射模擬分析圖

分析結(jié)果表明，區(qū)域總體光合有效輻射情況較好，其中建筑相對(duì)密集區(qū)域光合有效輻射適中，適合中性植物生長(zhǎng)；建筑相對(duì)疏朗區(qū)域光合有效輻射較強(qiáng)，適合喜陽(yáng)植物生長(zhǎng)（光合有效輻射能小于3MJ/m2d的區(qū)域適宜種植喜陰植物；光合有效輻射能介于3～5.6MJ/m2d的區(qū)域適宜種植中性植物；光合有效輻射能高于5.6MJ/m2d的區(qū)域適合種植喜陽(yáng)之物。另外，圖中0.0MJ/m2d的區(qū)域基本是樓宇基座區(qū)域）。

修正引導(dǎo)建議：建議規(guī)劃區(qū)域以中性、喜陽(yáng)綠植為主；在開(kāi)敞區(qū)域以喜陽(yáng)喬木、灌木搭配為主；在院落空間建議以中性綠植為主（結(jié)合具體空間決定是否喬灌木搭配）；在交流平臺(tái)下建議以喜陰灌木綠植為主。另外，規(guī)劃通過(guò)提供本地不同植物的植栽屬性，為場(chǎng)地低碳化植栽、緩解場(chǎng)地?zé)彷椛?、改善區(qū)域微氣候創(chuàng)造條件。

三、結(jié)語(yǔ)

城市空間設(shè)計(jì)乃至城市規(guī)劃體系在城鎮(zhèn)建設(shè)過(guò)程中都應(yīng)貫穿“低碳化”思維，助力低碳化發(fā)展。本次規(guī)劃，是對(duì)低碳化城市設(shè)計(jì)理論路徑的一次解構(gòu)，是從“空間布局、循環(huán)再生、低碳技術(shù)”三個(gè)層面的一次低碳策略實(shí)踐。

（作者單位：張琴，寧波市建筑設(shè)計(jì)院有限公司；姜華，寧波市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院）