楊俊宴，張芷晗

0 引言

自萬年以前的舊石器時代開始，綠色便一直伴隨著城市發(fā)展。但隨著工業(yè)革命以來，因城市的快速拓張，城市與自然的關(guān)系從過去的尊敬、依賴轉(zhuǎn)變?yōu)槊?、對立，隨之帶來了諸如生態(tài)破碎、環(huán)境污染等現(xiàn)實問題。隨后，生態(tài)文明逐漸成為城市發(fā)展的重要議題[1]?？沙掷m(xù)發(fā)展理論奠定了綠色城市設(shè)計發(fā)展的基本方向。綠色城市設(shè)計是通過把握和運(yùn)用自然生態(tài)特點和規(guī)律，貫徹整體優(yōu)先和生態(tài)優(yōu)先的準(zhǔn)則，力圖創(chuàng)造一個面向可持續(xù)發(fā)展的理想城鎮(zhèn)建筑環(huán)境[2]。

綠色城市設(shè)計涵蓋多類學(xué)科，傳統(tǒng)多學(xué)科研究往往存在量綱和語境的差異，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，通過數(shù)字化技術(shù)對綠色城市設(shè)計進(jìn)行定量研究為跨學(xué)科研究提供可能。本文基于數(shù)字技術(shù)建構(gòu)了綠色城市設(shè)計評價指標(biāo)體系，并通過實證案例進(jìn)行驗證，試圖為綠色城市設(shè)計與數(shù)字技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1 綠色城市設(shè)計的數(shù)字技術(shù)探索

就綠色城市設(shè)計而言，從早期關(guān)注形態(tài)與指標(biāo)，到現(xiàn)階段基于數(shù)字技術(shù)的定量解析，相關(guān)學(xué)者分別從城市水土環(huán)境[3]、綠地植物群落[4]、物理環(huán)境模擬[5]和生態(tài)景觀格局[6]方面展開了大量研究。本文基于馬斯洛需求理論，將綠色城市設(shè)計涵蓋的各類要素進(jìn)行整合梳理，進(jìn)而形成了安全、生態(tài)、健康3 個評價維度[7]。

1.1 安全維度

城市中的水土資源是城市發(fā)展的根本，是城市安全的保障，安全維度包含湖體徑流和水土環(huán)境，湖體徑流基于徑流淹沒模擬、水動力數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)地貌豐富度、內(nèi)澇安全度、水體連通度指標(biāo)的模擬和分析；水土環(huán)境基于抽樣實驗，通過YSI 多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀、Sciaps xrf 手持式重金屬分析儀等數(shù)字化設(shè)備輔助分析城市水土環(huán)境質(zhì)量。

1.2 生態(tài)維度

生態(tài)效益是綠色城市設(shè)計的重要方面，生態(tài)維度分為生境綠量和微氣候環(huán)境。生境綠量從動植物視角出發(fā)，通過遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行生境穩(wěn)定度、物種豐富度、植被覆蓋度的分析；微氣候環(huán)境側(cè)重人的視角，基于ENVI-met、scSTREAM 與Ecotect 軟件分別對城市中的熱、風(fēng)、光環(huán)境進(jìn)行模擬分析。

1.3 健康維度

綠色城市的目標(biāo)是為人民提供幸福、健康、宜居的城市環(huán)境，健康維度包含低碳能耗和城市景觀。結(jié)合城市三維形態(tài)數(shù)據(jù)和DeST 能耗模擬，可以完善建筑用能強(qiáng)度、用能分布均衡度和可再生能源利用度的綜合評價；城市景觀側(cè)重人的感知，綜合考慮城市山水可視，通過天際線錯落度、水體可視度和水綠可達(dá)度實現(xiàn)城市景觀的優(yōu)化。

2 基于綠色城市設(shè)計數(shù)字技術(shù)的南通蝶湖實例研究

南通蝶湖地處江海交匯處。城市內(nèi)部水體眾多，水系呈現(xiàn)出網(wǎng)狀的鏈接關(guān)系，城市組團(tuán)有機(jī)地分布于水系網(wǎng)絡(luò)之中。

2.1 安全維度：城市湖體徑流與水土環(huán)境模擬分析

通過實地調(diào)研采樣和Vollenweider 模型分析可知蝶湖周邊水體流動性差，水體納污能力較低，基于MIKE21 對南通蝶湖進(jìn)行水動力模擬，并提出保障水生態(tài)、水安全的低影響沖擊設(shè)計策略（圖1）。

1 南通蝶湖水動力模擬

2.2 生態(tài)維度：城市生境綠量與微氣候環(huán)境模擬分析

蝶湖作為生境微核心，生態(tài)效益較高，但是目前生境網(wǎng)絡(luò)連接度較低，需要增添纖維廊道和斑島結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)生境連接度（圖2）。

2 南通蝶湖生境網(wǎng)絡(luò)分析

基于南通市遙感數(shù)據(jù)對其熱島溫度進(jìn)行反演可知，整個新城區(qū)地表溫度大致處較低的狀態(tài)（圖3）。規(guī)劃區(qū)風(fēng)環(huán)境不受地理位置因素影響，規(guī)劃區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)風(fēng)向在夏季為東南風(fēng)（SE），冬季為北風(fēng)（N）（圖4），形成在高密度城區(qū)布置大型點狀綠地、根據(jù)主導(dǎo)風(fēng)向布局水綠復(fù)合廊道等優(yōu)化策略。

3 南通蝶湖熱島反演模擬

4 南通蝶湖風(fēng)環(huán)境模擬

2.3 健康維度：城市低碳能耗和城市景觀模擬分析

城市低碳能耗模擬基于城市三維形態(tài)數(shù)據(jù)和能耗數(shù)據(jù)的智能疊合，實現(xiàn)現(xiàn)狀能耗的需求分析（圖5）和可再生能源供給的數(shù)字化模擬分析（圖6），結(jié)合分析結(jié)果，聚焦建筑單體，提出太陽能熱水系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、光誘導(dǎo)系統(tǒng)的空間布局。

5 南通蝶湖能耗需求模擬

6 南通蝶湖能耗供給模擬

3 結(jié)論

“綠色”貫穿于漫長的城市發(fā)展過程之中，隨著信息時代的到來，數(shù)字技術(shù)的突飛猛進(jìn)為綠色城市設(shè)計的科學(xué)性、高精度提供了可能，在數(shù)字化技術(shù)支撐下的綠色城市設(shè)計，通過協(xié)調(diào)城市中各類要素，實現(xiàn)自然與城市的和諧共生?！?/p>