气候适应性是指适应因地理空间差异带来的气候温度、湿度、降水等因素变化的能力和特性。气候适应型规划包括气候减缓和气候适应两个方面,气候减缓从低碳城市规划建设角度稳定或降低大气中以二氧化碳为主的温室气体浓度,防止气候暖化加剧,气候适应则通过探索城市规划控制要素与气候环境之间的相互关系和互动规律,采取相应的规划策略以更好地应对气候变化。
西方理论研究中,S.Bernard.Manyena、Jack Ahern、Allan 和 Bryant 等专家和学者提出城市韧性是指可以缓冲和应对不可完全预测的扰动,而气候适应性是城市韧性不可或缺的重要组成部分。同时,西方国家以提升城市韧性为目标,在应对气候变化方面制定了防灾或适应计划,比如2008 年鹿特丹发布《气候防护计划》、2011年伦敦公布《管理风险和增强韧性》、2013年纽约编制《一个更强大,更有韧性的纽约》,有效推动城市建设应对气候变化实现城市韧性。同样,西方国家将气候变化目标纳入城市规划目标,比如《美国市长气候保护协议》推动诸多美国城市在城市总体规划中把应对气候变化作为首要任务,并制定实现气候变化目标的具体政策指引,包括提倡TOD开发模式,鼓励紧凑型布局,保护开放空间及农田自然景观,发展绿色经济等,2003 年英国发布政府白皮书《我们能源的未来:创建低碳经济》中,将实现低碳经济作为英国能源发展的战略目标。
相较于国外应对气候变化的方式和方法,国内多地也在探索研究城市空间规划与城市气象环境的关系,比如北京开展了《北京中心城气象环境评估研究》和《基于气象条件的市域空间布局研究》两大课题,广州开展了《提升城市韧性的气候适应型规划技术探索》,2016年发改委、住建部联合出台《城市适应气候变化行动方案》,提出城市规划是创建气候适应型城市、全面提升城市气候适应能力的重点方式。但是,我国气候适应性规划相关研究尚处在起步阶段,其对应韧性城市的关系极为复杂。因此,着眼于提升城市韧性的气候适应性规划技术需要城市规划、建筑、气象、生态、环境等多学科交叉共同努力,探索更为完善的技术手段,以更加准确地预测城市气候变化的方向,改变过去单一治理行动存在的缺陷,分析重要、脆弱生态系统与环境风险等级在空间上的关联关系,识别环境气候在不同空间尺度上的特征状态,从而构建气候治理网络,提高城市应对气候变化的韧性能力。
相较于传统的城市规划目标和内容,气候适应性规划倡导建立城市气候变化与规划控制要素的相互关联,寻求其相关影响的规律和原因,其目标旨在提高城市韧性,减缓和适应气候变化,开展与城市气候环境相适宜的城市建设活动尤其是新城建设活动提供基础支撑和导引。为此,我们认为气候适应型新城规划需重点突出城市生态安全、人体舒适、空间与气候适宜、能源高效利用等方面的内容,可基于不同尺度的城市空间尺度和规划层次采用 WRF+UCM、GIS+通风潜力等不同的数值模拟技术实现气候适应规划,制定多尺度城市气候调控技术。
气候适应性规划有针对性的提出应对气候变化的技术框架,并将其内容融入传统城市规划的框架体系中。
其中,现状分析阶段综合评估气候和环境特征,并寻求具体与气候环境相关的机会和限制条件,确定城市发展目标阶段提出气候适应性规划目标,将具体应对气候变化的措施和手段融入规划空间内容中,并提出塑造或影响整个区域的生态格局、公共交通、城市形态、基础设施等方面的具体规划要求,同时建立规划管控制度保障规划落地,建立持续的动态评估机制。(图1)

图1 气候适应性规划融入传统城市规划流程图
(资料来源:作者自绘)
4.1.1 严控生态格局保障区域气候稳定
一般来说,区域气候水平由区域自然生态格局决定,一旦区域自然生态格局发生巨变或者突变,区域气候水平也将随之改变。维育和保持区域自然生态格局是实现保障区域气候稳定的重要手段,其中需对区域地形地貌、工程地质条件、水文气象、自然资源等多类现状要素进行综合评估,同时也需对未来规划建设限制条件进行适宜性评价,形成整个区域生态敏感性评价体系,构筑稳定区域气候变化的自然生态格局。空港新城的规划过程中坚守自然生态格局和区域气候变化向统一的原则,结合保护山水生态基底、延续河网水系格局、严守耕地保护红线,落实各类保护功能区的原则,依托龙泉山脉、三岔湖及主要河流廊道,充分考虑蓝绿网络布局,叠加多项本底要素,预留绿色生态廊道,划定生态红线,明确空间管制分区,实现稳定的区域自然生态格局,带来区域气候的变化最小。(表1、图2)

图2 空港新城现状用地适宜性评价图
表1 用地适宜性评价表

4.1.2 预留通风廊道改善气候条件
预留通风廊道对于改善城市气候条件有显著作用,在国内特大城市(如深圳、广州、成都等)的城市总体规划中,均通过大尺度的城市风廊的预留促使城市通风,改善城市气候条件,减少城市建设带来的温室效应。当然区域风廊控制的核心要素,是需要对通风方向、路径和强度等全方位的评价,继而实现区域风廊的划定和控制。在空港新城的规划中,依托山水脉络,按照“依山、沿水、顺风”的原则,规划区范围内沿着主导风向(东北-西南),结合地形地貌、森林水系形成了三级廊道。
分别是沿着绛溪河宽度为1公里的廊道、沿着支流水系的宽度为500米的廊道以及联系主要保留森林地块的不小于 250米的廊道,整体构成多个“东北-西南”向通风廊道网络,实现区域主导风向贯穿地块,风从大型廊道穿出到较小型互相连接的廊道(西北向),在进入邻里社区更小尺度的公园和道路,借助河谷与溪谷导引气流,减低空气污染与城市热岛效应,保留局部坡地地形,利用现状森林促进城市社区降温、改善空气质量。
4.1.3 织补碳汇网络加快气候循环
碳为自然生态圈最重要的元素,同时也是实现气候改善核心元素。在通过维育生态格局实现区域气候稳定和预留通风廊道改善气候条件的基础上,加快气候循环也是适应气候变化的重要路径。空港新城的规划对于城市人工绿地糅合自然生态基底形成绿色网络通过不同的策略,以“原生生态-性能生态-生产生态-城市生态”四个层次,对不同区域的生态空间进行发展指引,提升绿化网络的碳汇能力。其中通过 “龙泉山-三岔湖“生态维育区保证原生生态 , 构建城市氧源地。组团间分隔绿廊发挥性能生态,促进健康土壤、良好空气质量、未受污染的水和各种微生物之间协同增效的生态关系 , 保护脆弱的生态系统免受城市的影响。组团内部绿廊发挥生产生态功能,用于苗圃、水果、蔬菜等的生产,有助于提升人民幸福感。组团内部的公共绿地为城市生态,将城市肌理融入城市自然系统 , 具有环境保护休闲游憩多重功能。
4.2.1 高比例绿色出行利于减少碳排放
综合国内外大城市的发展历程,为了避免交通拥挤与环境污染,公共交通出行是城市的必然选择。空港新城在规划初期就确定了以绿色出行的公共交通作为规划的导向,优先发展公共交通,倡导自行车等慢行交通,构建以公共交通为主的绿色发展模式,其中“公交+慢行”占全方式出行比例达80%。一般说来,公共交通特别是轨道交通出行对于减缓城市气候变化的作用显著,规划落实TOD模式,实现轨道交通与城市综合服务功能联动发展,同时轨道与常规公交融合成网,有效减少交通碳排放,缓解城市建设活动对地区气候环境的负面影响。空港新城地面公交系统由快速公交和常规公交构成。利用干路系统布局公交专用道,地面公交站点根据用地功能实现差异化布置,充分与城市轨道交通站点结合,实现无缝换乘。公交系统优先连通居住社区、大型公园、公共服务中心、商业商务中心、产业集中区等,并引导用地紧凑开发。在慢行系统上,从满足区域游憩、日常出行等角度出发,构建连续的、网络化的、有空港特色的慢行系统,构建“湖光山色绿道+天府田园绿道+城市主要绿道+城市次要绿道”四级绿道体系,“田园小镇+特色园+林盘院落+亭台楼阁” 四级驿站体系,实现“于山间拥山望水、于湖边依山傍水、于城市望山见水”的慢行休闲体验。(图 3、4、5)

图3 空港新城整体结构图

图4 空港新城轨道交通规划图

图5 空港新城慢行系统规划图
4.2.2 践行小街区助于减缓热岛效应
研究表明,“密路网+窄道路+小街区”的道路模式相对于传统街区,街区尺度的空间范围每减少1公顷,能源消耗可降低2.25%。空港新城规划践行“小街区”理念体系,倡导步行友好的小街区道路模式,严格按照小街区规制构建密度高,路幅窄,宜慢行的路网体系,一方面密度较高的路网肌理使自然通风成为可能,另一方面促进慢行出行与公交使用,对于减缓城市热岛效应具有重要作用。以步行尺度统筹安排生活、工作和娱乐等基本功能,提高短距离出行比例。依托小街区,构建多层级的公共服务设施,以确保其在适宜的服务半径内相对集中,提高可达性和使用率,缩减居民在使用过程中的出行距离和时耗,促进交通减碳作用。居民在800米可以享受到基础的教育服务,1公里内可以达到社区中心,享受基本的公共服务与公园,1~2公里范围内享受市区级医疗卫生、文化体育等服务。在城市中心区域,采用小街区尺度,控制沿街商业界面等,实现混合多元的城市街区。(图6、7)

图6 空港新城15分钟社区生活圈示意图

图7 空港新城15分钟公园圈分布图
4.3.1 控制整体形态引导气流通透
城市中建筑的高度、密度和空间布局直接影响了城市热导与通风环境,从小区、街区以及城市尺度理解城市形态与城市特有气候环境之间的关系,可以为实现气候响应的城市设计提供科学有效的指导建议。规划在整体开发强度上,以TOD为导向,建筑整体高度从城市环境逐步向自然环境退台,整体形成“中间高—临近河谷低”的城市天际线,帮助导引气流进入城市。除城市核心区有少量高层簇群(制高点超过100米)外,大多数的建筑物不超过30米。较高的开发强度集中在机场西侧,围绕公交枢纽与走廊展开;较低的开发强度位于机场的周围。(图8、9)

图8 空港新城局部形态示意图

图9 空港新城核心区局部效果图
4.3.2 控制场地尺度形态塑造舒适气候
在中微观的城市设计尺度中,通过量化模拟分析城市形态与微气候的相关性分析可以为城市建成发展提供可持续设计策略,并能够进行多目标寻优以减少城市设计预期的不确定性。规划运用CFD技术对不同建筑布局、建筑密度和建筑高度的组合方式进行气候情景模拟,选定合适的建筑布局、建筑形态和控制指标。在地块层面的形态设计层面主要是通过合理的邻里布局、朝向、形态对整个场地和邻里街区范围保持通风、改善遮阳或日照、提升热舒适度的作用。鉴于场地以及所处四川盆地的风速极低且风量极少,在随后所做的适应气候的设计分析中,其重点是了解典型案例中城市形态如何改善空气对流。
为了更好的呈现不同方案下的气候适应性,采用CFD、GIS等软件进行数字模拟对比。通过模拟发现,街道布置(及沿街排布的建筑物)方向为40度-110度时最有利于地面通风、冬季自然采光、夏季遮阳及改善热舒适度。此时由于街道和建筑物排列有利于保持主风向贯穿整个街区,而且这个朝向利于低空区域冬季日照和夏季建筑物/街道的遮阳。合适比例的街区高宽比设计以及建筑物高低错落布置利于通风并提高通风频率。模拟解雇显示当高宽比小于1通风改善明显。在建筑体量上,建筑物高度错落将有助于获取上部的城市风,并引导风下行到地面层,也可通过建筑抬高底层,用于引导风流。另一方面是建筑形态结合地形,顺应起伏的地貌形成一系列重重叠叠的屋檐,通过建筑高度的变化将风和新鲜空气引入行人地带。建筑形式应反映独特的山体形式以及呼应场地的水景,层叠的屋面和露台,抬高的底层空间,带绿植以及提供活动的绿色屋顶不仅反映独特的山体形式,同时帮助引导风流,有助于塑造一个舒适的阴凉环境以及减少城市热岛效应。(图10、11)

图10 不同方案的风环境模拟结果

图11 核心区风环境建设指引
对于气候适应性规划,建立“监测+模拟+评估”体系,即在监测和分析现有气候变化特点、趋势的基础上,模拟和预测相关规划方案及指标对气候变化的影响,修正和优化城市规划的相关要素与策略,以提高城市适应气候变化的韧性。为了更好的可持续的建设气候适应型城市新区,需要在过程中对空气流动实施监控与反馈。首先建立新城范围内的通风评估制度,新城范围内的城市和建筑设计采用通风评估政策来研究新建筑物对场地附近及其周边环境风流分布的影响。同时完善评估方法和工具,制定针对城市的城市规划工具以简化通风评估与过程。最后,是实施效果的实施监控与反馈提升。城市结合智慧城市建设,通过传感器站、运输系统的智能传感器等实施空气质量和气候监测计划,实时完成城市空气质量的检测与反馈,用于规划实施情况的校验与反馈。
通常说来,城市气候变化与城市运营息息相关,而城市运营包括综合能源管理、水资源管理和智慧城市建设等方面。未来的城市紧抓“智能、互联”趋势,融合水资源、清洁能源、绿色建筑、固废循环利用等诸多系统,在传统市政基础设施的基础上,新增区域大市政的概念,构建具有“韧性”的智慧城市基础设施体系,实现城市气候与城市发展相融合,气候变化相对较小。区域层面,提升传统市政系统的标准,保障城市排涝安全;微观层面,强化微循环系统,实现能源、资源的节约。(图12)

图12 空港新城基础设施网络系统图
4.4.1 强化能源管理实现净零能源
城市能源运营是一个综合能源系统,是常规能源和辅助能源向结合而成。在新的城市规划中,按照绿色低碳的理念,以提高能源的循环利用为目标,建设分布式能源供应系统,作为传统能源系统的辅助。空港新城也正式如此,通过能源使用需求识别,分布式能源中心主要布局在城市中心区域、重点开发区域及产业社区中心,解决集中制冷供暖供电。按照不同的建设时期运行进行不同的建设,如当能源中心服务的社区已经高度开发时,使用大规模的能源中心。当服务范围内的社区处于开发阶段,建设小规模的能源中心,随着社区的发展逐步扩大能源中心规模以适应能源需求。各个分区内的能源中心互相连接,保证能源的备用率。在能源中心服务覆盖的社区的建筑,其供热与制冷系统与能源中心连接,分区热系统相互连通。(图13)

图13 空港新城分布式能源运行示意图
4.4.2 突出水资源管理实现综合利用
城市气候的重要组成部分为雨水组成的系统,在城市规划中结合地形进行综合水资源管理,同时要突出低影响开发模式的海绵城市。空港新城范围降雨量丰富、丘陵地形、水系丰富的特征,针对此特征确定年径流总量近期控制率达80%,年悬浮物SS总量去除率达50%,再生水资源利用率达到100%;雨水资源利用率达10%。
为确保上述目标,以丘陵的地表自然径流为骨架,以径流缓冲绿地、大型绿地斑块和道路绿地为辅的绿色廊道,形成完整的雨、洪水截、导、蓄、排系统,采用多种方式实现雨水的资源化利用。在新城不同的功能片区中,结合其建设情况和用水需求,制定不同的雨水综合利用策略,同时制定并落实鼓励雨洪资源综合利用的相应政策。空港新城划采取分散式处理方法排水设施,划定11个排水分区,按照雨污分流制建设雨污排放系统。同时根据需要处理的污水量,确定模块规模的大小,不搞“一刀切”,处理模块可根据地形分散式布局,不对丘陵地形造成破坏。“雨水-污水联动”处理,在低等级时进行分开处理,雨水流入自然径流,污水进入生态处理模块,最终合并汇入地表水系,因此处理后的污水也进入城市水系,可补充地面水体,促进水循环,改善城市气候。
4.4.3 建设智慧城市支撑气候管理
智慧城市成为城市建设中最重要的方法和手段,借助物联网、云计算、大数据等信息技术,将城市运行的核心系统整合到一个大平台上,基于数据搜集、反馈及增强城市运营和城市治理,推行利用开放数据、大数据进行预测性分析,部署全区域通信基础设施和生态传感系统,与上述的交通系统、能源系统、水资源管理系统等相互响应,提供灵活和按需的服务,减少资源消耗,优化城市资源使用,提升城市系统功能自循环能力,使城市自然环境更友好,生活环境更便捷,商业环境更便利,城市运营更高效。空港新城在基础设施支撑上,建设城市数据中心与智慧城市数据中心,建设通信枢纽局房和汇聚局房,以数据中心、枢纽局、汇聚局之间主干道路为主,形成环状多路由通信管道,结合各式传感系统,形成灵敏高效的数据支撑系统,加强对气候变化的管理,支撑气候适应性建设。(图14)

图14 空港新城智慧城市系统示意图
城镇化的进程以及人口集聚将加剧气候对城市气候的影响,使得城市建成环境更加脆弱,这需要我们更加谨慎、理性地思考和探讨城市规划与城市气候的关系。 本文从区域生态格局、公共交通、城市形态、基础设施等方面从大尺度上对于城市规划系统如何进行气候响应型规划进行了探讨,希望为类似地区提供借鉴。值得注意的是,气候适应性规划不是一个规划能够解决的事情,也不是一个规划层面能够解决的事情,气候适应型城市建设是一项实践性非常强的工作,本文仅仅从总体规划层面制订了一个框架,具体的细化与实施机制还需要进一步深化。
( 注:本文基于成都市规划设计研究院编制的《成都天府国际机场空港经济区规划研究》;Skidmore,Qwings&Merrill LLP、成都市规划设计研究院、成都市市政工程设计研究院联合编制的《成都天府国际空港新城总体规划》;中国城市规划设计研究院、成都市规划设计研究院联合编制的《成都天府国际空港新城分区规划》;除特别备注外,图中图标均来自上述项目。)
(详见《成都规划》2018年第3期)
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