彭仲仁
美国佛罗里达大学教授
教育部长江学者奖励计划特聘教授
真正的田园城市,不仅美在其表,必须强调的是:空气质量是考量生态田园城市最重要的指标。以广西玉林为例,从主观上看蓝天白云,空气应该不错,但事实是从6月下旬到7月下旬的30天左右,玉林的AQI空气质量指数从30多到58之间浮动(AQI越低空气质量越好),这个指数在国内来说是很不错的,但却是远远超过国际上田园城市的健康空气水平。又比如全国很多地方在夏季雾霾少见,天气晴好,但臭氧这种看不见的污染物却成为多地的首要污染物。对照佛罗里达,其pm2.5浓度往往都低于10,这是相对健康的空气环境。玉林虽相对全国其他城市来说是相当好的,但是离世界上真正的田园城市还是有一定差距。
开展城市规划与设计中的大气污染规划治理,首先要清楚整个城市的污染源,比如城市生活、工业、农业、绿化、交通等等区位,及其污染程度。由于一些污染源是区域输送的,污染物多尺度、跨境、跨省市及跨地区远、近距离输送,因此清楚更大区域的污染源也是必要的。另外就是评估调整城市的土地规划利用,规划不当也会对城市空气造成非常严重的影响。以上海为例,上海有过几次比较严重的空气污染过程,经过检测和空间统计,其污染物主要是从西部吹过来的(图一)。上海市的相关单位也曾经做过一个产业布局,把污染严重的企业放在了城市的西部,以及安徽、江苏、浙江等地,但是污染物在区域风场地作用下还是会影响到上海,所以不是简单地移走污染企业就能解决上海的环境污染问题。
图一:上海市PM2.5(左图)和NO2(右图)浓度分布图
我们要将大气环境规划融入城市规划之中,其目标从宏观上来说,可以通过合理规划城市形态、风貌和通风廊道等手段。从中观上来说,就是优化土地利用和污染源的产业布局,不能把污染源放在上风道,这虽是很简单的道理,但实际做起来却不简单,因为这涉及量化模拟过程。从微观上来说,要优化街区布局和建筑物形态,街区布局的形态不同,对小区的空气质量也有较为显著的影响。例如下图(图二),在不同地规划布局下,盛行风有些可以穿越通行有些则不然。如果建筑物挡住盛行风地通行势必就不利于整个街区地通风。诸如PM2.5和臭氧这类的污染物在不利于通风的环境下聚集并形成一个小环境,造成空气污染的二次生长, 所以通风对一个城市的大气环境影响是很大的。
图二:街道布局的定向[1]
我们在做大气环境规划的时候,首先要对大气污染空间做出评估,将空间尺度划分为城市、城区、社区三个层次,评估包括空间上污染的状态怎样,跟土地利用的关系怎样,然后再评价是否存在问题,问题在哪里,如何把问题找出来。
中国城市的污染监测点普遍较少,无法反映出小范围的污染变化情况,我们课题组在全球率先利用了智能无人机,自行组装了大气污染检测设备等试验仪器。无人机在飞行过程中可收集PM、黑炭、臭氧、一氧化碳等数据,以及这些污染物在早晨、中午、下午、傍晚时候的变化特征。比如我们在上海地观测情况,PM2.5在城市西部要比东部高得多,还有一部分是从外省吹进来的。但是二氧化氮的分布情况跟PM2.5又不一样,它大部分都是当地产生的。我们根据风速、风向、污染源和土地利用情况,就能很清楚地分析出城市在土地布局上存在些什么问题。这就是第一步,分析现有的状态。
第二步,通风廊道规划。简单地说就是看看是不是有些建筑物把风给挡住了,以及在总体规划中如何去避免这类情况的产生。鲁尔区是德国乃至世界的一个重要工业区,他也一度是德国空气污染的重灾区,上世纪80年代鲁尔区的25座城市(如多特蒙德、埃森、杜伊斯堡)针对旧工业区金属污染物扩散问题分别编制了“气候功能图”,然后通过信息采集、土地气候功能评估、规划目标方针制定改善该区域的空气污染情况,其中很重要的就是通风廊道规划。如今,上世纪80 年代的“雾都”斯图加特已成为著名的疗养胜地。(图三)
图三:德国通风廊道规划[2]
第三步,土地利用优化布局。下图(图四)的两个例子,在风向不变的情况下,按左边图示布局和按右图示布局会产生不同的城市街道风效应。但哪个好呢?答案实际上不是那么简单。左边图示风直接就吹过去了,对污染物扩散有好处。但是如果按右边图示布局的错落有致,风吹过时会形成一个回巡,增加了通风的效益,因此从居民的感受来说这个可能是好的。如果污染物主要来源于南部,城市设计可能得选择左侧图示布局;如果污染源主要来自城市内部的交通尾气排放,城市设计可能得选择右侧图示布局。但最后决策得视具体情况。如周边建筑物的高度、形态和街道峡谷的高宽比等,需要进一步地量化求证。
图四:由道路、楼宇及休憩用地组成的通风廊[3]
再以社区空间布局举个例子,下图(图五)是一个模型,先将风速、风向和污染源等这些不同类型的物理参数排列组合,算出社区空间的整体污染状况分布情况。然后,再根据污染状况模拟不同空间布局情况下的污染暴露水平,以此筛选出最佳的布局方案。这种在建设之前的模拟评估会对以后的建设规划能够提供重要的帮助。
图五:浓度分布矢量图[4]
有利于大气环境的城市设计,还包括城市道路两边的植物隔离带上。城市道路中用于机非分离的植物分隔带可以有效地降低路侧行人对机动车排放污染物的暴露水平。根据我们的研究,当街道的宽深比(Aspect Ratio, 路侧建筑物的高度与街道宽度之比)在0.3到1.67之间时,1.1米可以作为植物隔离带得最优高度。当街道的宽深比小于0.3时,0.9米到2.5米均可以作为植物隔离带得最优高度,当然具体情况还需要根据周边建筑物的高度和形态进行定量仿真来确定最佳高度。
最后做一个总结,城市空间大气质量规划是城市总体规划的一个重要部分,我们不能忽视了这部分内容,这将会对城市的未来造成深远的难以改变的影响。第二,城市-城区-社区多空间尺度空气质量地空间评估与预测,这也是在城市规划中应该做的。第三,城市规划中今后应当开展科学合理的风廊规划以及城市污染源布局的合理规划。
[1]《香港规划标准与准则》[M].pp:33-34
[2]刘姝宇,宋代风,王绍森(2015). 德国城市气候地图发展及其规划引导作用衍化[J]. 国际城市规划,pp:84-90
[3]《Urban Climatic Map and Standards for WindEnvironment-Feasibility Study》[M].pp:287
[4] Zhou liya. Investigationon Vortex and Channel Effects on the Pedestrian Wind Environment in Large-scaleBuilding Project of Shenzhen, China [Degree Thesis]. The Chinese University ofHong Kong, Advanced Environmental Planning Technologies,2014, pp:69-75