基于核心生態(tài)要素優(yōu)化導(dǎo)向的城市新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法

周詩文 | Zhou Shiwen

石鐵矛 | Shi Tiemao

李殿生 | Li Diansheng

李 綏 | Li Sui

“十四五”時(shí)期強(qiáng)調(diào)生態(tài)文明建設(shè)的統(tǒng)領(lǐng)作用，構(gòu)建高質(zhì)量發(fā)展的國(guó)土空間布局和支撐體系。城市新區(qū)是城市發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物，既拓展優(yōu)化了城市空間，又補(bǔ)給完善了城市功能。21世紀(jì)以來，我國(guó)迎來城市新區(qū)建設(shè)的高潮期，目前隨著新區(qū)建設(shè)模式的升級(jí)，已由早期粗放式開發(fā)模式逐步轉(zhuǎn)向生態(tài)型建設(shè)模式[1]。目前，我國(guó)已有近300個(gè)地級(jí)以上城市提出建設(shè)生態(tài)城市的目標(biāo)，占城市總數(shù)的80%[2]。隨著可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推行、綠色發(fā)展的實(shí)際需求，生態(tài)城市建設(shè)已成為各個(gè)城市落實(shí)可持續(xù)發(fā)展的主要抓手。如何在新區(qū)建設(shè)中堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，是即將開展新區(qū)規(guī)劃必須考慮的問題。

1 研究背景

1.1 生態(tài)文明背景下的城市新區(qū)發(fā)展導(dǎo)向

面對(duì)資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重的嚴(yán)峻形勢(shì)，我國(guó)已經(jīng)把建設(shè)生態(tài)文明提升至國(guó)家戰(zhàn)略高度，在城市新區(qū)的發(fā)展建設(shè)中，應(yīng)該把尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然的生態(tài)文明理念放在突出地位，滲透進(jìn)新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的各方面和全過程，實(shí)現(xiàn)人居環(huán)境與自然環(huán)境的和諧發(fā)展。生態(tài)文明背景下的新區(qū)規(guī)劃建設(shè)應(yīng)該充分考慮生態(tài)資源稟賦，順應(yīng)地域環(huán)境特征[3]，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，在城市新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)層面需要從把握生態(tài)資源與自然環(huán)境的要素入手，注重對(duì)城市新區(qū)多系統(tǒng)生態(tài)過程的協(xié)同優(yōu)化。在對(duì)生態(tài)城市新區(qū)的評(píng)價(jià)層面，應(yīng)注重評(píng)價(jià)指標(biāo)的系統(tǒng)性與關(guān)聯(lián)性，從追求各種單一評(píng)價(jià)指標(biāo)的達(dá)標(biāo)率，轉(zhuǎn)向到更深層次的關(guān)注生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量與服務(wù)功能的提升。

1.2 多源數(shù)據(jù)支持下的城市新區(qū)規(guī)劃技術(shù)優(yōu)化

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速發(fā)展，遙感、無人機(jī)等多種空間信息監(jiān)測(cè)技術(shù)為城市新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)提供豐富的數(shù)據(jù)來源，涵蓋從全域地理空間信息到局部建筑環(huán)境微氣候數(shù)據(jù)，在多源數(shù)據(jù)支撐下，為城市新區(qū)規(guī)劃提供了監(jiān)測(cè)、評(píng)估到實(shí)施后運(yùn)營(yíng)管理的基礎(chǔ)條件[4]。此外，數(shù)字模擬技術(shù)還可以為城市新區(qū)規(guī)劃多種預(yù)案的生態(tài)環(huán)境影響預(yù)測(cè)提供可能性。在全域尺度下，遙感影像數(shù)據(jù)結(jié)合景觀預(yù)測(cè)模型為不同發(fā)展目標(biāo)下的城市土地利用變化進(jìn)行模擬。較常用的景觀模型包括CA模型、CLUE-S模型、SLUETH模型等。在中心城區(qū)尺度下，下墊面結(jié)構(gòu)和建筑群對(duì)生態(tài)要素的影響成為關(guān)注重點(diǎn)。當(dāng)前，研究者們以不同視角為切入點(diǎn)對(duì)城區(qū)關(guān)鍵要素的生態(tài)過程與效應(yīng)進(jìn)行模擬，較常用的模擬軟件為 ENVImet（微氣候模擬）、CFD（風(fēng)熱環(huán)境模擬）、SCS（水文環(huán)境模擬）等。

2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

2.1 生態(tài)導(dǎo)向下的城市新區(qū)規(guī)劃研究熱點(diǎn)

本文基于CNKI數(shù)據(jù)庫，在傳統(tǒng)文獻(xiàn)閱讀的基礎(chǔ)上結(jié)合CiteSpace軟件對(duì)城市新區(qū)與綠色規(guī)劃的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了梳理，擬厘清其研究進(jìn)展，辨析該研究領(lǐng)域前沿?zé)狳c(diǎn)。經(jīng)篩選最終得到3124條文獻(xiàn)，形成對(duì)城市新區(qū)與綠色規(guī)劃相關(guān)研究進(jìn)展的初步認(rèn)知。文獻(xiàn)圖譜（圖1）顯示，出現(xiàn)頻次高的詞匯依次為綠色發(fā)展、生態(tài)城市、景觀格局和城市新區(qū)，而出現(xiàn)頻次和中心性較高的關(guān)鍵詞涵蓋了城市新區(qū)與綠色規(guī)劃的研究?jī)?nèi)容、研究方向和研究方法。研究?jī)?nèi)容包括：①城市新區(qū)綠色規(guī)劃理論；②城市新區(qū)綠色規(guī)劃應(yīng)用實(shí)踐；③城市新區(qū)所在地區(qū)自然資源稟賦特征，如構(gòu)建生態(tài)安全網(wǎng)絡(luò)、識(shí)別生態(tài)源地等；④城市新區(qū)發(fā)展模式和未來情景模擬，如城市新區(qū)空間拓展特征、城市新區(qū)空間形態(tài)測(cè)度等；⑤單一生態(tài)要素對(duì)城市新區(qū)綠色發(fā)展的影響機(jī)制，如地表覆蓋變化與新區(qū)生態(tài)響應(yīng)、綠色空間時(shí)空演變對(duì)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的影響等。

2.2 生態(tài)導(dǎo)向下的城市新區(qū)規(guī)劃理論研究進(jìn)展

城市新區(qū)是城市發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。我們注意到，城市新區(qū)空間發(fā)展理論的緣起就包含了綠色生態(tài)用地與城市建設(shè)用地協(xié)同發(fā)展的關(guān)聯(lián)。19世紀(jì)末，城市新區(qū)逐漸從“城市邊緣區(qū)”和“城市擴(kuò)展區(qū)”的概念中脫離出來，成為城市中相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)?；羧A德早于1898年提出，田園城市應(yīng)該在城市周邊建設(shè)數(shù)個(gè)由綠帶阻隔、用快速交通連接的城市新區(qū)[5]。芒福德等人將田園城市引申為城市區(qū)域的一個(gè)細(xì)胞，由綠帶圍合形成覆蓋工作和居住功能的約30萬人規(guī)模的城市稱之為新城。恩溫于1922年提出衛(wèi)星城理論，倡導(dǎo)將主城新增產(chǎn)業(yè)與人口吸納到農(nóng)田或綠地阻隔的衛(wèi)星城中[6]。20世紀(jì)50年代哈里斯和烏爾曼提出了城市多核心理論，認(rèn)為城市邊緣區(qū)的某些核心功能能夠發(fā)展為衛(wèi)星城，衛(wèi)星城理論可以看作早期城市新區(qū)理論研究類型的代表[7]。1952年法國(guó)開始的巴黎改建體現(xiàn)了最初的生態(tài)規(guī)劃思想。1971年麥克哈格提出“設(shè)計(jì)結(jié)合自然”倡導(dǎo)以生態(tài)原理對(duì)城市進(jìn)行規(guī)劃操作和分析、蒙茲提出城市設(shè)計(jì)應(yīng)結(jié)合景觀規(guī)劃以及懷特的城市公園概念都為城市生態(tài)規(guī)劃理論做出了貢獻(xiàn)[8]。20世紀(jì)90年代“新城市主義”主張城鎮(zhèn)塑造緊湊的社區(qū)。我國(guó)由于現(xiàn)代城市化進(jìn)程起步較晚，綠色城市新區(qū)規(guī)劃理論主要在借鑒西方現(xiàn)代城市規(guī)劃的理論基礎(chǔ)上發(fā)展而來。對(duì)我國(guó)影響較大的主要有前蘇聯(lián)的城市理論體系以及歐洲現(xiàn)代主義經(jīng)典城市規(guī)劃理論，我國(guó)學(xué)者創(chuàng)造性地提出了“山水城市”理論，吳良鏞院士認(rèn)為它是最符合中國(guó)文化的生態(tài)城市思想。1984年馬世駿結(jié)合中國(guó)實(shí)際情況提出“社會(huì)—經(jīng)濟(jì)—自然”符合生態(tài)系統(tǒng)的理論。1994年王如松提出了“天城合一”的中國(guó)生態(tài)城市思想。1998年沈清基提出符合生態(tài)規(guī)律的城市系統(tǒng)是動(dòng)態(tài)、高效、平衡的系統(tǒng)。2000年后，我國(guó)大量學(xué)者分別從多層級(jí)、多尺度、多系統(tǒng)等方法對(duì)綠色新區(qū)理論進(jìn)行深入探究。2012年，在《關(guān)于加快推動(dòng)我國(guó)綠色建筑發(fā)展的實(shí)施意見》中首次提出綠色城區(qū)的內(nèi)涵，主要為“規(guī)?；l(fā)展綠色建筑”，倡導(dǎo)積極發(fā)展綠色城區(qū)。2017年我國(guó)于《綠色生態(tài)城區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中界定“綠色生態(tài)城區(qū)”是指在空間布局、基礎(chǔ)設(shè)施、建筑、交通等方面，按照資源節(jié)約環(huán)境友好的要求進(jìn)行規(guī)劃、建設(shè)運(yùn)營(yíng)城市開發(fā)區(qū)、新城區(qū)等，為現(xiàn)今我國(guó)較為權(quán)威的綠色城區(qū)概念。

圖1 城市新區(qū)與生態(tài)規(guī)劃的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜

圖2 技術(shù)路線圖

圖3 地表溫度與空間規(guī)劃指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性分析

2.3 生態(tài)導(dǎo)向下的城市新區(qū)規(guī)劃實(shí)踐研究進(jìn)展

在實(shí)踐層面，20世紀(jì)中葉西方發(fā)達(dá)國(guó)家在全球可持續(xù)發(fā)展的背景下通過以往傳統(tǒng)城市發(fā)展模式向生態(tài)型發(fā)展模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變，生態(tài)城市、生態(tài)新區(qū)應(yīng)運(yùn)而生?？v觀世界，英國(guó)的新城運(yùn)動(dòng)開發(fā)最為突出，于1946年頒布的《新城法》。隨之，美國(guó)、法國(guó)、日本也開展了大規(guī)模的新城運(yùn)動(dòng)。1992年，日本組織人力、物力探討生態(tài)城市建設(shè)的具體步驟[9]；同年美國(guó)在伯克利進(jìn)行生態(tài)適宜性建設(shè)，成功解決了城市交通擁擠、環(huán)境惡化等問題，并對(duì)西雅圖和克利夫蘭等大都市制定了詳細(xì)的可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃；德國(guó)埃爾蘭根市率先執(zhí)行“21世紀(jì)議程”有關(guān)決議[10]；2009年，英國(guó)威斯敏斯特大學(xué)對(duì)全球生態(tài)城鎮(zhèn)規(guī)劃建設(shè)的調(diào)研報(bào)告中指出，世界各地共有79個(gè)生態(tài)城鎮(zhèn)在實(shí)踐探索中[11]。從目前的城市新區(qū)綠色建設(shè)情況來看，生態(tài)要素大多集中在水、土、氣、能源、交通、低碳及生物多樣性等，作為主要切入點(diǎn)去探索新區(qū)綠色規(guī)劃的實(shí)踐途徑。

20世紀(jì)80年代開始，我國(guó)生態(tài)城市實(shí)踐取得了迅猛進(jìn)展。北京、天津、上海、長(zhǎng)沙、宜春、等城市相繼進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)分析評(píng)價(jià)和對(duì)策方面的研究。此后，開展了一系列生態(tài)城市、生態(tài)新區(qū)試點(diǎn)建設(shè)。1989年，江西省宜春市成為我國(guó)首個(gè)生態(tài)城市建設(shè)試點(diǎn)；長(zhǎng)沙市生態(tài)建設(shè)規(guī)劃的研究編制，使中國(guó)的生態(tài)應(yīng)用研究從分析、評(píng)價(jià)階段向綜合規(guī)劃、統(tǒng)籌建設(shè)的階段邁進(jìn)了一步。1995年之后，我國(guó)生態(tài)城市建設(shè)全面開展，如廣州山水生態(tài)城市、廈門海灣型生態(tài)城市等。2007年溫家寶總理與新加坡共同簽署了中新生態(tài)城市的框架協(xié)議，成為中國(guó)生態(tài)城市的建設(shè)典范[12]。經(jīng)過28年的發(fā)展，目前共建立19個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)（表1），我國(guó)第一個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)成立于1992年，形成了由沿海向內(nèi)陸逐步擴(kuò)散的總體分布態(tài)勢(shì)?，F(xiàn)有國(guó)家級(jí)新區(qū)的規(guī)劃面積在482～2299km2范圍內(nèi)，它們涵蓋沿海、內(nèi)陸、山地等不同地域特征，具有獨(dú)立性、系統(tǒng)性及城市功能相對(duì)獨(dú)立的特點(diǎn)。

3 生態(tài)要素優(yōu)化導(dǎo)向下的城市新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)優(yōu)化方法

通過前文的分析梳理，本文提出核心生態(tài)要素優(yōu)化下的城市新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的技術(shù)框架以及研究要點(diǎn)。主要面向以下兩個(gè)問題：①如何根據(jù)生態(tài)本底條件分析，識(shí)別城市新區(qū)的核心生態(tài)要素，由此確定城市新區(qū)的規(guī)模、容量以及生產(chǎn)、生活與生態(tài)空間的科學(xué)配置？②如何通過生態(tài)要素與空間規(guī)劃指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性研究，揭示城市新區(qū)空間形態(tài)對(duì)關(guān)鍵要素生態(tài)過程的影響規(guī)律，由此確定城市新區(qū)的空間結(jié)構(gòu)與下墊面特征。

3.1 總體研究框架與技術(shù)路線

該設(shè)計(jì)體系的思路是識(shí)別核心生態(tài)要素，通過其資源承載力評(píng)估、空間格局分布及其與城市空間形態(tài)的關(guān)聯(lián)性分析，形成銜接城市新區(qū)的全域空間總體規(guī)劃、新區(qū)開發(fā)邊界劃定、中心城區(qū)的城市設(shè)計(jì)及多種專項(xiàng)規(guī)劃的主要線索，遵循“定量—定容—定形”步驟，使“核心生態(tài)要素”成為多層級(jí)規(guī)劃體系指標(biāo)確定的基本依據(jù)。

3.2 研究的重點(diǎn)內(nèi)容

（1）城市新區(qū)關(guān)鍵問題診斷與核心生態(tài)要素識(shí)別

不同地域的自然資源稟賦不同，城市新區(qū)規(guī)劃的生態(tài)約束條件不同，這就需要因地制宜地對(duì)多種城市生態(tài)要素的容量、閾值及空間分布進(jìn)行全面分析，通過資源環(huán)境承載力與母城的生態(tài)足跡核算可以全面掌握城市新區(qū)生態(tài)資源要素及總量，通過國(guó)土開發(fā)適宜性評(píng)價(jià)、敏感性分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)新區(qū)發(fā)展用地的科學(xué)配置。此外，通過對(duì)生態(tài)要素多個(gè)歷史時(shí)期的變化趨勢(shì)，可以對(duì)該區(qū)域城市化進(jìn)程中人、地與自然資源之間的關(guān)系進(jìn)行梳理，判斷該區(qū)域城市新區(qū)發(fā)展的關(guān)鍵問題所在，在自然資源的時(shí)間、空間的動(dòng)態(tài)演化中，對(duì)城市新區(qū)綠色發(fā)展影響顯著的核心生態(tài)要素進(jìn)行識(shí)別。

（2）城市新區(qū)生態(tài)要素的空間規(guī)劃關(guān)聯(lián)性分析

在厘清城市新區(qū)發(fā)展關(guān)鍵問題與核心生態(tài)要素的基礎(chǔ)上，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)核心生態(tài)要素的空間響應(yīng)，因此，核心生態(tài)要素與空間管控的關(guān)聯(lián)性就成為這一邏輯下的核心問題。在全域尺度下，將核心生態(tài)要素的閾值作為關(guān)鍵參數(shù)，改進(jìn)用地?cái)U(kuò)展模擬、生態(tài)安全格局等空間預(yù)測(cè)方法；在中心城區(qū)范圍，加強(qiáng)核心生態(tài)要素與建筑環(huán)境的互動(dòng)影響機(jī)制研究，將核心要素的生態(tài)過程作為優(yōu)化對(duì)象，在數(shù)字化模擬技術(shù)支持下，選擇最優(yōu)的下墊面構(gòu)成與空間形態(tài)。當(dāng)前，多種城市生態(tài)與環(huán)境數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與可視化技術(shù)使之與空間規(guī)劃指標(biāo)建立起直接關(guān)聯(lián)成為可能（圖3）。

（3）核心生態(tài)要素優(yōu)化的城市新區(qū)空間優(yōu)化設(shè)計(jì)

新區(qū)建設(shè)應(yīng)該注重城市生態(tài)的系統(tǒng)性與整體性，因此，以生態(tài)要素為切入點(diǎn)關(guān)注深層次的城市生態(tài)過程，尋求與之相適應(yīng)的空間形態(tài)成為城市設(shè)計(jì)要解決的關(guān)鍵問題。近年來在城市局地微環(huán)境研究中，對(duì)生態(tài)過程的模擬技術(shù)方法日益成熟，但這些方法更多應(yīng)用于局部地段規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)與比較，將數(shù)字化模擬技術(shù)向多空間尺度拓展，根據(jù)生態(tài)要素與空間形態(tài)的關(guān)聯(lián)性分析，提出面向核心要素生態(tài)過程優(yōu)化的空間參數(shù)，由此確定控制性規(guī)劃階段的空間規(guī)劃指標(biāo)，是將生態(tài)優(yōu)先思想轉(zhuǎn)為規(guī)劃設(shè)計(jì)手段的可行方法（圖4）。

表1 國(guó)外生態(tài)城市新區(qū)綠色建設(shè)概況

4 結(jié)論與展望

圖4 生態(tài)要素與空間規(guī)劃指標(biāo)關(guān)聯(lián)性分析

表2 9個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)梳理

隨著全國(guó)國(guó)土空間規(guī)劃試點(diǎn)的全面開展，生態(tài)城市新區(qū)的建設(shè)迫切需要?jiǎng)?chuàng)新和完善的理論體系和實(shí)踐方法，尤其是銜接各層級(jí)至上而下的綠色新區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)方法，將底線思維化作可操作性強(qiáng)的“定量—定容—定形”具體實(shí)施步驟。由于篇幅有限，本文主要想探討一套完整的新區(qū)綠色規(guī)劃方法——在充分尊重自然資源稟賦的前提下，從城市新區(qū)生態(tài)要素與空間規(guī)劃指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性分析入手，識(shí)別城市新區(qū)規(guī)劃的核心生態(tài)要素，進(jìn)而通過數(shù)字化模擬技術(shù)對(duì)確定的核心要素的生態(tài)效應(yīng)時(shí)空分布特征進(jìn)行分析，揭示影響規(guī)律。后續(xù)的研究工作將具體展開實(shí)踐，研究?jī)?nèi)容也將逐步深入到具體的實(shí)施措施、指標(biāo)體系、數(shù)據(jù)獲取等操作層面，并體現(xiàn)多學(xué)科交叉研究和多種技術(shù)方法的綜合應(yīng)用。以期為我國(guó)綠色城市新區(qū)建設(shè)提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

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文中圖表為作者自繪。