應(yīng)對(duì)氣候變化的沿海地區(qū)城市生態(tài)表皮初探

劉勝之 潘魁曉 王 齊

(山西省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，山西 太原 030001)

1 概述

政府間氣候變化專(zhuān)業(yè)委員會(huì)(IPCC)第四次評(píng)估報(bào)告指出：近100年來(lái)(1906年—2005年)全球平均氣溫上升了0.74 ℃，據(jù)估計(jì)到21世紀(jì)末，全球地表平均增暖1.1 ℃～6.4 ℃[1]。氣候變化所引發(fā)的高溫?zé)崂?、暴雨洪澇、空氣污染、海平面上升等?wèn)題已經(jīng)對(duì)城市的生存與發(fā)展產(chǎn)生了一系列的負(fù)面影響。沿海地區(qū)作為人口和經(jīng)濟(jì)高度集中區(qū)域，城市化的發(fā)展不僅使得土地利用產(chǎn)生明顯變化，人口大量聚集，城市空間快速擴(kuò)張[2]，同時(shí)也伴隨著災(zāi)害隱患不斷增多。沿海城市集城市與沿海兩大屬性于一體，災(zāi)害“放大效應(yīng)”更為顯著，高強(qiáng)度復(fù)合型的自然災(zāi)害使得沿海城市脆弱性日趨增強(qiáng)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失威脅巨大。

建筑的表皮一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的熱門(mén)對(duì)象，建筑表皮的生態(tài)化表達(dá)也在應(yīng)對(duì)氣候變化和節(jié)約能源方面有著重要意義[3,4]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于表皮的研究已經(jīng)逐漸地從建筑表皮開(kāi)始向城市表皮探索，同樣的，城市表皮的生態(tài)化表達(dá)將會(huì)為城市應(yīng)對(duì)氣候變化提供一個(gè)新的視角。鑒于國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)對(duì)城市表皮相關(guān)研究少有涉及，本文以低沖擊開(kāi)發(fā)理念作為指導(dǎo)，針對(duì)沿海城市的特質(zhì)，提出了適應(yīng)沿海城市發(fā)展的生態(tài)表皮的引入、加厚、連通、留空設(shè)計(jì)策略，旨在為沿海城市應(yīng)對(duì)氣候變化提供一些新的參考。

2 相關(guān)概念

2.1 城市生態(tài)表皮

在最初的城市表皮研究中，研究人員多借鑒建筑表皮的研究，將城市表皮理解為城市范圍內(nèi)最直觀的建筑立面。近些年，隨著景觀都市主義的發(fā)展，很多研究人員將城市表皮與都市景觀相融合，認(rèn)為城市表皮不僅包括建筑表皮，更包括人們觸及最多的大地景觀。本文參照亞力克斯·沃爾(Alex Wall)對(duì)城市表皮設(shè)計(jì)的研究成果，融合城市生態(tài)學(xué)的理念，將城市生態(tài)表皮定義為如下：

城市生態(tài)表皮是城市范圍內(nèi)，人們可直接觸及并觀測(cè)到的具有生態(tài)屬性的各類(lèi)“表皮”設(shè)施。在地表它包含道路、基礎(chǔ)設(shè)施、廣場(chǎng)空間、綠化水系及自然棲息地等，在地上它包含建筑立面、屋頂綠化及其他設(shè)施。它具有一定厚度，是有生命的能夠支撐人類(lèi)活動(dòng)并影響城市環(huán)境的城市生態(tài)組織(見(jiàn)圖1)。

正如亞力克斯·沃爾研究的那樣[5]，城市表皮的作用不僅僅停留在人們直觀的美學(xué)認(rèn)知，更多的是通過(guò)表皮支撐城市活動(dòng)，解決城市問(wèn)題。城市生態(tài)表皮就是在城市表皮的基礎(chǔ)上，融入生態(tài)的理念，在支撐城市活動(dòng)及解決城市問(wèn)題時(shí)，通過(guò)將表皮生態(tài)化處理，去緩解城市所面臨的一些問(wèn)題，并引導(dǎo)城市向健康積極的方向發(fā)展。

2.2 低沖擊開(kāi)發(fā)理念

低沖擊開(kāi)發(fā)(Low-Impact Development，LID)是當(dāng)前城市應(yīng)對(duì)雨洪問(wèn)題的一種雨洪管理模式[6]。其主要內(nèi)容就是針對(duì)當(dāng)前城市內(nèi)部因?yàn)榈乇砀脑旒八登鸬牡乇韽搅飨禂?shù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致城市蓄洪泄洪能力下降的不利狀況，基于自然生態(tài)理念，通過(guò)采用源頭的空間分離規(guī)模控制及技術(shù)改造實(shí)現(xiàn)特定區(qū)域雨洪控制與利用的一種管理方法。

盡管低沖擊開(kāi)發(fā)最初的領(lǐng)域是城市的雨洪管理，但隨著理論的發(fā)展與延伸，低沖擊開(kāi)發(fā)已經(jīng)上升為一種城市與自然和諧共生的城市發(fā)展理念。其核心觀點(diǎn)是采用各種方法減少城市對(duì)自然環(huán)境的影響和破壞，保持生態(tài)韌性[7]。從這個(gè)角度來(lái)看，與城市生態(tài)表皮有著極大的相通之處，城市生態(tài)表皮的設(shè)計(jì)與實(shí)施體現(xiàn)了低沖擊開(kāi)發(fā)的理念，同時(shí)通過(guò)低沖擊開(kāi)發(fā)理念對(duì)城市生態(tài)表皮設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)城市生態(tài)表皮的建設(shè)與發(fā)展。

3 沿海城市特質(zhì)分析

沿海城市往往是全世界人口及經(jīng)濟(jì)高度集聚的核心區(qū)域和戰(zhàn)略中心，如我國(guó)沿海城市承載著全國(guó)25%以上人口，創(chuàng)造著55%以上國(guó)民生產(chǎn)總值[8]。實(shí)際上，隨著沿海城市人口和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步集聚與發(fā)展，沿海城市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)、空間功能等方面都面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

3.1 沿海城市面臨的“水”威脅

沿海城市有著豐富的水資源，然而處于海—陸交互作用的脆弱敏感地帶，受海—陸復(fù)合型災(zāi)害的影響，洪水、海嘯等突發(fā)性災(zāi)害以及海岸侵蝕、海水入侵、土地鹽堿化、濕地生態(tài)退化等緩發(fā)性災(zāi)害疊加，成為自然災(zāi)害的高發(fā)區(qū)。

關(guān)于海平面上升，2008的中國(guó)沿海海平面總體上比1978年上升了90 mm，且預(yù)測(cè)之后30年，將會(huì)比2008年升高80 mm～130 mm[9](見(jiàn)表1)。雖然經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)各區(qū)域的海平面上升程度略有不同，但未來(lái)海平面大幅度上升的趨勢(shì)卻不能阻止，而沿海城市將會(huì)長(zhǎng)期面臨由海平面上升引發(fā)緩慢性的災(zāi)害。另外沿海城市還面臨著由內(nèi)陸河流引起的洪水威脅，河流暴漲引發(fā)洪水漫灌城市，不僅會(huì)影響城市內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施的運(yùn)行，同時(shí)還會(huì)與海水作用引發(fā)濱海潮流和波浪的變化，進(jìn)而改變城市沿海區(qū)域及低洼區(qū)域的自然和社會(huì)要素。實(shí)際上1954年—1988年35年間，我國(guó)浙江沿海地區(qū)先后發(fā)生過(guò)特大洪水11次，累計(jì)淹沒(méi)農(nóng)田157萬(wàn)hm2，倒塌房屋12.6萬(wàn)間[10]。關(guān)于突發(fā)海嘯，其帶來(lái)的損失是巨大的。海嘯作為沿海城市破壞性最大的自然災(zāi)害之一，2004年在印度洋造成死亡和失蹤人數(shù)達(dá)30多萬(wàn)，經(jīng)濟(jì)損失近200億美元[11]。

表1 中國(guó)四海區(qū)海平面變化 mm

3.2 沿海城市面臨的“風(fēng)”威脅

沿海城市由于其獨(dú)特的地理位置，有著豐富的風(fēng)資源，適當(dāng)?shù)纳斤L(fēng)、海陸風(fēng)不僅可以緩和城市熱島現(xiàn)象、凈化空氣、改善城市環(huán)境，還可以提高城市居民的室外舒適度。然而沿海地區(qū)除適當(dāng)?shù)娘L(fēng)資源以外還面臨著臺(tái)風(fēng)、風(fēng)暴潮等災(zāi)害威脅。

臺(tái)風(fēng)是一種強(qiáng)烈的災(zāi)害天氣，在其活動(dòng)區(qū)域內(nèi)常常伴有狂風(fēng)巨浪，對(duì)沿海城市的威脅巨大。中國(guó)是世界上登陸臺(tái)風(fēng)最多的國(guó)家，且主要為沿海地區(qū)[12]。2012年“海葵”臺(tái)風(fēng)登陸，其造成的損失根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，致使浙江、上海、江蘇、安徽等沿海城市直接或間接經(jīng)濟(jì)損失42.38億元。風(fēng)暴潮也是一種由于大氣擾動(dòng)形成的破壞性極強(qiáng)的自然災(zāi)害，海水異常、風(fēng)暴海嘯每年影響著全球沿海城市4 500萬(wàn)人。風(fēng)暴潮在我國(guó)影響區(qū)區(qū)域主要是渤海及黃海海岸，在灣區(qū)表現(xiàn)最為明顯。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)近40年沿海暴潮災(zāi)害每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失已經(jīng)由20世紀(jì)50年代的平均1億元左右，增加到80年代后期的20億元左右[13]。

3.3 沿海城市面臨的空間發(fā)展壓力

隨著人口的增加和經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，沿海城市需要巨大的空間資源支撐其發(fā)展。由于沿海城市空間的缺乏，城市內(nèi)部越來(lái)越趨向于集約發(fā)展，高強(qiáng)度與高密度的開(kāi)發(fā)壓縮了城市綠地、廣場(chǎng)等開(kāi)放空間，減少了防災(zāi)空間的數(shù)量，大大增加了沿海城區(qū)應(yīng)對(duì)災(zāi)害時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。

沿海城市的生態(tài)保育空間是其重要的組成部分，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，缺乏生態(tài)型的海岸帶或者沿海防護(hù)林等生態(tài)保育空間，會(huì)大大降低沿海城市抵御各類(lèi)災(zāi)害的能力，進(jìn)而擴(kuò)大沿海城市面臨災(zāi)害時(shí)的損失。以天津東疆港填海工程為例，規(guī)劃建設(shè)中開(kāi)放空間非常少，并且綠地率僅占10%，較少的開(kāi)放空間及綠化空間不僅難以滿足應(yīng)對(duì)災(zāi)害時(shí)避難空間的需求，同時(shí)開(kāi)放空間缺乏將間接導(dǎo)致空間高強(qiáng)度的開(kāi)發(fā)，進(jìn)而增加了災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)與強(qiáng)度。另外，一定數(shù)量的沿海城市由于地形或其他原因，缺乏能夠迅速疏散的防災(zāi)通道，導(dǎo)致難以及時(shí)地疏散受災(zāi)群眾以減少災(zāi)害損失。例如沿海島嶼或者半島，其與陸地的交通聯(lián)系方式較少，若僅通過(guò)少數(shù)橋梁或干道與陸地交通網(wǎng)絡(luò)連接，就很容易形成交通的“蜂腰效應(yīng)”，而在災(zāi)害發(fā)生時(shí)，將會(huì)嚴(yán)重影響島嶼或半島疏散的效率。以大連市為例，東西空間最窄處的蜂腰地帶，集聚了聯(lián)系東北方向的所有交通路線及各類(lèi)市政管廊，如有災(zāi)害發(fā)生，將極易造成交通擁堵，降低災(zāi)害發(fā)生時(shí)的應(yīng)急疏散效率，增加城市受損程度。

4 城市生態(tài)表皮的設(shè)計(jì)策略

4.1 策略一：引入——新材質(zhì)的應(yīng)用

新材質(zhì)指的是區(qū)別于傳統(tǒng)城市建設(shè)材料的具有生態(tài)效應(yīng)并且能夠緩解城市問(wèn)題的城市建設(shè)材料。新材質(zhì)并非一定為高技術(shù)、高成本材料，例如可增加地表滲透面積的透水磚和相關(guān)植物的應(yīng)用不僅可以緩解城市洪澇災(zāi)害，對(duì)改善局部氣候也有著積極的作用。沿海城市處于河流下游或者海岸邊界，由于人口和產(chǎn)業(yè)的高度聚集，可滲透地表面積十分匱乏，當(dāng)遇到大面積洪水災(zāi)害時(shí)，大面積的不可滲透地表存在不僅阻礙了雨水下滲和吸收，反而增大了地表徑流量，補(bǔ)充了洪水災(zāi)害的力量。城市生態(tài)表皮對(duì)新材料的引入主要為可透水材料和屋頂或墻體綠化和生物滯留于滲透等。強(qiáng)調(diào)利用透水性較高的生態(tài)綠地或復(fù)合材料，增加表皮的透水性，將雨水下滲，截留甚至過(guò)濾，利用城市表皮的生態(tài)性減少地表徑流，強(qiáng)化雨水蒸發(fā)，改善城市氣候，見(jiàn)圖2。相比傳統(tǒng)的城市表皮硬化處理方式[14]，傳統(tǒng)表皮硬化雖然可以使城市范圍內(nèi)雨水更快的匯集和流動(dòng)，同時(shí)利用管道、泵等快速排放，但達(dá)到城市排水需求的同時(shí)卻會(huì)帶來(lái)一些城市的生態(tài)和環(huán)境問(wèn)題。城市生態(tài)表皮引入新材料，不僅可以增加表皮的透水能力和滯蓄能力，減少匯流緩解高峰時(shí)期的地表徑流，降低災(zāi)害發(fā)生影響，同時(shí)可以?xún)艋|(zhì)，提高蒸發(fā)量，改善城市生態(tài)環(huán)境。

4.2 策略二：加厚——表皮空間的開(kāi)發(fā)

沿海地區(qū)的快速城市化，在經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)，也帶來(lái)了人口膨脹，交通擁堵，用地緊張，生態(tài)環(huán)境破壞等一系列問(wèn)題。城市已經(jīng)朝著立體網(wǎng)絡(luò)的三維方向發(fā)展，從城市立體網(wǎng)絡(luò)的視角看，城市生態(tài)表皮是需要加厚的。

從城市本身的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，空間資源的有限性使得城市必須加厚城市生態(tài)表皮。通過(guò)研究香港、東京這些空間資源非常缺乏的沿海城市，可以發(fā)現(xiàn)其城市地表的厚度與多樣性都高于一般城市。實(shí)際上加厚城市生態(tài)表皮，是沿海城市多維空間生長(zhǎng)的重要策略，通過(guò)表皮加厚不僅可以增加地表的生態(tài)性以有效地解決城市面臨的防災(zāi)及氣候問(wèn)題，同時(shí)可以促進(jìn)城市空間發(fā)展的多樣化。以巴薩羅納的哥倫布大道為例，將抬高于地面地城市道路、林蔭大道、地下停車(chē)空間、半地下城市快速道有機(jī)結(jié)合，就很好地闡釋了如何運(yùn)用加厚城市表皮，改造傳統(tǒng)城市街道以適應(yīng)現(xiàn)代新需求[15]。從低沖擊開(kāi)發(fā)來(lái)看，加厚的城市生態(tài)表皮可融入相應(yīng)的雨水調(diào)蓄設(shè)施或通過(guò)下凹綠地等折疊地表措施加厚地表空間來(lái)應(yīng)對(duì)城市雨洪災(zāi)害。加厚的城市生態(tài)表皮不僅可以在降水時(shí)間吸收并且儲(chǔ)存雨水資源，在雨水過(guò)后可以通過(guò)雨水蒸發(fā)，釋放雨水調(diào)蓄設(shè)施水源來(lái)改善生態(tài)氣候、補(bǔ)充地下水資源。例如2012北京年在20座立交橋下建設(shè)了地下蓄水池，每個(gè)池子約1.1萬(wàn)m3，可以匯集周邊2 km2的雨水，可以確保寶橋區(qū)在10年一遇的雨情下道路通暢。

4.3 策略三：連通——藍(lán)綠灰網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

從沿海城市的空間形態(tài)來(lái)看，城市的綠地空間、水體空間以及基礎(chǔ)設(shè)施往往被城市表皮內(nèi)的建筑、道路或者其他建成空間分割為孤立的“片段”空間。這些本應(yīng)處于一個(gè)絕對(duì)相互連通的系統(tǒng)被分割開(kāi)以后，在應(yīng)對(duì)沿海災(zāi)害改善城市環(huán)境時(shí)其效果則大大削減。通過(guò)生態(tài)連接策略串聯(lián)城市生態(tài)表皮的藍(lán)綠灰空間，可以使得沿海城市應(yīng)對(duì)災(zāi)害活動(dòng)時(shí)能夠以更系統(tǒng)有效的方法應(yīng)對(duì)。

從綠地空間來(lái)看，其不僅可以改善城市氣候，在城市雨洪災(zāi)害來(lái)臨時(shí)也是重要的雨水匯集區(qū)。通過(guò)城市生態(tài)表皮構(gòu)建城市綠地的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅在平時(shí)可以擴(kuò)大城市居民接觸綠色資源，享受其所帶來(lái)的清新空氣，在洪災(zāi)來(lái)臨時(shí)網(wǎng)狀的綠地系統(tǒng)更能從整個(gè)區(qū)域?qū)用?，擴(kuò)大其雨水涵養(yǎng)能力。從水體空間來(lái)看，雖然大多水體是相互聯(lián)系與流通的，但是部分地區(qū)仍然存在人為的或者自然的分隔，例如橋梁、堤壩、或較窄水面，當(dāng)災(zāi)害來(lái)臨時(shí)這些地方也往往是洪水的突發(fā)口，受災(zāi)最嚴(yán)重地區(qū)。在城市表皮改造中疏通河道，改善橋體堤壩工程結(jié)構(gòu)可以加大雨水流量，迅速排解洪水壓力，緩解城市災(zāi)害。從基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)看，基礎(chǔ)設(shè)施本就是城市生存發(fā)展的重要支撐，尤其雨水基礎(chǔ)設(shè)施又是城市防洪的重要構(gòu)成。電力和燃?xì)獾然A(chǔ)設(shè)施全部置于地下空間則是預(yù)防強(qiáng)風(fēng)暴雨損害的有效措施。雨水基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)化構(gòu)建，則可以加強(qiáng)雨水排放能力，緩解城市災(zāi)害。此外基于生態(tài)表皮連通的沿海城市風(fēng)廊規(guī)劃、高效的路網(wǎng)構(gòu)建也對(duì)城市防災(zāi)有著重要的意義。

4.4 策略四：留空——公共空間的預(yù)留

在城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，城市居民每天都在應(yīng)對(duì)著不斷變化的城市生活。從災(zāi)害預(yù)防角度來(lái)看，在城市生態(tài)表皮中預(yù)留一定的空間來(lái)應(yīng)對(duì)城市發(fā)展或突發(fā)事件是非常必要的。沿海城市地區(qū)由于開(kāi)發(fā)強(qiáng)度較大，受自然災(zāi)害影響威脅更為嚴(yán)重，預(yù)留相應(yīng)的場(chǎng)地平時(shí)作為公共空間或綠地，災(zāi)難來(lái)臨時(shí)作為緊急避難空間就更為重要。

避難空間是指在災(zāi)害或其他緊急情況發(fā)生時(shí)及發(fā)生后，為災(zāi)民提供臨時(shí)避難、生活、統(tǒng)一管理的安全場(chǎng)所[16]。在城市范圍內(nèi)，主要避難空間包括具有防災(zāi)功能的城市綠地、廣場(chǎng)及公園，次要避難空間則包括大型停車(chē)場(chǎng)、學(xué)校操場(chǎng)、體育場(chǎng)館等開(kāi)闊地。不同的防災(zāi)空間在應(yīng)對(duì)城市災(zāi)害時(shí)發(fā)揮著不同的作用。沿海城市大多建設(shè)于自然海床之上，因海拔較低，地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，沿海城市在面臨自然災(zāi)害時(shí)往往受災(zāi)比較嚴(yán)重，屬于較高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。因此，在沿海城市生態(tài)表皮構(gòu)建時(shí)，需要預(yù)留足夠的避難空間，以應(yīng)對(duì)沿海自然災(zāi)害及突發(fā)災(zāi)害。在具體避難空間設(shè)置時(shí)，要注重臨時(shí)型、短期型、中長(zhǎng)期型避難場(chǎng)所的有機(jī)結(jié)合，一方面可以避免大量建造避難場(chǎng)所增加土地使用壓力，另一方面可以多類(lèi)型結(jié)合提高沿海城市應(yīng)對(duì)災(zāi)害的能力。臨時(shí)型、短期型避難場(chǎng)所可結(jié)合一般城市公共空間設(shè)置，中長(zhǎng)期型避難場(chǎng)所則需要選擇地質(zhì)和地勢(shì)條件較好空間設(shè)置。基于沿海城市生態(tài)表皮的設(shè)置，避難場(chǎng)所應(yīng)與生態(tài)表皮相結(jié)合，重點(diǎn)考慮災(zāi)害發(fā)生初期和中期的避難空間留空，并考慮救災(zāi)相關(guān)配套設(shè)施的設(shè)置，以保障災(zāi)害發(fā)生時(shí)沿海城市居民的自救及政府營(yíng)救行動(dòng)能夠正常運(yùn)作。

5 結(jié)語(yǔ)

合理應(yīng)對(duì)全球氣候變化所帶來(lái)的問(wèn)題是未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)人類(lèi)必須直面的挑戰(zhàn)。沿海地區(qū)由于其獨(dú)特的地理?xiàng)l件和發(fā)展階段，所承受的因氣候變化引起的自然災(zāi)害威脅巨大。在沿海城市應(yīng)對(duì)氣候變化進(jìn)程中，引入城市生態(tài)表皮的概念，從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)組織構(gòu)建城市表皮不僅可以有效應(yīng)對(duì)城市的暴雨洪澇、臺(tái)風(fēng)登陸等災(zāi)害，同時(shí)可以一定程度上緩解城市空間的發(fā)展壓力。本文結(jié)合沿海城市所面臨的實(shí)際威脅，結(jié)合沿海城市的空間資源特色，提出了引入、加厚、連通、留空四大設(shè)計(jì)策略，希望通過(guò)在沿海城市引入并應(yīng)用新材質(zhì)，加厚并開(kāi)發(fā)表皮空間，連通并構(gòu)建藍(lán)綠灰網(wǎng)絡(luò)，預(yù)留公共空間來(lái)構(gòu)建生態(tài)表皮以應(yīng)對(duì)沿海城市在氣候變化背景下所面臨的問(wèn)題。