基于系統(tǒng)生態(tài)學方法的產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃設計
——以山東濟南中歐制造國際企業(yè)港項目為例

辛 晶 鄭 斐 田昭源 張 鑫

伴隨全球化進程不斷加快，大量的外資和外來技術涌入我國。各地在編制產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃時，也積極引進并應用國際經(jīng)驗與方法[1]。在制造產(chǎn)業(yè)信息化、智能化的大趨勢下，作為園區(qū)建設發(fā)展的綜合部署和引領產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展和轉型的重要手段[2],國內產(chǎn)業(yè)園區(qū)的設計規(guī)劃結合產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢和當?shù)氐赜蛭幕?，形成其獨有特色[3]。未來產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃設計要更加注重創(chuàng)新和智能化設計，這是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展和城市動能轉換的重要前提[4]。

基于系統(tǒng)生態(tài)學的產(chǎn)業(yè)園區(qū)規(guī)劃方法研究是在開放系統(tǒng)視角下，研究產(chǎn)業(yè)園區(qū)的系統(tǒng)構成；通過系統(tǒng)內部和外部的能量流、物質流和信息流的能量分析來構架能量系統(tǒng)結構圖；并通過能值計算得出各項評價體系中的指標；通過多指標綜合集成方法建立綜合評價體系；進而總結新型產(chǎn)業(yè)園的發(fā)展模式，凝練規(guī)劃設計方法以指導產(chǎn)業(yè)園的形態(tài)布局。因此，基于系統(tǒng)生態(tài)學的理論與方法是從宏大的生態(tài)圈視角定量地研究產(chǎn)業(yè)園區(qū)的發(fā)展模式和規(guī)劃方法。這有利于將新型產(chǎn)業(yè)園區(qū)的發(fā)展作為引擎，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，帶動全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，實現(xiàn)山東地區(qū)的新舊動能轉換和產(chǎn)業(yè)升級。

本文利用系統(tǒng)生態(tài)學的理論和方法，打破以往產(chǎn)業(yè)園區(qū)研究涉及的能量、物質、信息之間固有的壁壘，結合山東濟南中歐產(chǎn)業(yè)園的設計實踐案例，歸納總結制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)的規(guī)劃策略和實踐經(jīng)驗，以期為相關類型的城市規(guī)劃設計與建設提供思路探討與借鑒。

1 研究概述

1.1 產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃研究

國外對產(chǎn)業(yè)園的研究主要在園區(qū)區(qū)位選擇、產(chǎn)業(yè)鏈成因以及園區(qū)發(fā)展等方面。例如Scott說明了城市的品牌形象和地理區(qū)位是影響創(chuàng)意企業(yè)聚散的關鍵因素[5]；Jeffcott. P等提出產(chǎn)業(yè)園需要形成多元產(chǎn)業(yè)復合鏈來適應市場需求的變化[6]?，F(xiàn)階段，國內學者的研究內容集中在規(guī)劃開發(fā)[7]、空間組織[8]、場地再利用[9]等方面，對于產(chǎn)業(yè)園的可持續(xù)性和適應性分析及評價研究較少。張萌萌探討了長三角地區(qū)產(chǎn)業(yè)園時空演化特征相關影響因素[10]；張旭等對城市創(chuàng)意產(chǎn)業(yè)園發(fā)展現(xiàn)狀進行分類評價，探討影響產(chǎn)業(yè)園發(fā)展效果的因素[11]；祝子薇總結出具有參考價值的景觀再生設計模式[12]。

過去國內外學者對產(chǎn)業(yè)園區(qū)的研究，大都集中在對園區(qū)的功能定位、管理體制、運行機制、技術支撐等方面。以往研究者缺乏生態(tài)圈尺度的開放系統(tǒng)觀念，始終是將產(chǎn)業(yè)園作為一個孤立對象來觀察分析，忽視了不同產(chǎn)業(yè)間以及產(chǎn)業(yè)與整個生態(tài)圈之間的能量流、物質流和信息流的交換，無法形成統(tǒng)一的量化標準，因此過去的分析研究一直是定性而不定量的。

1.2 系統(tǒng)生態(tài)學理論

經(jīng)過奧德姆兄弟（E. P. Odum and H.T. Odum）和約根森（S. E. J?rgensen）等人的發(fā)展，20世紀80年代后系統(tǒng)生態(tài)學已經(jīng)發(fā)展成為一門系統(tǒng)科學。近年來，賓夕法尼亞大學的威廉·M·布萊漢姆（William. W.Braham）及哈佛大學的基·摩爾（Kiel Moe）將這種方法與建筑相結合，逐步形成了規(guī)劃及建筑設計的新方法。

應用系統(tǒng)生態(tài)學原理與方法研究產(chǎn)業(yè)園區(qū)發(fā)展模式和規(guī)劃方法，將帶來三個方面的重要的突破。第一，把產(chǎn)業(yè)園區(qū)作為一個開放系統(tǒng)來分析，突破了傳統(tǒng)研究中將產(chǎn)業(yè)園區(qū)視為孤立系統(tǒng)的邊界限制，將產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟、信息等融入研究的范圍，并追蹤能量變化的全過程。第二，以能量圖示語言和能值轉化率為基礎架構產(chǎn)業(yè)園區(qū)的能量結構系統(tǒng)，并對之進行以能值核算為基礎的定量分析，為產(chǎn)業(yè)園區(qū)提供科學定量的研究基礎。第三，濟南中歐產(chǎn)業(yè)園作為山東省典型的產(chǎn)業(yè)園區(qū)案例，對其進行研究具有示范和推廣意義。

綜上所述，本課題基于系統(tǒng)生態(tài)學的理論與方法，以開放系統(tǒng)的視角、定量地研究產(chǎn)業(yè)園區(qū)的發(fā)展模式和規(guī)劃方法。這有利于將新型產(chǎn)業(yè)園區(qū)的發(fā)展作為引擎，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結構，帶動全產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，實現(xiàn)山東地區(qū)的新舊動能轉換和產(chǎn)業(yè)升級。進而，在整個生態(tài)圈尺度下，使人類走上生產(chǎn)、生活和生態(tài)三位一體的可持續(xù)發(fā)展之路。

2 中歐產(chǎn)業(yè)園概況

中歐產(chǎn)業(yè)園是濟南高新區(qū)主打的中歐制造業(yè)合作的產(chǎn)業(yè)園區(qū)，規(guī)劃面積約100km2，定位為區(qū)域性高端制造產(chǎn)業(yè)集聚發(fā)展樣板和核心區(qū)、中歐（德）先進制造業(yè)戰(zhàn)略合作示范區(qū)。中歐制造產(chǎn)業(yè)園承擔著產(chǎn)業(yè)轉型升級的重任，是江北第一家國家級中德中小企業(yè)合作區(qū)的承載體、濟南市實現(xiàn)百億級產(chǎn)業(yè)鏈和千億級產(chǎn)業(yè)集群的先行區(qū)著力點和引爆區(qū)，是集聚、引領智能制造產(chǎn)業(yè)的主戰(zhàn)場。

中歐產(chǎn)業(yè)園項目作為中歐制造業(yè)發(fā)展中心的起步區(qū)，應符合特色和優(yōu)勢突出、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同高效、核心競爭力強、公共服務體系健全的新型產(chǎn)業(yè)化示范基地和綠色園區(qū)的特征，打造園區(qū)建設的示范性模板。如：①打造新舊動能示范區(qū)；②發(fā)展標桿引領制造業(yè)轉型升級樣板；③塑造多元化生態(tài)型產(chǎn)業(yè)新城；④探索中德工業(yè)對接新模式。

3 系統(tǒng)生態(tài)學方法應用

系統(tǒng)生態(tài)學的主要內容是系統(tǒng)架構、能量語言和能值計算等方面[13]。①通過應用系統(tǒng)生態(tài)學的核心研究方法，在開放系統(tǒng)視角下對產(chǎn)業(yè)園的區(qū)位、產(chǎn)業(yè)結構、功能等幾個方面的系統(tǒng)構成進行研究。②通過系統(tǒng)內、外部的能量流、物質流和信息流的能量分析，構架能量系統(tǒng)結構圖。③根據(jù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的系統(tǒng)能量結構，提出合理的規(guī)劃設計方案。④通過能值計算得出各項評價體系中的指標，并通過綜合評價，明確新型產(chǎn)業(yè)園的發(fā)展模式。

3.1 系統(tǒng)梳理

（1）區(qū)位條件

中歐產(chǎn)業(yè)園項目地處濟南市區(qū)東北部，位于臨空經(jīng)濟區(qū)內，園區(qū)西接濟南遙墻國際機場，南鄰“黃金水道”濟南小清河碼頭，緊靠濟青、青銀、京滬、東繞城四條高速公路和濟青高鐵、膠濟鐵路，規(guī)劃中的城際軌道M3線也將穿園而過，“空、鐵、公、河、地”——五層全方位綜合性立體交通體系，區(qū)域交通條件十分優(yōu)越。園區(qū)位于濟南市高新區(qū)，是高新區(qū)“一區(qū)兩城兩谷”發(fā)展戰(zhàn)略中臨空經(jīng)濟區(qū)的重要組成部分，政策優(yōu)勢突出、要素焦點匯聚、產(chǎn)業(yè)部類完善、創(chuàng)新驅動顯著（圖1）。

圖1 基地區(qū)位示意圖意圖

（2）設計理念

中歐產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃方案設計以“云共享”為核心理念，致力于引進云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術產(chǎn)業(yè)和智能設備、機器人研發(fā)等智慧產(chǎn)業(yè)。園區(qū)規(guī)劃設計結合“云”的概念，形成共享的生態(tài)開放空間，將快捷、高效、共享融于整個項目。以“云共享”產(chǎn)業(yè)配套帶動產(chǎn)業(yè)類型產(chǎn)業(yè)園的可持續(xù)循環(huán)發(fā)展，使得城市各種功能實現(xiàn)空間上的無距離共享，智慧型園區(qū)即為微型城市。

3.2 能量系統(tǒng)圖示

系統(tǒng)生態(tài)學通過能量圖示語言架構能量系統(tǒng)的層級結構，通過能值計算方法研究產(chǎn)業(yè)園。地球上的任何能量、資源、產(chǎn)品或勞務形成所需的能量約有98%直接或間接地源于太陽能，因而系統(tǒng)生態(tài)學常以太陽能的能值——太陽能焦耳（J）為基本單位來衡量系統(tǒng)中的能量、資源、產(chǎn)品或勞務等能值大小。

另外，這還涉及到能值轉化率的概念[13]。經(jīng)過能值轉化率的折算后得到能量數(shù)量和質量就可以通過能量圖示語言架構的能量系統(tǒng)層級結構來表達。

如圖2所示，對于該產(chǎn)業(yè)園而言，控制好當?shù)乜稍偕Y源（R1）、當?shù)夭豢稍偕Y源（NR）、購買的可再生資源（RP）和購買的不可再生資源（NP）的投入比例和投入總量，是確保產(chǎn)業(yè)園運營的關鍵。產(chǎn)出的產(chǎn)品（Y）是產(chǎn)業(yè)園回籠資金和形成良性生產(chǎn)循環(huán)的保證； 產(chǎn)出的廢物（W）可以在產(chǎn)業(yè)園內部循環(huán)利用，或者經(jīng)過處理減少對環(huán)境的污染。排放可能造成影響分別表示為：直接逸散的能量（R2）以及園區(qū)內回收和/或再利用廢物的能值（WR）。

圖2 園區(qū)能量系統(tǒng)圖

通過能值分析的方法，把產(chǎn)業(yè)園的能量流進行可視化分析和量化解釋，對產(chǎn)業(yè)園的設計具有指導性作用。

3.3 產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃設計（圖3～4）

圖3 規(guī)劃平面圖

圖4 規(guī)劃結構圖

（1）規(guī)劃結構設計

根據(jù)系統(tǒng)能量流動合理性和企業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)配套的功能要求考慮，本方案提出了“一帶銜一核，一軸匯兩區(qū)”的規(guī)劃結構。

一帶：形象展示帶。沿規(guī)劃支路，布置標準車間和綜合樓及計算數(shù)據(jù)生產(chǎn)中心，形成良好的沿街景觀界面，成為中歐制造業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的標志性地段。

一核：產(chǎn)業(yè)發(fā)展核心。廠房區(qū)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展核心和主要生產(chǎn)功能區(qū)。園區(qū)在核心區(qū)布置“云共享”產(chǎn)業(yè)配套，通過“云共享”中軸串聯(lián)整個園區(qū)，體現(xiàn)新動能的科技理念。

一軸：空間景觀序列軸。用地中部的景觀軸線將北側地塊的建筑與場地串聯(lián)，強調出協(xié)調有序的空間形態(tài)。

兩區(qū)：單層廠房區(qū)、多層廠房區(qū)。廠房區(qū)由內部道路分為兩個區(qū)，主要設置制造類等生產(chǎn)車間以及相關配套設施，其中，西側布置以單層廠房為主，方便大型貨車的進出；東側與二期形成聯(lián)系，布置以多層廠房為主。

（2）設施配套設計（圖5）

圖5 設施配置示意圖

“云共享”配套、產(chǎn)業(yè)配套和生活服務配套三大配套合理布置，形成了尺度適宜的聯(lián)系?？臻g功能復合利用，通過打造完善的15分鐘生活圈配置體現(xiàn)出整體園區(qū)高效、高品質、高人文度的標桿性特點。

a“云共享”配套

為了促進“云”技術，中歐產(chǎn)業(yè)園建設產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新服務綜合體，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)打開立體服務通路，集成提供知識產(chǎn)權服務、科技中介服務、科技金融服務等。

b 產(chǎn)業(yè)配套

園區(qū)配備具有包括商務辦公、人才培訓、會議交流、產(chǎn)品展示等各項功能的產(chǎn)業(yè)配套綜合服務中心，結合新型“云共享”設施，既滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的各種需求，又集約利用土地資源。

c 生活服務配套

中歐產(chǎn)業(yè)園區(qū)配備有多種生活服務設施，可以同時滿足園區(qū)和周邊人員工作、生活和休閑娛樂的一切需要，這也是現(xiàn)代多功能、綜合性產(chǎn)業(yè)園區(qū)的特點。

（3）交通系統(tǒng)設計（圖6）

圖6 交通規(guī)劃設計圖

a 道路設計

道路交通方面，規(guī)劃地塊內各設置有寬9m的方格網(wǎng)道路骨架，結合寬4～6m的次要道路，形成簡潔高效的交通體系。

b 靜態(tài)交通

靜態(tài)交通方面，地面停車合理利用建筑退線空間，沿路帶狀集中布置。其中，貨物運輸停車位主要位于南側園區(qū)中心位置以及北側園區(qū)中心位置，將員工停車位在園區(qū)南北部和內部集中布置。停車位設置生態(tài)植草磚和喬灌木，形成生態(tài)停車場，預留充電設備，符合新能源交通發(fā)展趨勢。

（4）景觀系統(tǒng)設計（圖7）

圖7 入口景觀圖

景觀系統(tǒng)以“中德融匯、泉城之蘊”為主題進行構思。德國的景觀是綜合的、理性化的，按各種需求、功能以理性分析、邏輯秩序進行設計，景觀簡約，反映出清晰的觀念和思考[14]。同時，將濟南這座城市中特有的符號化元素，如泉、水、荷、柳等融入其中，構建空間宜人、環(huán)境優(yōu)越、富有文化特色的整體景觀環(huán)境。

a 入口空間設計

園區(qū)主入口設置在整個地塊東南角，以展廳、配套辦公、培訓、會議形成半圍合廣場，同時在主入口設置具有中歐園區(qū)標志性的園區(qū)標識LOGO，凸顯整個中歐園區(qū)的主題。

b 園林景觀設計（圖8）

園區(qū)內部結合空間布局設置多個景觀節(jié)點和人文性生活娛樂空間，形成景觀特色鮮明的宜人園區(qū)。另外，園區(qū)內布置有一些雕塑和景觀、標識等，充分結合制造產(chǎn)業(yè)園區(qū)風格特色。

（5）建筑系統(tǒng)設計（圖9）

規(guī)劃地塊建筑充分考慮結合歐洲現(xiàn)代建筑風格，體現(xiàn)簡約大氣的設計特點。設計特色主要體現(xiàn)在三個方面：建筑形體上為兩段式，底層的體量托著頂部的建筑體量。色彩方面選用深色作為主基調，米黃色真石漆為輔，使得建筑顯得更加沉穩(wěn)。建筑細節(jié)上，通過局部突出的小露臺打造一定的立面豎向綠化，給建筑注入了生機與活力。

（6）產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)設計（圖10）

圖10 廠房樣板設計示意圖

產(chǎn)業(yè)園廠房設計依據(jù)綠色生態(tài)的設計原則，嚴格遵循綠建二星級標準。采用了多種綠色設計措施，最大限度地提高對自然清潔能源的利用率。同時要提高建筑材料的熱功效能，使用綠色建材，最大限度減少和杜絕建筑物建設過程中的排污。

3.5 能值評價

系統(tǒng)生態(tài)學基于多指標評價體系的視角研究產(chǎn)業(yè)園。能量投入回報率、可再生率、能值投資率、能值產(chǎn)出率、環(huán)境荷載率、能值可持續(xù)性指數(shù)都是衡量建筑能量系統(tǒng)整體或局部優(yōu)化效果的指標和評價。它們能夠使我們對所設計的建筑能量系統(tǒng)作出判斷，并選擇合適的方案。本次研究選取了其中三項對產(chǎn)業(yè)園整體影響較大的指標，組成了主要評價體系。

（1）能值指標

a 能量產(chǎn)出率（EYR）

EYR=Y/（NP+RP）

其中，Y：系統(tǒng)總產(chǎn)量（或所需的總能值），NP：購買的不可再生能值，RP：購買的可再生能值。

其衡量的是對經(jīng)濟的凈收益，即從投資額中獲取的已開發(fā)的本地資源量。它衡量了產(chǎn)業(yè)流程開發(fā)當?shù)刭Y源的能力[15]。該指標值越高，單位能值投入獲得的回報就越大[16]。通常一次能源和二次能源的EYR＞5，低于5的EYR值表示主要材料，例如水泥和鋼；且能效比小于2的過程一般不表示能源，而是與消耗品或制造過程相關[17]。

b 環(huán)境負荷率（ELR）

ELR=（NR+NR+R2+F2）/（R1+RP）

其中，NR：不可再生能值，NP：購買的不可再生能值，R2：生態(tài)服務能值，F(xiàn)2：經(jīng)濟損失能值，R1：免費的可再生能源，RP：購買的可再生能源。

它通過特征化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程來考慮排放的影響，表明了由于過度開采本地不可再生資源或從外部進行投資而造成的生態(tài)系統(tǒng)壓力。比率越高，負面影響越大。指標值低于2表示對環(huán)境的影響較小，或者過程具有較大的面積來稀釋其總體影響；當3＜IELR＜10時，影響被認為是中等的；當IELR＞10時，環(huán)境負荷較高[18]。

c 能值可持續(xù)指數(shù)（ESI）

ESI=EYR/ELR

它是EYR與ELR的比率，表明對社會的凈收益率以及對當?shù)丨h(huán)境的壓力[19]。該指標反映了產(chǎn)業(yè)園建設運營的生態(tài)可持續(xù)性。當ESI＜1時，其運營過程從長遠來看是不可持續(xù)的；表現(xiàn)為1＜ESI＜5的系統(tǒng)可能會對經(jīng)濟產(chǎn)生可持續(xù)的貢獻；ESI＞5的過程可以被認為是可持續(xù)的[20]。

（2）能值分析結果

①根據(jù)能量產(chǎn)出率（EYR）的定義，低EYR 值表示較低的資源開發(fā)競爭能力。計算結果發(fā)現(xiàn)，該產(chǎn)業(yè)園的指標值明顯低于其他產(chǎn)業(yè)園（表1），這是由于該產(chǎn)業(yè)園產(chǎn)業(yè)發(fā)展定位于云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術產(chǎn)業(yè)和智能設備、機器人研發(fā)等智慧信息產(chǎn)業(yè)，對當?shù)氐V產(chǎn)資源等資源需求低，從需求層面降低了原材料制造和運輸?shù)某杀尽?/p>

表1 基于能值指標的本研究與相關研究的比較

②與其他產(chǎn)業(yè)園區(qū)相比，該產(chǎn)業(yè)園區(qū)具有較低的環(huán)境負荷率（ELR），分析其主要原因有兩個：首先，該產(chǎn)業(yè)園建筑建造設計過程盡可能采取綠色建筑技術，加大可再生資源在建筑建造、運營投入中的占比；其次，該產(chǎn)業(yè)園區(qū)強調企業(yè)內部資源回收、企業(yè)間資源再利用和污染治理。

③能值可持續(xù)指數(shù)（ESI）方面，與天津某產(chǎn)業(yè)園區(qū)（2014年9.39E-04）[21]，大連經(jīng)濟開發(fā)區(qū)（2013年4.83E-04）[22]，沈陽經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)（2014年0.0163）[23]相比，濟南中歐產(chǎn)業(yè)園區(qū)具有更高的可持續(xù)指標值。這意味著這個產(chǎn)業(yè)園區(qū)在產(chǎn)生相同的經(jīng)濟產(chǎn)出的情況下消耗的資源更少。產(chǎn)業(yè)園區(qū)的產(chǎn)品大多屬于高端產(chǎn)品，具有良好的經(jīng)濟效益。

（3）可持續(xù)發(fā)展設計

對中歐產(chǎn)業(yè)園進行能值分析的目的是促進物質和能量的可持續(xù)發(fā)展。通過能值分析，不同形式的能量、材料、物質擁有了相同的量化形式，在能值指導下的中歐產(chǎn)業(yè)園設計總能值消耗遠遠優(yōu)于其他方法。按照能值分析理論中的最大功率原則，中歐產(chǎn)業(yè)園在有限的資源條件下求得最大輸出功率。也就是說，不再是通過高消耗高污染尋求短期經(jīng)濟效益，而是通過高效利用資源建立循環(huán)經(jīng)濟模式。

結語

在國家大力加快動能轉換的時代背景下，作為生產(chǎn)性建筑群體，產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃設計應具有高效性、技術性等特點[24]。系統(tǒng)生態(tài)學方法可以作為一個系統(tǒng)的方法來評估產(chǎn)業(yè)園區(qū)的綜合性能，并建立評估產(chǎn)業(yè)園區(qū)可持續(xù)性的能值方法和相關指標體系。本次研究中，對濟南市中歐產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃設計的系統(tǒng)分析，通過對其項目定位、區(qū)域稟賦和現(xiàn)狀資源環(huán)境進行深入的分析和系統(tǒng)生態(tài)學角度對能量的流動分析，對產(chǎn)業(yè)園的規(guī)劃設計有了定量的認識，能指導產(chǎn)業(yè)園實現(xiàn)能量、物質的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展。為今后其他產(chǎn)業(yè)園規(guī)劃建設提供了經(jīng)驗借鑒和技術支撐，但對于相關技術指標等方面仍有很大的拓展空間。

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文中圖表均為作者提供。