寒地中微觀城市形態(tài)與城市韌性的關(guān)聯(lián)性研究*

李家茜 孫洪濤 張巧昀 文姝

0 引言

在全球氣候變化和城市快速擴(kuò)張的共同作用下，極端災(zāi)害等事件頻繁發(fā)生。尤其寒地城市冬季寒冷漫長，面臨更加獨(dú)特多元的災(zāi)害問題。為降低災(zāi)害風(fēng)險，韌性城市成為近年來城市規(guī)劃和設(shè)計領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前關(guān)于韌性城市的研究涵蓋社會經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和制度等多個方面，取得了豐碩的研究成果。而本質(zhì)上城市是空間系統(tǒng)，韌性概念必須通過具象的空間規(guī)劃才能有效指導(dǎo)城市建設(shè)。城市設(shè)計的中微觀尺度是人們?nèi)粘；顒拥闹匾臻g尺度，可基于環(huán)境背景實(shí)現(xiàn)精細(xì)化分析。因此，以中微觀城市形態(tài)為核心的韌性城市研究對于有針對性的降低寒地災(zāi)害風(fēng)險具有重要作用。

1 韌性概念

韌性一詞最早源于物理學(xué)領(lǐng)域，描述材料在外力作用形變下反彈恢復(fù)至原狀態(tài)的能力，即“工程韌性”。20世紀(jì)70年代，生態(tài)學(xué)家克勞福德·斯坦利·霍林將韌性引入生態(tài)學(xué)領(lǐng)域并提出“生態(tài)韌性”概念，認(rèn)為生態(tài)系統(tǒng)是具有多重穩(wěn)定狀態(tài)的動態(tài)系統(tǒng)。隨后，社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者介入并提出“演進(jìn)韌性”的概念，強(qiáng)調(diào)韌性系統(tǒng)的2個新興屬性：適應(yīng)能力與轉(zhuǎn)型能力。20世紀(jì)90年代，韌性正式進(jìn)入城市規(guī)劃領(lǐng)域，諸多學(xué)者開始關(guān)注城市應(yīng)對災(zāi)害風(fēng)險與氣候變化的韌性。近年來，韌性概念開始應(yīng)用于城市形態(tài)要素的具體設(shè)計中。

隨著韌性從普通術(shù)語發(fā)展為復(fù)雜概念，韌性城市的定義變得寬泛模糊，使其在融入城市設(shè)計領(lǐng)域時易出現(xiàn)曲解內(nèi)涵、片面使用等問題。因此，若以更科學(xué)的方式使用韌性，必須明確評估城市韌性基本問題。此外，城市韌性實(shí)踐面臨特定韌性與一般韌性的選擇，分別為突發(fā)性特定威脅和長期不確定干擾，如何使兩者兼顧成為研究重點(diǎn)。

2 關(guān)聯(lián)框架

在Web of Science網(wǎng)站中檢索關(guān)鍵詞“resilience”“urban form”，通過篩選語言、期刊與學(xué)科類別，選取190篇與主題密切相關(guān)的文獻(xiàn)，通過分析相關(guān)文獻(xiàn)得出寒地中微觀城市形態(tài)與城市韌性的關(guān)聯(lián)框架，包括靜態(tài)關(guān)聯(lián)與動態(tài)關(guān)聯(lián)2個部分。

2.1 靜態(tài)關(guān)聯(lián)

1）寒地災(zāi)害源 應(yīng)優(yōu)先考慮寒地城市發(fā)生頻率高、存續(xù)時間長的災(zāi)害，包括水環(huán)境、風(fēng)環(huán)境與光熱環(huán)境3個方面：①水環(huán)境，降水的高度集中與地表覆蓋材料的高硬化率導(dǎo)致雨水無法及時排出，寒地城市因此易受內(nèi)澇侵害；②風(fēng)環(huán)境，冬季冷風(fēng)凸顯，且供暖燃煤加劇了霧霾現(xiàn)象，致使室外能見度降低，進(jìn)而威脅城市交通安全與居民健康；③光熱環(huán)境，近年來夏季出現(xiàn)極端高溫現(xiàn)象，而冬季熱環(huán)境的改善易對夏季熱環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，因此需對寒地城市光熱環(huán)境的影響因素進(jìn)行分季節(jié)的綜合分析。

2）韌性特征 韌性特征與城市設(shè)計概念具有相似性，因此可作為城市應(yīng)對不確定風(fēng)險干擾與城市規(guī)劃設(shè)計之間的橋梁。韌性特征的分類方式隨著基本假設(shè)與研究目的變化而改變，韌性特征一般包括多樣性、模塊化、冗余性及連通性[2]。其中多樣性是韌性系統(tǒng)的核心屬性，通過產(chǎn)生冗余使城市系統(tǒng)在面對變化時保持穩(wěn)定；模塊化倡導(dǎo)城市系統(tǒng)由更小、更明確的單元組成，其中單一模塊應(yīng)具備自主管控能力，各模塊間應(yīng)具有一定整合度；冗余性強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)替代資源或路徑帶來的緩沖能力；連通性用于描述物質(zhì)、信息等要素在模塊內(nèi)和模塊間流動的難易程度。

3）城市形態(tài) 基于城市形態(tài)學(xué)視角，穆拉托里學(xué)派強(qiáng)調(diào)從部分到整體的層次結(jié)構(gòu)，城市形態(tài)要素可根據(jù)從單個建筑到地塊、街區(qū)、社區(qū)、城市的規(guī)模層次進(jìn)行分類，即分為宏觀、中觀和微觀尺度三大類。從演進(jìn)韌性視角出發(fā)，城市形態(tài)要素可分為生態(tài)、空間、功能、感知4個維度。將文獻(xiàn)中所有與韌性關(guān)聯(lián)的中微觀城市形態(tài)指標(biāo)梳理為生態(tài)、功能、空間3個維度。該種分類方式可清晰地展示不同內(nèi)容維度和多層次空間尺度下的詳細(xì)指標(biāo)，有助于韌性城市實(shí)踐的分類指導(dǎo)。

2.2 動態(tài)關(guān)聯(lián)

演進(jìn)韌性將城市理解為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)城市形態(tài)在面對干擾時改變、適應(yīng)和轉(zhuǎn)型的能力，需規(guī)劃設(shè)計師將不斷調(diào)整的城市形態(tài)作為其發(fā)展軌跡不確定性的來源，在舊形態(tài)中識別風(fēng)險并轉(zhuǎn)化為發(fā)展機(jī)會。因此，分析城市形態(tài)韌性在時間尺度與空間尺度上的動態(tài)關(guān)聯(lián)對于科學(xué)認(rèn)知城市形態(tài)韌性的演進(jìn)規(guī)律至關(guān)重要。

1）時間尺度 適應(yīng)性循環(huán)衍生出的擾沌模型是演進(jìn)韌性理論的核心機(jī)制，可以闡釋復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)在時間尺度上的周期性動態(tài)運(yùn)行過程，包括4個階段：r開發(fā)階段、K保存階段、Ω釋放階段與α重組階段，分別對應(yīng)城市發(fā)展周期的建設(shè)、發(fā)展、衰敗和更新4個階段，其中更新階段對于韌性城市設(shè)計至關(guān)重要，主要包括2個原因：①該階段是城市系統(tǒng)創(chuàng)新和重組的階段，干預(yù)措施使城市系統(tǒng)的韌性達(dá)到最高水平；②城市系統(tǒng)經(jīng)歷了韌性最大化與最小化的全過程，該階段可監(jiān)測分析城市系統(tǒng)的韌性演變，為下個城市發(fā)展周期的城市形態(tài)管控提供參考。

2）空間尺度 運(yùn)用城市形態(tài)要素的層次分類法構(gòu)建嵌套的空間尺度網(wǎng)絡(luò)，通過擾沌模型進(jìn)行分析。其中，大尺度城市系統(tǒng)遵循已有經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的“記憶”與風(fēng)險發(fā)生后學(xué)習(xí)、變革的“新記憶”進(jìn)行日常運(yùn)轉(zhuǎn)與防護(hù)，為小尺度規(guī)劃設(shè)計提供背景與導(dǎo)向；小尺度城市系統(tǒng)通過短期規(guī)劃干預(yù)的“反抗”驅(qū)動大尺度城市的適應(yīng)性轉(zhuǎn)型。由于在不同的空間尺度上以不同的速度發(fā)生，大尺度城市系統(tǒng)的演進(jìn)速度較為緩慢，規(guī)劃干預(yù)所需的通用性較強(qiáng)；小尺度城市系統(tǒng)演進(jìn)變化較為頻繁，規(guī)劃干預(yù)可提升自下而上的能動性，在中微觀尺度發(fā)揮積極作用（見圖1）。

3）指標(biāo)權(quán)衡 我國幅員遼闊，不同城市面臨的災(zāi)害風(fēng)險類型、背景需求及各城市的韌性基底差異極大，理想的城市形態(tài)配置也有所不同。該差異產(chǎn)生的沖突及其權(quán)衡既是城市形態(tài)韌性研究的難點(diǎn)，又是我國韌性城市建設(shè)仍局限于學(xué)術(shù)研究層面，缺乏科學(xué)合理的評價體系、方法與指標(biāo)的原因之一。現(xiàn)存沖突主要與“密度”相關(guān)，隨著研究領(lǐng)域的擴(kuò)大，可能出現(xiàn)更多沖突。故寒地韌性城市建設(shè)應(yīng)根據(jù)氣候地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展?fàn)顩r、災(zāi)害風(fēng)險優(yōu)先排序和城市韌性本底條件，全面分析潛在的權(quán)衡和協(xié)同作用，綜合考慮通用性與地方性的協(xié)調(diào)統(tǒng)籌，建立科學(xué)合理的評價指標(biāo)體系。

3 關(guān)聯(lián)指標(biāo)

3.1 生態(tài)維度

生態(tài)維度指標(biāo)涉及開放空間設(shè)計等，該開放空間指城市中任何無屋頂?shù)牡孛婵臻g，其與各種災(zāi)害源的韌性存在關(guān)聯(lián)，可通過覆蓋高透水材料管理雨水徑流；提高城市孔隙度，改善空氣流動以調(diào)節(jié)微氣候；為避難、疏散提供緩沖空間；提供較高的自由度以適應(yīng)新需求。開放空間設(shè)計包括大小、形狀、可達(dá)性3個方面：①大小，面積較大的綠地具有良好的冷卻潛力，但易對街道連通性產(chǎn)生影響；②形狀，形狀簡單的綠地能起到良好的冷卻作用；③可達(dá)性，建議將開放空間置于易被發(fā)現(xiàn)的中心區(qū)域以提升可達(dá)性。近年來部分學(xué)者針對新冠肺炎疫情前后人們對公共綠地等開放空間的態(tài)度展開調(diào)查，結(jié)果顯示人們更愿前往規(guī)模更大、內(nèi)部植被類型或活動設(shè)施更豐富、合理步行范圍內(nèi)可達(dá)的綠地。

3.2 功能維度

功能維度指標(biāo)涉及社區(qū)密度、街區(qū)設(shè)計等。研究表明適當(dāng)?shù)纳鐓^(qū)密度可促進(jìn)主動交通，提高城市系統(tǒng)的整體效率。而密度過高對獲得自然采光等方面易產(chǎn)生不利影響，若犧牲開放空間實(shí)現(xiàn)高密度社區(qū)，將加劇城市熱島效應(yīng)。故將社區(qū)設(shè)計為可自我維持的模塊，既能通過縮小匯水單元面積應(yīng)對雨洪災(zāi)害，又能通過日常“社區(qū)生活模塊”與疫時“公共健康模塊”的轉(zhuǎn)換降低居民健康風(fēng)險。小尺度街區(qū)可容納多樣化活動，以較低成本適應(yīng)未來變化，且具有更好的連通性與可達(dá)性。

3.3 空間維度

空間維度指標(biāo)涉及街道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及設(shè)計等。街道拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括連通性和中心性：高連通性可提高公共服務(wù)設(shè)施的可達(dá)性，且可通過減少對汽車的依賴提高城市步行性；中心性可用于度量街道網(wǎng)絡(luò)中特定節(jié)點(diǎn)或鏈接的重要程度，高中心性的街道一旦發(fā)生阻塞，其他街道無法合理分配交通量，城市系統(tǒng)的自適應(yīng)能力明顯降低。街道設(shè)計對于提高城市韌性具有重要作用，研究表明寬闊的街道具有良好的疏散能力，且易整合多種交通方式與綠色基礎(chǔ)設(shè)施；狹窄的街道熱輻射量低，有助于提升室外環(huán)境的熱舒適性。故街道寬度應(yīng)根據(jù)街道峽谷形狀、土地利用強(qiáng)度、災(zāi)害風(fēng)險管理階段等因素綜合設(shè)計。此外，合理設(shè)計街道邊緣空間可增強(qiáng)其與城市界面的滲透，提升街道活力進(jìn)而提升城市韌性。

4 結(jié)語

寒地韌性城市建設(shè)與中微觀城市形態(tài)要素存在重要關(guān)聯(lián)。目前僅有部分關(guān)聯(lián)指標(biāo)得到關(guān)注，且仍缺乏足夠的證據(jù)表明該城市形態(tài)要素與某些特定風(fēng)險的韌性呈相關(guān)性。此外，城市作為復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)以集成方式運(yùn)行，規(guī)劃設(shè)計師不應(yīng)僅分析不同的城市形態(tài)元素，而應(yīng)考慮其在時間尺度與空間尺度上的聯(lián)系，并對其合理配置。