城市规划中宜居环境设计策略

作者：余庄李鹍华中科技大学建筑与城市规划学院

近年来，城市的持续发展，带来了大量的环境和能源问题。在物质水平提高的同时，不少城市的人居环境水平却有下降的趋势。城市中通风不畅，污染加剧，热岛效应显著增强，由此使城市中心区进一步升温，并需要消耗大量的能源进行人居环境的调节。能源的消耗又给经济和环境带来了沉重的负担，形成影响城市生态的恶性循环。由于城市发展所带来的环境污染也造成了惊人的代价。大气污染造成的经济损失占GDP的3～7%。

国家发改委副主任解振华曾经指出：我国只有三分之一（116个）城市的空气质量达到二级标准，适于居住；约有31.2%的城市空气质量低于三级（轻度污染）标准。在规划层面，进行符合气候和生态资源运行状态的设计，形成较好的城市微气候，就可以在宏观层面起到节能和提高城市环境水平的作用，其意义重大。因此，在现阶段的城市设计和规划中，要考虑到可持续发展的要求，注重生态资源对城市的重要意义，形成良好的人居环境。

基于可持续发展的研究方法

在传统的规划设计中，增加符合生态和气候要求，可以提高人居环境水平的预设计。该预设计不同于传统的规划方式，它从地理资源的角度出发，经过一系列的调查、统计和数据分析，并经过计算机数字模拟，逐渐以科学的方式得出针对特定区域人居环境水平的规划设计方式与导则。该方法将CFD、GS等世界科技发展的前沿技术应用于解决规划问题，并涉及多学科的研究领域。而且该方法的每个步骤都遵循一定的数理计算方式或是严谨的计算机模拟、展示手段，摆脱了传统规划方式中科学性不足的弱点。需要说明的是该预设计方式在很大程度上应归于方法论层面，较多情况下不涉及具体的人居环境规划方案，对传统的规划方式来说，是一种有益的补充，而不是替代方法。

该方法首先需要对所涉及的场地进行分析。场地分析是人居环境预设计中的一个重要环节，是一种场地预分类区划，基本要求是根据地质环境主题结合对场地特征与成分的宏观分类，对场地质量做出调查研究，并建立场地分区分类及单元分析的技术基础。其研究对象包括基地的各方面因素，其研究结果对后续研究意义重大。在进行场地分析的开始，首先需要调查各类的存档材料和法规文件，确定该地区的总体规划走向、人口分布、常年气候资料等先期资料。确立后续的土地利用规划要点，尤其是找出需要保护或是需要合理开发的生态资源分布情况。

当然，仅仅研究材料是不充分的，还需要进行后续的场地调查。传统的场地调查以实地调查为主，但是如果遇到较大地块，研究往往不全面，容易陷入片面。因此在本文的预设计方法中进行场地调查将利用地理学的部分先进研究方法，主要是以遥感和GIS技术为代表的地学研究方法。这些方法可以广泛调查基地的地形、地质构造、现有土地利用状况。遥感图像（GS）主要利用高精度遥感影像和热遥感影像。以QuickBird、Ikonos等影像为代表的高精度遥感影像，最高分辨率可达到1m以内，可以在资源分布、下垫面类型、道路网现状等方面的探查中发挥巨大作用。而热遥感影像则可以研究所选地域的热环境格局和热交换变化过程，分析热岛结构。因此遥感技术在场地分析方面具有其他方式不能比拟的全面性、权威性和真实性。而地理信息系统GIS技术主要针对所获得的基地的大量研究数据进行系统存储、检索、空间分析等操作。GIS具有数据的采集、编辑和图形处理功能，并可以进行一定的空间查询和空间分析，如确定满足某种特定要求的下垫面类型的总量和分布状况等。

经过上述的场地分析，就能对基地的人居环境状况有个全面、清晰、科学的把握。这样就能理解当地生态环境、气候、城市人居环境之间的相互影响、相互连接的状态，并可以找出其中存在的问题。同时，经过这一步骤，该区域的气候状况、资源面积、建筑密度等数据都比较齐全，可以作为下一步研究的边界条件和初始设置。

在进行了场地分析后，就需要提出提高基地人居环境的设计策略和概念。如果设计不合理将遭受大量的人力财力损失，而且很难恢复。所以传统的规划设计手段已不能满足可持续发展的需要。计算机模拟技术现在已广泛应用在各行各业。计算机模拟就是建立城市的数字模型，将其放入CFD软件中进行类似风洞的模拟实验。其结果就是展现出城市的现有环境状况，并可以提出调整城市空间布局的概念型措施，使城市风流场对城市生态环境的作用尽可能的发挥出来，提高城市的人居环境水平。由于进行计算机模拟，承担的风险和成本远小于传统的城市设计策略，因此可以进行多种的试验进行不同的方案比对。

经过以上各个步骤，对于提高待开发基地的人居环境策略就已经形成了。其后要对前述的调查数据和模拟结果进行整理和综合分析，形成较为理论化的规划策略。通过对已有结果进行评估，发现不足，再重新进行补充调研，进行优化的模拟概念设计。后续的传统规划设计将在所总结的策略和导则的基础上进行具体的设计方案。

研究实例展示

为了证明该方法的有效性，以对某块待开发的区域所进行的人居环境预设计来展现其有效性。该区域处于武汉的汉阳区滨长江地带，陆域总面积37.5平方公里，总居住人口5.2万人，目前尚处于未开发状态，只有少量建设活动，8 0%以上为非城市建设用地，农用地中主要为耕地和池塘水面，为该区域的大规模开发建设创造了条件。

首先进行该区域的场地分析。由于该区域已开发强度极小，热岛效应还不大明显，因此不需要利用热遥感影像进行分析。为了得到更精确的调查结果，则利用了1m分辨率的高精度Quickbird卫星遥感图片进行研究和评估（图1），此外也通过资料查找和实地考察得到了一些补充数据。

该区域属于夏热冬冷地区，是同纬度条件下气候条件最为恶劣的地区，夏天炎热，此区域作为武汉市的一气候特点与整个武汉市接近。但是有一点显著不同的是该区域因为一直处于未开发状态，再加上周边水系众多，水蒸汽的蒸腾作用带动了空气流通，因此风环境良好，平均风速远远高于武汉市的其他大部分地区。此外该区域中缺乏较大规模的森林和山体，主要的生态资源以湖泊和长江为主。该区域较大型的水面有处于基地周边的长江、墨水湖、龙阳湖、三角湖、南太子湖等“四湖一江”。基地内还有较多的小型湿地和湖面，共同构成较大面积的水域网。

该地区的现有建筑以多层住宅为主，多是村民自建住宅和中小型的工厂，此外还有大面积的农田和藕塘。该地区的地势平整，比较适宜大面积的开发，一级路网已大部成型，二级路网仍有较大的弹性空间。因此本次的规划预设计就是要充分调动该地区的生态资源，采用合理的规划和布局方式，最低限度的在保持开发强度的基础上实现对风环境的保护和利用。

经过上述的调研，可以对基地的现状有较为全面地了解，即可进行进一步的分析与研究。此时将建立较为详细的计算机数字模型。该模型将现有气象条件、主导风向、资源数据等作为边界设置，考虑道路、景观、公用设施、水利设施等问题，并模拟不同类型、密度的建筑群体建立后的区域人居环境状况，以提出较为合适的策略。

（1）建筑类型选择

经过多种方案的对比模拟试验，较为合适的建筑类型布置方式是基地内部以多层建筑为主，而在沿江地带和区域西南向末端布置高层建筑是较为合理的。这里主要谈一下高层建筑的选址，高层区由于容纳较多人口，建筑体量巨大，释放的热量也很大，因此在温度模拟图上，该区域温度较高，热积聚效应明显，并对周边地区的热状况产生不好的影响。因此该类型建筑群的选址异常重要。长江在夏季一直保持17度的低水温，在主导风向的帮助下，可以使周边很大面积的地区的温度得到降低。因此长江可以极大的降低高层区的温度。此外，该基地南向的末端部分，处于三个较大湖泊的夹角，由于湖泊环境较好，高层区布置在这里能够很好的形成冷热对流，达到热交换的目的，避免形成热积聚现象。因此，这两个位置对高层建筑群来说，可以较大程度的避免形成热岛，环境优良，空气流动通畅，可以极大提高人居环境水平。但是需要降低高层建筑群的密度，区域内部采取较为松散的布局。在模拟试验中，如果高层地区密度太大，进入这个地域内部的风速较低，将不能很好的起到排热降温的作用。而如果将高层建筑组团之间拉达到150m以上的间距，可以得到较为理想的效果，此时温度较低，同时形成热岛效应的程度大大降低。风也能够顺利地进入到区域内部，起到一定的作用，人居环境较好。

（2）建立生态缓冲区

所谓生态缓冲区，即是在生态资源较为丰富的区域周边，留出一定范围的区域，该区域内只进行较小强度的开发，如建立别墅区、景观公园等等。因为生态资源较为丰富的地区，如森林、湖泊等往往气候环境优越，夏季气温较低，因此可以带动冷热空气的对流，对周边的气候环境产生较好影响。留出缓冲区，可以大大发挥这种作用，对更大的区域起到对温度和环境的调控作用。在本基地中，较为合适的缓冲区布置地点位于四个较大型的湖泊边。如果在这些湖泊边采用缓冲区的布置方式，可以有效地降低周边较大面积的温度状况而如果在这些区域布置建筑密度较高的建筑群，不仅本身温度较高，容易出现热岛，甚至连周边区域的温度状况也变得更为恶劣。此外区域内部还有较多连接各个湖泊的狭长水道，该水道的目的是供湖泊联网，并起到排泄洪水的作用。因此，这些水道需要完整的保留。同时，可以利用这些水道形成景观轴线，并起到通风走廊的作用。如果将水道扩宽一倍，并进行缓冲区设置，形成较为明显的通风道，可以在模拟试验中看到，水道在通风方面的作用显著增强，周边街道的风速也比较大，温度也有所降低。由此可见，缓冲区的作用非常明显。

（3）建立湿地公园

经过模型分析，如果该区域完全改造成住宅区，整个基地内部的通风状况将很不理想。因此应该考虑在区域内部利用现有资源形成内部的通风走廊。而在区域中部，从南太子湖到墨水湖中间有一条狭长地带，该地带内主要以小型的湖泊和湿地为主。如果将这些资源保留、整合起来，不在这个区域进行开发，而是形成湿地公园，即可对该基地的环境和通风状况产生极大的改善作用。甚至还可以起到连通两湖，提高生态资源整体性的作用。经过所进行的温度模拟，可见在该区域建立湿地公园后，内部街道的风速增加，形成的热岛效应程度也进一步降低。此外，区域前部的部分地段也有较大型的藕塘和渔场，也可以保留起来作为前述湿地公园的补充。

此外还有很多方案的试验和对比，不再赘述。根据上述经过计算机的模拟和优化所进行试验得出的策略和设计方法，可以得到如图2所示的模拟方案。可以看到在这个模拟试验中，吸取了上述模拟方案的优点，避免了发现的潜在生态破坏因素，区域生态环境保护较为合理，规划对气候和风场的适应性较强，人居环境较为理想。

结语

本预设计方法打破传统的规划预设计模式，把大量新技术和科技手段加入到人居环境的规划设计决策过程中去，使人居环境规划过程更完善和科学。该方式应用于传统的规划设计方法之前。虽然不涉及到具体地人c居环境规划方式，但是为后续的规划步骤进行了导则式的引导和规范。使后续步骤可以趋利避害、因势利导，利用现有生态资源形成良好的具有生态和气候适应性的人居环境。

（1）人居环境是城市发展的根本保障，涉及城市规划、建筑、生态、气象条件等多种因素，需要将这些因素统一起来，保障其相互连接的通畅性，才能构建各种因素相互补充、和谐共生的人居环境。

（2）研究人居环境不能拘泥于单个学科的单一研究，需要打破传统的学科限制，站在系统论的高度上进行多学科的整合。此外还应注意相关学科发展的新情况，借用各学科的高新技术手段解决问题。

（3）人居环境应该具有地域性，并且符合可持续发展的理念。通过对生态环境的保护与合理利用达到节约能源，提高环境质量的目的。