高密度城区开放空间的生态防灾策略

王 峤，曾 坚，臧鑫宇

(天津大学建筑学院，天津300072)

随着城市化进程的加速，城市高密度、高强度的特征日趋明显，人口、资源、环境之间的矛盾日益尖锐，由此引发的资源枯竭、环境污染等问题层出不穷。目前，我国城市正面临着转型期的考验，大量涌入城市的人口更加突显了人、地矛盾现象。尽管高密度的城市环境会导致许多社会问题，但随着人口庞大的城市对土地需求的不断增加，高密度必将成为城市发展的必然趋势，而高密度的城市环境对城市的生态化需求也提出了挑战。尤其是转型期以来，城市生态安全已成为学术界关注的核心议题，城市灾害的研究也进入了一个新的历史时期。中心城区因其高密度、高强度、高复杂度的特性，在灾害来临时往往呈现出极端的敏感性和脆弱性，其灾害呈现出发生频率高和灾害影响大的趋势。因此，城市防灾的研究和实践工作已经刻不容缓。针对新灾种不断衍生，新旧灾种影响层叠加重的特点，学术界开始探讨建立以常态防灾和灾时应急思维相结合的综合防灾体系。在这一过程中，城市开放空间作为城市生态安全格局的核心要素，其生态防灾策略研究是城市综合防灾体系中的重要组成部分。

一、开放空间生态防灾的相关研究

近年来，世界范围内灾害多发现象引发人们思索灾害发生与人类行为的关系，以风暴、暴雨、极端气候等主要表现形式的气象灾害多发与全球气候变化有着密切联系。联合国人类住区规划署提供了了解、评估及应对气候变化行动的指南，号召空间、物理、环境及其他相关规划，以及各组织和经济部门联合起来，通过参与式的规划方法共同应对城市气候问题［1］。《芝加哥气候行动计划》中提出一系列应对气候变化的“适应方案”和“减缓方案”，包括建筑节能改造、清洁和可再生能源的推广、鼓励选择公共交通、减少垃圾和工业污染。国内外诸多城市已经意识到城市环境与城市灾害的密切关系，在新一轮的城市规划中纷纷倡导绿色生态的规划理念和方法，注重城市开放空间的生态防灾作用。芝加哥市积极建设绿色屋顶，一方面作为“适应方案”能有效降低城市热岛效应引起的地区气温上升，且在暴雨期间蓄集雨水;另一方面作为“减缓方案”有助于减少建筑制冷需求，提高建筑能效［2］。纽约城市规划中强调了人口增长和城市建设带来的气候和环境问题，提出通过土地、水、交通运输、能源、空气质量等方面的策略改善城市环境，建立更绿色、更美好的纽约［3］。多个国家(地区)正在或已经制定城市气候图以辅助规划决策，香港中文大学建筑学院的香港都市气候图研究将香港划分为5个气候分区，并针对高密度区域提出了建立通风廊道、增加开放空间和绿化种植等相关措施［4］。

另外，针对地震等突发性自然灾害，开放空间对减轻灾害影响、阻止灾害蔓延具有重要作用。1981年，美国芝加哥火灾后重建期间，美国开始建造以绿化为主的开放空间系统，通过开放空间将城市高密度的、连成一片的市区进行分隔，以提升城市的抗火灾能力，该做法成为开放空间应用于防灾系统的先驱。1923年，日本关东大地震中，以城市公园为主的开放空间发挥了灭火和阻止火灾蔓延的重要作用，并为人员提供了避难场所。国内针对城市开放空间防灾作用的研究中，以防灾公园为研究对象的成果较多，主要关注防灾公园在应对地震等突发自然灾害中的作用。研究内容包括防灾公园中避难空间设计、植物配置和设施布局等。本文基于对高密度城区内涵和环境特征的分析，提出开放空间对高密度城区环境的疏解改善作用，并将开放空间在常态情况下的生态改善功能和灾时的应急防御避难功能相结合，提出高密度城区生态防灾体系及相关策略。

二、高密度城区环境特征及其转化途径

1．高密度城区环境的内涵界定

高密度城区环境的内涵可从人口密度和建筑密度两方面进行界定。综合国内外典型城市高密度城区的人口密度可以发现，较大城市高密度城区人口密度峰值分布在1万人/平方公里至5万人/平方公里的范围内，我国5大中心城市人口密度峰值为2万人/平方公里至4万人/平方公里，区域中心城市人口密度峰值为1万人/平方公里至3万人/平方公里(见表1)。全国范围内人口高密度区域的具体数值差异主要与城市级别相关，而同一级别内城市人口高密度区域的具体数值，主要受城市在世界和全国的地位、经济水平、整体人口以及其他因素影响。

表1 国内外部分城市高密度城区人口密度表

建筑密度指标中以建筑容积率、建筑覆盖率、开放空间率为主要指标。由于居住区具有较强的独立性，并且与城市其他区域在使用功能、建筑形式上的差异性，将住宅发展密度与非住宅发展密度环境分开进行定义。对于我国内地城市，住宅区高密度环境一般容积率为2.0～4.0范围内，建筑密度为30% ～40%左右(见表2)。非住宅建筑的高密度环境中，多层高密度环境一般容积率大约为4.0，且建筑密度在70%以上;高层高密度环境一般容积率大于8.0，且建筑密度在60% ～70%以上(见表3)。

表2 部分城市/国家住宅建筑密度控制指标比较

表3 部分城市/国家非住宅建筑密度控制指标比较表

2．高密度城区环境的主要特征

高密度城区环境一般具有复杂性、双重性和系统脆弱性的主要特征。首先，在高密度城区环境下，人口、建筑、设施等实体要素高度集中，各要素之间的间隙距离较小，各类要素相互之间接触机会较多，使高密度城区环境具有复杂性特征。其次，高密度城区环境还具有双重性特征，一方面，高密度城区以土地集约利用为核心目的，通过提高城市内部的土地利用率，避免了城市向郊区的蔓延，同时将城市各类资源相对集中地布局在城市核心空间内，提高各类公共空间的使用效率，使商业、文化设施、公园绿地等公共资源集中共享，有助于促进市民的交往，提升城市空间的活力。另一方面，高密度城区环境也容易造成一些不利影响，如环境拥挤、交通阻塞、空气污染、局部地区采光和通风较差、热岛效应、噪声和光污染等问题，这些问题给城市生态环境的建设带来了困难［5］。此外，在高密度城区环境中，人员、车辆、物资等要素频繁流动，各类设施和空间使用强度较高，设施损耗快、维护成本高，增加了灾害发生的几率。高密度环境在空间形式以及人员、建筑及财富等方面分布的特点使其体现出系统脆弱性，一旦发生灾害，往往会造成大量的人员伤亡和经济损失，严重时还会造成恶劣的政治影响［6］。

3．高密度城区环境积极转化的有效途径

高密度作为城市空间组织的一种形式，是城市发展到一定阶段的产物。适当的密度可以形成良好的城市尺度、形态和结构，有利于提升城市经济、社会和文化活动的品质，即实现“紧凑城市”所强调的“高品质发展”。当然，过高的密度可能导致城市问题的产生。因此，高密度存在向积极和消极两方面转化的内在机理。开放空间是高密度城区的实体建筑空间、人员密集环境的补充部分，作为各种城市问题摩擦的缓冲带，为高密度的疏解提供了余地。开放空间系统能够形成生态防灾界面，对于噪声、暴雨、热岛、空气污染等起到预防和缓解作用。近年来，我国诸多城市暴雨灾害频发，造成城市大部分区域受灾损失严重，高密度城区在防灾能力上更加脆弱。以绿色植被为主的开放空间系统具有补给、蓄留、通道、径流、过滤、净化、雨洪控制等作用，是雨水调蓄、排放和综合管理的重要载体。同时，开放空间能够促使建筑形成相对分散的平面布局，在高密度城区内形成有效的防灾环境，起到稳定生态安全格局的作用。在灾害来临时，开放空间系统能阻止或减轻灾害的影响，成为居民避难的安全场所。

三、高密度城区开放空间的生态防灾层级建构

高密度城区中的开放空间可以保证城市系统自身健康稳定的运转。开放空间更因其公共性、开放性等本质属性，在城市生态防灾中具有重要的意义，为防灾避难、疏散救援、灾后重建等提供了重要物质空间载体［7］。开放空间的防灾作用可以分为防灾隔离空间和应急避难场所两类。以绿化为主的开放空间作为防灾隔离空间可起到避震防火、防洪抗旱、防风固沙、减弱泥石流等自然灾害、改善环境品质等作用。日本有关专家将绿地开放空间称为城市柔性基础设施，提出建设“安全合理的绿化系统”的目标，形成柔性结构的防灾城市。另外，开放空间形成的应急避难场所为灾民提供避难、生活及救援空间，在灾后可作为重建家园和城市复兴的据点。

针对高密度环境的现实情况，结合城市防灾避难需求和我国城市的现实情况，可以建立基于防灾需求的开放空间层级，成为临时避难所、收容安置所和中长期避难所等防灾空间类型［8］，形成开放空间与防灾功能相结合的城市开放空间防灾网络(见表4)。根据开放空间的规模、类型，设置相应的防灾避难空间，构建阶梯级的防灾避难单元，由开放空间划分防灾区域，达到灾害发生时阻隔灾害蔓延，减小灾害损失的目的。

表4 开放空间的防灾层级

四、高密度城区开放空间的生态防灾策略

1．高密度城区开放空间的用地管理策略

以景观生态学为原理进行土地效能优化的现实意义，是在满足城市发展需求的基础上为城市预留和规划充足的开放空间，为城市的可持续发展提供生态基础。对于高密度城区而言，土地的优化利用和绿地景观的格局优化仍然是其核心内容［9］。综合城市经济、社会、人口、环境等因素进行用地评价和利用，确定合理的开放空间用地布局，建立景观生态安全要素与城市规划系统的有机关联，有利于在规划全过程中实现生态防灾的核心目标，建立城市生态安全格局，在土地、植被、水体等生态资源利用方面遵循可持续的城市发展策略，落实城市防灾减灾的目的［10］。

高密度城区开放空间用地的边界控制和保护是一项重要的规划策略。首先，根据高密度城区的现状用地情况，对区位条件较好的用地采取相对紧凑集中的布局原则，并在其外围规划绿地开放空间以限制高密度的扩散，为城市人口提供足够的绿地生活空间。其次，控制高密度城区的开发容量，系统研究国内外高密度城区的绿地分布原则和比率，进一步提高高密度城区的绿地率，减少地面硬化率，为城市防灾提供充足的生态条件。最后，制定严格的法律规范和管理制度，在规划中严格划定开放空间的用地范围，对于违法变更用地性质的情况进行行政监督和处罚。此外，可以制定规划控制导则，结合容积率奖励政策，引导高密度城区内开放空间和谐有序的开发建设。政府和各类慈善机构应增加对公共开放空间的投入，倡导公民参与，加强公民维护开放空间的责任感。

2．高密度城区开放空间的环境改善策略

开放空间的生态调节功能对高密度环境引发的热岛效应等问题能起到明显的缓解作用，各类层级的公园、绿地、绿色屋顶以及各种植被对改善高密度地区的小气候及环境具有关键作用。以城市热岛效应为例，高密度环境容易引起热岛现象的发生，从而加剧气候变化。1987年，加拿大气象学家欧克以北美和欧洲的部分代表城市为例，系统研究了气候与自然植被、城市环境之间的关系，并进行了最大热岛强度的比较，得出热岛强度取决于城市规模大小和形态的结论［11］，从而为城市热岛效应的研究提供了技术研究的基础。从伦敦维多利亚商业改造区域(Victoria business improvement district，BID)的ASTER卫星图可以看出①，伦敦中心城区与其周围地区相比温度变高，热岛效应也较为明显(见图1)。

图1 维多利亚BID范围的ASTER卫星图

以植被覆盖为主的绿色开放空间具有气候调节作用，特别对热岛效应具有减弱效应。曼彻斯特大学在ASCCUE项目中应用的模型，说明了维多利亚商业改造地区植被覆盖与夏季峰值温度的关系图，当研究区域的植被覆盖率达到23%时，夏季峰值地表温度达到32℃;增加10%的植被覆盖率，峰值地表温度减少到29℃;而如果减少10%的植被覆盖率，将会使峰值地表温度上升到35℃［12］(见图2)。伦敦市将绿色屋顶改造计划作为一项重要绿化政策提出，通过分析各区内建筑屋顶改造成为绿色屋顶的适宜度，从而确定改造时序。

图2 植被覆盖率和夏季地表温度峰值的关系

3．高密度城区开放空间的生态补偿策略

高密度环境的推进使“间隙”空间在城市中的地位更加重要，但在快速城市化过程中，“间隙”空间始终处于被侵蚀的状态。因此，通过“生态补偿”策略为城市地面开放空间提供补偿，以缓解高密度环境的拥挤，保持开放空间的完整性、系统性以及功能性的完备，具有紧迫且重要的意义。尽管高密度地区的开放空间用地极为紧张，从规划和管理层面仍然可以实现生态补偿策略。以香港为例，在其高密度环境中设置作为“城市留白”的开放空间非常困难，但它们却真实存在，主要表现为高密度建筑和城市公园的有机结合。尖沙咀位于香港九龙半岛南端，是香港最主要的商业购物区之一，具有较高的人口密度和建筑密度，以地铁荃湾线两端密度最集中的地区(70 hm2)作为研究对象，东侧、南侧是高密度的商业、居住、办公、酒店等建筑类型，内部包括香港天文台(占地约2 hm2)、讯号山花园(占地约2.5 hm2)两处城市绿地公园，西侧坐落着九龙半岛最大的城市公园，即九龙公园(占地约10 hm2)，建筑密集区与绿地公园在占地面积上约为4∶1的对应关系，形成高密度城区城市单元内部功能的复合、空间形态的多元和互补(见图3)。这种开放空间与高密度建筑有机结合的布局方式，为城市提供了天然的防灾避难场所，有利于调节城市肌理，形成整体的生态防灾环境。

4．高密度城区开放空间的立体化防灾策略

城市的高密度发展使绿化植被的生长环境萎缩，绿地、水体等可渗透面积急剧减少，城市生态环境的不断恶化加剧了热岛效应的作用，同时也增加了城市面对火灾、暴雨等常规灾害的脆弱性。针对高密度环境的现实情况，建立立体化的开放空间系统是缓解和预防常规灾害，提高城市生态安全的有效方法。

图3 尖沙咀地区的开放空间

美国学者杰克·埃亨在其著作《绿道:一场国际运动的开始》中提出“绿道是为了实现生态、娱乐、文化、美学和其他与可持续土地利用相适应的多重目标，经过规划和设计而建立起来的土地网络”［13］。开放空间系统往往以绿道形式表现出来，绿道系统为高密度环境提供疏散的廊道，打破中心区的封闭系统，实现其密质环境与区域生态环境的联系与循环。从城市景观生态安全的角度，绿道系统具有多样化的生态防灾职能。城市绿道形成后，不仅能控制火灾蔓延，还能形成生态防灾界面，对于噪声、暴雨、热岛、空气污染等常规灾害起到预防和缓解所用。基于高密度城区复杂的现状条件(其绿道系统规划应以景观生态学原理为指导，处理好规划与现状的结合问题)，合理规划城市绿道的生成路径，可以充分利用废弃的工业厂区、历史遗留地等，在新开发用地中制定绿道系统规划导则，使之有效地衔接现有的绿地公园，增加块状绿地、水系的连接度，成为城市绿色基础设施的重要补充。

日本建筑师大野秀敏在“纤维”绿廊规划中提出的“绿垣”策略就是开放空间立体化防灾的典型代表，“绿垣”以不定形的网络状划分防火分区，可达到控制火灾蔓延的作用［14］，绿垣形成前后，火灾的危害范围表现出较大差异(见图4)。从“绿垣”所表现出来的生态、经济、社会等方面的功能来看，“绿垣”其实也是城市绿道的一种表现形式。

图4 绿垣形成前后的火灾危害范围

此外，裸露的建筑立面、屋顶和平台往往成为城市热岛效应、沙尘漂浮以及大气污染的主要载体，立体绿化可对高密度环境进行补偿，增加植物的吸尘作用，达到涵养雨水和调节气候的作用。具体策略一般包括兴建绿色屋顶、绿色立面和空中花园，通过绿色屋顶可吸收或储存雨水，达到减少径流量的效果。立体绿化植物具有吸尘作用，且绿色植物的覆盖可以冷却空气、调节气候，同时具有节能减排的作用。英国剑桥大学可持续发展中心的研究证实，建筑外层如果种植植被，将大大减少建筑的热能损失，例如可降低冷风所致热损耗的75%，减少取暖耗能的25%［15］。除建筑立面和屋顶绿化以外，在高密度城市中心区，还应进一步发展地面层、庭院层、裙楼屋面和空中花园等相结合的立体绿化系统，使处于不同标高的地段均享生态环境［16］。

五、结 语

开放空间是城市系统的重要组成部分，随着城市环境的高密度发展，城市生态安全逐渐成为学界和城市建设关注的核心议题。开放空间规划对提高城市运行效率，促进经济、社会、环境的可持续发展具有重要意义。城市综合防灾规划的目的不是被动地应对灾害，而是积极主动地预防灾害的发生。因此，建立开放空间与城市防灾系统的关联，形成网络化的开放空间防灾体系，有利于从常规角度树立人们对防灾系统的认知，有效地引导市民和管理部门开展灾时应急避难活动。基于开放空间的生态防灾策略具有多样性、创新性和可持续性，应从多学科、多角度探寻开放空间的生态防灾方法，建立完善的法律法规，保护开放空间的功能和界面，使之成为城市综合防灾系统的生态基础。并从技术支持、财政投入、道德宣传等方面保障城市开放空间系统的稳定，实现城市发展与生态环境保护的动态平衡。

注 释:

①ASTER是一种卫星传感器的名称。ASTER卫星数据可用于热污染监测，土壤及地质的表面温度绘图，以及测量地表的热平衡等。

［1］UN HABITAT．Planning for Climate Change［EB/OL］．http://www．unhabitat．org/categories．asp?，2012-11-23．

［2］Chicago Climate Action Plan．Chicago Climate Action Plan［EB/OL］．http://www．chicagoclimateaction．org/，2011-08-03．

［3］Planyc．A Greener，Greater New York［EB/OL］．http://www．nyc．gov/html/dcp/home．html，2013-02-06．

［4］香港中文大学建筑学院．都市气候图及风环境评估标准:可行性研究［EB/OL］．http://www．pland．gov．hk/pland _sc/index．html，2013-01-23．

［5］林胜华，王 湘．高密度空间的设计理念和方法初探［J］．浙江建筑，2006(8):5-8．

［6］王 峤，曾 坚．高密度城市中心区的防灾规划体系构建［J］．建筑学报，2012(8):144-148．

［7］吕 元，胡 斌．城市空间的防灾功能［J］．低温建筑技术，2004(1):25-26．

［8］李松涛，曾 坚．地震避难场所的设置原则与措施［J］．新建筑，2008(4):121-125．

［9］肖笃宁，李秀珍．景观生态学的学科前沿与发展战略［J］．生态学报，2003，23(8):1615-1621．

［10］陈 天，臧鑫宇，王 峤．生态安全理念下的山地城市新区规划研究:以武夷山北城新区城市设计实践为例［J］．建筑学报，2012(8):34-38．

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［12］Kenton R，Anne J，Christopher N．Green Benefits in Victoria Business Improvement District［EB/OL］．http://www．london．gov．uk/，2012-12-23．

［13］罗布·H·G·容曼，格洛里亚·蓬杰蒂．生态网络与绿道:概念·设计与实施［M］．余 青，陈海沐，梁莺莺，译．北京:中国建筑工业出版社，2011．

［14］王 晶，曾 坚，苏 毅．可持续性“纤维”绿廊在紧凑城区规划中的应用:以大野秀敏2050年东京概念规划方案为例［J］．城市规划学刊，2009(4):68-73．

［15］中国城科会绿建委立体绿化组．垂直绿化和绿色屋顶设计的高手:奈哲邓尼［EB/OL］．http://www．cityup．org/greenrooftops/pictures/master/20120903/89528．shtml，2012-12-01．

［16］林贺佳，李 娜．立体城市:紧凑集约发展在中国的实践［J］．住区，2012(3):50-55．