从数量统计到效能评估*——高密度城市绿色空间数据库的建设与应用

董楠楠　贾 虎　王 敏　何 旸　任 静

从数量统计到效能评估*
——高密度城市绿色空间数据库的建设与应用

董楠楠贾 虎王 敏何 旸任 静

随着我国城市绿色空间从数量化发展向质量化发展的模式转变，其效能评估及优化亟需有针对性的数据库的建设与应用。同济大学数字景观实验室通过跨学科的合作平台，结合公园绿地、街旁绿地、立体绿化的效能特点，建立了相应的绿色空间信息数据库，并开展了其在高密度环境中的效能评估与分析尝试。

数量统计；效能评估；高密度城市；绿色空间；数据库

0　引 言

近30年来，我国城市尤其是大城市的规模与数量正在以前所未有的速度发展。伴随着城市空间建设密度的不断增大，城市绿色空间不仅在数量上发展迅猛，同时在类型与格局上日益多元化，从地面走向空中与立体化、从城市绿地系统走向园区和社区环境。这一发展势态亟需我们将对城市绿色空间的理解从基于增量发展模式的数量性评价转变为对综合效能的评估，并在此基础上探讨既有城市绿色空间的效能优化途径，为存量发展前提下的高密度城市绿色发展模式提供可靠的技术支持与决策参考。在此背景下，同济大学数字景观实验室尝试结合公园绿地、街旁绿地、立体绿化的效能特点，分别建立其绿色空间信息数据库，探索了基于不同数据库内容特点与应用领域的高密度城市绿色空间效能数据体系与技术途径。

1　面向智慧化管理与服务的公园绿地数据库建设

经过快速建设与改造，以上海为代表的高密度城市中的公园绿地数量发展迅速。至2015年底，上海市已有公园161个，年游客量超过2亿人次，公园已成为上海市民日常生活不可或缺的组成部分。随着智慧城市决策与管治模式的提出，以上海为代表的国内高密度城市正加速进行绿色基础设施和公园管理服务的信息化、智能化、智慧化建设，其中基于“互动、可决策及可预测”①模式的智慧公园建设可以成为未来公园全生命周期管理模式的重要平台，在公园及城市的智能化管理、节能减排、植物管理、移动信息服务中发挥重要作用。公园绿地数据库是智慧公园建设的技术基础，可有效实现公园全生命周期管理的基础信息平台、精准管理服务、保障与预警等3个方面的功能［1］，是实现公园智慧化管理服务的重要基础。

基于公园环境要素的构成特点，课题组建立了工程生命体、自然生命体、社会生命体3个部分的分类综合数据信息平台。其中工程生命体系统主要包括环境与构筑物、建筑物、标牌管理系统、非植物设施系统等要素的数据信息库，针对这些设施的工程寿命与性能特点，统一建设包括地理信息系统和遥感影像数据库在内的空间信息平台，并对分散存录的各公园管理文献如文档资料、工程档案、资产经济数据、历史文献（包括大事记、造园史、节事活动等）等进行统一信息化存档管理。自然生命体系统主要包括动植物及其栖生环境中重要的水、土壤等自然要素以及人工温室环境等的数据信息库。该系统的主要内容是根据公园环境和动植物生长、栖息的规律，进一步明确自然生命体养护的动态工作管理要求，建立包含动植物信息的空间模型及其空间点属性特征的空间数据库（如分类、编码、数据处理、数据库表），利用航空遥感和卫星遥感等技术，结合公园GIS平台、移动数据信息采集与巡查系统，完成分区、分类别的自然要素生命期跟踪监管与保护。随着城市智慧服务的发展，社会生命体系统数据信息库建设日益得到重视。这一数据库结合社区人口数据、志愿者数据、城市交通与相关社会文化活动动态信息库，重点建立公园公共性社会文化活动与周边社区及城市重大节事的信息共享平台，在充分遵循公园分级分类管理原则的基础上，即时动态更新各公园内社会人群的数量、密度、使用活动、社会矛盾与解决等社会文化生命体信息。

图1　上海市公园绿地基础数据库网络界面Fig.1 basic database network interface of park green in Shanghai Municipality

在与上海市公园事务管理中心合作建立数据库的一期成果中，课题组主要完成了工程生命体和自然生命体两个系统的信息采集与建库工作。其中数据采集采用外业调研结合激光测距仪的方式，在公园现场对现有公园各历史年份的测绘图、竣工图中的园林苗木定位信息进行数据核对和补测工作，形成专业测绘图件。在此基础上建立数据库要素编号规范，保证数据库中每一个要素单元编号的唯一性。依据规范将各公园相关的纸质资料转化为数字化信息，统一分类存档管理，建立各类资料的属性表，如公园测绘资料、植物、建筑、大事记、造园史、节事活动等。以数据库中的植物要素表为例，其属性字段包括植物名称、种植方式、胸径、高度、冠幅、种植面积、种植密度、落叶或常绿、生长状况、养护等级、病虫害、古树名木及花期时间等。数据采集与转化完成后，根据公园的全园测绘底图，叠加市域GIS Online基础地图，精确配准地理坐标位置。并根据园林要素分类进行相关点、面要素的图形编辑处理，关联属性数据库里相应园林要素的数据表属性信息，保证空间数据库与属性数据库中园林要素数据信息的一一对应，得出各公园Shapefile文件存库，为网络数据库提供GIS二次开发的数据。最后构建公园数据呈现与信息共享的平台，对公园内园林要素的GIS空间数据库进行二次开发，在网站上作数字化虚拟呈现。系统采用B/S结构，分别部署在政务外网和互联网上，通过数据交换平台，实现内外网的数据共享，在导入监测与研究数据的同时，为公园事务管理部门及互联网用户提供服务。园林要素属性数据库中的公园数字化资料上传网站数据库并开放使用后，网站上可直接查询、调用公园内植物、建筑、设备设施等的属性数据信息及相关文档信息，以供开展相关的效能性专题研究（图1）。

2　面向城市设计的微型绿地效能数据分析

微型公共绿地的概念最早出现于1963年5月，纽约公园协会组织的展览会上提出了“为纽约服务的新公园”的提议。其原型是高密度城市中心区里呈斑块状散布的小公园（Midtown Park），或称口袋公园（Vest-pocket Park，Mini Park，Miniature Park，Micro-greening）。国内学者将“小公园（Midtown Park）”译为口袋公园或袖珍公园［2］，又有人称其为小游园、迷你公园、口袋公园、绿亩公园、贴身公园等，通常用来指任何小于3英亩的休闲场地或其他绿色场所。随着城市化进程的快速推进，城市土地资源日益紧张，微型公园因其选址灵活、面积小、离散性分布的特点，在快速城市化及旧城更新时期迅速出现在我国的各类城市中。作为城市开放空间的重要组成部分，城市街旁绿地的公共服务质量和在社会生活中发挥的作用直接关系到城市公共生活的优劣。2013—2014年期间，课题组对上海中心城区小于1000m2的微型公共开放绿地进行了实证研究，通过建立基于GIS平台的综合效能数据库，总结了其综合效能框架及质量水平。

该数据库以黄浦区内微型城市绿地349个为例，构建微型公共绿地GIS 数据档案。样本案例基础信息遵循当地绿地管理与养护的信息规范标准，构建包括绿地名称、地点、工程量、绿地GIS系统ID码、区块编码、养护等级等信息内容的构架，并在社会效能方面采取定期现场采集方式加以拓展。在信息采集的基础上，结合统计分析工具，集中分析以绿色碳汇效能（主要考虑微型公共绿地中的植被碳汇和土壤、水体碳汇）、生物多样性（选择维管植物、蝴蝶、鸟类和两栖动物4个物种群体）、生态经济性为代表的生态效能指标体系［3-4］，和以可游度、开放度、可达性、游憩活动强度、环境友好度、公平性为代表的社会效益评价指标体系。基于数字化景观技术平台，从生态效能与社会效能两个方面进行高密度城区微型公共绿地综合效能的耦合性研究。

从该数据库的分析应用来看，黄浦区样本案例中微型公共绿地的生物多样性较好，有重组的植物群落本底基础，较适宜生物的多样性发展。同时，各微型公共绿地在黄浦区所处位置较分散，一定程度上填补了城市公园及大型绿地之间的生态空白。相较于大型城市公园、行道树，黄浦区微型公共绿地对绿色碳汇的贡献较小。就单一微型公共绿地来看，其内部生物多样性程度较低，多样性连贯性较差，乔木生境比例较低。从收集到的数据信息来看，胸径10cm以下的小树所占比例很大，直接导致了绿色碳汇效能的普遍偏低。微型公共绿地的群落结构差异较大，因此绿色碳汇效能、生物多样性、生态经济性指标参差不齐，且综合评估结果普遍偏低。

从社会效能看，在相同的选择机会下，微型公共绿地的游憩面积占总用地面积的比例非常小，且往往不配备游憩设施，因此对市民日常游憩活动的承载能力较差，甚至令人难以驻足停留。大部分街旁绿地缺少活动空间，所能容纳的活动类型单调，对周边居民及市民公共生活的开放程度非常有限。尽管其通常具有很高的“使用密度”，但就时间特征与活动类型而言，步行过境交通才是其主导功能，“经过”是该空间中最基本的行为活动。对照当地社会需求与人群密度的数据特点，微型公共绿地的活动强度和多样性具有极大的潜力，有待通过城市更新和绿地空间优化来挖掘和实现（图2）。

图2　微型公共绿地的视觉开放度和行为活动分布Fig.10 visual openness and activities distribution of micro public green

3　面向城市立体绿化的建筑绿色表皮能效评估模型

随着我国对绿色建筑与城市立体绿化的引导和推动，高密度城市中的立体绿化呈现出快速的发展趋势。以上海市为例，其立体绿化工作起步于1997—2002年间，截至2009年底，全市屋顶绿化总面积超过90万平方米；2011—2013年完成立体绿化81万平方米［5］。随着立体绿化成为高密度城市中建成环境的重要组成部分，城市建筑立体绿化在降低能源消耗、缓解热岛效应、城市雨洪滞留、保护生物多样性等方面的效能也开始得到广泛关注。针对安装投入、养护维护投入以及一定的技术实施风险，立体绿化建设亟需发展和完善精确化、即时性并伴随建筑全生命周期的监测与整体化效益评估。从国际经验来看，高密度城市立体绿化的能效指标成为当前学术与技术研发领域的关注热点之一。课题组为此建立了与同济大学机械与能源工程学院的联合研究团队，从数据采集、数据分析模拟、智能监控的全过程初步构建了立体绿化的能效指标评估模型。

本课题实验内容主要包括软件模拟与实验检测两个部分，借助CFD软件（Fluent、Phoenics等）和能耗软件（DOE-2、EnergyPlus、SOLENE-microclimate、TRANSY等），通过“轻质结构建筑绿色屋面（墙体）热性能测试实验”（图3-4），以轻质彩钢板实验房为对象，测试不同高度处的温度、湿度、太阳辐射、风速、热流等参数，得到温度分布以及通过的热流，用以在不同天气条件下定量比较绿色屋面（墙体）与普通屋面（墙体）的热工性能差别。该实验还记录了围护结构周边的温湿度参数，用以评价绿色屋面（墙体）对建筑周边微气候的影响。基于现有条件对上海地区典型的绿色屋面（墙体）基质进行跟踪测试分析，主要参数包括：基质的导热系数、热容、饱和渗透率以及水分特征曲线。课题组还对不同种类的植物进行了物性测试，确立了立体绿化物性测试的标准化方法和流程，并以测试结果为依据，验证绿色墙体热传递模型。以上述过程得到的实测数据为围护结构的热湿耦合传递模型提供验证，结合“特征植物、土壤热物性能测试”所建立的数据库，分析围护结构热湿耦合传递的基本规律。实体测试样板房实验对比自然条件下的绿化屋面、自然条件下的普通屋面、空调条件下的绿化屋面、空调条件下的普通屋面等4组不同热工条件的房屋类型，分析并归纳出其热工性能的相关数据。

图3　绿色（普通）屋面测试现场Fig.3 testing site of green （ordinary） roof

在数据分析的基础上，课题组进一步开发了基于立体绿化的建筑群室外热环境预测模型。该模型包括4个子模块：（1）室内外辐射计算模块；（2）下垫面热湿传递模块；（3）建筑热湿传递模块；（4）室外空气流动模块。通过耦合上述四个模块可以预测不同容积率、不同绿化率、不同建筑高度等具体情况下的室外微气候，结合预测得到的室外温湿度、风速和人体受到的总辐射量，可以计算出人体的热舒适指标SET（Standard Effective Temperature）。此外，借助这一预测模型，通过分析建筑群的能量平衡，还可以得到不同绿化率条件下建筑群能量的流动特性，从而有助于评价立体绿化对建筑群热岛效应的定量影响。

4　结论与讨论

通过上述3个不同类型数据库的数据采集与应用分析，本课题组初步建立了以公园绿地、附属绿地、立体绿化为主要构成的高密度城市绿色空间基础数据库及其分析平台，主要包括生态效能、社会效能两个基本模块，分别构建其通用性指标体系。通过数据库对整体的绿色空间系统进行评估，不仅可以从微观上提升绿色空间管理与决策过程中的智能化水平，从宏观上对整个市域建筑能效的提升与优化、城市热岛效应的缓解、雨洪管理决策的制定等亦具有重要意义。

图4　夏季典型日绿色屋面和普通屋面的垂直温度分布：（a）自然条件下的绿色屋面温度分布；（b）自然条件下的普通屋面温度分布；（c）空调条件下的绿色屋面温度分布；（d）空调条件下的普通屋面温度分布Fig.4 vertical temperature distribution of green roof and ordinary roof in a typical day in summer: （a） green roof temperature distribution in natural conditions； （b） ordinary roof temperature distribution in natural conditions；（c） green roof temperature distribution under the condition of air conditioning； （d） ordinary roof temperature distribution under the condition of air conditioning

随着我国城市进入存量发展模式下的质量提升与改造阶段，绿色空间势必成为影响城市生态环境、社会文化甚至经济产业的重要基础设施之一［6］。借助数字化技术手段开展城市绿色空间分类型的效能数据动态监控和分析评价，需要在实际工作中依托城市绿地管理网络化建设平台，增强绿地效能评价分析的科学性和数据调查的协同性，将城市绿地管理中的指标化数据转化为空间管理的效能化数据，从而准确反映城市绿色空间的环境价值。

注释：

①根据上海市绿化和市容管理局钱杰处长在同济大学主办的数字景观沙龙的主题报告总结。

［1］董楠楠， 肖杨， 张圣红. 基于数字化技术的城市公园全生命期智慧管理模式初探［J］.园林， 2015（10）： 16-19.

［2］张文英. 口袋公园——躲避城市喧嚣的绿洲［J］. 中国园林， 2007（04）： 47-48.

［3］王敏， 宋岩. 服务于城市公园的生物多样性设计［J］. 风景园林， 2014（01）： 47-52.

［4］王敏， 石乔莎. 城市绿色碳汇效能影响因素及优化研究［J］. 中国城市林业， 2015（04）： 1-5.

［5］上海市建筑材料行业协会. 建筑绿化技术应用［M］. 上海： 上海科学普及出版社， 2014.

［6］段焕娥. 绿地图理念下的和谐城市规划管理策略［J］. 西部人居环境学刊， 2015， 30（03）：67-70.

图片来源：

图1-2，4：作者绘制

图3：作者拍摄

From Quantitative Statistics to Performance Assessment—Establishment and Implementation of Data Base of Green Space in High Dense Cities

DONG Nannan， JIA Hu， WANG Min， HE Yang， REN Jing

Along with the change of the urban green space from quantity to quality in China， both the effectiveness evaluation and the optimization of urban green space need the establishment and implementation of the database. The Digital Landscape Laboratory （DLL）of Tongji University establishes the interdisciplinary collaboration platform， sets up the green space database combined with the characteristics of park green roadside green and vertical green. Based on the database， the urban green performance in high dense cities were analyzed and evaluated.

Quantitative Statistics； Performance Assessment； High Dense Cities； Green Space；Data Base

TU985

B

2095-6304（2016）04-0014-04

10.13791/j.cnki.hsfwest.20160403

2016-06-20

（编辑：郑曦）

*高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室自主与开放课题资助项目（20151201；20140101；20160101）

董楠楠： 同济大学建筑与城市规划学院，副教授，dongnannan@tongji.edu.cn

贾虎：上海市公园事务管理中心，高级工程师

王敏： 同济大学建筑与城市规划学院，副教授

何旸： 同济大学建筑与城市规划学院，博士研究生任静： 同济大学建筑与城市规划学院，硕士研究生

董楠楠， 贾虎， 王敏， 等. 从数量统计到效能评估——高密度城市绿色空间数据库的建设与应用［J］. 西部人居环境学刊， 2016， 31（04）： 14-17.