密集的市中心和分散化的郊区：城市可持续发展的初探研究

密集的市中心和分散化的郊区：城市可持续发展的初探研究

安东尼•伍德 | Antony Wood执行理事长 | Executive Director世界高层建筑与都市人居学会 Council on Tall Buildings and Urban Habitat

研究教授 | Research Professor

伊利诺伊理工大学 | Illinois Institute of Technology

高层建筑方向访问教授 | Visiting Professor of Tall Buildings同济大学 | Tongji University

芝加哥，美国 | Chicago, USA

安东尼•伍德博士，自2006年起就任世界高层建筑与都市人居学会执行理事长，负责学会的日常运作，学会总部位于芝加哥。安东尼博士也是伊利诺伊理工大学建筑学院建筑研究教授，并负责管理多个高层建筑设计课程。其专业领域是高层建筑设计，尤其是高层建筑的可持续设计。到芝加哥前，他曾在香港、曼谷、雅加达、吉隆坡和伦敦等地任建筑师，他的博士论文从多个学科的角度探讨了摩天大楼之间的空中廊桥连接问题。

Dr. Antony Wood has been Executive Director of the Council on Tall Buildings and Urban Habitat since 2006, responsible for the day-to-day running of the Council. Based in Chicago, Antony is also a Research Professor in the College of Architecture at the Illinois Institute of Technology, where he convenes various tall building design studios. His field of speciality is the design, and in particular the sustainable design, of tall buildings. Prior to moving to Chicago, he worked as an architect in Hong Kong, Bangkok, Jakarta, Kuala Lumpur and London. His PhD explored the multi-disciplinary aspects of skybridge connections between tall buildings.

Peng Du |杜鹏学术协调人 | Academic Coordinator世界高层建筑与都市人居学会 Council on Tall Buildings and Urban Habitat

访问助理教授 | Visiting Assistant Professor

伊利诺伊理工大学 | Illinois Institute of Technology

芝加哥，美国 | Chicago, USA

杜鹏博士现任CTBUH学术协调人和伊利诺伊理工大学建筑学院访问助理教授。他参与过许多与高层建筑和可持续城市相关的设计课程及研讨课的教学和协调工作，同时他还一直发展研究课题申报方案并承担正在进行中的研究课题。杜博士还担任过多个CTBUH全球设计与研究基金竞赛的评委，同时还担任多个高水准SCI检索研究期刊的同行评审员，其中包括：《Energies》、《Sustainability》和《Buildings》等。

Dr. Peng Du is currently Academic Coordinator at CTBUH, and Visiting Assistant Professor in the College of Architecture, IIT. He has been involved in teaching and coordinating numerous design studios and seminars on tall buildings and sustainable cities, as well as developing proposed/on-going research projects. Dr. Du has been also serving on the jury of the CTBUH international design and research funding competitions and peer-reviewer of multiple high-quality SCI indexing research journals, such as Energies, Sustainability, Buildings, etc.

| Abstract

本论文呈现的研究初步成果来自于CTBUH资助的开拓性研究项目，该项目为期两年，基于大量的芝加哥市中心的高层住宅及相对应数量的芝加哥郊区橡树公园的低层住宅，通过采集能源账单和其它真实数据，研究人们日常生活中真实的物质环境和社交活动的可持续性发展。这项研究是开拓性的，因为到目前为止，相似的研究都是基于整个城市能源使用量、大规模交通模式的拥有超大数据集的广义数据，因而容易忽略重要的微观差别。本研究把真实数据的质量放在第一位，质量优先于数量（本研究所调查的高层住宅组和低层住宅组各有250个左右的案例）。在城市和郊区两组的案例中，综合评定了下列参数：(i)家庭运行能源消耗(ii)住房内含能源(iii)家庭用水消耗(iv)通勤交通活动(v)城市的/郊区的基础设施，以及(vi)生活质量。这项开创性的完整研究成果将在2017年出版的《CTBUH研究报告》中呈现。本文的内容是介绍这项研究的初步成果（目前未经验证）、研究过程中需要考虑的限制条件以及这项初探研究未来的发展计划。

可持续发展, 能源, 基础设施, 密度, 高层建筑

研究背景：城市化和城市密度的论述

联合国统计数据显示，城市化使得每天有将近18.7万的新增城市人口1，在未来35年里还会增加24亿。考虑到地球上人口数日益增多，这些新增城市人口是一个亟需解决的重要问题。过去的十年里，人们普遍相信每周新增1百万的城市人口居住在密集的城市中心，比居住在不断蔓延的低密度郊区更加可持续化。在高密度城市中人口集中——分享土地，空间，基础设施，公共设施——比水平扩散的城市能源使用效率更高，后者在基础设施建设和城市通勤上需要使用更多的土地，需要消耗更多能源（造成更多污染）。因此人们广泛认为，“垂直城市”比“分散的水平城市”更加可持续化，这个概念毫无疑问是过去二十年全球高层建筑建设热潮中的重要推手，尤其是在发展中国家（图1）。

尽管在全世界范围内，关于可持续发展上“高密度”优于“分散化”的信条驱动了很多城市的发展，但是该理论却罕有微观层面定量数据的支持。迄今为止的研究大部分是定性分析，基于整个城市能源使用量、大规模交通模式的拥有超大数据集的广义数据。一些研究案例还在引用几十年前的成果。比如，Newman和Kenworthy在1989年通过研究32个城市总结出城市发展密度和石油消耗量之间有强烈的联系（Newman和Kenworthy，1989）（图2）。尽管已经过去27年，这份研究至今仍常常被引用。另外，在比较高密度城市和分散式郊区的生活时，很少研究课题会考虑“生活品质”这个参数。

研究对象和方法

这是本研究项目的关键点。基本目标是定量调查以及比较高层城市住宅和低层郊区住宅案例中居民日常生活的可持续度的六项参数：(i)家庭运行能源消耗，(ii)住宅内含能源，(iii)家庭用水消耗，(iv)通勤交通活动，(v)城市的/郊区的基础设施，以及(vi)生活质量。图3显示了研究中包含的影响可持续度的要素的分析框架。

这种做法尽管需要参考大量已经发表的研究成果，但更重要的是尽可能通过取得的家庭运行能源账单和用水账单得出真实的高质量数据，通过出行模式追踪交通出行活动，通过房屋施工建设的类型估算房屋内含能源，通过调查找出居民对生活的满意程度以及社区归属感。

主要的调查途径是在线问卷，要求参与者输入一系列数据，包括能源账单。尽管完成这份问卷需要花费一个多小时，我们仍然从1500份被调查者手里收到了500份问卷。

研究案例的选择：芝加哥

美国的人口同时经历着城市化和郊区化。大城市的人口数量相对于总人口数的比例从1970年的69%，增长到了2000年的80%（Hobbs和Stoops，2002）。但大城市都会区的人口却在持续地向郊区转移。从1970年到2000年，全美国的郊区人口几乎翻了一倍，从5270万人增长到1.13亿人（伊利诺伊大学芝加哥分校，2001）。

这种现象在伊利诺伊州的芝加哥市特别显著，整个20世纪里，芝加哥市大量人口从市区迁移到郊区（图4）。芝加哥的城市人口（不包括城郊区域）在1950年达到峰值的360万人，其中70%居住在大都会区。到了2000年，人口总数为290万人，其中只有36%生活在大都会区（伊利诺伊大学芝加哥分校，2001），64%人口散布在郊区。事实上，芝加哥的郊区扩散化现象比想象中还要严重。2014年美国精明增长联盟（SGA）公布了一份报告，分析了221个人口超过20万的美国大都市统计区（MSAs）和行政地区，把这些城市依据以下四个因素按照“最密集”和“最松散”来排序：发展的密度，土地使用混合度，活动中心以及街区可达性。按密度由高到低排列，芝加哥大都会区（伊州的 芝加哥、乔利埃特、内珀维尔）在221个密度最高的城镇中排在第26位，甚至排在人们普遍认为最松散的城市之一洛杉矶的后面（SGA，2014）。

因此，说到研究密集城市和扩散化城市可持续度的课题，芝加哥是非常好的研究对象。它是高层建筑的诞生地，在过去的一个多世纪也是高层建筑最蓬勃的实验场，另外芝加哥有着同大多数美国城市一样至今仍在扩展的郊区。但是，同世界上很多其他城市一样，过去的十几二十年，它同时经历着郊区化和市中心高密度化，现在越来越多的人们重新燃起在布满高楼的城市中生活的意愿。

本研究选取的两组研究案例位于芝加哥的两个区域：第一组的市中心高层案例是芝加哥市区的4栋住宅塔楼，第二组的郊区低层案例是位于橡树园的低层住宅。两者相对地理位置以及相互连接的交通系统如图表6所示。

第一组研究对象：芝加哥中心区的高层住宅楼

所有中心区的四座高层住宅楼坐落在相对高密度的城市区域，有多种公共交通可以到达。水纹大厦位于芝加哥洛普区的边缘（人口密度约7200人/平方公里），位于千禧公园附近的Legacy大厦也在洛普区，联邦广场（包含两座塔楼）位于洛普区北边8公里处的湖景区的边缘（人口密度约12000人/平方公里）（美国人口普查局，CTBUH）。选择这四栋高楼的主要原因是它们位置独特，而且研究团队与这四栋大楼的业主/管理运营方关系较好，这样能够获得较多的问卷反馈。选择多栋不同种类不同位置的大楼，可以比较高层住宅案例组内部的不同，也可以与低层郊区住宅案例组比较。

图1：自1968年以来每年完成的200m、300m和600m高度的高层建筑数量（以及现有高层建筑的总数）。截止2016年1月，过去十至二十年间前所未有的高层建筑建设增长，其驱动力很大程度是人口增长和城市化，以及坚信高密度的高层建筑比分散化的低层建筑在更加可持续化的观念。(来源：世界高层建筑与都市人居学会)

第二组研究对象：橡树园

橡树园，有52,287位居民居住在内（人口密度约4262人/平方公里），距离芝加哥市区14公里，是本研究的郊区低层住宅案例组（来源：美国社区调查，美国人口普查局）。橡树园由独栋住宅和公寓式住宅两类混合组成，社区内有良好的步行环境，并且还有芝加哥大区的公共交通系统（特别是大型交通工具CTA绿线和蓝线，以及主要地铁线）。

选择橡树园这个案例，可能会让那些熟悉芝加哥城市板块的人感到惊讶，因为橡树园在众多方面被认为是一个“可持续社区”，特别是同那些更偏远的郊区比如Aurora和Naperville比较而言，如果选用Aurora和Naperville会在交通工具能源的能源消耗和配套基础设施上与市中心高层住宅案例组有显著不同。但是，该研究一个很大的目标是要对全球多数城市适用，因此选用“最佳案例”对比“最差案例”并没有什么意义。考虑到美国是一个能源挥霍大国，橡树园这个区块作为案例，它的能源消耗类似于欧洲和亚洲的情况，郊区都有良好的公共交通和配套设施。

选择橡树园作为“郊区低层住宅”案例还有另外一个重要原因，研究组中的一位成员以及本文的作者均居住在橡树园。如前文所述，研究的目标是要获得高质量的数据，不仅仅是数量多而已。因此选择一个有紧密人脉关系的区域是很有优势的，对研究项目一定有积极影响。在居住区和学区中，可以利用人际关系来鼓励朋友或邻居参与到研究中，也便于获得橡树园管理人员的帮助（市政当局）。在郊区低层住宅案例组的研究中，我们接触了565户居民中，有273户居民完成了调查问卷（反馈率48%）。

调查反馈/相关利益者参与/家庭人口结构

我们一共发出了1561份问卷，尽管完成所有问题需要一个多小时，高层建筑组和低层建筑组仍共有522份问卷反馈到研究者手上，其中235份问卷反馈是包含完整数据 的（见图4）。反馈率分别为低层建筑组48%，高层建筑组25%，平均值33%。与许多已发表的研究相比，本研究有很高的反馈率，尤其是考虑到问卷的复杂程度、投入的时间后更是如此，此外我们还收集了供能供水账单以及高度个人化的信息，也增加了问卷回收难度。正如前文提到的，高反馈率部分得益于和市政当局以及所研究建筑的业主/开发商/建筑师的良好关系，还有研究团队与当地居民的良好关系。

尽管高层建筑组的反馈率低于低层建筑组，但是两组的反馈数量是比较接近的（市中心高层建筑组=249；郊区低层建筑组=273），得益于研究开始时选定的样本规模。从上文的结果可以看出，高层住宅组和低层住宅组的许多人口学数据是比较接近的（性别，种族，房屋所有权等等）。差异最大的数据是户均退休人员的占比（市中心20%，郊区6%），户均小孩/学生数占比（市中心9%，郊区40%），居住者平均年龄（市中心51岁，郊区32岁），户均收入（中心区23.2万美元，郊区18.2万美元），以及户均人口（市中心每户平均1.9人，郊区平均每户3.3人）。

图2：城市密度和汽油使用。(来源：Newman和Kenworthy，1989)a

图3：研究包含的各个要素组成的分析框架。(来源：作者)

推演这些数据，我们可以得到的结论是这些因素可能都是相互关联的。高层住宅的居民是年龄较大的人群，退休率更高，小孩抚养压力更低，可支配收入额更高[2]。这些数据确认了大多数美国城市中流传的一个说法，即市中心高层住宅主要是“空巢家庭”居住，与此同时橡树园这样的郊区低层住宅主要是年轻家庭居住。参与本研究的橡树园家庭中有273个18岁以下的孩子，大约是家庭成员总数的38%，而市中心高层住宅这一组中只有16个小孩，大约占家庭成员总数的6%。

家庭成员数目对本研究的其他很多部分有影响，因为很多数据最后会按每一户，每一人，每一平方米来取单位值。在市中心高层案例组中户均人数是1.9人，几乎是橡树园中户均人数3.3人的一半。我们从表格中可以看出，这一差别影响了平均住宅建筑面积和平均汽车保有量。如大家普遍理解的那样，户均建筑面积上郊区住宅组比高层住宅组多出53%（226m2对应147m2），当每一户中的人数考虑进来以后，郊区住宅组对比高层住宅组反而有更高的居住效率，郊区住宅人均居住面积是68.6m2，高层住宅组的人均居住面积是77.4m2。汽车保有量也有相似的情况，郊区住宅组户均汽车保有量是1.8辆，高层住宅组是1.2辆，但是按人均来计算，郊区住宅组只有0.5辆，高层住宅组有0.6辆。

必须要说明的是，本研究中的人口学数据显示出一定的倾向性，高层住宅组中主要是富裕的白人退休老年夫妻和老年独居者，而郊区住宅组中主要是富裕的白人大家庭，这一点是本研究的局限处。在本文的研究限制与未来研究的章节有深入探讨。同时应该注意到另一个影响研究的因素是，老年人可能更愿意回答调查问卷，因为总的来说老年人有更多时间参与到这项耗时的调查中。高层建筑组中的年轻人们，常常忙着工作和生活，很难有效地参与到研究中。

家庭运营的末端能耗

该类别包括用于空间加热与冷却系统，热水加热，照明，烹饪，电器/设备运营，以及所有其他形式的家庭中使用的末端能源[3]。通过收集和分析12个月期间的实际能源账单（例如电、气、高层大厦冷冻水[4]系统的账单），我们汇总数据并将其单位转化为兆焦耳（MJ）/年[5]。在高层大厦中，像大堂、走廊、电梯、机电设备服务中心等公共区域和设施用电都需要被考虑在内，大厦内每个住户依据其单位面积占总建筑面积的比例，被分配相应的份额。相对于个别单元业主，建筑管理所提供的能源种类和支付形式，在不同的高层环境中也有所不同。注：由于无法获取水纹大厦的建筑能源账单，所以，我们省略了这一部分的案例研究。

能源审计的研究结果也许有点令人惊讶，因为每平方米的总能耗在高层建筑和低层建筑这两种情况下大同小异（分别为1258和1202 GJ每年，因此实际在高层建筑中要高出5%）。郊区住宅的总面积越大，意味着在低层建筑中每个住户的能源消耗越大，但相反，家庭中居住的人数越多，意味着在低层建筑中每个人的能源消耗越少。

这个结果或许令人惊讶，当前人们可能会觉得，单户郊区住宅，特别是这个研究项目所主要包括的更旧的住宅类型，不仅宽阔，奢华地占据了大量空间，还存在更多的能源浪费，尤其是表面面积与地板面积比例过高会导致更大的潜在的热损失/增益，而现代的高层建筑有更多的节能建造和建筑服务，并且表面面积与地板面积较低，以及住宅单位之间制热（甚至冷却）共享，因此存在潜在的高受益，可以减少潜在的热损失/增益。不过，虽然这可能在某些环境下属实，但在这里并非如此。或许同样令人惊讶的是，1956年竣工且有着单层玻璃幕墙的联邦大厦，与2009年竣工，有着双层玻璃幕墙和现代化设施的Legacy大厦，这两者之间能源比较的差异并没有更大（新建筑仅比旧的多5%）。

图4:1900、1950、2005芝加哥已开发土地。(来源：芝加哥都会规划部（CMAP）, 2010, p. 66)

虽然这种异常很大一部分可能与本研究的局限性有关（即高层建筑方案基本上侧重于为富裕的、半退休的、居住在宽大公寓里的人提供），这样的能源消费差异确实很奇怪。当然在数据之后的反思和后续与居民的讨论中，以下两个因素似乎起到了作用：

尽管在更现代的高层建筑中的那些建造和系统，确实比旧的高层单户住宅中的更有效率，也拥有更高的服务水平和设施水平（例如室内泳池，漩涡水疗中心，健身中心，图书馆，公共空间等），但也意味着我们要花费更多的能源来运行它们。尽管这样会对能源使用造成有害影响，但人们会期待它会对人们的生活质量带来积极影响，尤其是对家庭环境的满意度。

居民控制似乎是一个非常重要的因素。在单户住宅中，使用者根据一小批人（即家人）的偏好，可以直接控制所有运营系统，并且能支配某些系统（比如加热/制冷）的运行时间。但在一个高层建筑中就不这么灵活了，即使在人们不需要的时候，机电系统也会自行运转着。有些居住者表示在中央制热（或制冷）的地方，他们会让窗户敞开，因为在屋里太热或太冷了。这方面验证还需要更多的探索。

家庭内含能源

家庭内含能源指建造房屋时所有必要活动中所消耗的总能源，包括材料本身的内含能耗，承包商/分包商为促进建设而使用的所有现场和非现场活动的直接能源、预制、管理及货物运输。此外，建筑物在使用期间，内含能耗也会因家里维修和翻新过程中所使用的货物和服务而不断增加。

对四座高层建筑及奥克帕克市不同建筑的200多家住宅的内含能源进行非常详细的计算，超出了本研究项目的范围。因此，我们接下来收集了关于高层和低层建筑初始内含能源的所有可获得的公开研究资料（不包括建筑物使用期间的改造与翻新），并且这两个场景设置使用了每平方米初始内含能源的平均值[6]。双方设计建立在100年建筑寿命的基础上，使得高层建筑设计每平方米达到年均0.101GJ的产值，低层建筑设计大约要少30%，每平方米达到年均0.068GJ的产值。考虑到高层建筑所配置一些额外系统，以及高空中施加于结构、覆层和环境服务的压力，高层建筑的内含能源相对较高或许本来就在意料之中。

用水量

通过汇总和分析12个月 期间的实际水费账单，我们收集了用水量的数据[7]。在市中心的高层建筑中，个人住户用水量并没有被测量，无法获得个人的水费账单，因此从建筑管理处收集到的水费单包含了整座大厦的总用水量，包括室内和室外活动。这样，按照单位面积占总建筑面积的比例计算出了住户用水量的分配。

研究发现，市中心的高层建筑平均每年消耗34,320加仑的水量，仅是郊区低层住户用水量（87,523加仑）的39%。这可能是由于郊区环境里私人花园占主导地位，当然，郊区每户家庭中的人数也更多。随后我们证实了人数基准的假设。市中心高层建筑每人平均每年用水量为17,652加仑，这个数字更具可比性，是郊区低层建筑家庭每人耗水量（24,266加仑）的73%。

出行和交通

通过问卷调查，我们对每个家庭中每人每周出行的典型情况进行了评估，并由此推测出每月和每年的数据进行比较。所有的交通方式都参与了评估，包括：步行、自行车、汽车，以及3种形式的公共交通——公交、CTA列车（即芝加哥高架铁路与地铁结合的城市轨道交通系统）、区域地铁（类似于Amtrak，一种提供中、长距离的城际铁路服务）。此外，所有典型的出行都包含在内，包括：工作，上学，购物，餐饮娱乐，会见亲友及“其他”（指定如果适用）。

到达每个主要目的地的旅程都计入了两个模型：一次旅行模型和二次旅行模型。在每一个模型中，频率（次/周），旅行时间（分钟），和距离（英里）通过在这个旅程中所涉及的每一种模式进行了核对。对于旅行方式的选择包括步行、自行车、汽车、公共汽车、火车、CTA列车、地铁和“其他”（指定如果适用）。因此，举个例子，问卷允许被调查者这样回答：一周中三天是先步行10分钟，再坐30分钟的火车去上班，另外两天是先骑5分钟自行车，再坐40分钟公交。此外，私家车主和车的类型都参与了调查。

居住在橡树公园的家庭每周出行次数几乎是居住在市中心家庭的2.5倍（市中心287公里 vs. 郊区700公里），其出行中57%为私人小汽车、37%为公共交通、6%为步行/自行车/“其它”。相反地，居住在市中心的家庭中有65%通过使用小汽车出行、16%通过公共交通、19%通过步行/自行车/“其它”。居住在市中心家庭使用小汽车更多而使用公共交通更少的情况，可能和我们直觉的认知是相反的。但我们必须记住的是，市中心住户使用小汽车的出行距离比郊区住户近得多。居住在市中心的住户小汽车出行主要是用于购物、探访城市之外的地方（而不是工作/娱乐）；而更多的步行/自行车出行距离则意味着郊区住户通过公共交通才能实现的行程，市区住户通过步行就可以实现了。

在所有情况下，汽车是每户总路程最重要的贡献者。市中心高层住宅家庭平均每周出行的公里数是185.6，约橡树园家庭的46%（399.3公里）。在四个住宅楼中，Legacy 大厦家庭最少依赖汽车出行（131.8公里），也许是因为他们更靠近芝加哥市中心的公共设施。市中心高层住户以步行、自行车和公交出行的平均里程都大于橡树园住户，但通过CTA列车，尤其是地铁的平均出行里程，橡树园住户比市中心的家庭要多得多，大概因为这是从郊区到市区工作的重要通勤方式。在市中心的四栋住宅楼中，联邦广场的家庭出行最依赖步行、自行车和公交（可能是因为他们离CTA /地铁更远），Legacy大厦家庭却最依赖后两种旅行方式（由于完全相反的原因）。

城市/郊区基础设施

城市/郊区基础设施，包括所有需要支持人居的网络和组成；道路、交通、供水、污水处理、电力、照明等。这是这项研究迄今为止最难评估的一部分，一部分原因是在任何城市或郊区方案中所包含的不同基础设施的切损量，还有部分原因是对基础设施所包含能源的评估方法论相对处于婴儿期，缺乏早先发表的研究。要获得市中心和郊区基础设施相对数量和密度的评估，我们标记了两地特定基础设施网络的位置。此外，还把两地之间网络运行和供应点之间的供给包含在内。

图5：两组研究案例位置与芝加哥市区的关系以及主要的交通系统（橡树园是郊区的低层住宅，洛普区的水纹大厦和Legacy大厦以及湖景区的联邦大厦）。(来源：作者。)

图6：市中心高层住宅案例组的建筑（由左至右）：水纹大厦，Legacy大厦和两栋联邦广场大厦。来源：作者。(图像来源：CTBUH)

研究的基础设施网络包括（一）道路（表面）；（二）供电（供应网长度）；（三）供气（供应网长度）；（四）供水（供应网长度）。在所有情况下，根据地区总人口对网络进行评估，包括白天由于工作模式切换人口的增益/损失这一因素，来源是公布的人口普查数据（基本上白天在市中心高层的人口增加，白天在郊区的人口减少）。也许不出所料，这个基础设施供应的评估体现出了城市和郊区之间最大的差异。城市基础设施人均供应在比郊区低得多，这是由于市中心更集中的地理区域，以及更多的人使用基础设施造成的。例如，郊区到城市基础设施供应的每一个网络上以每户为基础上，比例近似如下：（一）道路面积：+2088%；（二）供电网络：+ 917%；（三）供气网络：+978%；（四）供水网络：+980%。

这一领域的研究目前仍在进行并审阅中。这些复杂的评估和上述数据中，产生了诸多重要假设和解释。

生活质量

这部分的研究主要依靠定性，而不是定量和数据，结合问卷调查，通过众多问题，聚焦于评估生活满意度（SWLS）和社区意识指数（SCI）。采用人文科学领域已发表的方法论，包括引入回归分析和其他统计工具，以获得尽可能接近可比结果。调查问卷还包括了其它满意度类别，比如交通、可达性、社会交往、安全和总体居住环境。

也许这并不奇怪，因为参与研究的主要是高层住宅中的富人、白人、半退休的人和富人、白人、郊区的中产阶级家庭，两者都选择生活在他们居住的地方，两部分人的生活质量指标都较高。那些生活在高层建筑有一个SWLS评分更高（4.18比4.01，满分5），而那些生活在郊区的社区感得分更高（3.90比3.6，满分5）。然而，控制人口的差异时，研究发现，居住型（城市和郊区）并不一定显示出相关的社区意识。相关显示社区意识的因素是家庭规模的研究样本（即，更多的家庭成员数量，更强的社区意识）。

结果总结

这项研究的关键性结果，在所有的主要参数中重点关注郊区与城市的价值比例。建筑运营能与内含能以GJ/平方米建筑面积为单位衡量。鉴于所有其他指标都是建立在人均的基础上的，这样避免了因为房屋实际规模，或者说每个家庭的人数不同而导致结果出现偏差。

正如论文相关部分所述，按照每平方米的能量计算，建筑运营能在高层建筑与低层建筑情形下几乎相同。然而低层建筑的建筑内含能大约高层建筑不到。郊区建筑耗水量比市中心建筑大约多出三分之一。住在郊区的人在通勤时间上只比市中心住户多出8%，但实际里程数多出了41%。橡树园的住户的自行车行/步行距离是市中心住户的46%，但其机动车里程数是后者的305%，公共交通里程数是后者的323%。考察城市-郊区基础设施供给的四个方面（即：道路面积，电缆长度，燃气供应管与给水管），郊区基础设施的人均拥有量比城市基础设施多出714%。生活质量量表可以在两种情形间作出比较：在市中心， “生活满意度”与“整体居住满意度”都有稍高于郊区的分值；而在郊区，“社区归属感”一项有稍高于市中心的分值。

这些结论可能正如预期一样，相比之下两个案例中运营所耗能源的对比结果也许是最令人意外的了。鉴于橡树园的很多家庭居住建筑破旧，其围护结构的隔绝性想必也不如人意，不过令人惊讶的是它们每平方米消耗的能源竟然和现代化高层建筑一样多。这种现象部分归因于高层建筑中大量中央设备以及便利设施。一些居民指出的对家居环境缺乏直接控制（过冷/过热）也会给高层建筑能耗带来有害的影响。

到目前为止，城市和郊区“可持续化”的最大区别，就城市基础设施方面的投资而言，城市大概是郊区的七分之一，这也许并不令人惊讶。然而这部分工作最难查明，且相关计算远非一门精确的科学，为了更好的理解基础设施供给的运营能耗和内含能耗，以及如何在一个集中的城市环境中将其最大化，研究表明未来可能要在这个领域开展最多的工作。在这个试验性研究中最有用的结语可能是：所有的建筑都需要尽最大努力减少在材料，以及在它们建造、运营时消耗的能源，但未来可持续化城市最大的受益点也许来自集中与共享的土地利用和基础设施。

研究的局限性和未来的研究

总体而言，本初步研究提供了芝加哥市区高层和郊区低层生活的一个定量比较、可持续发展的研究结果，根据收集的真实数据和最佳可用的数据，在以下几个方面着手研究：(i)家庭运行能源消耗，(ii)住房内含能源，(iii)家庭用水消耗，(iv)通勤交通活动，(v)城市的/郊区的基础设施，以及(vi)生活质量。它以芝加哥，伊利诺伊州及其周边地区的实际案例为基础，通过研究人类、建筑和基础设施规模，提供了一个人居生活方式可持续发展的初步理解。

在该初步研究的进行过程中我们学到了很多，同时，为了验证研究结果，并于2017年初在CTBUH研究报告上发表，工作仍在继续（图7）。更重要的第二阶段研究被赋予了更广泛的思考，将囊括更多的建筑类型、家庭、社会经济团体，以及最理想的是，城市/地点/文化。这项研究的范围很大程度上取决于可获得的外部研究经费。

无论如何，以下因素被公认为迄今为止的研究中重大的局限性，需要在任何后续的研究中加以解决：

局限1：人口特征

抽样调查不代表在芝加哥的城市和郊区的真实人口。如论证的第4部分中，大多数城市和郊区居民是白人（例如，超过87%的居民在这两种情况中都是白人）和富人（例如，超过87%的家庭年收入在这两种情况中都高于芝加哥大都会区的平均家庭收入，在2013年约60，000美元），所以不反映真实的人口差异。这种局限可能会很大程度影响这项研究中的结果/结论。例如，富人可能会消耗更多的能源，并对他们的生活更感到满意，无论住在哪里。

此外，城市和郊区的人口特征差异很大。这些变量包括年龄（例如，市区居民的平均年龄为51.1岁，比橡树园居民大将近20岁），就业状况（例如，更多的退休人员生活在市中心区，约20%，在橡树园只有6%），居住时间（例如，市中心家庭的平均居住时间为7.1年，但在橡树园，这一数字是10.2年），和家庭规模（例如，市中心家庭的平均家庭规模为1.9人，但在橡树园，这一数字是3.3人）。此局限也可能高度影响这项研究中的结果/结论。例如，有一小部分人在市中心的高层建筑居住一个单元，导致了人均面积更大（例如，77m2芝加哥高层和69m2橡树园低层），这进一步造成了人均运行能耗的研究结果更大。 当然影响本研究的其中一项最大的偏差是在任何转化成以人均为基础的郊区案例中的孩子/家庭的所占比例过高（市中心的住户人口中孩子所占的比例为6%，而橡树园这一比例为38%）。更多的孩子人数，相应地导致了郊区案例的户均人口，这一定程度上影响了最终的比较结果。 未来任何的研究都需要确保在这两种城市形态中的人口特征达到更好的平衡。

局限2：住宅区位

橡树园离芝加哥市中心仅11-16公里，构成了一个相对密集的单户住宅和公寓楼居住区，有步行环境，并多方位加入到多芝加哥的公共交通系统中，如第4部分论证的。因此，橡树园并不代表典型的美国郊区。一个不太密集的偏远郊区如奥罗拉或内珀维尔，在运输能源的意义及基础配套设施方面可能会表现出更明显的对比。

局限3：高层建筑类型

这项研究中的四个住宅楼，特别是水纹大厦和Legacy大厦，比典型的高层建筑更高。具体而言，无论是水纹大厦（262米高，86层）和Legacy大厦（250米高，73层），几乎都可以归类到超高型[8]，这可能会比普通的高层建筑消耗更多的能量用于电梯、水泵运行系统。此外，水纹大厦和Legacy大厦被认为是芝加哥的豪华住宅建筑，提供了众多高品质的现场管理服务和设施，这当然需要比普通住宅楼更多的运行能源。

局限4：能源数据可用性

由于内含能源（EE）的必要信息（即建筑材料的数量规格）无法获得，这项研究并没有着手进行完整详细的实际建筑EE评估，而是广泛参考了已经出版的建筑EE研究。然而，在已发表一些高层建筑研究中，几乎没有住宅，更不幸的是没有一个位于美国。虽然这项研究结果提供了一个完整的市中心高层和郊区低层建筑物EE的合理理解，但如果有市区四个住宅楼基于实际的建筑材料数量和规格的详细EE数据，结果会更准确。

另外，水纹大厦不幸被排除在OE分析之外。原因是从建筑管理方面收集到的能源使用数据太有限，无法进行合理的OE分析。因此，高层OE结果不代表所有研究的四栋住宅楼。

局限5：生活质量指标

在衡量生活满意度和社区意识中，只对有限的变量进行了调查和控制。在研究中包含了性别、年龄、收入、家庭规模等人口统计数据，但其他变量也可能影响居民的生活满意度，如个性、健康状况、婚姻状况等，在研究中并未考虑和控制。因此，控制这些有限变量所得出的结果表明市中心高层的居民生活满意度更高，但如果考虑并控制更多的变量，结果可能有很大不同。虽然随机分配居住类型是不实际的或可能涉及到道德伦理，不过为了进一步控制居住类型对生活满意度的影响，我们可以采用更严格的研究方法，如案例控制设计和数据匹配。

后续研究

有兴趣参与本研究的后续阶段（包括提供基金支持），请发邮件与执行理事长安东尼·伍德联系：awood@ ctbuh.org.

注释| Notes:

1: 城市化有三大主要因素：（i）总人口增长，联合国公布全球人口将从2014年的72亿增长到2050年的96亿；（ii）人向往更好的经济机会和更高的生活品质，从乡村流向城市；（iii）城市中出生人口更多。最新的联合国报告测算出全球人口每年增长约6830万，也就是说每周增加约130万，每天增加约18.7万。到2050年全球城市增加的总人口是24亿。来源：联合国经济及社会理事会人口事务部（2015）。全球城市化发展报告，2014修订版：提纲。网址：https://esa.un.org/unpd/wup/ Publications/Files/WUP2014-Highlights.pdf[2016.6.24访问]

2: 实际上高层住宅组和低层住宅组都表现出高收入的特征，两种年家庭收入分别是23.2万美元和18.2万美元——对比芝加哥都市区的平均收入仅有60,564美元。来源：美国社区调查，美国人口普查局，2013.

3:末端耗能通常被视为用电表测量的设施所直接消耗的能源（即建筑物在其位置上直接消耗的能源）。有些研究看重“源能耗”，即设施消耗的总能源，以及提取、转换和运输对设施有用的能源所需的能源(Deru等，2007)。使用气体加热/冷却或电加热/冷却的建筑物之间的源能差异是非常高的。因此，由于本研究的主要关注具有不同能源使用系统的建筑类型之间的比较，而不是对这些系统可持续性发展的述评，因此本研究中所有能源消耗数据以“末端耗能”为基准。

4: Legacy大厦的冷却水由市区冷冻水系统“芝加哥加热”所提供，它服务于全市范围内超过100个建筑。该系统是世上最先进、可靠、有效的冷冻系统之一，包括有五个冷却水发电厂，服务于环、西环路、南环路、北河地区。联邦广场自身拥有制冷机，因此没有芝加哥加热的冷冻水费用。

5: 通过结合水电费中的数据并利用已发表的转换因子（ASHRAE，2013），消费的所有末端能耗转化为兆焦耳（MJ）或吉焦耳（GJ），以便于在不同能源类型与建筑之间进行数据比较。因此，关于用电量，通过使用公式：MJ =kWh×3.6 MJ /kWh，“千瓦时（kWh）”转化为了兆焦耳（MJ）。关于燃气量，通过使用公式：MJ =therm×105.5 MJ / therm，“热（therm）”转换为兆焦耳（MJ）。关于冷冻水供应，通过使用公式：MJ =ton-hour×12.66 MJ /ton-hour）6.1，“吨小时（tonhour）”转换为兆焦耳（MJ）。6.1这个数字是对于热芝加哥市中心的冷冻水回路所使用的电动机驱动的离心式冷水机组所估计的性能系数（COP）。可惜的是，无法获取冷水机组的准确性能系数；之所以采用6.1的保守估计，是因为据ASHRAE 90.1-2007所示，它是基线离心式冷水机组的性能系数（COP）。

6: 内含能源的研究仅基于发表在同行评审的论文中的研究（27幢低层住宅建筑案例，及16幢高层建筑案例）。

7: 请注意，由于缺少水纹大厦建筑管理的水费单，此部分研究无法将该建筑包括在内。

8: 世界高层建筑与都市人居学会（CTBUH）将高度300米（984英尺）及以上的建筑定义为“超高层建筑”。Legacy大厦在芝加哥所有高层建筑中排名第13，住宅型建筑中位列第一。水纹大厦在所有高层建筑中排名第10，多功能高层建筑中排名第5。来源：CTBUH

注：因为受本论文集的篇幅所限，这里的参考文献并没有列出所有的参考资料。完整的参考文献请参见即将在2017年出版的CTBUH研究报告。

Dense Downtown vs. Suburban Dispersed: A Pilot Study on Urban Sustainability

Sustainability, Energy, Infrastructure, Density, High-Rise Buildings

This paper presents the initial findings of a ground-breaking two-year CTBUH-funded research project investigating the real environmental and social sustainability of people’s lifestyles in a number of high-rise residential towers in downtown Chicago, and a comparable number of low rise homes in suburban Oak Park, Chicago – based on actual energy bills and other real data. The study is ground-breaking because, to date, similar studies have been mostly based on very large data sets of generalized data regarding whole-city energy consumption, or large-scale transport patterns, which often misses important nuances. This study has thus prioritized quality of real data (based on around 250 households in both high rise and low rise case studies), over quantity. In both urban and suburban cases, the following factors have been assessed: (i) home operational energy use, (ii) embodied energy of the dwelling, (iii) home water consumption, (iv) mobility and transport movements, (v) urban/suburban Infrastructure, and (vi) quality of life. The full results of this seminal study will be published in the form of a CTBUH Research Report publication in 2017. Presented below is an overview of the initial (and, currently, unverified) findings of the research, together with the limitations of the study that should be taken into account, as well as future plans for developing this important pilot study.