基于核心生态要素优化导向的城市新区规划设计方法

周诗文 | Zhou Shiwen

石铁矛 | Shi Tiemao

李殿生 | Li Diansheng

李 绥 | Li Sui

“十四五”时期强调生态文明建设的统领作用，构建高质量发展的国土空间布局和支撑体系。城市新区是城市发展到一定阶段的必然产物，既拓展优化了城市空间，又补给完善了城市功能。21世纪以来，我国迎来城市新区建设的高潮期，目前随着新区建设模式的升级，已由早期粗放式开发模式逐步转向生态型建设模式[1]。目前，我国已有近300个地级以上城市提出建设生态城市的目标，占城市总数的80%[2]。随着可持续发展战略的推行、绿色发展的实际需求，生态城市建设已成为各个城市落实可持续发展的主要抓手。如何在新区建设中坚持生态优先，是即将开展新区规划必须考虑的问题。

1 研究背景

1.1 生态文明背景下的城市新区发展导向

面对资源约束趋紧、环境污染严重的严峻形势，我国已经把建设生态文明提升至国家战略高度，在城市新区的发展建设中，应该把尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念放在突出地位，渗透进新区规划设计的各方面和全过程，实现人居环境与自然环境的和谐发展。生态文明背景下的新区规划建设应该充分考虑生态资源禀赋，顺应地域环境特征[3]，为实现这一目标，在城市新区规划设计层面需要从把握生态资源与自然环境的要素入手，注重对城市新区多系统生态过程的协同优化。在对生态城市新区的评价层面，应注重评价指标的系统性与关联性，从追求各种单一评价指标的达标率，转向到更深层次的关注生态系统质量与服务功能的提升。

1.2 多源数据支持下的城市新区规划技术优化

随着大数据技术的快速发展，遥感、无人机等多种空间信息监测技术为城市新区规划设计提供丰富的数据来源，涵盖从全域地理空间信息到局部建筑环境微气候数据，在多源数据支撑下，为城市新区规划提供了监测、评估到实施后运营管理的基础条件[4]。此外，数字模拟技术还可以为城市新区规划多种预案的生态环境影响预测提供可能性。在全域尺度下，遥感影像数据结合景观预测模型为不同发展目标下的城市土地利用变化进行模拟。较常用的景观模型包括CA模型、CLUE-S模型、SLUETH模型等。在中心城区尺度下，下垫面结构和建筑群对生态要素的影响成为关注重点。当前，研究者们以不同视角为切入点对城区关键要素的生态过程与效应进行模拟，较常用的模拟软件为 ENVImet（微气候模拟）、CFD（风热环境模拟）、SCS（水文环境模拟）等。

2 国内外研究现状及发展趋势

2.1 生态导向下的城市新区规划研究热点

本文基于CNKI数据库，在传统文献阅读的基础上结合CiteSpace软件对城市新区与绿色规划的研究现状进行了梳理，拟厘清其研究进展，辨析该研究领域前沿热点。经筛选最终得到3124条文献，形成对城市新区与绿色规划相关研究进展的初步认知。文献图谱（图1）显示，出现频次高的词汇依次为绿色发展、生态城市、景观格局和城市新区，而出现频次和中心性较高的关键词涵盖了城市新区与绿色规划的研究内容、研究方向和研究方法。研究内容包括：①城市新区绿色规划理论；②城市新区绿色规划应用实践；③城市新区所在地区自然资源禀赋特征，如构建生态安全网络、识别生态源地等；④城市新区发展模式和未来情景模拟，如城市新区空间拓展特征、城市新区空间形态测度等；⑤单一生态要素对城市新区绿色发展的影响机制，如地表覆盖变化与新区生态响应、绿色空间时空演变对生态环境效应的影响等。

2.2 生态导向下的城市新区规划理论研究进展

城市新区是城市发展到一定阶段的必然产物。我们注意到，城市新区空间发展理论的缘起就包含了绿色生态用地与城市建设用地协同发展的关联。19世纪末，城市新区逐渐从“城市边缘区”和“城市扩展区”的概念中脱离出来，成为城市中相对独立的子系统。霍华德早于1898年提出，田园城市应该在城市周边建设数个由绿带阻隔、用快速交通连接的城市新区[5]。芒福德等人将田园城市引申为城市区域的一个细胞，由绿带围合形成覆盖工作和居住功能的约30万人规模的城市称之为新城。恩温于1922年提出卫星城理论，倡导将主城新增产业与人口吸纳到农田或绿地阻隔的卫星城中[6]。20世纪50年代哈里斯和乌尔曼提出了城市多核心理论，认为城市边缘区的某些核心功能能够发展为卫星城，卫星城理论可以看作早期城市新区理论研究类型的代表[7]。1952年法国开始的巴黎改建体现了最初的生态规划思想。1971年麦克哈格提出“设计结合自然”倡导以生态原理对城市进行规划操作和分析、蒙兹提出城市设计应结合景观规划以及怀特的城市公园概念都为城市生态规划理论做出了贡献[8]。20世纪90年代“新城市主义”主张城镇塑造紧凑的社区。我国由于现代城市化进程起步较晚，绿色城市新区规划理论主要在借鉴西方现代城市规划的理论基础上发展而来。对我国影响较大的主要有前苏联的城市理论体系以及欧洲现代主义经典城市规划理论，我国学者创造性地提出了“山水城市”理论，吴良镛院士认为它是最符合中国文化的生态城市思想。1984年马世骏结合中国实际情况提出“社会—经济—自然”符合生态系统的理论。1994年王如松提出了“天城合一”的中国生态城市思想。1998年沈清基提出符合生态规律的城市系统是动态、高效、平衡的系统。2000年后，我国大量学者分别从多层级、多尺度、多系统等方法对绿色新区理论进行深入探究。2012年，在《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》中首次提出绿色城区的内涵，主要为“规模化发展绿色建筑”，倡导积极发展绿色城区。2017年我国于《绿色生态城区评价标准》中界定“绿色生态城区”是指在空间布局、基础设施、建筑、交通等方面，按照资源节约环境友好的要求进行规划、建设运营城市开发区、新城区等，为现今我国较为权威的绿色城区概念。

图1 城市新区与生态规划的关键词共现图谱

图2 技术路线图

图3 地表温度与空间规划指标的关联性分析

2.3 生态导向下的城市新区规划实践研究进展

在实践层面，20世纪中叶西方发达国家在全球可持续发展的背景下通过以往传统城市发展模式向生态型发展模式进行转变，生态城市、生态新区应运而生。纵观世界，英国的新城运动开发最为突出，于1946年颁布的《新城法》。随之，美国、法国、日本也开展了大规模的新城运动。1992年，日本组织人力、物力探讨生态城市建设的具体步骤[9]；同年美国在伯克利进行生态适宜性建设，成功解决了城市交通拥挤、环境恶化等问题，并对西雅图和克利夫兰等大都市制定了详细的可持续发展计划；德国埃尔兰根市率先执行“21世纪议程”有关决议[10]；2009年，英国威斯敏斯特大学对全球生态城镇规划建设的调研报告中指出，世界各地共有79个生态城镇在实践探索中[11]。从目前的城市新区绿色建设情况来看，生态要素大多集中在水、土、气、能源、交通、低碳及生物多样性等，作为主要切入点去探索新区绿色规划的实践途径。

20世纪80年代开始，我国生态城市实践取得了迅猛进展。北京、天津、上海、长沙、宜春、等城市相继进行生态系统分析评价和对策方面的研究。此后，开展了一系列生态城市、生态新区试点建设。1989年，江西省宜春市成为我国首个生态城市建设试点；长沙市生态建设规划的研究编制，使中国的生态应用研究从分析、评价阶段向综合规划、统筹建设的阶段迈进了一步。1995年之后，我国生态城市建设全面开展，如广州山水生态城市、厦门海湾型生态城市等。2007年温家宝总理与新加坡共同签署了中新生态城市的框架协议，成为中国生态城市的建设典范[12]。经过28年的发展，目前共建立19个国家级新区（表1），我国第一个国家级新区成立于1992年，形成了由沿海向内陆逐步扩散的总体分布态势。现有国家级新区的规划面积在482～2299km2范围内，它们涵盖沿海、内陆、山地等不同地域特征，具有独立性、系统性及城市功能相对独立的特点。

3 生态要素优化导向下的城市新区规划设计优化方法

通过前文的分析梳理，本文提出核心生态要素优化下的城市新区规划设计的技术框架以及研究要点。主要面向以下两个问题：①如何根据生态本底条件分析，识别城市新区的核心生态要素，由此确定城市新区的规模、容量以及生产、生活与生态空间的科学配置？②如何通过生态要素与空间规划指标的关联性研究，揭示城市新区空间形态对关键要素生态过程的影响规律，由此确定城市新区的空间结构与下垫面特征。

3.1 总体研究框架与技术路线

该设计体系的思路是识别核心生态要素，通过其资源承载力评估、空间格局分布及其与城市空间形态的关联性分析，形成衔接城市新区的全域空间总体规划、新区开发边界划定、中心城区的城市设计及多种专项规划的主要线索，遵循“定量—定容—定形”步骤，使“核心生态要素”成为多层级规划体系指标确定的基本依据。

3.2 研究的重点内容

（1）城市新区关键问题诊断与核心生态要素识别

不同地域的自然资源禀赋不同，城市新区规划的生态约束条件不同，这就需要因地制宜地对多种城市生态要素的容量、阈值及空间分布进行全面分析，通过资源环境承载力与母城的生态足迹核算可以全面掌握城市新区生态资源要素及总量，通过国土开发适宜性评价、敏感性分析，实现对新区发展用地的科学配置。此外，通过对生态要素多个历史时期的变化趋势，可以对该区域城市化进程中人、地与自然资源之间的关系进行梳理，判断该区域城市新区发展的关键问题所在，在自然资源的时间、空间的动态演化中，对城市新区绿色发展影响显著的核心生态要素进行识别。

（2）城市新区生态要素的空间规划关联性分析

在厘清城市新区发展关键问题与核心生态要素的基础上，应进一步加强对核心生态要素的空间响应，因此，核心生态要素与空间管控的关联性就成为这一逻辑下的核心问题。在全域尺度下，将核心生态要素的阈值作为关键参数，改进用地扩展模拟、生态安全格局等空间预测方法；在中心城区范围，加强核心生态要素与建筑环境的互动影响机制研究，将核心要素的生态过程作为优化对象，在数字化模拟技术支持下，选择最优的下垫面构成与空间形态。当前，多种城市生态与环境数据的监测与可视化技术使之与空间规划指标建立起直接关联成为可能（图3）。

（3）核心生态要素优化的城市新区空间优化设计

新区建设应该注重城市生态的系统性与整体性，因此，以生态要素为切入点关注深层次的城市生态过程，寻求与之相适应的空间形态成为城市设计要解决的关键问题。近年来在城市局地微环境研究中，对生态过程的模拟技术方法日益成熟，但这些方法更多应用于局部地段规划方案的评价与比较，将数字化模拟技术向多空间尺度拓展，根据生态要素与空间形态的关联性分析，提出面向核心要素生态过程优化的空间参数，由此确定控制性规划阶段的空间规划指标，是将生态优先思想转为规划设计手段的可行方法（图4）。

表1 国外生态城市新区绿色建设概况

4 结论与展望

图4 生态要素与空间规划指标关联性分析

表2 9个国家级新区梳理

随着全国国土空间规划试点的全面开展，生态城市新区的建设迫切需要创新和完善的理论体系和实践方法，尤其是衔接各层级至上而下的绿色新区规划设计方法，将底线思维化作可操作性强的“定量—定容—定形”具体实施步骤。由于篇幅有限，本文主要想探讨一套完整的新区绿色规划方法——在充分尊重自然资源禀赋的前提下，从城市新区生态要素与空间规划指标的关联性分析入手，识别城市新区规划的核心生态要素，进而通过数字化模拟技术对确定的核心要素的生态效应时空分布特征进行分析，揭示影响规律。后续的研究工作将具体展开实践，研究内容也将逐步深入到具体的实施措施、指标体系、数据获取等操作层面，并体现多学科交叉研究和多种技术方法的综合应用。以期为我国绿色城市新区建设提供理论基础和技术支撑。

资料来源：

文中图表为作者自绘。