基于系统生态学方法的产业园规划设计——以山东济南中欧制造国际企业港项目为例

辛 晶 郑 斐 田昭源 张 鑫

伴随全球化进程不断加快，大量的外资和外来技术涌入我国。各地在编制产业园区规划时，也积极引进并应用国际经验与方法[1]。在制造产业信息化、智能化的大趋势下，作为园区建设发展的综合部署和引领产业园区发展和转型的重要手段[2],国内产业园区的设计规划结合产业的发展趋势和当地地域文化，形成其独有特色[3]。未来产业园的规划设计要更加注重创新和智能化设计，这是实现产业蓬勃发展和城市动能转换的重要前提[4]。

基于系统生态学的产业园区规划方法研究是在开放系统视角下，研究产业园区的系统构成；通过系统内部和外部的能量流、物质流和信息流的能量分析来构架能量系统结构图；并通过能值计算得出各项评价体系中的指标；通过多指标综合集成方法建立综合评价体系；进而总结新型产业园的发展模式，凝练规划设计方法以指导产业园的形态布局。因此，基于系统生态学的理论与方法是从宏大的生态圈视角定量地研究产业园区的发展模式和规划方法。这有利于将新型产业园区的发展作为引擎，优化产业结构，带动全产业链的发展，实现山东地区的新旧动能转换和产业升级。

本文利用系统生态学的理论和方法，打破以往产业园区研究涉及的能量、物质、信息之间固有的壁垒，结合山东济南中欧产业园的设计实践案例，归纳总结制造产业园区的规划策略和实践经验，以期为相关类型的城市规划设计与建设提供思路探讨与借鉴。

1 研究概述

1.1 产业园规划研究

国外对产业园的研究主要在园区区位选择、产业链成因以及园区发展等方面。例如Scott说明了城市的品牌形象和地理区位是影响创意企业聚散的关键因素[5]；Jeffcott. P等提出产业园需要形成多元产业复合链来适应市场需求的变化[6]。现阶段，国内学者的研究内容集中在规划开发[7]、空间组织[8]、场地再利用[9]等方面，对于产业园的可持续性和适应性分析及评价研究较少。张萌萌探讨了长三角地区产业园时空演化特征相关影响因素[10]；张旭等对城市创意产业园发展现状进行分类评价，探讨影响产业园发展效果的因素[11]；祝子薇总结出具有参考价值的景观再生设计模式[12]。

过去国内外学者对产业园区的研究，大都集中在对园区的功能定位、管理体制、运行机制、技术支撑等方面。以往研究者缺乏生态圈尺度的开放系统观念，始终是将产业园作为一个孤立对象来观察分析，忽视了不同产业间以及产业与整个生态圈之间的能量流、物质流和信息流的交换，无法形成统一的量化标准，因此过去的分析研究一直是定性而不定量的。

1.2 系统生态学理论

经过奥德姆兄弟（E. P. Odum and H.T. Odum）和约根森（S. E. Jørgensen）等人的发展，20世纪80年代后系统生态学已经发展成为一门系统科学。近年来，宾夕法尼亚大学的威廉·M·布莱汉姆（William. W.Braham）及哈佛大学的基·摩尔（Kiel Moe）将这种方法与建筑相结合，逐步形成了规划及建筑设计的新方法。

应用系统生态学原理与方法研究产业园区发展模式和规划方法，将带来三个方面的重要的突破。第一，把产业园区作为一个开放系统来分析，突破了传统研究中将产业园区视为孤立系统的边界限制，将产业、经济、信息等融入研究的范围，并追踪能量变化的全过程。第二，以能量图示语言和能值转化率为基础架构产业园区的能量结构系统，并对之进行以能值核算为基础的定量分析，为产业园区提供科学定量的研究基础。第三，济南中欧产业园作为山东省典型的产业园区案例，对其进行研究具有示范和推广意义。

综上所述，本课题基于系统生态学的理论与方法，以开放系统的视角、定量地研究产业园区的发展模式和规划方法。这有利于将新型产业园区的发展作为引擎，优化产业结构，带动全产业链的发展，实现山东地区的新旧动能转换和产业升级。进而，在整个生态圈尺度下，使人类走上生产、生活和生态三位一体的可持续发展之路。

2 中欧产业园概况

中欧产业园是济南高新区主打的中欧制造业合作的产业园区，规划面积约100km2，定位为区域性高端制造产业集聚发展样板和核心区、中欧（德）先进制造业战略合作示范区。中欧制造产业园承担着产业转型升级的重任，是江北第一家国家级中德中小企业合作区的承载体、济南市实现百亿级产业链和千亿级产业集群的先行区着力点和引爆区，是集聚、引领智能制造产业的主战场。

中欧产业园项目作为中欧制造业发展中心的起步区，应符合特色和优势突出、产业链协同高效、核心竞争力强、公共服务体系健全的新型产业化示范基地和绿色园区的特征，打造园区建设的示范性模板。如：①打造新旧动能示范区；②发展标杆引领制造业转型升级样板；③塑造多元化生态型产业新城；④探索中德工业对接新模式。

3 系统生态学方法应用

系统生态学的主要内容是系统架构、能量语言和能值计算等方面[13]。①通过应用系统生态学的核心研究方法，在开放系统视角下对产业园的区位、产业结构、功能等几个方面的系统构成进行研究。②通过系统内、外部的能量流、物质流和信息流的能量分析，构架能量系统结构图。③根据产业园区的系统能量结构，提出合理的规划设计方案。④通过能值计算得出各项评价体系中的指标，并通过综合评价，明确新型产业园的发展模式。

3.1 系统梳理

（1）区位条件

中欧产业园项目地处济南市区东北部，位于临空经济区内，园区西接济南遥墙国际机场，南邻“黄金水道”济南小清河码头，紧靠济青、青银、京沪、东绕城四条高速公路和济青高铁、胶济铁路，规划中的城际轨道M3线也将穿园而过，“空、铁、公、河、地”——五层全方位综合性立体交通体系，区域交通条件十分优越。园区位于济南市高新区，是高新区“一区两城两谷”发展战略中临空经济区的重要组成部分，政策优势突出、要素焦点汇聚、产业部类完善、创新驱动显著（图1）。

图1 基地区位示意图意图

（2）设计理念

中欧产业园规划方案设计以“云共享”为核心理念，致力于引进云计算、移动互联网等新一代信息技术产业和智能设备、机器人研发等智慧产业。园区规划设计结合“云”的概念，形成共享的生态开放空间，将快捷、高效、共享融于整个项目。以“云共享”产业配套带动产业类型产业园的可持续循环发展，使得城市各种功能实现空间上的无距离共享，智慧型园区即为微型城市。

3.2 能量系统图示

系统生态学通过能量图示语言架构能量系统的层级结构，通过能值计算方法研究产业园。地球上的任何能量、资源、产品或劳务形成所需的能量约有98%直接或间接地源于太阳能，因而系统生态学常以太阳能的能值——太阳能焦耳（J）为基本单位来衡量系统中的能量、资源、产品或劳务等能值大小。

另外，这还涉及到能值转化率的概念[13]。经过能值转化率的折算后得到能量数量和质量就可以通过能量图示语言架构的能量系统层级结构来表达。

如图2所示，对于该产业园而言，控制好当地可再生资源（R1）、当地不可再生资源（NR）、购买的可再生资源（RP）和购买的不可再生资源（NP）的投入比例和投入总量，是确保产业园运营的关键。产出的产品（Y）是产业园回笼资金和形成良性生产循环的保证； 产出的废物（W）可以在产业园内部循环利用，或者经过处理减少对环境的污染。排放可能造成影响分别表示为：直接逸散的能量（R2）以及园区内回收和/或再利用废物的能值（WR）。

图2 园区能量系统图

通过能值分析的方法，把产业园的能量流进行可视化分析和量化解释，对产业园的设计具有指导性作用。

3.3 产业园规划设计（图3～4）

图3 规划平面图

图4 规划结构图

（1）规划结构设计

根据系统能量流动合理性和企业生产、商业配套的功能要求考虑，本方案提出了“一带衔一核，一轴汇两区”的规划结构。

一带：形象展示带。沿规划支路，布置标准车间和综合楼及计算数据生产中心，形成良好的沿街景观界面，成为中欧制造业产业园区的标志性地段。

一核：产业发展核心。厂房区为产业发展核心和主要生产功能区。园区在核心区布置“云共享”产业配套，通过“云共享”中轴串联整个园区，体现新动能的科技理念。

一轴：空间景观序列轴。用地中部的景观轴线将北侧地块的建筑与场地串联，强调出协调有序的空间形态。

两区：单层厂房区、多层厂房区。厂房区由内部道路分为两个区，主要设置制造类等生产车间以及相关配套设施，其中，西侧布置以单层厂房为主，方便大型货车的进出；东侧与二期形成联系，布置以多层厂房为主。

（2）设施配套设计（图5）

图5 设施配置示意图

“云共享”配套、产业配套和生活服务配套三大配套合理布置，形成了尺度适宜的联系。空间功能复合利用，通过打造完善的15分钟生活圈配置体现出整体园区高效、高品质、高人文度的标杆性特点。

a“云共享”配套

为了促进“云”技术，中欧产业园建设产业创新服务综合体，通过“互联网+”和大数据打开立体服务通路，集成提供知识产权服务、科技中介服务、科技金融服务等。

b 产业配套

园区配备具有包括商务办公、人才培训、会议交流、产品展示等各项功能的产业配套综合服务中心，结合新型“云共享”设施，既满足产业发展的各种需求，又集约利用土地资源。

c 生活服务配套

中欧产业园区配备有多种生活服务设施，可以同时满足园区和周边人员工作、生活和休闲娱乐的一切需要，这也是现代多功能、综合性产业园区的特点。

（3）交通系统设计（图6）

图6 交通规划设计图

a 道路设计

道路交通方面，规划地块内各设置有宽9m的方格网道路骨架，结合宽4～6m的次要道路，形成简洁高效的交通体系。

b 静态交通

静态交通方面，地面停车合理利用建筑退线空间，沿路带状集中布置。其中，货物运输停车位主要位于南侧园区中心位置以及北侧园区中心位置，将员工停车位在园区南北部和内部集中布置。停车位设置生态植草砖和乔灌木，形成生态停车场，预留充电设备，符合新能源交通发展趋势。

（4）景观系统设计（图7）

图7 入口景观图

景观系统以“中德融汇、泉城之蕴”为主题进行构思。德国的景观是综合的、理性化的，按各种需求、功能以理性分析、逻辑秩序进行设计，景观简约，反映出清晰的观念和思考[14]。同时，将济南这座城市中特有的符号化元素，如泉、水、荷、柳等融入其中，构建空间宜人、环境优越、富有文化特色的整体景观环境。

a 入口空间设计

园区主入口设置在整个地块东南角，以展厅、配套办公、培训、会议形成半围合广场，同时在主入口设置具有中欧园区标志性的园区标识LOGO，凸显整个中欧园区的主题。

b 园林景观设计（图8）

园区内部结合空间布局设置多个景观节点和人文性生活娱乐空间，形成景观特色鲜明的宜人园区。另外，园区内布置有一些雕塑和景观、标识等，充分结合制造产业园区风格特色。

（5）建筑系统设计（图9）

规划地块建筑充分考虑结合欧洲现代建筑风格，体现简约大气的设计特点。设计特色主要体现在三个方面：建筑形体上为两段式，底层的体量托着顶部的建筑体量。色彩方面选用深色作为主基调，米黄色真石漆为辅，使得建筑显得更加沉稳。建筑细节上，通过局部突出的小露台打造一定的立面竖向绿化，给建筑注入了生机与活力。

（6）产业生产系统设计（图10）

图10 厂房样板设计示意图

产业园厂房设计依据绿色生态的设计原则，严格遵循绿建二星级标准。采用了多种绿色设计措施，最大限度地提高对自然清洁能源的利用率。同时要提高建筑材料的热功效能，使用绿色建材，最大限度减少和杜绝建筑物建设过程中的排污。

3.5 能值评价

系统生态学基于多指标评价体系的视角研究产业园。能量投入回报率、可再生率、能值投资率、能值产出率、环境荷载率、能值可持续性指数都是衡量建筑能量系统整体或局部优化效果的指标和评价。它们能够使我们对所设计的建筑能量系统作出判断，并选择合适的方案。本次研究选取了其中三项对产业园整体影响较大的指标，组成了主要评价体系。

（1）能值指标

a 能量产出率（EYR）

EYR=Y/（NP+RP）

其中，Y：系统总产量（或所需的总能值），NP：购买的不可再生能值，RP：购买的可再生能值。

其衡量的是对经济的净收益，即从投资额中获取的已开发的本地资源量。它衡量了产业流程开发当地资源的能力[15]。该指标值越高，单位能值投入获得的回报就越大[16]。通常一次能源和二次能源的EYR＞5，低于5的EYR值表示主要材料，例如水泥和钢；且能效比小于2的过程一般不表示能源，而是与消耗品或制造过程相关[17]。

b 环境负荷率（ELR）

ELR=（NR+NR+R2+F2）/（R1+RP）

其中，NR：不可再生能值，NP：购买的不可再生能值，R2：生态服务能值，F2：经济损失能值，R1：免费的可再生能源，RP：购买的可再生能源。

它通过特征化产业生产过程来考虑排放的影响，表明了由于过度开采本地不可再生资源或从外部进行投资而造成的生态系统压力。比率越高，负面影响越大。指标值低于2表示对环境的影响较小，或者过程具有较大的面积来稀释其总体影响；当3＜IELR＜10时，影响被认为是中等的；当IELR＞10时，环境负荷较高[18]。

c 能值可持续指数（ESI）

ESI=EYR/ELR

它是EYR与ELR的比率，表明对社会的净收益率以及对当地环境的压力[19]。该指标反映了产业园建设运营的生态可持续性。当ESI＜1时，其运营过程从长远来看是不可持续的；表现为1＜ESI＜5的系统可能会对经济产生可持续的贡献；ESI＞5的过程可以被认为是可持续的[20]。

（2）能值分析结果

①根据能量产出率（EYR）的定义，低EYR 值表示较低的资源开发竞争能力。计算结果发现，该产业园的指标值明显低于其他产业园（表1），这是由于该产业园产业发展定位于云计算、移动互联网等新一代信息技术产业和智能设备、机器人研发等智慧信息产业，对当地矿产资源等资源需求低，从需求层面降低了原材料制造和运输的成本。

表1 基于能值指标的本研究与相关研究的比较

②与其他产业园区相比，该产业园区具有较低的环境负荷率（ELR），分析其主要原因有两个：首先，该产业园建筑建造设计过程尽可能采取绿色建筑技术，加大可再生资源在建筑建造、运营投入中的占比；其次，该产业园区强调企业内部资源回收、企业间资源再利用和污染治理。

③能值可持续指数（ESI）方面，与天津某产业园区（2014年9.39E-04）[21]，大连经济开发区（2013年4.83E-04）[22]，沈阳经济技术开发区（2014年0.0163）[23]相比，济南中欧产业园区具有更高的可持续指标值。这意味着这个产业园区在产生相同的经济产出的情况下消耗的资源更少。产业园区的产品大多属于高端产品，具有良好的经济效益。

（3）可持续发展设计

对中欧产业园进行能值分析的目的是促进物质和能量的可持续发展。通过能值分析，不同形式的能量、材料、物质拥有了相同的量化形式，在能值指导下的中欧产业园设计总能值消耗远远优于其他方法。按照能值分析理论中的最大功率原则，中欧产业园在有限的资源条件下求得最大输出功率。也就是说，不再是通过高消耗高污染寻求短期经济效益，而是通过高效利用资源建立循环经济模式。

结语

在国家大力加快动能转换的时代背景下，作为生产性建筑群体，产业园规划设计应具有高效性、技术性等特点[24]。系统生态学方法可以作为一个系统的方法来评估产业园区的综合性能，并建立评估产业园区可持续性的能值方法和相关指标体系。本次研究中，对济南市中欧产业园规划设计的系统分析，通过对其项目定位、区域禀赋和现状资源环境进行深入的分析和系统生态学角度对能量的流动分析，对产业园的规划设计有了定量的认识，能指导产业园实现能量、物质的循环可持续发展。为今后其他产业园规划建设提供了经验借鉴和技术支撑，但对于相关技术指标等方面仍有很大的拓展空间。

资料来源：

文中图表均为作者提供。