以广州知识城广场为样本的公共建筑群体韧性设计策略初探

洪 琰

引言

21世纪伴随着各类灾害的频发，城市作为运作中的庞大系统，所面对的外部扰动呈现几何级的增长，2018年开始进入对抗新冠疫情的长期状态后，这种扰动达到了历史上的峰值。而与外部扰动相对应的是，系统内部混沌也在逐步加深，城市在经历了较长时间的演进后，空间维度与时间维度的变量高速增长，系统平衡的维持日益复杂与不可判断，平衡状态的打破与重建呈现动态、快速的特点，人类社会正在逐渐放弃对传统平衡的追求，转而适应一种新的动态平衡。当前，韧性城市（社区）的研究集中于物理学和社会学领域，中微观角度的建筑韧性设计的研究样本较少，尚未建立建筑韧性设计的系统性共识。公共建筑作为城市的重要组成单元，在城市韧性的构成中扮演极为重要的角色。本文以公共建筑群体的韧性设计为研究对象。

1 “韧性”、“城市韧性”与“社区韧性”

1.1 韧性概念的演变：工程韧性——生态韧性——社会生态韧性

“韧性（resilience）”一词最早来源于拉丁语“resilio”，其本意是 “回复到原始状态”。在19世纪中叶应用于工程领域，表示金属在外力作用下形变之后复原的能力；20世纪80～90年代，霍林、伯克斯和福尔克等科学家在生态系统研究中发现系统可以存在多个平衡状态而非唯一，“生态韧性”可以被理解为系统即将跨越临界前往另外一个平衡状态的瞬间能够吸收的最大的扰动量级，此时，“韧性”概念从线性有序向复杂非线性演变；随后，在生态韧性的基础上，又进一步发展出了社会-生态韧性（演进韧性），系统的演进被划分为4个阶段：利用阶段、保存阶段、释放阶段以及重组阶段，该4个阶段循环演进或在某个阶段脱离系统，系统的发展被发现具有“混沌”、“交叉”的特点。“社会-生态韧性”不再追求绝对平衡，而是通过持续不断的调整，达到一种混沌的动态平衡[1]。

1.2 韧性城市、韧性社区的基本特征

21世纪以来，针对系统韧性和城市韧性的研究不断发展成熟。威尔达夫斯基在1988年提出韧性系统的6个基本特征：动态平衡、兼容，高效率的流动，扁平，缓冲，冗余度。埃亨（Ahern）2011年认为韧性城市主要具有5个特征：一是多功能性，功能单一的城市系统因缺乏内部联系而相对脆弱；二是冗余度和模块化，即城市内具有一定的重复和备用设施，在时间和空间上分散风险；三是生态和社会多样性；四是多尺度的网络联结性，包括物质系统的连接与人类群体的协作；五是有适应能力的规划设计。艾伦（Allan）和布赖恩特（Bryant）认为韧性城市必须具备七个要素，即多样性、变化适应性、模块性、创新性、迅捷的反馈能力、社会资本的储备以及生态系统的服务能力。联合国人居署在《城市韧性分析工具2018》中对“韧性城市”的理解是：能够吸收、适应和从可能发生的冲击和压力中恢复过来的城市，以积极的方式向可持续发展转变[2]，韧性城市的研究提供了深入的视角和丰富的层次，在探索城市作为复杂系统的运行机制上走得较远。Bruneau于2003年提出的韧性四维度是目前达成相对共识的韧性城市的基本特质，即可靠性（鲁棒性）、多样性、冗余性和快速性（简称韧性“4R”维度）[3，4]。

运行规律上来看，城市韧性与社区韧性都是系统韧性的具体表现，二者的运行机制在根本上具有一致性，其差别体现在系统的复杂性与空间尺度。另一方面在系统架构关系上社区从属于城市，当外部扰动出现时，二者在不同层面下所担当的角色不同。

本文所探讨的对象——“公共建筑群体”在空间概念上更接近“社区”，在地域空间属性上从属于城市，是以市政道路边界或管理主体限定的城市空间，是具有某种互动关系的和共同文化维系力的，在一定领域内相互关联的人群形成的共同体及其活动区域。

2 韧性城市（社区）评价体系的启发

进入21世纪以后，韧性城市研究框架逐渐被搭建起来，已有较多韧性城市（社区）评价体系建立并投入应用（表1），这些韧性评价体系的研究成果对指导建筑韧性设计具有极大的指导意义和启发性。

表1 部分韧性城市（社区）评价体系[8]

韧性城市（社区）评价体系提出了系统性韧性设计的工作方法，美国国家标准与技术研究所于2015年创建韧性社区规划指南（简称CRAM），其目标是当扰动发生时及时恢复社区关键功能，并“重建得更好”。它提出了“六步规划法”：组建协作的规划团队-了解情况-确定目的和目标-规划的准备-规划的发展-审查和批准-计划的实施和维持[5]。该工作法设定资源分配和优先级，在为建筑物和基础设施系统建立性能目标时，同时考虑社会和经济功能。“六步规划法”以时间轴为主线，系统性的论述了韧性社区的规划步骤，提供了一种实操性较强的系统性韧性设计思路。

韧性城市（社区）评价体系明确和延展了扰动类型的定义，从而明确了韧性设计的方向与要点，根据扰动的发生特点及来源，将“扰动”划分为两个类型：第一类外部扰动，潜在的不确定突发事件或常发事件，其主要后果是改变系统运行状态，从其当前状态到被扰动状态。第二类内部扰动，源自系统内部的慢性持续动态压力，经过长期累积，破坏系统的可持续性和复原能力，使其变得脆弱。外部扰动，即为常规意义的灾害，我国将灾害分为4个类型：自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件。其中自然灾害和公共卫生事件因其发生频率高且冲击性强，是建筑韧性设计中关注的重点。内部扰动，即建筑群体的内部压力是城市内部压力的微缩体现，公平性、生态平衡、安全性、基础设施、交通运输能力、健康等方面的不完善将削弱建筑群体的功能，内部压力长期累积将带来不可逆转的伤害。《伦敦风险登记册2020》总结了伦敦城市内部压力包括“社会融合不足、不平等、空气质量差、食品安全问题、住房不可负担、基础设施老化、健康状况和福利不佳、脱欧等长期会削弱城市功能的事件”[6，7]。

传统的防灾减灾设计更多体现在抵抗外部扰动上，而“韧性设计”是一种主动性、整体性、动态性的设计思路，寻求通过遵循自身系统运行的科学性达到系统运行的长久健康，同时建筑韧性设计的整体性决定了建筑作为城市的构成单元，需要与城市韧性设计做紧密的联结，即遵循城市整体韧性的原则，尊重城市或区域的韧性分工。

3 以广州知识城广场项目为样本的公共建筑群体韧性设计策略初探

新冠疫情发生以来，公共建筑在应对突发公共卫生事件上起到了很大的作用。应急状态下城市对应急空间的需求出现几何式增长，而城市又无法在短时间内新建大量应急空间，此时体量大、空间构成丰富的公共建筑群成为了提供应急空间的首选，在新冠疫情中，城市广场提供了相对安全的室外检测及临时集散场所、大型公共建筑临时改造为应急医疗场所，广东省住建厅于2022年10月颁布了《广东省大型公共建筑应对公共卫生事件平急两用设计及改造技术指引（试行）》[9]。另一方面，在城市内部压力的缓解方面，大型公共建筑因其空间体量大、结构复杂、社会联结性强等特点，在促进城市健康与可持续性中也起到区域性的带动作用。所以，公共建筑群体在城市韧性建设中起着极为重要的作用，本文以广州知识城广场项目为设计样本，对公共建筑群体的系统性韧性设计策略进行研究。

3.1 样本简介

广州知识城广场项目位于广州市中新知识城南起步区的核心位置，是由广州与新加坡联合开发的知识产业综合服务区，整体建设规模约80万m2，建筑最高高度249m。其功能组成包括：会展、酒店、商务办公、人才公寓、商业配套、教育设施和小型交通枢纽，是典型的城市大型复合功能公共建筑群体。项目于2018年开始建设，分为四期建设，预计于2024年完工。

3.2 公共建筑群体的韧性设计策略研究

3.2.1 建筑韧性设计的系统性策略

城市韧性和建筑韧性并不是一个由零开始的概念，建筑设计中所包含的韧性设计理念从建筑起源的时代就存在了，我们在制定建筑设计的质量目标时往往融合了部分韧性设计目标，但在建筑韧性设计缺乏系统性的情况下，其策划与实现往往存在随机性。一个完整可控的韧性设计过程需要包含“设计前策划-设计-实施-使用后评价-改进调整”的完整过程，前文提到的CRAM的六步工作法与此有同样的工作逻辑。韧性设计的系统性策略包括：①“前策划”阶段：识别设计团队和建立扰动识别框架；②设计阶段：设定韧性设计目标和梳理设计要点；③“后评价”阶段：以4R原则对韧性设计进行评价；④改进调整阶段：基于后评价结果及扰动情况的更新进行动态更新。四阶段的运作非线性单一，而是一个循环的过程。

3.2.2 建立扰动识别框架

知识城广场项目在前策划阶段，针对扰动项进行了识别，并对其发生频率和影响力等级进行评估和排序，形成了较完整的扰动识别框架（表2）。可以看到突出的外部扰动因素包括：①极端天气带来的内涝风险；②公共卫生事件中作为区域核心对应急空间平级转换的响应需求；突出的内部扰动包括：①交通压力；②在区域发展前期城市公共活力不足所带来的不利影响。

表2 知识城广场扰动识别框架

3.2.3 制定韧性设计目标

公共建筑群体因其本身的强社会属性，相比其他类型建筑，在城市抵抗外部冲击时往往具有特殊的区域韧性功能，同时也有提升区域健康，带动区域活力的责任。所以城市公共建筑群体的韧性设计目标相比其他类型建筑，需要体现更多的城市韧性分工，在制定韧性目标时在保障自身系统健康的基础上，还需要从宏观角度去准确定位其区域韧性职责。

根据知识城广场的扰动识别框架，结合项目本身作为区域核心公共建筑群体的特点，项目制定了建筑全生命周期的韧性目标：

①安全、健康、高效的工作生活场所；

②有助于建构联系、促进公平，带动区域活力的公共空间系统；

③对人类未来有利的生态环境；

④灵活机敏的抵抗力、复原力和适当的冗余；

⑤区域级备用应急场所；

⑥具备学习、适应、进化能力的动态平衡系统。

其中，第①②③点体现了应对持续性内部压力、建立健康日常秩序的目标，第④⑤点体现了应对突发性外部扰动、快速建立新系统平衡的目标，第⑥点则体现了系统为保持系统长期健康运行所需要的自我学习、自我进化的能力。

图3 公共空间分级系统

3.2.4 以知识城广场为样本的韧性设计要点

《伦敦城市韧性战略2020》将城市韧性策略归纳为3个维度：韧性的人；韧性的场所；韧性的过程。在“韧性的场所”中制定的行动策略包括：建立高效、韧性、零碳的基础设施；提升临时空间利用率；利用数据库提高市政设施效率；网络应急能力；提高房屋建筑的安全性、提升企业韧性等[6，7]。

知识城广场项目在其韧性目标的指引下，针对扰动识别项，进行了韧性设计要点策划：

①基于TOD交通的功能混合，建立20分钟邻里圈；

②基于立体慢行系统的分级公共空间体系促进公平、健康、沟通；

③精细化设计保障交通系统的效率和冗余度；

④确保落地性的海绵建设应对暴雨内涝冲击；

⑤响应气候特点的平急转换韧性设计；

⑥可靠且合理冗余的机电系统和消防系统；

⑦高效低碳的能源利用策略；

⑧基于地域特性的生态环境系统。

（1）基于TOD交通的功能混合，建立20分钟邻里圈

缩短系统内构成联系的空间长度，加大联系深度，有利于在扰动发生时进行灵活的控制和调整，减少系统整体崩溃的几率。长久以来的疫情管控经验多次验证了“生活工作学习不跨区”有利于公共卫生事件的应急管控。而能够支持充足社交联系的公共建筑群体无疑更有利于提升健康水平和促进社会公平。《GENSLER设计趋势展望2021》提出了20分钟街区生活理念，在20分钟步行或骑行（5km）可达范围内，满足购物、居住、工作的需求，来建立居民与城市之间的联系[10]。

广州知识城广场的功能结构覆盖了工作、商业、居住、休闲、文化、教育。它以公共交通为导向，将知识产业与城市生活有机结合，是产城融合的典型样本。以场地内的公交首末站和规划中的城市轨道站点为中心，以500m为半径建立区域活动中心，通过混合功能激发新区活力，并通过TOD建设模式与已发展成熟的城市其他区域形成有效联结，实现共融互通。这种基于TOD交通的混合功能核心，应用于发展初期的城市新区的公共建筑群体，是极为低碳高效的韧性策略（图1）。

图1 以公共交通（公交首末站）为中心的500m混合功能邻里圈

（2）基于立体慢行系统的分级公共空间体系促进公平、健康、沟通

随着新冠疫情不断扰乱城市生活，健康的重要性被凸显，人与城市的关系正在发生变化，为鼓励联系与对话，促进产业互联互通的同时提供使人感到健康、幸福的场所，知识城广场全区覆盖了立体慢行系统，以此为主线，建立了结构清晰的多级室内外公共空间系统（图2、3），满足24小时不同场景的公共交往需求。并在二层连廊上设置环形慢跑系统以促进更健康的生活方式。

图2 双首层慢行系统

立体慢行系统这一项韧性措施从多个层面都很好的响应了城市的韧性需求：适应广州的气候特点，提供良好的遮阳性能；在平时提供了富有趣味性且风雨无阻的联通途径，促进了沟通与交往，能够有效缓解因社会结构及资源不平衡造成的内部压力；提供了促进身心健康的室外运动场所；大量的室外灰空间提供了空间冗余度，为快速响应外部冲击预留了充足的应急空间储备；二层连廊系统与主体建筑的结合帮助消减了极端气候对主体建筑的直接冲击，同时其高架结构也有助于抵抗洪涝灾害（图4）。

图4 知识城广场立体慢行系统实景

（3）精细化设计保障交通系统的效率和冗余度

由于项目北侧创新大道存在未来提升为快速路的需求，且场地南侧为永久快速公路，其高程与场地存在较大高差，故场地的出入口数量受到较大限制，从而导致交通疏导效率受限。可以预见随着区域发展，人口增多，交通压力问题将逐渐显现，且区内存在会议展览等交通效率要求高的功能单体，进一步加大了交通压力。针对此扰动项，项目以广州市交通模型和既有控规为基础，采用背景交通量叠加地块诱增交通量的方法，根据出行方向分布及出行方式划分（图5、6），预测高峰期客流出行量，分析结果显示存在部分服务水平低于E级的路段。针对此分析结果，进行了出入口配置多方案比选和精细化布局（图7），对压力较大路段进行扩宽分流，满足未来50年交通系统的运行需求，并预留适当的冗余。针对会展、酒店等交通负荷大，使用场景复杂的单体进行灵活性交通设计，在使用方式上也提供了多种可能和冗余度。

图5 交通量方向分布图

图6 出行方式结构图

图7 交通出入口比选方案

（4）确保落地性的海绵建设应对暴雨内涝冲击

随着全球气候变暖，极端天气增多，暴雨内涝是广州市目前所面临的最为频发的气候灾害。原始冗余度不足的城市排水系统进一步加重了扰动的后果。在短期内城市排水系统无法扩容重建的前提下，海绵建设成为了应对暴雨内涝冲击的有效手段，知识城广场项目原始场地为荒地，场地开发前径流系数为0.4，下垫面组成主要为草地、泥地及局部硬化地面。除下凹绿地、雨水花园、可渗透地面、调蓄池等常规措施外，利用连廊系统形成的高差汇集雨水进行渗透消减，结合建筑第五立面绿化、小型景观旱溪等措施进行景观海绵融合设计，设计完成年径流总量控制率达到81.2%（表3）。针对当前海绵验收标准尚未出台，海绵建设极易出现实施不到位的情况，本项目在建设过程中进行多次实地巡查，核查海绵设计落地情况并进行动态调整，获得了良好的效果。该项目作为知识城海绵城市建设示范项目，为该区域的气候韧性建设提供了操作经验。

表3 知识城广场海绵建设自评表

（5）响应气候特点的平急转换韧性设计

广州市长夏无冬、温暖多雨、光照充足的气候，决定了该区域户外停留时间长，遮阳通风需求高的活动特点，项目在充分响应广州气候特点的前提下进行平急转换韧性设计。二层连廊系统下方的室外灰空间提供了大量空气流通性好、且能够遮阳挡雨的应急空间，已建成投入使用的知识城国际会展中心在新冠疫情期间用作疫苗接种点和核酸检测点（图8）。同时知识城广场作为区域级公共场所，需提供应急医疗及避难功能，满足区域级应急功能需求。在新冠疫情中，知识城国际会展中心进行了方舱医院预案设计（非实施方案）（图9）。

图8 知识城国际会展中心疫苗接种点实景

图9 知识城国际会展中心方舱医院预案（非实施方案）

（6）可靠且合理冗余的机电系统和消防系统

作为区域核心，知识城广场充分考虑了电力系统的可靠性和适当的冗余度，双电源供电保障和20kv电压。虽然目前黄浦区尚未有载重70t以上的大型消防车，但为了充分考虑消防设备的发展空间，本项目设计满足75t大型消防车行驶及施救；同时在项目最高单体250m塔楼中，设计了常高压水箱以加强消防用水的保障力度。

（7）高效低碳的能源利用策略

项目全区实现绿建三星设计标准，贯彻高效低碳的能源利用策略。采用建筑被动式设计降耗；采用高效空调处理机组及过渡季节可变新风比设计，耗电输冷比降低20%；采用目的地电梯系统、能量反馈技术和BMS楼宇自动控制系统进行集中监控和管理提高运行效率；采用减压限流措施减少36%的用水量，雨水回收比例达到94%；针对广州气候特点，设置高开启率幕墙，实现被动式节能；降低建筑体型系数减少风荷载；降低建筑窗墙比，采用高性能幕墙系统，降低建筑能耗20%。

（8）基于地域特性的生态环境系统

项目的生态环境建构遵循地域性原则，尊重气候特点，较多选用养护频率低，可提供遮阳效果的本地植物，降低草坪比例。在二层连廊系统中大量采用在广州极易生长的勒杜鹃形成具有地域属性的环境特色，同时鼓励多物种共生的植物选配机制以促进生态平衡。

3.2.5 公共建筑群体的韧性设计要点总结

公共建筑群体的韧性设计是特性与共性的结合，以下总结了公共建筑群体的韧性设计要点中较为共性的部分。

（1）建立韧性的基础设施系统

建筑基础设施包括外围护、交通、电力、给排水、消防、空气系统等，是维系建筑运作不可缺少的根基。各个系统均需同时考虑韧性4R原则，例如建设具有适当冗余度的大市政交通系统和应对不同使用场景的灵活的小市政交通系统等；公共建筑群体区域性联动甚至跨区域联动建设基础设施系统有助于高效配置和利用能源；数字化技术的应用能够建立长期反馈机制促进系统优化。基础设施应满足服务需求，在规划过程中尽早处理可持续性问题，不仅要整合可持续性的各个方面，还应将跨越时空界限的不同基础设施系统整合在内[11]，在当前极端气候日益频发的情况下，现有的设计规范及法规存在更新滞后的情况，需要我们根据实际情况做出调整，适当提高建筑及其室外环境应对极端天气的能力。需要注意的是，提高基础设施的韧性常常伴随建设成本的大幅度增加，需进行谨慎的预判，可提供便于针对干扰级别的提升逐步增加基础设施等级的方案。

（2）创造促进公平、健康、效率的公共空间系统

根据世卫组织于1978年发表的《阿拉木图宣言》，健康指人的生理、心理、和社会适应性良好的总体状态[12，13]。建筑群体的公共空间平时满足使用者的交往、健康需求，促进建筑内部系统的健康运作。利用公共建筑群体的混合性特点建立“20分钟邻里圈”，有助于提高对抗外部扰动的灵活性和快速性；建立立体慢行系统在对抗气候冲击、促进公平与联通、引导健康生活方式等各方面都有良好的效果。大伦敦绿色网络规划中明确划定绿色通廊、主题步道等国家慢行网络[14，15]。公共空间是建筑中的必要空间，也是韧性建设中的“冗余空间”，公共空间的均匀性、复合性、灵活性、冗余性决定了其韧性表现，在外部扰动发生时，建筑群体的公共空间纳入城市抗灾系统，作为抵抗扰动的城市机器。

（3）能源的高效运用

能源的高效应用是韧性设计的重要一环，建筑的零碳减耗设计，事实上也是城市韧性设计的重要内容，而针对该领域的设计标准和评价体系也相对完善，我国的节能设计规范、绿色建筑评价体系、美国LEED建筑评价体系、国际WEEL健康建筑评价体系、近零能耗或零碳建筑评价体系等等都是我们可以纳入整个韧性设计要点的量化目标。

（4）创造地域化的生态环境

保护生态平衡和物种多样化是城市的重要课题。在建筑旁种植树木同时有利于建筑物抵抗极端气候，减少暴雨和大风对建筑物的损坏，同时因人类对自然环境的心理需求和生理需求，健康的生态环境也有助于促进心理和生理的健康。不同于早期的图案审美，城市绿地的设计在近年来愈加倾向于建立在本地物种基础上，创造小型生态平衡的自然之美，这种审美上的回归显然有利于创造多样化的生态环境，能够更好的帮助人类减少自然灾害的发生。上文提到的慢行系统可与生态种植相结合，创造有利于身心健康的生态型公共空间。

（5）设计应急冗余空间和应急预案

城市公共空间规划应建立多层级多样性公共空间体系，精准统筹城市应急空间“平战结合”[4]。大型公共建筑除了需要作出适当的冗余设计，以应对外部冲击时的应急空间需求，也应遵循城市韧性设计原则和韧性系统定位，按照城市韧性分工，提前准备应急预案，做到扰动发生时的快速响应。

（6）信息收集分析及动态调整机制

韧性设计的本质是系统运行的动态适应机制。目前各种扰动随着环境的变化变得越来越难以预测，城市韧性的诸多评价体系均论述了动态管理机制的必要性，事实上动态管理也体现了韧性设计的基本逻辑。在公共建筑的全生命周期中，“预测-设计-评估-改进”是一个不断循环的过程，将智能化设计与韧性设计更加紧密的结合，建立信息收集分析及动态调整机制是建筑韧性设计在新时代中最重要的课题。

3.2.6 韧性设计的落实及建设实施

在建筑群体的韧性设计要点明确以后，我们将其整合为一个整体性的设计，调整各个要点、各个维度的平衡，形成建筑群体的韧性实施方案并进行建设，在此不展开赘述。

3.2.7 全生命周期中的韧性学习机制和优化机制

建筑的韧性机制是一个动态机制，是应对建筑全生命周期中各种扰动的持续循环和全过程响应机制。传统的建筑建设和使用是一个相对割裂的过程，而真正的韧性建筑，建设过程仅仅是其生命周期中一个较短的时间周期，虽然是建筑全生命周期中较为关键的韧性框架搭建阶段，但对于日益极端化的外部环境和复杂化的人类社会来说，动态的韧性学习机制和优化机制也是极为重要的，二者缺一不可。需要在建筑全生命周期内建立建筑韧性的长期评价机制，并及时调整目标和优化措施，上文所提到的韧性设计的各个步骤都是动态变化的，根据所发生的扰动造成的后果和平衡重建的速度来评估韧性设计的有效性，识别新的扰动、建立新的目标和策划新的设计要点并落实。建筑的韧性设计是一个不断持续的过程，将贯穿建筑的整个生命周期。

结语

后疫情时代中全球面临巨大挑战，我们的生活、我们的设计正进入一个全新的阶段，城市的未来正在被重塑。建筑的韧性设计策略是一个长久而庞大的课题，既是韧性城市规划的分支，也是它的重要组成单元。本文提供了一种系统性建筑韧性设计的思路，初步归纳了公共建筑群体韧性设计策略的共性要点，同时也指出了建筑韧性设计的长期性和动态性，将建筑韧性设计延展为贯穿建筑生命全周期的动态过程。

图、表来源

图1～3：作者及候嘉玥绘制；

图4、8：现场拍摄；

图5～7：引自知识城广场项目场地设计交通评估报告；

图9：由项目组绘制；

表1：作者根据http://rencity-index.renkedata.com/绘制；

表2：作者绘制；

表3：作者根据项目海绵设计成果绘制。