利用城市规划设计实现低碳建筑可持续发展

王红兵

（黄冈职业技术学院 建筑学院，湖北 黄冈 438002）

0 引言

据国际能源署报告显示，全球城市消耗的能源占总能源消耗的75%,而新兴经济体城市的能源消耗增长则占到全球城市能源消耗增长的90%。城市建筑是主要的能源消耗领域之一，全球建筑物能源消耗占所有终端能源消耗的40%左右，其中城市建筑能源消耗占比约70%。此外，城市建筑的碳排放量非常大，被认为是全球温室气体排放的重要来源。

低碳建筑已成为推进城市可持续发展的重要手段，在该领域，国内外学者的研究涵盖了多个方面。建筑材料方面，一些学者提出采用生态环保的建筑材料，例如竹子、草木纤维等，以减少建筑对环境的影响；还有学者则从传统建筑材料的角度出发，利用土壤、稻草、石灰等环保材料进行研究。在建筑能源利用方面，有学者提出了采用太阳能、风能、地热能等可再生能源，以降低建筑能耗；也有学者们致力于优化建筑结构和功能区布局，通过被动式设计实现节能减排。在室内环境质量方面，学者们认识到设计的核心不仅是如何降低能耗，还应关注居住者的舒适度与健康。一些学者提出了以人为本的设计理念，加强空气质量、光照质量、噪音控制等方面的研究。在城市规划方面，一些学者提出了采用城市规划理念，通过绿色基础设施、智能交通等手段实现城市低碳化；也有学者强调将建筑与城市的联系作为研究重点，探讨低碳建筑如何通过城市设计、城市规划等手段与城市相互作用，实现整体可持续发展。

需要指出的是，以往的研究在实践中仍存在一定限制，如未综合性考虑建筑生命周期、建筑与城市之间的相互影响等。因此，本文将从生命周期角度出发，综合考虑建筑材料、施工过程、使用阶段及拆除处理等环节，提出低碳建筑的全生命周期管理方案。同时，采用系统思维方法，将建筑能耗、室内环境质量、使用成本等多个指标纳入考虑范围，提出一种基于模糊数学和层次分析法的评价模型，以辅助决策者制定适合城市的低碳建筑政策。这些创新点将为推动低碳建筑发展提供理论支持和实践指导。

1 低碳建筑可持续发展的长远意义

随着全球对可持续发展的重视，现代城市低碳建筑得到了广泛推广和应用。目前，全球低碳建筑面积已经超过50 亿㎡，预计到2050 年，低碳建筑面积将会达到220 亿㎡，占全球总建筑面积的60%以上。现代城市低碳建筑的发展现状表明，低碳建筑已经成为建筑业发展的必然趋势。政府、企业、市场和技术都在不断推动低碳建筑行业的发展，随着技术的不断进步和应用，低碳建筑的市场需求将会进一步增长，这将为低碳建筑行业的可持续发展提供更加广阔的空间。

1.1 保护环境

现代城市低碳建筑采用节能技术，利用可再生能源等手段，可以有效降低能源消耗和碳排放，减轻全球气候变化的影响，促进环境保护和生态平衡。同时，低碳建筑还可以减少水资源浪费、降低空气污染等，对于改善城市环境质量也具有积极作用[1]。

1.2 节约资源

现代城市低碳建筑采用节能、节水、节材等多种措施，可以大幅度降低能源和资源的消耗，实现可持续发展。通过推广和应用低碳建筑，可以有效解决能源短缺、资源紧张等问题，为社会经济的可持续发展提供更加稳定的基础支撑。

1.3 改善人们生活质量

现代城市低碳建筑注重舒适性、健康性、安全性、美观性等因素，可以为居民提供更加优质的生活环境。例如，采用更好的隔音、隔热技术，以及更为人性化的设计，来改善室内环境，提高居住舒适度。同时，低碳建筑还可以促进社区建设与文化传承，提升城市文明程度和居民满意度[2]。

1.4 促进经济发展

现代城市低碳建筑具有创新性、科技含量高等特点，可以促进产业结构调整，推动经济转型和创新发展。在低碳建筑领域的投资和研究也将带动相关产业链的发展，如节能材料生产、太阳能光伏产业等，形成更加完备的产业体系和就业机会。

2 国内外研究进展

国际上关于城市低碳建筑的研究主要集中在以下几个方面：① 低碳建筑标准。欧盟、美国、日本等地均制定了相应的低碳建筑标准，为低碳建筑的实践提供了规范性指导。② 低碳建筑材料。低碳建筑需要使用更多的可再生材料，如竹木、麻秸、稻壳、甘蔗渣等，从而减少对环境的影响。③ 低碳建筑技术。其包括高效隔热、高效节能、智能化控制等技术，可提高建筑的能源利用效率和舒适性。④ 低碳城市规划。将低碳建筑与城市规划相结合，通过优化城市布局、建设公共交通等方式，最大限度地降低城市能源消耗和碳排放量。

国内关于城市低碳建筑的研究主要集中在以下几个方面：① 政策和标准。我国先后颁布了多项与低碳建筑相关的政策和标准，如《节能减排十二五规划》、《关于加快推动我国绿色建筑发展的实施意见》、《节能建筑设计标准》、《绿色建筑评价标准》等。② 材料和技术。目前国内低碳建筑材料和技术发展较为成熟，采用竹子、草木纤维、大麦秸秆等生态环保材料，以减少对环境的影响；采用太阳能光伏技术、地源热泵技术等，实现建筑的自给自足。③ 案例分析。一些城市已经取得了一定的低碳建筑实践经验，如上海的世博会、北京的奥运会场馆等。

3 促进现代城市低碳建筑健康发展的有效途径

为了促进现代城市低碳建筑的可持续发展，需政府、企业、学术界和社会公众等共同努力。这包括采用节能、环保、可持续等核心理念，运用先进技术和材料进行设计和施工，并不断推动技术创新。同时，需要加强管理机制创新和增强市场需求，以实现低碳建筑产业的可持续发展[3]。

3.1 制定合适的政策法规

政策引导是推动城市低碳建筑发展的重要手段之一。应该制定具体、完善的政策法规，包括财政补贴、税收优惠、节能减排等方面，以提高低碳建筑项目的吸引力。例如：通过设立低碳建筑专项基金，为低碳建筑项目提供资金支持；通过减免企业所得税等方式，为企业提供税收优惠，鼓励其参与低碳建筑项目[3]；提高建筑能效标准、设立碳排放限额等，加强低碳建筑的规范和监管。

3.2 推广先进的低碳技术

低碳建筑技术是低碳建筑发展的关键因素之一。需要加强基础研究，探索低碳环保材料、节能技术等领域的创新，并将创新成果应用于实际建筑项目中。此外，还需加强相关技术的标准化、认证和推广，以确保低碳建筑的安全性和可靠性。例如，可以建立低碳建筑技术创新联盟，促进学术界、企业和政府的合作，共同推动低碳建筑技术的创新与应用。

3.3 加强人才培养

人才是推动城市低碳建筑发展的重要资源之一。需要加强人才培训和教育，提高从业者的专业水平和技能素质。同时，还应该鼓励高校开设低碳建筑专业，培养更多的低碳建筑人才。例如，可以为从事低碳建筑领域的从业者提供职业技能培训和认证，以不断提升其专业水平和竞争力。

3.4 推广低碳建筑示范项目

低碳建筑示范项目是推广低碳建筑理念和技术的有效手段。政府可以牵头或参与低碳建筑示范项目的建设，以提高市场对低碳建筑的认知度和接受度。例如，可以建立低碳建筑示范园区或社区，在实践中验证低碳建筑的可行性和效果，并通过宣传推广，提高公众对低碳建筑的认知度和信心。建立低碳建筑产业联盟、技术合作联盟等组织，促进低碳建筑领域的技术创新和产业协同。此外，可以开展低碳建筑标准制定、技术交流、市场推广等合作项目，推进低碳建筑产业链的协调和发展[4]。

3.5 强化管理和监督

政府和建筑业形成合力是低碳建筑管理与监督的有力保障。加强低碳建筑的管理和监督，提高低碳建筑的设计、建造、使用和维护质量，降低低碳建筑的运营成本和能源消耗。例如，可以制定低碳建筑的标准和规范，加强对低碳建筑的监督和检查，对不符合要求的低碳建筑项目进行处罚和整改。此外还可以建立低碳建筑运营管理平台，实现低碳建筑的信息化管理和监测，提高低碳建筑的运营效率和管理水平。

4 利用城市规划设计实现低碳建筑可持续发展的具体措施

城市低碳建筑是目前推进城市可持续发展的一个关键领域。在城市化的进程中，低碳建筑和城市规划设计成为关注的焦点。然而，城市规划设计方面存在许多问题，这些问题制约了现代城市低碳建筑的可持续发展。为了解决这些问题，需要采取一系列具体的措施来推进城市低碳建筑的可持续发展。

4.1 全生命周期管理

全生命周期管理是指将建筑的整个生命周期（包括建筑材料采购、施工阶段、使用阶段和拆除处理）作为一个系统进行综合管理，通过科学的方法和技术手段，最大限度地减少建筑对环境的影响，实现低碳、环保的建筑目标。如果仅关注使用阶段的能源消耗，就会忽视其他阶段的资源浪费和污染物排放[5]。而全生命周期管理能够从根本上解决传统建筑节能措施存在的问题。

全生命周期管理是指将建筑物从设计、建造、使用到拆除的整个生命周期纳入考虑，综合分析各个阶段的成本、效益和环境影响等因素，最大程度地实现建筑的可持续性。全生命周期管理方案包括以下几个方面：

（1） 绿色设计。在设计阶段，采用符合环保标准的材料和技术，减少对自然环境的破坏，降低建筑能耗和使用成本。优先选用绿色环保的材料，尽量避免使用有毒有害材料，同时考虑材料的可循环性和可再生性。

（2） 建造阶段的管理。控制施工过程中的噪声、污染和浪费，并采取可持续的建筑材料和技术，最大限度地减少材料和能源的浪费，同时降低施工噪音和粉尘对周围环境的影响。

（3） 使用阶段的监测。对建筑的能耗、室内环境质量、维护成本等指标进行监测和调整，以保持建筑的高效性和舒适性。运用节能措施和可再生能源技术，最大限度地减少建筑能耗，提高建筑使用效率。同时，加强室内环境管理，保证居住者的健康和舒适。

（4） 拆除阶段的处理。在建筑拆除和处理过程中，采用可循环利用方案和有害物质处理技术，最大限度地减少对环境的污染。

4.2 城市设计、规划中低碳建筑的应用

城市建筑对全球能源消耗和温室气体排放量的贡献越来越大，成为当前全球性的环境问题。因此，降低能源消耗和减少污染物排放，已成为城市可持续发展亟待解决的问题。低碳建筑是指采用节能、环保和可持续的设计理念，减少建筑在全生命周期内对环境的影响，达到节能减排、资源回收与利用和环境保护等目的。因此，城市设计和城市规划是实现低碳建筑发展的重要途径。

4.2.1 城市设计中的低碳建筑

城市设计是通过规划和建设城市基础设施来塑造城市形态和风貌的过程。在城市设计中，可以从以下几个方面引入低碳建筑：

（1） 绿化空间。通过增加城市公园、花园、绿化带等绿化空间，提高城市植被覆盖率，降低城市气温，减轻城市热岛效应，改善城市环境质量。

（2） 智能化系统。通过建立智能化城市管理系统，实现城市的智能化、信息化管理，对城市资源进行精细化分配和管理，提高城市资源的利用率和效率。例如，在城市公共交通中引入智能化调度和管理系统，可以提高公交车辆的运行效率，减少能源消耗和污染物排放[6]。

（3） 新能源利用。通过建设太阳能、地热能、风力发电等新能源设施，为城市提供可靠的清洁能源。例如，在城市道路上设置太阳能充电站，可以为电动汽车提供清洁能源，促进低碳交通的发展。

（4） 低碳交通。倡导居民利用公共交通、步行、自行车等绿色出行方式，以减轻城市交通压力和减少尾气排放。例如，在城市规划中加强自行车道和步行道的建设，同时优化公共交通线路和服务，可以促进低碳出行方式的发展，减少城市交通拥堵和空气污染。

4.2.2 城市规划中的低碳建筑

城市规划通过对城市产业、经济、社会和环境进行分析和研究，制定出合理的城市发展方案，实现城市的可持续发展。在城市规划中，可以从以下几个方面引入低碳建筑：

（1） 低碳标准。制定低碳建筑标准，促进建筑业使用低碳技术和绿色材料，提高建筑能源利用效率和环保水平。例如，在城市规划中加强建筑节能设计和使用绿色材料等措施，可以降低建筑的能源消耗和环境污染。

（2） 公共服务设施。在城市规划中加强公共交通系统的建设和改善，例如，引入电动巴士、轨道交通等低碳交通方式，同时扩大公共自行车租赁点的数量和分布，鼓励居民绿色出行。

（3） 城市用地规划。优化城市用地规划，合理分配公共资源，减少城市能源消耗和排放量，实现资源的节约和环境的保护 。在城市用地规划中，需要充分考虑各种因素，包括人口密度、城市功能布局、交通状况、自然环境等，达到最优的城市发展效果。

（4） 城市绿化。通过城市绿化规划，增加城市绿地和公园的数量和质量，建设城市森林和湿地等自然景观，提高城市植被覆盖率，并有效降低城市气温和减轻城市热岛效应。同时，城市绿化还能够吸收空气中的污染物和噪音，改善城市环境质量。在城市绿化中，需要选用适宜的绿化植物和管理技术，合理利用水资源和土壤，保护生态环境[5]。

4.3 采用基于模糊数学和层次分析法的评价模型

随着全球气候变化和能源危机的加剧，低碳建筑作为实现可持续发展的重要手段备受关注。低碳建筑不仅可以降低能源消耗和污染物排放，还可以提高室内环境质量和使用效益。然而，在实际应用中，如何评价低碳建筑的效果和成本，制定适合城市的低碳建筑政策，依然是一个重要的问题。

传统的建筑评价方法通常只考虑单一指标，如建筑能耗或室内环境质量等，忽略了不同指标之间的相互影响和权衡。为了在城市设计和规划中更好地引入低碳建筑，需要制定科学的评价模型，对不同的低碳建筑政策和措施进行综合评估。因此，采用系统思维方法，将建筑能耗、室内环境质量、使用成本等多个指标纳入考虑范围，提出一种基于模糊数学和层次分析法的评价模型，以辅助决策者制定适合城市的低碳建筑政策。

4.3.1 模糊数学方法

模糊数学是一种用于处理不确定性和模糊性问题的数学方法，可以将不确定问题转化为可计算的问题。将各项指标进行模糊化处理，以克服数据的不确定性和模糊性，得出各项指标的权重和得分。具体来说，首先将每个指标分为若干个模糊集合；然后对每个模糊集合赋予隶属度，描述其在一个连续范围内的存在程度；最后通过模糊数学方法计算各项指标的权重和得分。

4.3.2 层次分析法

层次分析法是一种多准则决策分析方法，可以将复杂问题进行层次化分解，从而找出最优方案。首先，建立低碳建筑评价模型的层次结构，包括目标层、准则层和方案层。然后，在目标层中，设定低碳建筑的总体目标；在准则层中，将建筑能耗、室内环境质量、使用成本等指标作为判断准则；在方案层中，列举不同的低碳建筑方案。在每个层次中，采用专家调查法或问卷调查法对各元素之间的重要性进行两两比较，得出两者之间的权重。最后，根据各指标的权重和得分，综合评估不同低碳建筑方案的效果和成本，并选择最优方案。

4.3.3 某住宅小区低碳建筑方案的评价

为了验证基于模糊数学和层次分析法的评价模型的实际应用效果，以某住宅小区为例，对不同的低碳建筑方案进行评价。列举了3 种不同的低碳建筑方案：A 方案采用传统墙体结构，但在门窗、隔热等方面加强节能措施；B 方案采用新型墙体结构，但在其他方面与A 方案相同；C 方案综合考虑各项指标，采用最先进的节能、环保和可持续设计理念和技术手段。

通过将各项指标进行模糊化处理，并采用层次分析法求出各项指标的权重和得分，得出3 种低碳建筑方案的综合得分情况，见表1。

表1 3种低碳建筑方案的综合得分情况Tab.1 Comprehensive score table of 3 low-carbon building schemes

根据综合得分可知，C 方案是最优的低碳建筑方案。该方案采用最先进的节能、环保和可持续设计理念和技术手段，不仅在建筑能耗、室内环境质量和使用成本等方面表现出色，还能够实现可持续发展的目标。通过对3 种不同的低碳建筑方案进行综合评价，得出最优方案。综上所述，基于模糊数学和层次分析法的评价模型可以促进低碳建筑的发展和推广，在城市规划和设计中发挥重要的作用，为实现城市可持续发展做出贡献[6]。

4.4 政府、企业和社会合作共同推动发展

城市规划可以从整体上规划和设计城市的发展方向，并促进低碳建筑的推广与普及；评价模型则可以对各项指标进行综合评估，为决策者提供科学的判断依据，以实现低碳建筑的可持续发展[6]。然而，要实现现代城市低碳建筑的可持续发展还需要政府、企业和社会各方的共同努力。政府应加大对低碳建筑技术的支持力度，制定更为明确的低碳建筑政策法规；企业应积极引入创新技术和材料，推动低碳建筑市场化发展；社会公众则应提高低碳意识和环保意识，从个人和家庭层面上贡献力量。现代城市低碳建筑的可持续发展还需要其他领域的协同配合。例如，在能源、交通、水资源等方面也需要加强管理和规划，以达到全面降低城市环境负荷和促进生态环保的目的。还可以采用技术手段来推进城市低碳建筑的可持续发展，利用先进的建筑模拟软件对建筑进行能耗分析和模拟，详细评估建筑设计方案的能效性能；在建筑实际运行过程中，也可以采用智能监控系统实时监测建筑能源消耗情况，从而及时发现和解决能源浪费问题；利用新材料和新技术来提高建筑的能效和环保性能，降低碳排放和能源消耗，例如，采用太阳能、地源热泵等可再生能源，或者采用节能材料和设备来提高建筑的能效。此外，要促进低碳建筑的可持续发展，还需要深化国际合作和知识共享，推动世界范围内低碳技术和理念的传播和普及。

5 现代城市低碳建筑可持续发展前景展望

5.1 继续强化政策支持

政府在支持低碳建筑发展方面已经采取了一系列政策措施和法规，如《建筑节能管理条例》、《建筑节能施工技术规范》等。未来，政府将进一步加大财政和贷款等方面的支持力度，鼓励企业和居民积极参与低碳建筑的开发和应用。同时，政府还将推动相关标准的制定和落实，以提高低碳建筑标准的执行水平，规范市场发展。这些举措有助于促进低碳建筑市场化发展，推进绿色经济和可持续发展，并提升社会福利和环境质量。

5.2 不断推动技术创新

低碳建筑需要不断引入新材料、新技术，以实现能源效率的提高和碳排放的降低。未来，随着技术的不断成熟，智能控制系统、建筑能源存储技术等将逐步成为低碳建筑的标配。同时，低碳建筑还将通过新材料、新技术的引入，实现建筑自身材料和能源的循环利用。

5.3 市场需求和社会认可

随着人们环保意识的提高，低碳建筑的市场需求和社会认可度将越来越高。尤其是在大城市中，由于环境污染和生活质量问题，低碳建筑将会成为大众生活的必需品。此外，建筑业也逐渐意识到低碳建筑的重要性，越来越多地选择低碳建筑技术和材料，这将进一步推动低碳建筑的发展。

5.4 加速推进低碳建筑的市场化

低碳建筑技术的成熟和市场需求的提高将加速推进低碳建筑的市场化。未来，低碳建筑将逐渐走出政策补贴的依赖，成为一个具有竞争力的市场，并且低碳建筑产业链的形成也将进一步推动低碳建筑的市场化。这将带动建筑材料、设备、服务等行业的升级和发展，形成新的产业链条和产业生态系统。

5.5 低碳建筑的国际化发展

低碳建筑已成为全球范围内的环保潮流和未来绿色发展方向，我国将与国际社会共同迈向低碳建筑的发展道路，充分发挥自身优势，为全球环境保护做出贡献。同时，低碳建筑的国际化也将带来更多的国际化标准和经验，对我国低碳建筑的发展将起到积极的促进作用[7]。

6 结语

随着新技术、新材料和新模式的不断涌现，低碳建筑的设计、建造和使用技术也在不断创新和发展。低碳建筑是我国建筑产业转型升级的必然选择，是实现可持续发展的重要手段。因此，应加大政策支持、技术研发和市场开发力度，推广低碳建筑标准和理念，提高低碳建筑的设计、建造和使用水平。只有坚定不移地推进低碳建筑产业的发展，才能在建筑产业转型升级的过程中实现经济、环境和社会的可持续发展。

总之，现代城市低碳建筑的可持续发展是一个复杂的系统工程，需要政府、企业、社会各方共同参与和努力。通过城市规划与评价模型的有机结合，可以为低碳建筑的实现提供科学的分析方法和决策依据，为城市可持续发展打下坚实的基础。相信在不久的将来，低碳建筑将成为城市建设和发展的主流趋势，助力城市实现经济、环境和社会的协调发展。