全国低碳日 | 基于低碳城市理念的城市更新设计策略研究

导读

6月15日是2022年“全国低碳日”，今年的主题是“落实‘双碳’行动，共建美丽家园”。为响应主题，本期特别推送《基于低碳城市理念的城市更新设计策略研究——以深圳市粤斯特工业区更新规划为例》。

本文以深圳市粤斯特工业区的城市更新规划为例，研究城市更新中的低碳设计方式，研究切实可行的低碳设计策略，通过低碳城市更新设计实现“低碳城市”。

本文字数：5716字

阅读时间：18分钟

 

作者 | 春明阳，董恬，胡鹏，徐祺杰

深圳市城市规划设计研究院有限公司

当前，我国气候问题凸显、资源枯竭，生态环境问题成了制约我国可持续发展的主要问题。另一方面，实现低碳绿色发展是我国生态文明建设的重要任务。我国力争2030年实现“碳达峰”，2060年实现“碳中和”，为实现这一目标，城市必须做到低碳可持续发展。城市作为我国温室气体排放的主要区域，如何建设“低碳城市”是城乡规划学科需要探索研究的内容。

随着我国城镇化率增长的逐渐放缓，城市建成区的低碳化改造是实现“低碳城市”的主要手段，具有低碳城市理念和低碳设计手段的城市更新是城市建成区低碳化改造的重要方式。城市更新最初是对城市建成区空间美化、功能合理化和人性化的再塑造，当前更应该满足城市低碳发展的需求，进行低碳更新设计。深圳市作为全国城市更新探索的先行区积累了较多相关研究经验，本文以深圳市粤斯特工业区的城市更新规划为例，研究城市更新中的低碳设计方式，研究切实可行的低碳设计策略，通过低碳城市更新设计实现“低碳城市”。

关键词

低碳城市，低碳城市更新，低碳设计策略，工业区更新

01

研究背景

城市的发展伴随着各种各样的理念，引导城市的发展建设主题和任务，低碳城市是当前城市发展的重要理念^[1]。《中国低碳生态城市发展报告2020》指出在生态文明建设的观念转型下，低碳城市需要做到节能减排、生态友好、构建城市韧性、营造健康的微气候环境，是生态文明建设的重要手段。“低碳城市试点”是我国实现低碳转型发展的重要举措，低碳城市建设是“十四五”期间的重要任务。住建部在全国范围内探索推广低碳省区、低碳生态城市、低碳生态区、低碳生态社区，从不同区域层面探索低碳建设的方式。宏观层面主要规划低碳系统、明确低碳任务目标、确立低碳测算方法等进行低碳目标的明确和任务的确定；实际操作层面则需要从设计、建设工作中落实低碳理念，保障设计和建设的全过程节约资源、生态环境友好、建筑可持续低碳运营等^[2-3]。

城市更新本质上是对城市空间的再次塑造，这类建设活动大部分情况下需要拆除重建，更新后的城市空间提升了空间的容量，也会对所在区域的城市系统承载负荷造成影响，增大能源物质的消耗。城市更新需要具有低碳理念和设计策略，在城市更新中探索、落实低碳设计策略，实现城市空间、建筑的可持续低碳是落实“低碳城市”的重要途径^[4]。

02

低碳城市更新设计

“低碳城市”的本质是排放更少的二氧化碳等温室气体，消耗更少的资源，并加大对可再生资源的利用，低碳城市更新的本质和目的就是要落实这一原则。首先，低碳城市更新要树立低碳设计原则及设计策略，既要确定空间的低碳建设方式，也要引导区域内的低碳可持续的运营方式，同时保证整个更新过程中的能量消耗低、环境污染低。城市更新中的低碳设计要研究各类型可实施的低碳技术，降低城市空间对能源的消耗。低碳城市更新包含低碳绿色建筑设计、低影响海绵城市设计、低碳市政系统等具体技术，考虑带动区域城市系统，使得区域城市系统通过城市更新而低碳运转^[5]。

具体的低碳手段偏重技术，需要与城市空间相衔接。此外城市更新如何落实低碳理念，使用怎样的低碳策略，还需要考虑城市更新这一城市规划活动的特殊性^[6]。本文以深圳市粤斯特工业区城市更新规划为例，通过研究，总结城市更新中的切实可行的低碳设计策略。

03

研究区域的基本情况

研究区域位于深圳市龙岗区国际低碳城中心区域，是深圳市探索城市低碳发展的重点区域^[6]，用地面积约1.8公顷，现状为一类工业用地。现状建筑主要为工业厂房、宿舍以及办公楼，建筑较为破旧，容积率较低，经营运转的能源消耗较大，现状情况如图1所示。

图1  粤斯特工业区现状图

粤斯特工业区的现状土地利用率低，建筑功能无法满足企业的研发需求。希望通过城市更新满足企业对建筑功能的需求，从加工制造转型为以研发为主的低污染高新技术企业。更新后可以发挥土地利用价值，并落实区域的低碳发展要求。粤斯特工业区的城市更新无论是从内在需求还是外在要求都需要考虑低碳设计。

04

城市更新低碳设计策略研究

城市更新的低碳设计策略研究首先要从规划流程入手。深圳市的城市更新以城市更新单元规划为主，这类规划从计划阶段到规划阶段涉及的专业较多，一般包括用地规划、建筑设计、市政规划、交通规划、海绵城市设计、建筑物理环境研究、生态环境研究等方面。各个专业在城市更新中都可以发挥低碳效应，共同促进整个更新活动的低碳性^[7]。

图2 低碳城市更新构成图

本研究考虑研究范围自身情况确定可落实的低碳设计内容，主要包含低碳交通设计、微气候物理环境设计、绿色建筑设计、绿化体系与海绵设施设计、建筑废弃物循环利用,如图3所示^[8]。

图3 低碳设计思路分析图

4.1 低碳交通设计策略

低碳交通是低碳城市更新重要的设计策略。粤斯特工业区更新后建筑量增加较大，项目用地内人员将数倍增长，更新后最明显的变化是交通需求量增大，因此必须对交通系统进行低碳设计规划。低碳交通设计的核心是注重公共交通，鼓励慢行出行，给区域内的慢行和公共交通提供支持。片区更新规划独立的自行车道，与整个区域的自行车道系统衔接。规划宽1.5米的独立自行车与自行车停车区，形成独立完善的自行车交通系统。规划行人友好的慢行交通体系，慢行系统联系区域公园绿地、公共开放空间，构建公园+步行街区+林荫步道具有活力的连续慢行系统（图4）。沿着慢行系统规划设计风雨廊道、骑楼，形成人性化的步行空间，给与行人更好的慢行体验。

图4  绿色慢行交通分析图

通过自行车道、步行空间的设计，鼓励更多行人采用慢行出行方式，减少对机动车的依赖，是实现低碳交通的重要环节。此外通过设立公共交通停泊站，预留机动车充电桩，形成完善的低碳交通系统。另一方面，通过用地和建筑功能的复合设计，规划宿舍、小型商业、医疗服务设施、社区活动空间等功能，满足办公研发人员的部分需求，减少不必要的交通出行，达到低碳交通的目的。

4.2 微气候环境设计策略

城市更新过程中应当采取有效的措施来营造良好的微气候环境，促进公共空间舒适的微气候环境，减少维持微气候环境的能源消耗。研究区域更新后场地的建筑由原来的工业厂房更新为研发办公、无污染厂房、配套宿舍。建筑高度、建筑体量提升，场地的微气候环境完全变化，大体量的建筑会对区域微气候造成影响，需增加能源消耗来维持舒适的微气候环境，如为了通风和降温可能产生更多的电能消耗。因此，研究对建筑组合的形式以及公共空间的布局形式进行分析，以营造区域内较好的微气候环境（图5）。通过对建筑组团及公共空间的模拟分析，保证区域内良好的微气候环境，缓解湿热、保证通风、减少公共开放空间阳光直射，促进节能减碳。

图5 室外微气候环境分析图

建筑的组团布局形式对于地块的微气候环境以及公共空间品质影响极大，所以在建筑的布局组团方式要进行测试模拟，通过推演，保证建筑内的采光通风，保证场地的风速、风压符合要求，降低建筑因采光、通风对电能的消耗。通过对建筑以及公共空间布局的风环境模拟、日照模拟、地热辐射模拟，营造良好的微气候环境，达到低碳的目的。

4.2.1 风环境评估，被动减碳

通过对场地风环境的模拟评估，保证场地的自然通风，减少热量的聚集，增加建筑和场地被动降温的可能，达到节能减碳的目的。

更新过程中采用计算流体力学（CFD）对自然通风模拟，模拟区域夏季室外场地1.5m处部分区域最大风速小于5.0m/s，平均风速为2.77m/s，场地出现少量旋涡与无风区，满足室外活动，可以营造良好的微气候环境，如图6所示。

图6 室外风环境模拟分析图

4.2.2 增加场地遮阳率，保证户外的热舒适性

深圳地处亚热带，全年日照较长，夏季户外热舒适性较差，适当的遮阳降低户外活动场地的热辐射，避免为维护活动空间舒适性的能源消耗。更新过程中对深圳市大寒日8:00-16:00进行日照分析，更新范围内建筑的朝向较好，分析得出建筑满足日照时长要求，对周围已建建筑的日照无影响，场地内可以形成较好的公共遮阳环境，如图7所示。

图7 室外风光境模拟分析图

4.2.3 降低场地热辐射

在热辐射方面，结合热辐射分析，更新过程中选取适宜的建筑材料降低热负荷。由分析结果可以得知，项目场地日辐射量小于北纬20°地区建筑的日辐射量。从辐射分布角度分析可得知，建筑周边辐射量较大，由于建筑群的彼此遮挡，项目内部活动场地辐射量有大幅度下降。中间活动场地尤其是公共活动场地部分太阳辐射较低，如图8所示。

通过分析，项目场地铺装及屋面采用太阳辐射反射系数不小于0.4的材料，建筑外立面可采用浅色饰面材料，墙面太阳辐射吸收率小于0.6。在建筑空旷部分，如绿地及中间人行空间栽植乔木，降低热岛强度的同时不会影响场地通风。

图8室外热辐射模拟分析图

4.3 绿色建筑设计策略

城市更新的核心是建筑的更新，要做到低碳城市更新并达到低碳城市的目的，就要做到低碳绿色建筑设计建造。规划设计必须对建筑设计做出引导和限制。绿色建筑设计是保证低碳城市更新的关键，建筑要达到绿色建筑标准^[9]。对建筑的表皮、垂直绿化、建筑配套系统、装修材料要进行引导要求，尝试被动式节能建筑的可能性，建筑整体节能效果需要达到国家绿色建筑二星级标准。

研究区域的夏季较漫长，强烈的日照对建筑的玻璃幕墙热辐射较大，可以通过垂直绿化减少阳光对建筑的直射，减少场地的漫反射。在植物配置方面采用爬藤植物，地面采用灌木、矮木，将绿化引入室内及各个楼层垂直立面，达到遮阳降温节能的效果。立体绿化可以改善立面日照和景观面，减轻冷却负载以提高热舒适度。此外建筑屋面科采用屋顶绿化，提高城市绿化覆盖，减少城市热岛效应（图9）。

图9  绿色建筑设计示意图

建筑配套系统方面可采用雨水回收系统、中水利用系统、太阳能照明系统，利用自然采光以及节水节电室内配置，可以减少建筑运营的电能消耗。在建筑材料方面，采用遮阳雨篷，避免采用透明材料，可以减少太阳的直接辐射。建筑设施方面采用节能电梯、节能灯具、集中换气系统、节水洁具等降低能源的消耗，达到低碳的目的（图10）。

图10  绿色建筑配套设施

4.4 多层次绿化体系与海绵设施设计策略

绿色植物是进行碳汇的主要载体，多层次绿化体系是城市更新达到低碳的重要设计策略。当前，城市产生大量温室气体，且绿色植物相对较少，碳汇效应较差。通过城市更新给建筑以及公共空间场地赋予多层次的绿色植物，并布置各类海绵设施，是维持更新后可持续低碳的重要方式。

建筑与场地设计多层次的绿化体系，包括屋顶绿化、垂直绿化、公共空间绿化、慢行步道绿化，并布置海绵设施，汇集雨水，最大限度增加绿化覆盖面，增加区域内的碳汇效应^[10]（图10）。此外植物的配置除了注重空间体系，还要考虑植物的多样性。需要选取绿量大的植物，如乔木、灌木、藤木、花草等，形成复合的绿化层次。

图11  多层次绿化体系示意图

在海绵设施方面，设计建筑雨水回收系统、公共空间雨水花园，透水铺装采用大孔隙结构层，使得雨水下渗，在道路设施方面，通过道路透水性设计，保证雨水渗入地面，充分利用雨水。机动车道采用多孔沥青路面以及透水混凝土路面，人行道铺装透水砖，沿街绿地铺设下凹式绿地，增加雨水收集。通过绿色植物种植、布置海绵设施营造场地持续的碳汇效果，达到低碳更新的目的。

4.5 建筑废弃物循环利用策略

我国建筑物使用年限普遍较低，更新中大部分的建筑需要 “拆除重建”，建筑物的拆建会产生较多的建筑废弃物。在规划的过程中，需对建筑废弃物进行合理计算评估，统筹加以利用。

建筑施工垃圾通过合理安排工序，编制废弃物清单，原材料可以二次利用。废弃砖石、混凝土可以经过合理的工序制作成再生骨料，达到废弃物再利用的目的。对建筑物拆除过程中产生的垃圾进行分类可以加以利用。如钢材金属材料等可以直接回收利用，骨料可以制作混凝土再生砖，弃土可以进行工程回填，建设建筑材料的浪费。更新中产生的建筑废弃物通过合理计算进行循环利用，是达到建造过程中低碳的重要环节。

4.6 小结

上述研究从两个层次入手，以空间为载体进行汇碳、节能减碳设计策略分析，对建筑外部空间如交通空间、室外公共开放空间的微气候环境进行低碳设计策略的研究，对建筑本体及内部空间的绿色建筑设计、建筑绿化、海绵设施以及建筑废弃物进行低碳设计策略的研究。以上述两个层次的空间为载体分析阐述切实可行的低碳设计策略，为低碳城市更新提供借鉴。

05

结    语

在存量规划的背景下，低碳城市更新是落实“低碳城市”的重要手段。本文对“低碳城市”相关理论及当前研究情况进行分析总结，梳理“低碳城市”在各个层面的规划着力点，确定具有低碳理念和低碳设计策略的城市更新是实现“低碳城市”的重要手段。本文从城市更新的项目流程和设计特点出发确立低碳设计方式，以深圳市更新规划项目为例，研究设计策略具体内容，总结切实可行的低碳城市更新设计策略。

在全球气候变暖，极端气候问题频发，能源枯竭的背景下，低碳可持续发展已经成为日益迫切需要解决的问题。我国已明确“碳达峰”、“碳中和”时间表，“低碳城市”是城市不远的将来必须实现的愿景。在存量规划的时代，城市更新作为重要的规划手段，须强调低碳理念、研究低碳设计策略，才能使得更新后的城市低碳、可持续，才能减少城市对不可再生能源的消耗、降低温室气体的排放，城市与自然的关系才能走向和谐共生的生态文明的发展道路。

参考文献（上滑查看全部）

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[2]邱红. 以低碳为导向的城市设计策略研究[D].哈尔滨工业大学,2011.

[3]林坚,叶子君.绿色城市更新：新时代城市发展的重要方向[J].城市规划,2019,43(11):9-12.

[4]赵映辉. 城市更新规划中的低碳设计策略初探——以深圳市罗湖区木头龙小区城市更新项目为例[C]. 中国城市规划学会、重庆市人民政府.规划创新：2010中国城市规划年会论文集.中国城市规划学会、重庆市人民政府:中国城市规划学会,2010:4395-4401.

[5]周亚琦,荆万里.低碳生态视角下深圳市城市更新单元规划编制思考[J].华中建筑,2014,32(05):96-100.

[6]邢瑞彩. 深圳国际低碳城空间规划指标体系构建研究[D].哈尔滨工业大学,2013.

[7]单樑,荆万里,林姚宇.基于SMART方法的低碳生态城市规划设计实践研究——以深圳国际低碳城启动区规划为例[J].华中建筑,2013,31(09):129-133.

[8]赵映辉.城市更新规划中的低碳设计策略初探——以深圳市罗湖区木头龙小区城市更新项目为例[J].城市规划学刊,2010(S1):44-47.

[9]伍炜.低碳城市目标下的城市更新——以深圳市城市更新实践为例[J].城市规划学刊,2010(S1):19-21.

[10]黄倩. 绿色城市更新理念及其内涵初探[C]. 中国城市规划学会、重庆市人民政府.活力城乡 美好人居——2019中国城市规划年会论文集（02城市更新）.中国城市规划学会、重庆市人民政府:中国城市规划学会,2019:1767-1775.

*本文为2021中国城市规划年会论文。

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