多维度视角下城市形态与气候韧性的关联

摘要

现今气候韧性城市受到国内外诸多学者的关注。然而，在气候韧性概念被提出前，学术文献中已出现过类似的概念，主要是用于应对城市系统的不确定性。本文通过对气候韧性概念的梳理以及对相关学术文献的分析，为城市形态与气候韧性两者之间建立起理论联系。文章从城市形态的生态、空间、功能与个体功能维度，以及城市形态与气候韧性特征相互联系的视角出发，探讨两者间的关系框架，以期从城市形态角度深入探究城市的气候韧性。

气候变化对城市的影响日益显著，一方面，城市地区的能源消耗多，温室气体排放量大，这是导致气候变化的主要原因；另一方面，人口密集的城市地区极易受到气候变化的影响，尤其是对城市中的弱势群体而言。气候变化加剧了现有的城市问题，导致城市更加脆弱。换句话说，全球气候环境变化可能会增加极端天气事件发生的频率和强度，从而对城市造成巨大影响。

因此，面对气候变化，城市需要增强其生存及复原能力。城市是一个不断发展、不断适应环境变化的复杂系统。当遇到长期压力或突发事件的冲击时，城市的社会系统可能崩溃，城市机能可能停滞。城市气候韧性这一理念的提出，目的就在于提高城市在面临多种危险时的自我调节能力，而不是防止或降低特定自然因素造成的损失。

如今，在研究城市和气候变化的文献中，“韧性”概念正逐渐被学者们关注。经常出现的术语有“气候弹性”“气候防护”“气候弹性城市” 以及“气候韧性城市”等，这些概念主要强调城市、城市群和城市居民遇到与气候相关的突发问题时能够快速从灾难中恢复。城市韧性通常指一个城市或城市群承受各种冲击和压力的能力。因此，气候变化只是城市面临的众多压力之一。

城市形态对城市韧性、防灾减灾和应对能力，以及建筑和道路运输，具有显着的影响。虽然城市的物理形态是不可变的模式，但城市形态的属性影响着城市的气候和弹性。由于人口密度过大以及城市化进程加快，高密度城市成为我国当前比较典型的城市类型。

高密度城市通常伴随着过度城市化。城市是一个复杂且多元的系统，极易受到自然灾害的冲击。然而，随着城市的有限扩张以适应人口增长，城市空间往往会变得更加密集。通过研究城市形态与气候韧性之间的联系，可以建立一个评估城市韧性的新框架，在增强城市韧性方面提出新的建设思路。

然而，制定城市气候韧性的理论框架需要适应不同的城市系统，每个城市都有其特定的情况与需求，面临的风险也是动态的，并会随着时空的改变而发生变化。城市形态要素作为城市相对稳定的物理要素，具有一定的可衡量性。本文就是基于多维度视角探究城市形态与气候韧性的理论关联，以期从城市形态的角度为气候韧性城市建设提供政策支撑。

01

 学术文献中关于城市形态与气候韧性

的理论基础

1.1  城市形态理论基础

已有的文献对城市形态的定义和分类各有不同。比如，根据组成结构，将城市形态要素主要分为两大类：建成环境和城市（交通）网络。这一宽泛的分类方式虽然涵盖了大多数的城市形态要素，但是并不适合解决城市功能中水浸的韧性等相关问题。

依据城市用地功能及特征，将城市形态要素分为五类：密度、住房 / 建筑类型、交通基础设施、布局和土地利用。根据城市不同维度，将城市形态要素分为三大类，即宏观尺度、中观尺度和微观尺度。

宏观尺度的城市形态关系到城市的整体结构、城市规模及人口分布；中观尺度的城市形态主要属性有居住区的结构和状态、交通网络及绿色空间的大小；微观尺度城市形态主要包括街道和建筑地块的大小、场地覆盖率。

以三种不同尺度将城市形态要素进行分类，可以认识到城市中不同体量的系统等级，明确理解城市形态空间要素的分布。然而，以不同尺度来给要素分类也存在不足，要素与要素之间并不是单独存在的对立关系，而是一个互相嵌套的尺度网络，彼此相互影响。

对现有的城市形态要素进行不同维度的分类，建立宏观、中观和微观多维度的城市形态体系。城市形态的宏观尺度主要描述城市的整体结构，以及城市区域网络中的用地类型和人口分布。中观尺度主要是以街区为单位，强调街区的整体结构以及开放空间、道路等要素。微观层面主要涉及建筑的具体形制以及建筑与场地的关系等。

城市形态在多维度视角下可分为宏观、中观以及微观层面，然而，城市整体具有复杂性和多样性，由于城市内部结构的复杂性，城市发展因而具有不确定性。在研究城市整体时，不少学者将城市整体看作生态系统，试图用生态学的相关理论来解释城市系统。考虑到城市的整体性，在分析城市整体的气候韧性时，将城市系统类比作生态系统。与生态系统相似，城市系统具有不确定性、适应性、脆弱性以及空间异质性。下文将分别论述气候韧性与城市系统相关特性之间的关联性。

1.2  气候韧性与城市系统的不确定性

霍林（Holling）于 20 世纪 70 年代发表的《生态系统的韧性与稳定性》（Resilience and Stability of Ecological Systems ）一文，最先提到类似气候韧性的概念。通过对类似概念的回顾发现，气候韧性概念可以根据应对风险的时间和过程分为三种类型：工程韧性、生态韧性和循环韧性。

工程韧性强调“反弹”能力，指系统在遭受风险后恢复平衡或稳定状态的能力，通常会通过既定的方案措施使系统回到稳定状态。

而生态韧性强调其内在的潜力及适应性，以及通过形式变化吸收干扰的能力 ，且在遭受风险后仍保持其功能、结构和特性。工程韧性往往是系统自身所具备的自我保护能力，在遭遇风险后往往需要外在力量的引导来“恢复” 实践。

因此，要实现城市系统的稳定性，关键在于构建城市的生态韧性，即无论是否有外部环境的干扰，系统的性质都会随着时间的推移而改变。面对城市地区气候的复杂性与极端不确定性，城市系统应具有转换风险的能力，也就是面对风险城市系统自发地更新、重组和适应的能力。然而，在现阶段的城市发展过程中，城市系统的韧性更偏向于工程韧性，通常是在遭遇风险后采取相关措施及政策来抵御气候风险造成的影响。

为抵御气候变化带来的风险，城市系统需要具备更新、重组和适应的能力。然而，城市是一个复杂且多变、功能混合的系统，具有不确定性和多样性，气候变化带来的风险同样具有不确定性。因此，在自然环境和人为活动具有不确定性的情况下，城市系统应接受相关规划政策及设计的引导，提升其应对气候变化带来的不确定性及相关风险的能力。

1.3  气候韧性与城市系统适应性与脆弱性

“适应”一词源于自然科学，指生物体为了生存和繁殖应对环境变化的不确定性而产生的行为特征。气候变化类学术文献普遍将“适应”定义为：自然或人类系统为应对实际或预期的突变气候受到影响而进行的调整行为。虽然近年来才出现关于适应气候变化的规划问题讨论，但在此之前，规划与设计类文献就已经存在适应性和灵活性等类似概念。

城市规划和设计中的适应性通常被定义为城市系统的固有物理属性，通过对城市系统的物理规划和设计来应对其不确定性。类比于自然科学中的适应性，城市规划和设计文献中的适应更侧重于城市系统应对未来未知风险的方法或措施。面对气候韧性，城市系统的适应性与脆弱性密切相关。适应能力是指城市系统适应气候变化的能力，而脆弱性是指城市系统遭受气候变化所带来的风险的程度。

通过分析城市韧性研究的相关文献，发现脆弱性和气候韧性之间有着共同点。在城市系统中，提高其适应性可以增强其对气候的抵御力，从而降低脆弱性。虽然在理论文献研究中，城市系统的气候韧性和适应性，与脆弱性之间没有明确的关联，但随着气候韧性受到学者们的关注，其他学科中的适应性与脆弱性问题也被引入气候变化研究中。

适应性与脆弱性主要强调城市系统应对气候变化所产生的风险的能力及受影响的程度。城市系统及气候变化都具有不确定性，通过相关政策或规划建议引导城市系统应对气候变化的不确定性，以提高城市应对气候风险的适应性。

1.4  气候韧性与城市系统空间异质性

异质性概念起源于生态学。城市空间异质性主要是用来解释城市中不同空间（区块、街区、用地性质）以及不同时间的差异性。构建城市系统异质性有助于增强城市气候韧性，以应对不确定的气候变化风险。城市系统具有丰富的功能分区与属性，不同的社会、经济与自然环境，构成了城市空间的异质性。城市空间异质性可以从时间和空间两个角度去理解：城市中建筑与空间的使用寿命、城市空间使用功能各不相同。

由于城市空间异质性，可将城市划分为不同模块进行更新建设。不同模块间既彼此联系又相互独立，在面临气候变化风险导致城市功能受损时，处于不同模块的功能可以避免受到影响，在一定程度上可降低气候灾害所造成的影响。

02

城市形态空间尺度下的气候韧性

在相关学术文献中，城市韧性通常被认为是城市抵御灾害或危机时的灵活性、适应性和持久性。自 20 世纪 70年代以来，城市规划相关文献或多或少都提到过“韧性城市”或其他相关概念。在回顾这些相关概念时，本文着重讨论在这些相关文献中哪些城市形态变量会对气候变化具有抵御能力。本节主要是通过对现有的城市规划文献进行分析，从宏观、中观和微观三个层面总结城市形态的指标，如表 1所示。

表1 气候韧性的城市形态影响要素分类

城市形态的宏观尺度主要是描述城市整体结构，以及城市区域网络中的用地类型和人口分布；中观尺度主要以街区为单位，强调街区的整体结构以及开放空间、道路等要素；微观层面主要涉及建筑的具体形制以及建筑与场地的关系等。下文讨论不同空间尺度下城市形态的气候韧性特征，也将分别针对这三种类型进行分析。

2.1  城市自然环境因素（宏观层面）

早在 20 世纪 90 年代，规划学者就强调了自然环境对城市系统的重要性，打破一成不变的传统城市理念，由静态的城市建筑构成和一成不变的城市化，变为更加关注当地的自然和气候。为提高城市中自然环境的适应性，有学者提出了一种城市装置，即在城市中可以通过垫层的方式，为建筑物和土地提供城市空间，随着时间的推移，这些空间的功能也随之改变，这种方式提高了城市自然环境的灵活性。这种城市的灵活性，是文献中较早提出的对城市韧性的诠释。

随后出现的“景观都市主义”理念认为，景观是城市规划中的重要组成部分。“景观都市主义”的出现，促进了城市形态中的文化建筑与自然环境的相互融合。到后现代时期，欧洲当时的城市建设原则受到人们的质疑——固定化的城市结构以及重复的建筑形式并不能体现城市文化。“景观都市主义”的出现，打破了原先僵化的城市模式。“景观都市主义”认为，景观是一种特殊的媒介，可以适应城市的复杂性以及随时间变化而产生的功能的不确定性。

麦克哈格（Michael Hager）在 20 世纪70 年代所规划的德克萨斯林地的生态战略图，为城市规划提供了新的方案：保留高渗透的土地以及带状森林，以景观作为开放的地表暴雨排水系统，有效地提升了城市的韧性。

城市生态系统的异质性源于自然景观、人文景观特征，以及人类的活动和行为。而城市生态系统具有一定的灵活性与适应性。由此可见，在气候韧性城市建设中，城市绿地、植被覆盖率是衡量气候韧性的重要指标。侧重于生态和自然环境的城市空间，具有抵御自然灾害的巨大潜力，尤其是抵御洪水和台风等自然灾害的影响。

2.2  城市用地类型及空间分布（中观层面）

城市空间分布的灵活性与适应性体现在空间的韧性规划上。城市空间气候韧性主要是通过提高建筑周边景观的灵活性来降低城市空间的脆弱性。城市建筑或道路周边环境具有一定的灵活性，主要体现在建筑或道路旁的无功能空间。当规划者在规划初期并没有赋予该土地或空间一定的职能时，使用者在后期通过行为或相关部门通过相应政策来赋予空间功能，使这些无功能空间再次被利用。正是这种具有不确定性的空间，在城市遭遇气候风险时才能够提高城市气候韧性。

因为空间的不确定性往往需要政府或相关部门引导使用者的行为，从而使空间具有抵御风险的能力。在气候变化带来风险时，该空间可作为新的功能区代替受到风险威胁的功能区。在城市建设与更新过程中，可将居住区或道路旁的不规则空间用作不确定空间。一般情况下可用作城市宅旁或道路绿地，在发生暴雨或台风时，可临时作为雨水储存装置，以应对气候变化灾害。

20 世纪 80 年代，有学者提出旧金山的社区中存在类似空间，这些空间是由不规则的街道相交形成的无功能空间，社区对其进行利用。尽管这些空间并不是设计保留的，但其具有变化性和不确定性，是开放的空间。在遭遇气候灾害或风险出现时，这些空间可以帮助执行者采取恢复行动。在面临气候变化风险时，可作为临时避难场所，或代替其他被损坏的城市功能区使用。

因此，城市开放空间的设置对气候韧性有一定的影响。城市用地类型在规划层面是一个确定的因素，一定程度上影响了城市的空间分布。但是城市空间存在许多不确定性，在城市规划中预留出一些开放空间，就是在应对未来的不确定性时，为制定风险策略留有应急避险空间。

2.3  城市建筑与周边场地因素（微观层面）

早在 20 世纪末，建筑形式与空间的开放性、灵活性就被学者所重视。然而，当时仅仅强调使用者的适应性，没有考虑气候变化带来的风险所产生的建筑适应性。规划者通常运用开放性空间或开放性设计，帮助使用者参与到规划中，进而实现空间的灵活性。从建筑灵活性到空间灵活性，整个城市系统也由此分为不同形式。城市的道路和建筑从之前长期固定的形式，发展到现在相对确定或不确定、短期待确定的形式。

这些不确定的形式为城市规划提供了新的决策时间范围，例如建筑的组成形态及其寿命，如何根据新出现的气候影响进行调整。在快速城市化的同时，也可以根据不同的建筑周期对城市的基础设施进行分类。

城市空间的灵活性主要体现在时间维度和空间形态两个方面。在应对气候变化时，可以通过调节建筑空间的使用形态（结构、材质等）及使用年限来降低其脆弱性，从而提高其适应性。因此，在气候韧性评估中，建筑形态、道路形态以及建筑寿命这些城市形态特征也尤为重要。

03

城市形态与气候韧性理论的关联性

如今，大多数城市规划与设计干预，都是基于对风险的预测来制定相应的政策及措施。然而，在现实生活中，气候变化所带来的风险可以被预测，但是基于自然环境和人类活动的城市系统处于持续的变化过程中，则不可被预测。本文基于城市系统的物理形态特征，研究其与气候韧性的相关性。

城市系统具有不确定性、适应性、脆弱性及空间异质性，与生态系统自身循环相似（图 1）。

图1 城市气候韧性的适应性循环模型

将城市系统与生态系统联系起来，生态系统适应性循环嵌套层次中的各种适应性循环可以表示生态系统的动态循环和系统不断变化的多种状态，以及时间和空间的变化关系。在生态系统循环中，适应性变化是阶段性的，由慢变量和快变量之间相互作用决定。这些循环包括四个基本阶段：更新、开发、保护和释放。

城市系统的适应性同样具有阶段性，在遭遇气候变化风险时，其功能结构及空间形态也会经历相同的阶段。然而，城市系统由于有使用者参与而具有极大的不确定性，其变化阶段也受到规划与设计的约束与激励。在生态系统中，“更新”阶段是适应风险的重要阶段。同样在城市系统中，对于城市功能与空间更新需要相关部门和规划政策的激励及引导，以应对气候变化带来的风险。

本文分析了学术文献中的城市形态与气候韧性及适应性之间的联系，进一步优化了城市形态与气候韧性的概念框架（图 2）。

图2 评估城市形态气候韧性的概念框架

城市形态代表了一个城市的物理环境以及城市的自然环境形态与特征；概念框架综合了城市形态不同空间尺度的要素，每个要素间彼此嵌套、互相影响，并存在一定程度的重合。在城市规划中，提高已建立地区和新开发地区的气候韧性，是目前气候韧性的发展趋势，而关注不同空间尺度下的城市形态要素，有助于建立城市系统循环适应能力。

气候韧性遭受的风险与灾害主要是因气候变化产生的自然灾害，如地震、泥石流、干旱、洪涝、和台风等。自然灾害与人为因素间存在某些联系。例如自然灾害可能引发人居环境的变化或城市功能的停滞。人类的行为活动和干预，也可能引起气候变化，或改变自然灾害发生的频率和强度。增强气候韧性的目的是增强城市系统的特性，如灵活性、适应性、可持续性等。

然而，要预测长期的气候变化及其对城市系统造成的影响，仍存在不确定性，时间越长，不确定性越高。由于城市化进程的加快，气候和社会的不断变化加剧了其对城市地区不确定性的影响。因此，在城市形态与气候韧性框架中强调变化的可能性，设计方法上建议为适应性循环模型建立多维度概念框架，如图 3 所示。

图3 城市形态与气候韧性的框架应用范围与功能结构

框架的理论基础兼顾了城市系统中四个相互关联的维度：生态、功能、空间和物理，这些概念同样涉及城市形态的组成要素，并增强其对气候变化的适应能力。

城市系统具有复杂性与多样性，基于此通过多维度描述城市系统的形态特征与属性，将城市形态划定为宏观、中观及微观三个层面，依据城市系统特征，将城市分为生态、物理、功能和空间四个维度。

在城市系统特征中，生态维度是指城市形态与自然环境的融合，利用自然系统来抵御自然风险。该维度可以利用城市形态的生态设计，增加生态恢复的能力，从而促进城市的气候韧性。

物理维度主要反映街道和道路网络、街区和建筑物的物理特征，利用空间异质性和空间潜力进行区域改造，从而增强气候韧性。异质性强调区域与区域间的独立性，因此不管哪一个区域遭受风险导致瘫痪，其他部分不受影响。

功能维度包括土地使用的计划活动与非计划活动，是通过增强空间的多样性来改变城市形态的功能，进而提升气候韧性。空间维度侧重于城市形态布局模式和规划异质性，例如通过土地覆盖分类规划来减少城市地区不透水表面面积，降低气候变化带来的影响。

总体而言，在应用拟议的概念框架来评估城市形态与气候韧性时，需要多维度同时结合时间和空间的变化来整体评判。本文基于现有文献，通过分析和归纳总结，得到一套城市形态与气候韧性的概念评估框架。然而，针对该框架的后续应用，还需对框架中不同维度及特性间的相互关系作进一步的研究。

04

结论

现阶段我国城市化进程仍在持续，人口和资源会进一步集中于城市地区，城市系统的可持续性和适应性问题将逐渐被研究者和规划实践者重视。然而，要实现城市气候韧性，关注城市系统的复杂性和多维度因素至关重要。为适应气候变化，通过对气候的预测并制定相关政策来提高城市韧性固然可取，但城市系统的内在形态与功能特征的锁定效应，比气候模型预测的时间更长。

本文将城市系统类比于生态系统，利用生态学理论解释城市系统与气候韧性的关联性，并结合多维度视角下城市系统中固有的城市形态要素，进一步分析城市形态与气候韧性的关联性。通过对相关学术文献的梳理发现，通过更新城市形态的空间使用及功能特性，能够在一定程度上实现城市系统应对气候变化带来的影响，并最终实现城市气候韧性。

本文通过对相关学术文献的回顾，拟议一套城市形态下的气候韧性概念框架，以便规划相关人员衡量和提高城市气候韧性，促进城市适应性发展。同时在城市空间尺度下分别从宏观、中观和微观三个层面，以及生态、功能、空间和物理四个维度，衡量城市气候韧性，拟议一个全面灵活的框架，以期为现阶段的城市规划建设与城市更新提供新的参考。

本文提出城市形态要素可直接或间接地影响城市气候韧性，并拟议相关概念框架，为研究城市长期适应性战略及其影响因子提供参考，以期为城市规划与建设提供气候韧性与可持续发展的新思路。值得注意的是，在学术文献中，该领域的研究仍处于起步阶段，后续需要更多的理论与实证研究来为更深入地探究城市形态与气候韧性之间的关联性提供支撑。

作者

李可欣  澳门城市大学创新设计学院城市规划与设计硕士项目硕士研究生 

李超骕  香港科技大学（广州）城市治理与设计学域助理教授（通讯作者）

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