基于城市生態系統視角的城市景觀基礎設施設計理論方法研究

廣州市城市規劃勘測設計研究院 陳俊仲

自19世紀以來，由于快速城市化建設發展，自然景觀逐漸被城市建設、基礎設施侵蝕和割裂，擾亂了自然系統中眾多的自然過程[1]。在全球氣候變暖、極端天氣多發的背景下，世界多數沿海城市化地區受到潮汐洪水、河流洪水等自然災害威脅。在此背景下，城市景觀基礎設施，一種將建成區和城市基礎設施與景觀生態相融合的跨學科概念，受到廣泛關注[2]。本文旨在從理解城市生態學與景觀生態學相關理論入手，嘗試理解城市生態系統的復雜性，回顧并探討城市景觀基礎設施的相關理論、設計方法和過程的可能性。

一、理解城市生態系統的復雜性

城市生態系統作為一個融合經濟、生態和社會的復雜系統，經歷不斷增長、積累、重組和更新的自適應過程，結構不斷變化，充滿不確定性[3]。城市生態系統的動態和模式需在時空維度下觀察，Meyer提出“3x3x3”的時空模型，通過三個相隔十年以上的時間維度，在宏、中、微三個地理尺度下，觀察景觀、基礎設施、建成環境三個物理層的動態來了解系統性變化，回顧、預測人類系統與自然系統間的變化與聯系[4]。另一個被廣泛接受的系統模型是非生物-生物-文化(ABC)資源模型[5]。該資源模型與景觀生態學理論觀點一致，揭示了人類發展需求引起非生物和生物系統間的相互作用。城市生態系統的動態與復雜性決定了城市景觀基礎設施成功的關鍵是將關鍵生態功能和文化功能在時空維度上結合起來[5]。

（一）城市生態學中對城市生態系統的理解

城市生態學理論是城市和生態理論的混合體，解釋了城市生態系統的行為機制。城市生態學是研究城市生態系統中人類活動與生態過程的相互作用，并探索這些相互作用如何形成多種城市生態模式[6]。理解這些模式需運用POM（Pattern-Oriented Modelling）模型方法，需要通過多個尺度觀察模式并檢驗城市生態系統的各類假設[7]。比如在時空維度上分析生態斑塊和土地鑲嵌體的結構和功能等是理解人類與生態系統相互作用的常用方法。此外，在這種自適應和非線性系統中，地方和區域的偶發事件偶爾也會引起系統適應性變化[6]。對地方和區域的偶發機會事件的分析對于理解和預測城市生態系統的后續影響與發展也尤為重要。

（二）景觀生態學中對城市生態系統的理解

近二十年來，景觀生態學已成為一門揭示景觀空間結構和動態的綜合學科，對景觀生態學的回顧有助于闡明城市景觀基礎設施的景觀生態學原則。1950年至1980年，得益于航拍發展，景觀生態學一詞首先被用來描述景觀的具體空間格局，在這一階段，景觀生態學僅指區域生態。[8]自1980年開始進入“土地鑲嵌體”階段，景觀生態學開始作為綜合學科出現，涉及棲息地破碎化、廊道連接、定量方法、異質性和邊界研究等在該階段中，福爾曼的景觀鑲嵌模型（Landscape Mosaic Model）作為典型通用模型之一定義了景觀生態學的基本三要素：斑塊、廊道和矩陣[9]。斑塊是一個相對均質的、區別于周圍環境的非線性區域，應根據斑塊的大小、數量和位置進行分析，以判斷斑塊對景觀功能的利與弊[5]。斑塊由廊道連接，廊道是一種區別于周圍環境的、線性的土地覆蓋類型，如河流、運河[9]。廊道確保景觀連通性，緩解隔離和分裂，尤指生物遷移[8]。水系廊道的生態完整性也直接決定了氣候變化引發的水文災害下的生態表現。因此，廊道應該從連通性、寬度和類型學方面進行分析。最后一類是矩陣，指一定范圍內的主要土地覆蓋類型，其具有高度的連通性和連續性，在其景觀環境中具有高度動態性[9]。除了基本三要素，景觀生態的特征主要從三個方面來定義：結構、功能和變化趨勢。景觀生態結構指上述景觀要素的空間格局。功能通過結構實現，代表動植物的運動，水、風、能源和物質的流動。變化趨勢指隨時間動態變化的結構和功能[8]。

（三）城市生態系統中的城市景觀要素的示例

表1羅列了景觀鑲嵌模型中各城市景觀要素的示例。可通過時間維度來觀察哪些人工基礎設施阻礙景觀連續性，如鐵路、公路等，阻礙生態活動并造成景觀碎片化，來分析哪些人類活動破壞生物和非生物過程，如開荒和封土。該方法也利于確定哪些景觀結構和元素需要維護或修復以恢復生態功能。這些信息有助于評估建設項目以及景觀保護計劃的必要性，為改變土地利用性質提供依據。

表1 根據景觀鑲嵌模型分類的城市景觀要素示例[5]

二、城市景觀基礎設施設計理論方法

（一）從“網絡”到“節點”

城市生態系統在空間上是網絡和節點要素在多尺度、多層次的空間組合[2]。”城市景觀基礎設施設計方法，將圍繞“網絡”和“節點”來展開：“網絡”指“流動空間”，是連接、交互和信息交換的物理結構，是在較大尺度上的區域戰略結構；“節點”指“場所空間”，是人類活動與生態過程的交互場所[10]，是在較小尺度中作為城市景觀基礎設施的組成部分，指符合景觀結構承載力的城市建設項目作為“場所空間”置入到區域結構中。

（二）網絡：作為區域戰略結構的城市景觀基礎設施

城市景觀基礎設施強調在人類主導的景觀中實現生態系統功能，作為結構化系統實現動態發展[11]。城市景觀基礎設施設計是構建景觀本身為未來創造條件的過程，而不是在景觀中添加建筑的過程，其設計強調多功能性、整合性和連通性、時序策略和跨學科等特征[2]。城市景觀基礎設施設計需要指明須維護或修復的生態系統服務，并需尊重社會需求和價值觀，滿足人的使用需求[12]。因此，城市景觀基礎設施有助于綜合實現社會、經濟和生態系統緊密交互、可持續的城市化。

城市景觀基礎設施有三個典型領域——交通、綠地和水系基礎設施[2]。第一個領域包括交通、能源供應、廢物處理和信息通信等設施。當這類設施融合科學技術、生態功能、美學和社會價值等多種功能時，可為未來城市發展創造條件，轉化為具有公共景觀功能的交通空間。第二個領域是成體系的綠地網絡，能維護生態系統價值，創造社會經濟效益。通過識別景觀特征，創建由綠地斑塊、走廊和矩陣組成的相互連接的系統。綠色景觀基礎設施對于提高建筑環境的生態功能有重要意義。最后一類指水系，在全球變暖，極端天氣多發的背景下，該領域的設計重點是防洪系統和城市排水系統。如英國的可持續排水系統（SuDs），多階段實現雨水管理。源頭強調控制和滲透，減少流入河流或排水管網的水量。中端強調預處理和輸送，指排水系統和生物沼澤系統凈化并快速排放到水道和含水層。最后是儲存，即雨水的滯留，指可淹沒空間和蓄水水體。由此看出，城市景觀基礎設施的設計是一種跨尺度的區域戰略結構設計[13]。

（三）節點：符合景觀結構承載力的城市建設項目

“節點”是城市景觀基礎設施的重要組成部分，場所空間需要依附城市景觀基礎設施結構來進行組織[2]。這些場所空間作為具體的城市建設項目，其規劃和建設過程需要充分考慮景觀結構的生態承受力，以下將簡要介紹基于景觀承載力的城市規劃設計的經典原則。

第一個經典例子是蓋迪斯的山谷斷面（The Valley Section），強調綜合考慮區域環境來安排城市建設。該模型考慮到地質和地貌特征，根據自然環境的條件在空間上對自然活動、人類活動和城市功能區進行安排。另一個經典例子是麥克哈格的《設計結合自然》。通過將生態、歷史、社會等多要素圖層疊加，總結景觀環境特征，是一種評估城市規劃符合景觀承載力的工具。該著作提供了一套經典標準評估自然系統的約束條件，和城市景觀開發的潛在影響和協同作用，評價系統包括氣候、地質、地貌、水文、土壤學、植被、野生動物和土地利用等，評估土地利用的潛在價值，根據承載能力布局城市功能與建設項目，即“網絡”中的“節點”[14]。

三、結論

城市生態系統作為復雜系統，需通過時空維度的分析了解系統動態和模式。城市生態學和景觀生態學提供了理論工具，如POM模型和Land Mosaic模型，用于解讀城市生態系統中的信息，理解建成環境與景觀之間的交互動態。城市景觀基礎設施是在時空維度下對城市生態系統的設計，以增強生態服務并提供社會功能的手段。其設計強調“流動空間”和“場所空間”，即基于景觀承載力的交通、綠色、藍色景觀基礎設施和城市規劃設計的整合。城市景觀基礎設施實踐證明單一目的、學科的規劃建設已不符合可持續發展要求，對城市生態系統進行動態、跨學科的空間干預越發重要[2]。