氣候韌性導向的嚴寒地區城市設計框架——以長春市總體城市設計為例

孫澄 解文龍

過去幾十年間，由全球性氣候變化引發的不確定性風險日益加劇，城市作為復雜的社會生態系統變得更加敏感和脆弱。中國過去30年快速且粗放的城鎮化發展模式，使得城市面臨諸多嚴重的氣候災害問題，因洪澇、臺風、暴雪等災害沖擊所造成的生命財產損失、城市功能失效等災難性后果時有發生。尤其是嚴寒地區長達6個月以上的冬季①，使城市面臨更加獨特多元的氣候問題（如低溫、冷風、冰雪），為城市安全帶來更多不確定風險。氣候適應性與氣候韌性是城市科學領域應對氣候災害風險的2個重要概念。氣候適應性強調城市系統減緩和適應氣候變化的能力，目的是緩解氣候變化的慢變量（如溫室氣體、雨水徑流等）影響。而氣候韌性包含城市系統在災前為可能發生的災害做出預先準備（prepare）和規劃（plan），在災時吸收（absorb）災害并維持城市基本運轉，在災后從災害中恢復（recover）和更加成功的適應（adapt）災害的能力，強調對氣候變化慢變量與極端氣候災害的韌性綜合應對，是系統性制定應對氣候變化與災害的規劃設計政策的理論和技術支撐[1]。

縱觀既有文獻[2]，20世紀80年代，一些學者開始關注氣候韌性與城市設計工程的結合，認識到強健、適應和靈活的韌性建成環境的缺乏是城市難以應對氣候災害風險的關鍵原因[3]。進入21世紀以后，微氣候、低碳、風險應對等成為城市設計領域的重要研究主題，應用氣候韌性理論模型、評價方法等[4]的研究大量涌現。然而由于氣候韌性的復雜性和多元性，雖然一些學者開始探索韌性理念與城市設計原則的結合[5-6]，嘗試建立聯系城市形態與氣候韌性的理論框架[7]，但城市設計領域一直缺乏可操作的氣候韌性理念應用路徑和設計方法框架[8]，較難在城市物質空間形態的塑造過程中應用韌性理念。

在討論城市設計要素與氣候韌性屬性的互動影響關系基礎上，將氣候韌性問題的發現、分析和解決內容融入城市設計過程，提出一個面向實踐的、氣候韌性導向的嚴寒地區城市設計框架，并結合長春市總體城市設計項目應用，強調城市設計對氣候韌性的影響。

1 不同維度城市設計要素與氣候韌性的互動關系解析

在構建氣候韌性導向的城市設計框架之前，需要解析不同維度城市設計要素與氣候韌性之間的關系。從社會生態系統視角來看，城市設計要素分為生態、物理空間、功能和社會感知4個維度，其中跨尺度、多層級和連通性是不同維度城市設計要素的基本組織原則。從氣候韌性的屬性特征[9]來看，氣候韌性與融合度（integration）、多樣性（diversity）、冗余度（redundancy）、模塊性（modularity）、適應性（adaptive）等密切相關。為了解析城市設計要素的4個維度與氣候韌性屬性特征之間的關系，本研究主要基于Web of Science和Science Direct數據庫，選擇城市設計（urban design）、城市形態（urban form or urban morphology）作為城市設計檢索關鍵詞，選擇氣候韌性（climate resilience）、城市韌性（urban resilience）、災害韌性（disaster resilience）作為氣候韌性檢索關鍵詞，進行廣泛的交叉文獻檢索。基于對檢索到的文獻及其重要參考文獻的分類閱讀與整理分析，系統性梳理文獻中關于“城市設計要素與氣候韌性關系”方面所達成的共識性結論，以此得到氣候韌性視角下城市設計構成要素的屬性特征（圖1）。

1 氣候韌性視角下城市設計構成要素的屬性特征Urban design elements and their attributes in the perspective of climate resilience

1.1 生態維度：融合度和多樣性

山水林田湖草等生態維度要素對于氣候韌性的影響主要表現在融合度和多樣性方面。1）融合度強調自然生態系統和城市人工系統之間需要一定的融合度與連通性，保障城市系統具備利用周圍自然生態系統緩解氣候變化的慢變量（如溫室氣體、雨水徑流等）和吸收災害沖擊的能力[10]。同時，融合度也強調自然生態系統內生態廊道和斑塊之間的融合度與連通性，防止生態破碎帶來自然循環過程改變和生態服務效益下降。氣候韌性導向的城市設計在合理安排生態維度要素的過程中，需要綜合考慮生態系統內部的融合度、生態系統與人工系統之間的融合度。2）多樣性能夠最大限度增強融合度所帶來的韌性提升效果，藍綠系統組成元素的多樣性將提高城市生態系統的恢復力和響應能力，并使其不易受到某一特定元素下降或消失的影響。

1.2 物理空間維度：冗余度、模塊性和適應性

人工化物理空間要素對于韌性的干預過程體現在適度加強街區緊湊度與密度、提升物理空間單元的平災使用能力方面，冗余度、模塊性、適應性與此干預過程密切相關。相對緊湊的地區擁有更加混合多樣的功能空間、更高效快捷的交通方式，能夠減少能源和資源消耗，對于減緩氣候災害的發生更加有利[11]。然而緊湊度對于韌性的影響并非是線性增長關系，過度緊湊的地區可能會因密度過高而遭受更大的氣候災害損失，因此確定緊湊度的最佳閾值很重要，但這一過程往往較難實現，這就需要緊湊發展過程融入冗余度和模塊性目標。冗余度和模塊性能夠實現城市系統內相同或相似功能的備份與并存，通過跨時空的分散式多中心系統來分散風險，使城市對于氣候災害有更強的韌性。冗余度和模塊性引導下的緊湊型城市形態呈現多中心布局特征，其重要功能和活動集中在若干個城市中心，當氣候災害發生而影響某一城市中心的運轉情況時，其他中心能夠迅速補位，確保災害狀況下城市的正常運轉。這種模式避免了城市發展的過度緊湊和過高密度，也避免了城市的蔓延式發展，對能源的消耗更低[12]。適應性強調建筑、街道、廣場等微觀物理空間單元在設計過程中，實現從抵抗災害到適應災害的設計思維轉變[13]，提高適應氣候變化的能力和平災結合常態運轉的能力。

1.3 功能維度：多功能和靈活性

功能維度干預韌性的過程體現在優化片區內開發用地的多功能組成結構和提升留白用地的功能靈活調整能力2個方面。1）從開發用地的功能組成結構來看，單一的土地用途組成往往會帶來較高的災后恢復和適應難度，而更加混合和多功能的城市片區在氣候災害發生時，可以避免城市系統因部分功能的損壞而帶來整體性失敗，以此降低空間利用過程中的脆弱性[14]。2）從留白空間的功能靈活調整能力來看，靈活性強調城市設計對于未來不確定性的靈活適應能力。當災害突然來臨時，如果城市空間不具備功能調整的靈活性，就會導致災后恢復或適應性調整過程缺乏空間可選擇性，這就要求城市土地和空間的調配過程要適度留白。留白空間是提升城市功能靈活性的關鍵。留白空間既包括二維土地利用過程中尚未確定用途或尚未出讓的用地，也包括三維城市空間中任何空白的開敞空間，能夠在災時迅速發揮改變城市土地或空間功能的靈活性。自然資源部于2020年發布的國土空間用地分類指南中首次將“留白用地”列入24種一級類用地[15]，北京市更是明確將“提升城市韌性”作為戰略留白用地的管理目標之一。

1.4 社會感知維度：可識別性和認同感

社會感知維度是指人對于不同維度要素的感知，對于氣候韌性的影響主要表現在可識別性和認同感方面，這也是提升市民應對氣候災害能力的關鍵。1）可識別性意味著在市民的頭腦中嵌入一個清晰的城市感知意象，這有助于市民在災難發生時利用城市意象要素快速到達安全的地方[16]。2）場所認同是增強場所中的主動依戀與韌性提升行為，特別是促進居民參與場所重建過程的有效因素[17]。因此，有必要在災前加強對于城市重要文脈結構和精神元素的保護，并在災后重建過程中進行優先修復，以此保持市民對于城市的歸屬感和集體記憶，增強人主動參與災后恢復過程的能動性。

2 氣候韌性導向的嚴寒地區城市設計框架建構

中國城市設計實踐分為總體城市設計和重點地區城市設計2個層次，其中總體城市設計往往作為總體規劃專項，關注城市總體空間骨架組織安排和形象特色塑造，是對城市空間要素的宏觀調控和引導[18]。韌性導向的嚴寒地區城市設計框架是根據總體城市設計所開展的，這一綜合實踐過程更有利于實現多類型和多層次城市設計要素協同應對氣候災害的韌性。依據“發現問題—分析問題—解決問題”的基本邏輯構建氣候韌性導向的嚴寒地區城市設計框架（圖2），具體包括以下3部分。

2 氣候韌性導向的嚴寒地區城市設計框架Climate resilience oriented urban design framework

2.1 發現問題：識別嚴寒地區城市的獨特氣候問題

嚴寒地區因獨特的氣候特點面臨截然不同的氣候問題。水環境方面，嚴寒地區城市全年平均降水量不足600 mm，每年6—9月汛期降雨占全年降水量的80%，面臨旱澇同期、旱澇急轉的問題。風環境方面，嚴寒地區城市不僅亟須宏、中觀層面的風廊破除冬季霧霾問題，也需要在微觀層面注重靜風區的形成，規避冬季冷風帶來的不舒適問題。光熱環境方面，由于嚴寒地區全年有6個月以上的時間處于冬季，冬季城市熱島會為街區舒適度帶來正面效益，在進行熱環境分析時應重點識別城市中冬季熱島強度較低的區域，同時嚴寒地區城市街道的人行空間冬季極易長期積雪結冰，引發行人安全問題。生物棲息環境方面，則需要注重對于候鳥廊道的保護，避免生物多樣性降低。

2.2 分析問題：基于大數據分析工具開展氣候問題的評價與分析

在明晰嚴寒地區獨特氣候問題之后，可以借用水文敏感性評價、風環境評價、空間形態模擬與分析、生物棲息地適宜性評價等分析工具和方法進行問題分析。針對嚴寒地區氣候問題的分析過程需要兼顧共性問題和個性問題，以長春市風環境問題的分析過程為例，除了針對冬季城市邊界層霧霾問題開展常規性的風環境模擬以外，針對嚴寒地區風環境舒適度較差的共性問題，增加了人尺度舒適度的主觀調研和街區層面冬季風環境的客觀模擬，同時針對長春夏季外部新鮮氧源難以進入城市的個性問題，還單獨開展了近山地區下坡風的風環境模擬分析，以此識別各類風環境問題的產生原因，為城市設計方案制定提供應對策略。此外，因系統性流綠空間②萎縮和消失導致老城區逢雨必澇[19]，是長春市在水環境方面面臨的個性問題，為此在針對現狀雨洪問題進行常規性水文模擬分析的基礎上，針對老城區內5條已經變為暗渠的流綠空間開展未來恢復情景下的雨洪調蓄功能預測評估，為后續提出歷史性流綠空間恢復計劃提供支撐。

2.3 解決問題：氣候韌性理念導向的城市總體空間骨架組織安排

鑒于嚴寒地區在水、風、光熱、生物等環境方面的獨特氣候問題，氣候韌性導向的城市設計的核心內容包括調蓄旱澇的生態安全格局（水）、多樣連通的生物安全格局（生物）、多中心緊湊型城市形態格局（熱）、改善霧霾的多層級通風廊道格局（風）、改善冬季光環境舒適性的公共空間體系（光）。在空間要素的組織原則和組織方式方面，主要以解決嚴寒地區城市所面臨的共性和個性氣候問題為目標，依據氣候韌性導向城市設計要素的組織要點，以廊道和功能體為核心完成各維度城市設計要素的組織安排。廊道是城市的空間骨架和各功能體之間功能連通、能量傳遞、有機協作的關鍵，如長春市自然山水格局中的各級水綠廊道是確保生態斑塊之間水、生物等要素流動連通的重要載體。功能體是城市中以某一特定功能或特點為主的城市意象片區，如長春市形態格局中依據開發潛力評價識別出的緊湊集中發展片區。

3 氣候韌性導向的長春市總體城市設計實踐探索

長春市是住建部確定的首批城市設計試點城市中少有的嚴寒地區城市，本研究結合長春市總體城市設計進行氣候韌性導向的嚴寒地區城市設計框架的實踐應用，具備典型性。需要進一步說明的是，該框架主要在自然山水格局、城市形態格局和活力公共空間格局的部分設計板塊中進行了應用（圖3），并未涵蓋總體城市設計的全部內容。為此，將重點從以下5個方面闡明氣候韌性導向的嚴寒地區城市設計框架的實踐應用過程。

3 氣候韌性導向城市設計內容融入長春市總體城市設計的過程Process of integrating climate resilience oriented urban design framework into general urban design of Changchun

3.1 調蓄旱澇的生態安全格局

以多層級、多樣性和連通性為目標構建流綠廊道體系、林蔭廊道體系、綠楔公園體系和生物廊道體系，是塑造調蓄旱澇的生態安全格局的關鍵（圖4）。在設計過程中，通過梳理長春市各類生態要素的現狀情況，將其歸納為線性的自然型流綠廊道要素與半自然型林蔭廊道要素、面狀的自然型生態綠楔要素與半自然型公園要素4種類型，以此得到具備多層級和多樣性特征的現狀生態本底。再結合長春市易澇點與水文敏感區識別結果，選取地勢低洼且易澇和水文敏感區密集的區域進行生態廊道和斑塊的布局，組成具備高連通性的生態系統網絡，連接各類型和各層級生態要素，恢復并建立當地良性水文循環。

4 氣候韌性導向的自然山水格局Natural landscape pattern guided by climate resilience

生態系統高度退化的老城區則重點關注融合度的提升，通過提出5條歷史水系的生態修復計劃，提升老城區人工系統與自然生態系統的融合度。為了進一步證明提高融合度對于增強洪澇災害韌性的作用，對歷史水系恢復后的雨洪調蓄能力進行績效模擬評估，結果顯示5條歷史水系恢復后能將所在匯水分區雨水調蓄總量提高至9倍。

3.2 多樣連通的生物安全格局

長春是候鳥遷徙的重要棲息地與中轉站，但由于城市生態本底遭受嚴重損傷，其生物生境受到破壞，生態服務功能削弱，部分鳥類物種已極少在長春出現。為了構建保證多種鳥類生存與遷徙廊道需求的生物安全格局，依據“確定指示物種—根據生態習性判別物種核心棲息地（源）—建立景觀阻力面判別源間連接、輻射道及戰略點—構建生物安全格局”的方法開展研究[20]。指示物種的選擇依據“物種在生物學上有代表性、適合作為區域生物多樣性的指示物種”的原則，選取天鵝（Cygnus）、綠頭鴨（Anas platyrhynchos）、環頸雉（Phasianus colchicus）作為長春市指示物種[21]。基于阻力面分析的物種保護生態安全格局判別，是根據指示物種的空間運動規律，模擬其在生態中克服阻力進行運動的過程建立阻力面，再根據阻力面特征識別滿足多種物種棲息需求的“源”和空間連通的“廊道”，以此構建保護多樣連通的生物安全格局（圖4）。

3.3 多中心緊湊型城市形態格局

城市形態對于嚴寒地區氣候穩定至關重要，適度緊湊的城市形態能夠降低建筑物體形系數和供熱管網熱損耗率，從城市層面降低冬季供暖能耗和能源需求，降低對環境的不利影響。同時針對嚴寒地區城市冬季室外空間熱舒適性較差的問題，緊湊型發展能夠利用熱島效應提升冬季室外空間熱舒適性。為了引導城市形態的多中心緊湊發展，長春市總體城市設計利用GIS進行現狀城市形態建模，基于區位、交通、生態、文脈等因子開展多種發展情景下的城市開發潛力評價，識別最具備進行緊湊集中和高強度開發的潛力區域，并通過設立不同功能導向的緊湊集中發展片區引導城市緊湊發展（圖5）。為進一步提升冬季熱舒適性，鼓勵在緊湊集中發展片區開展系統性的冬日暖廊建設，并給出地面獨立式、空中連廊式、地下暖廊式等引導性構建模式。此外，具備冗余度的多中心城市格局能夠在氣候災害發生時，確保城市不因某一功能片區無法正常運轉而整體性崩潰。

5 氣候韌性導向的城市形態格局塑造Urban morphological system guided by climate resilience

3.4 改善霧霾的多層級通風廊道格局

為了應對嚴寒地區城市冬季霧霾和冷風問題，依據國家氣象行業標準《氣候可行性論證規范城市通風廊道》（QX/T 437—2018）中對于城市風環境評估方法、分析模型和風道規劃原則的規定，從宏觀主通風廊道、中觀次級通風廊道和微觀靜風區3個層級，通過引導和限制風道所經區域城市形態的開發建設構建通風廊道格局（圖5）?；趯祿色@取性和可操作性的考慮，選取粗糙度長度、地表覆蓋率以及綠源（green source）作為主要評估指標，并選取建筑迎風面密度作為城市風滲透性指標，開展風環境可視化模擬分析，并結合城市霧霾產生的原因和熱島強度的分布情況確定三級通風廊道格局。宏觀主通風廊道和中觀次級通風廊道是為了有效加強高空通風效果，在利用西南方向盛行風資源改善冬季霧霾問題的同時，利用東南部大黑山脈因地勢所形成的下坡風將高品質新鮮氧源引入城市。微觀層面關注因冬季冷風導致人體舒適度較差的問題，但由于人尺度的風環境受微觀層面的建筑空間形態影響較大，而微觀層面的建筑空間形態塑造不屬于總體城市設計的工作范疇，因此以提出下一層次重點地區城市設計的導引要求為主，如在進行建筑布局時鼓勵形成人行高度處風速小于1.5 m/s的靜風區等。

3.5 改善冬季光環境舒適性的公共空間體系

適應性是通過公共空間設計提升災害適應能力的關鍵。以光環境舒適性問題為例，嚴寒地區城市冬季太陽高度角較小，再加上既往城市與建筑設計規范僅關注室內日照時長要求，對于市民最經常使用的街道空間關注較少，使得嚴寒地區城市街道普遍存在因冬季長期處于陰影面而導致路面結冰，從而引發行人安全問題。通過適應性設計擴大日照面積和提升日照時長，能夠改善公共空間冬季光環境舒適性。為此，倡導在開展重點街區城市設計時應注重增加街道的陽光覆蓋面積，保障城市街道人行空間冬至日接受日照的時長不低于2 h，并基于城市設計作為形態管控工具的重要職能，提出光環境舒適性引導下的4種嚴寒地區的城市街區空間形態適應性優化模式（圖6）。

6 光環境舒適性導向的城市街區空間形態適應性優化模式Adaptive optimization modes of spatial forms of urban blocks guided by light environment comfort

4 結語

氣候變化與韌性是當前城市設計領域的重要研究議題，本研究嘗試建立城市設計與氣候韌性之間的有效聯系，從理論層面探索了氣候韌性理念融入城市設計過程的可能性。筆者所構建的氣候韌性導向的城市設計框架，是一個開放的可操作工具，未來可以根據不同城市的需求納入更多內容，也可為相關城市設計實踐提供新思路和新方法。同時，該框架在長春市總體城市設計項目中進行了初步的實證應用，具備可以不斷循證和優化的基礎。在中國城市設計中納入對氣候韌性的深度考慮，深入分析現狀氣候風險產生的原因，依據氣候韌性導向的城市設計路徑生成方案，將有利于形成具備氣候韌性的城市形態，減少氣候災害發生的可能性。

致謝(Acknowledgments)：

感謝長春市規劃和自然資源局、吉林建筑大學和長春市城鄉規劃設計研究院給予長春市總體城市設計項目的大力支持，感謝長春市總體城市設計編制團隊成員和各專題編制團隊成員所付出的辛勤努力，特此致謝。

注釋(Notes)：

① 文中嚴寒地區是指《建筑氣候區劃標準》（GB 50178—93）中的第Ⅰ建筑氣候區，該區內各二級區的典型氣候特征為冬季長達6個月以上，年日平均氣溫低于或等于5 ℃的日數大于或等于145 d。

②“流綠”代表著眾多流暢的綠色“河流”在長春市內流淌。流綠空間是自長春市建城以來一直保留至今的系統性水綠空間，承載著生物棲息與遷徙、防洪排澇、綠地公園等多種功能，是長春市有別于其他省會城市的重要特色，也是長春市在生態環境方面的重要名片。

圖片來源(Sources of Figures)：

圖1～3由作者繪制；圖4～6引自長春市總體城市設計項目、長春市水敏感性城市空間設計研究專題、基于GIS的大尺度長春市城市空間形態及其演化研究專題和長春市城市風環境評價研究專題。