利用城市規劃設計實現低碳建筑可持續發展

王紅兵

（黃岡職業技術學院 建筑學院，湖北 黃岡 438002）

0 引言

據國際能源署報告顯示，全球城市消耗的能源占總能源消耗的75%,而新興經濟體城市的能源消耗增長則占到全球城市能源消耗增長的90%。城市建筑是主要的能源消耗領域之一，全球建筑物能源消耗占所有終端能源消耗的40%左右，其中城市建筑能源消耗占比約70%。此外，城市建筑的碳排放量非常大，被認為是全球溫室氣體排放的重要來源。

低碳建筑已成為推進城市可持續發展的重要手段，在該領域，國內外學者的研究涵蓋了多個方面。建筑材料方面，一些學者提出采用生態環保的建筑材料，例如竹子、草木纖維等，以減少建筑對環境的影響；還有學者則從傳統建筑材料的角度出發，利用土壤、稻草、石灰等環保材料進行研究。在建筑能源利用方面，有學者提出了采用太陽能、風能、地熱能等可再生能源，以降低建筑能耗；也有學者們致力于優化建筑結構和功能區布局，通過被動式設計實現節能減排。在室內環境質量方面，學者們認識到設計的核心不僅是如何降低能耗，還應關注居住者的舒適度與健康。一些學者提出了以人為本的設計理念，加強空氣質量、光照質量、噪音控制等方面的研究。在城市規劃方面，一些學者提出了采用城市規劃理念，通過綠色基礎設施、智能交通等手段實現城市低碳化；也有學者強調將建筑與城市的聯系作為研究重點，探討低碳建筑如何通過城市設計、城市規劃等手段與城市相互作用，實現整體可持續發展。

需要指出的是，以往的研究在實踐中仍存在一定限制，如未綜合性考慮建筑生命周期、建筑與城市之間的相互影響等。因此，本文將從生命周期角度出發，綜合考慮建筑材料、施工過程、使用階段及拆除處理等環節，提出低碳建筑的全生命周期管理方案。同時，采用系統思維方法，將建筑能耗、室內環境質量、使用成本等多個指標納入考慮范圍，提出一種基于模糊數學和層次分析法的評價模型，以輔助決策者制定適合城市的低碳建筑政策。這些創新點將為推動低碳建筑發展提供理論支持和實踐指導。

1 低碳建筑可持續發展的長遠意義

隨著全球對可持續發展的重視，現代城市低碳建筑得到了廣泛推廣和應用。目前，全球低碳建筑面積已經超過50 億㎡，預計到2050 年，低碳建筑面積將會達到220 億㎡，占全球總建筑面積的60%以上。現代城市低碳建筑的發展現狀表明，低碳建筑已經成為建筑業發展的必然趨勢。政府、企業、市場和技術都在不斷推動低碳建筑行業的發展，隨著技術的不斷進步和應用，低碳建筑的市場需求將會進一步增長，這將為低碳建筑行業的可持續發展提供更加廣闊的空間。

1.1 保護環境

現代城市低碳建筑采用節能技術，利用可再生能源等手段，可以有效降低能源消耗和碳排放，減輕全球氣候變化的影響，促進環境保護和生態平衡。同時，低碳建筑還可以減少水資源浪費、降低空氣污染等，對于改善城市環境質量也具有積極作用[1]。

1.2 節約資源

現代城市低碳建筑采用節能、節水、節材等多種措施，可以大幅度降低能源和資源的消耗，實現可持續發展。通過推廣和應用低碳建筑，可以有效解決能源短缺、資源緊張等問題，為社會經濟的可持續發展提供更加穩定的基礎支撐。

1.3 改善人們生活質量

現代城市低碳建筑注重舒適性、健康性、安全性、美觀性等因素，可以為居民提供更加優質的生活環境。例如，采用更好的隔音、隔熱技術，以及更為人性化的設計，來改善室內環境，提高居住舒適度。同時，低碳建筑還可以促進社區建設與文化傳承，提升城市文明程度和居民滿意度[2]。

1.4 促進經濟發展

現代城市低碳建筑具有創新性、科技含量高等特點，可以促進產業結構調整，推動經濟轉型和創新發展。在低碳建筑領域的投資和研究也將帶動相關產業鏈的發展，如節能材料生產、太陽能光伏產業等，形成更加完備的產業體系和就業機會。

2 國內外研究進展

國際上關于城市低碳建筑的研究主要集中在以下幾個方面：① 低碳建筑標準。歐盟、美國、日本等地均制定了相應的低碳建筑標準，為低碳建筑的實踐提供了規范性指導。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、稻殼、甘蔗渣等，從而減少對環境的影響。③ 低碳建筑技術。其包括高效隔熱、高效節能、智能化控制等技術，可提高建筑的能源利用效率和舒適性。④ 低碳城市規劃。將低碳建筑與城市規劃相結合，通過優化城市布局、建設公共交通等方式，最大限度地降低城市能源消耗和碳排放量。

國內關于城市低碳建筑的研究主要集中在以下幾個方面：① 政策和標準。我國先后頒布了多項與低碳建筑相關的政策和標準，如《節能減排十二五規劃》、《關于加快推動我國綠色建筑發展的實施意見》、《節能建筑設計標準》、《綠色建筑評價標準》等。② 材料和技術。目前國內低碳建筑材料和技術發展較為成熟，采用竹子、草木纖維、大麥秸稈等生態環保材料，以減少對環境的影響；采用太陽能光伏技術、地源熱泵技術等，實現建筑的自給自足。③ 案例分析。一些城市已經取得了一定的低碳建筑實踐經驗，如上海的世博會、北京的奧運會場館等。

3 促進現代城市低碳建筑健康發展的有效途徑

為了促進現代城市低碳建筑的可持續發展，需政府、企業、學術界和社會公眾等共同努力。這包括采用節能、環保、可持續等核心理念，運用先進技術和材料進行設計和施工，并不斷推動技術創新。同時，需要加強管理機制創新和增強市場需求，以實現低碳建筑產業的可持續發展[3]。

3.1 制定合適的政策法規

政策引導是推動城市低碳建筑發展的重要手段之一。應該制定具體、完善的政策法規，包括財政補貼、稅收優惠、節能減排等方面，以提高低碳建筑項目的吸引力。例如：通過設立低碳建筑專項基金，為低碳建筑項目提供資金支持；通過減免企業所得稅等方式，為企業提供稅收優惠，鼓勵其參與低碳建筑項目[3]；提高建筑能效標準、設立碳排放限額等，加強低碳建筑的規范和監管。

3.2 推廣先進的低碳技術

低碳建筑技術是低碳建筑發展的關鍵因素之一。需要加強基礎研究，探索低碳環保材料、節能技術等領域的創新，并將創新成果應用于實際建筑項目中。此外，還需加強相關技術的標準化、認證和推廣，以確保低碳建筑的安全性和可靠性。例如，可以建立低碳建筑技術創新聯盟，促進學術界、企業和政府的合作，共同推動低碳建筑技術的創新與應用。

3.3 加強人才培養

人才是推動城市低碳建筑發展的重要資源之一。需要加強人才培訓和教育，提高從業者的專業水平和技能素質。同時，還應該鼓勵高校開設低碳建筑專業，培養更多的低碳建筑人才。例如，可以為從事低碳建筑領域的從業者提供職業技能培訓和認證，以不斷提升其專業水平和競爭力。

3.4 推廣低碳建筑示范項目

低碳建筑示范項目是推廣低碳建筑理念和技術的有效手段。政府可以牽頭或參與低碳建筑示范項目的建設，以提高市場對低碳建筑的認知度和接受度。例如，可以建立低碳建筑示范園區或社區，在實踐中驗證低碳建筑的可行性和效果，并通過宣傳推廣，提高公眾對低碳建筑的認知度和信心。建立低碳建筑產業聯盟、技術合作聯盟等組織，促進低碳建筑領域的技術創新和產業協同。此外，可以開展低碳建筑標準制定、技術交流、市場推廣等合作項目，推進低碳建筑產業鏈的協調和發展[4]。

3.5 強化管理和監督

政府和建筑業形成合力是低碳建筑管理與監督的有力保障。加強低碳建筑的管理和監督，提高低碳建筑的設計、建造、使用和維護質量，降低低碳建筑的運營成本和能源消耗。例如，可以制定低碳建筑的標準和規范，加強對低碳建筑的監督和檢查，對不符合要求的低碳建筑項目進行處罰和整改。此外還可以建立低碳建筑運營管理平臺，實現低碳建筑的信息化管理和監測，提高低碳建筑的運營效率和管理水平。

4 利用城市規劃設計實現低碳建筑可持續發展的具體措施

城市低碳建筑是目前推進城市可持續發展的一個關鍵領域。在城市化的進程中，低碳建筑和城市規劃設計成為關注的焦點。然而，城市規劃設計方面存在許多問題，這些問題制約了現代城市低碳建筑的可持續發展。為了解決這些問題，需要采取一系列具體的措施來推進城市低碳建筑的可持續發展。

4.1 全生命周期管理

全生命周期管理是指將建筑的整個生命周期（包括建筑材料采購、施工階段、使用階段和拆除處理）作為一個系統進行綜合管理，通過科學的方法和技術手段，最大限度地減少建筑對環境的影響，實現低碳、環保的建筑目標。如果僅關注使用階段的能源消耗，就會忽視其他階段的資源浪費和污染物排放[5]。而全生命周期管理能夠從根本上解決傳統建筑節能措施存在的問題。

全生命周期管理是指將建筑物從設計、建造、使用到拆除的整個生命周期納入考慮，綜合分析各個階段的成本、效益和環境影響等因素，最大程度地實現建筑的可持續性。全生命周期管理方案包括以下幾個方面：

（1） 綠色設計。在設計階段，采用符合環保標準的材料和技術，減少對自然環境的破壞，降低建筑能耗和使用成本。優先選用綠色環保的材料，盡量避免使用有毒有害材料，同時考慮材料的可循環性和可再生性。

（2） 建造階段的管理。控制施工過程中的噪聲、污染和浪費，并采取可持續的建筑材料和技術，最大限度地減少材料和能源的浪費，同時降低施工噪音和粉塵對周圍環境的影響。

（3） 使用階段的監測。對建筑的能耗、室內環境質量、維護成本等指標進行監測和調整，以保持建筑的高效性和舒適性。運用節能措施和可再生能源技術，最大限度地減少建筑能耗，提高建筑使用效率。同時，加強室內環境管理，保證居住者的健康和舒適。

（4） 拆除階段的處理。在建筑拆除和處理過程中，采用可循環利用方案和有害物質處理技術，最大限度地減少對環境的污染。

4.2 城市設計、規劃中低碳建筑的應用

城市建筑對全球能源消耗和溫室氣體排放量的貢獻越來越大，成為當前全球性的環境問題。因此，降低能源消耗和減少污染物排放，已成為城市可持續發展亟待解決的問題。低碳建筑是指采用節能、環保和可持續的設計理念，減少建筑在全生命周期內對環境的影響，達到節能減排、資源回收與利用和環境保護等目的。因此，城市設計和城市規劃是實現低碳建筑發展的重要途徑。

4.2.1 城市設計中的低碳建筑

城市設計是通過規劃和建設城市基礎設施來塑造城市形態和風貌的過程。在城市設計中，可以從以下幾個方面引入低碳建筑：

（1） 綠化空間。通過增加城市公園、花園、綠化帶等綠化空間，提高城市植被覆蓋率，降低城市氣溫，減輕城市熱島效應，改善城市環境質量。

（2） 智能化系統。通過建立智能化城市管理系統，實現城市的智能化、信息化管理，對城市資源進行精細化分配和管理，提高城市資源的利用率和效率。例如，在城市公共交通中引入智能化調度和管理系統，可以提高公交車輛的運行效率，減少能源消耗和污染物排放[6]。

（3） 新能源利用。通過建設太陽能、地熱能、風力發電等新能源設施，為城市提供可靠的清潔能源。例如，在城市道路上設置太陽能充電站，可以為電動汽車提供清潔能源，促進低碳交通的發展。

（4） 低碳交通。倡導居民利用公共交通、步行、自行車等綠色出行方式，以減輕城市交通壓力和減少尾氣排放。例如，在城市規劃中加強自行車道和步行道的建設，同時優化公共交通線路和服務，可以促進低碳出行方式的發展，減少城市交通擁堵和空氣污染。

4.2.2 城市規劃中的低碳建筑

城市規劃通過對城市產業、經濟、社會和環境進行分析和研究，制定出合理的城市發展方案，實現城市的可持續發展。在城市規劃中，可以從以下幾個方面引入低碳建筑：

（1） 低碳標準。制定低碳建筑標準，促進建筑業使用低碳技術和綠色材料，提高建筑能源利用效率和環保水平。例如，在城市規劃中加強建筑節能設計和使用綠色材料等措施，可以降低建筑的能源消耗和環境污染。

（2） 公共服務設施。在城市規劃中加強公共交通系統的建設和改善，例如，引入電動巴士、軌道交通等低碳交通方式，同時擴大公共自行車租賃點的數量和分布，鼓勵居民綠色出行。

（3） 城市用地規劃。優化城市用地規劃，合理分配公共資源，減少城市能源消耗和排放量，實現資源的節約和環境的保護 。在城市用地規劃中，需要充分考慮各種因素，包括人口密度、城市功能布局、交通狀況、自然環境等，達到最優的城市發展效果。

（4） 城市綠化。通過城市綠化規劃，增加城市綠地和公園的數量和質量，建設城市森林和濕地等自然景觀，提高城市植被覆蓋率，并有效降低城市氣溫和減輕城市熱島效應。同時，城市綠化還能夠吸收空氣中的污染物和噪音，改善城市環境質量。在城市綠化中，需要選用適宜的綠化植物和管理技術，合理利用水資源和土壤，保護生態環境[5]。

4.3 采用基于模糊數學和層次分析法的評價模型

隨著全球氣候變化和能源危機的加劇，低碳建筑作為實現可持續發展的重要手段備受關注。低碳建筑不僅可以降低能源消耗和污染物排放，還可以提高室內環境質量和使用效益。然而，在實際應用中，如何評價低碳建筑的效果和成本，制定適合城市的低碳建筑政策，依然是一個重要的問題。

傳統的建筑評價方法通常只考慮單一指標，如建筑能耗或室內環境質量等，忽略了不同指標之間的相互影響和權衡。為了在城市設計和規劃中更好地引入低碳建筑，需要制定科學的評價模型，對不同的低碳建筑政策和措施進行綜合評估。因此，采用系統思維方法，將建筑能耗、室內環境質量、使用成本等多個指標納入考慮范圍，提出一種基于模糊數學和層次分析法的評價模型，以輔助決策者制定適合城市的低碳建筑政策。

4.3.1 模糊數學方法

模糊數學是一種用于處理不確定性和模糊性問題的數學方法，可以將不確定問題轉化為可計算的問題。將各項指標進行模糊化處理，以克服數據的不確定性和模糊性，得出各項指標的權重和得分。具體來說，首先將每個指標分為若干個模糊集合；然后對每個模糊集合賦予隸屬度，描述其在一個連續范圍內的存在程度；最后通過模糊數學方法計算各項指標的權重和得分。

4.3.2 層次分析法

層次分析法是一種多準則決策分析方法，可以將復雜問題進行層次化分解，從而找出最優方案。首先，建立低碳建筑評價模型的層次結構，包括目標層、準則層和方案層。然后，在目標層中，設定低碳建筑的總體目標；在準則層中，將建筑能耗、室內環境質量、使用成本等指標作為判斷準則；在方案層中，列舉不同的低碳建筑方案。在每個層次中，采用專家調查法或問卷調查法對各元素之間的重要性進行兩兩比較，得出兩者之間的權重。最后，根據各指標的權重和得分，綜合評估不同低碳建筑方案的效果和成本，并選擇最優方案。

4.3.3 某住宅小區低碳建筑方案的評價

為了驗證基于模糊數學和層次分析法的評價模型的實際應用效果，以某住宅小區為例，對不同的低碳建筑方案進行評價。列舉了3 種不同的低碳建筑方案：A 方案采用傳統墻體結構，但在門窗、隔熱等方面加強節能措施；B 方案采用新型墻體結構，但在其他方面與A 方案相同；C 方案綜合考慮各項指標，采用最先進的節能、環保和可持續設計理念和技術手段。

通過將各項指標進行模糊化處理，并采用層次分析法求出各項指標的權重和得分，得出3 種低碳建筑方案的綜合得分情況，見表1。

表1 3種低碳建筑方案的綜合得分情況Tab.1 Comprehensive score table of 3 low-carbon building schemes

根據綜合得分可知，C 方案是最優的低碳建筑方案。該方案采用最先進的節能、環保和可持續設計理念和技術手段，不僅在建筑能耗、室內環境質量和使用成本等方面表現出色，還能夠實現可持續發展的目標。通過對3 種不同的低碳建筑方案進行綜合評價，得出最優方案。綜上所述，基于模糊數學和層次分析法的評價模型可以促進低碳建筑的發展和推廣，在城市規劃和設計中發揮重要的作用，為實現城市可持續發展做出貢獻[6]。

4.4 政府、企業和社會合作共同推動發展

城市規劃可以從整體上規劃和設計城市的發展方向，并促進低碳建筑的推廣與普及；評價模型則可以對各項指標進行綜合評估，為決策者提供科學的判斷依據，以實現低碳建筑的可持續發展[6]。然而，要實現現代城市低碳建筑的可持續發展還需要政府、企業和社會各方的共同努力。政府應加大對低碳建筑技術的支持力度，制定更為明確的低碳建筑政策法規；企業應積極引入創新技術和材料，推動低碳建筑市場化發展；社會公眾則應提高低碳意識和環保意識，從個人和家庭層面上貢獻力量。現代城市低碳建筑的可持續發展還需要其他領域的協同配合。例如，在能源、交通、水資源等方面也需要加強管理和規劃，以達到全面降低城市環境負荷和促進生態環保的目的。還可以采用技術手段來推進城市低碳建筑的可持續發展，利用先進的建筑模擬軟件對建筑進行能耗分析和模擬，詳細評估建筑設計方案的能效性能；在建筑實際運行過程中，也可以采用智能監控系統實時監測建筑能源消耗情況，從而及時發現和解決能源浪費問題；利用新材料和新技術來提高建筑的能效和環保性能，降低碳排放和能源消耗，例如，采用太陽能、地源熱泵等可再生能源，或者采用節能材料和設備來提高建筑的能效。此外，要促進低碳建筑的可持續發展，還需要深化國際合作和知識共享，推動世界范圍內低碳技術和理念的傳播和普及。

5 現代城市低碳建筑可持續發展前景展望

5.1 繼續強化政策支持

政府在支持低碳建筑發展方面已經采取了一系列政策措施和法規，如《建筑節能管理條例》、《建筑節能施工技術規范》等。未來，政府將進一步加大財政和貸款等方面的支持力度，鼓勵企業和居民積極參與低碳建筑的開發和應用。同時，政府還將推動相關標準的制定和落實，以提高低碳建筑標準的執行水平，規范市場發展。這些舉措有助于促進低碳建筑市場化發展，推進綠色經濟和可持續發展，并提升社會福利和環境質量。

5.2 不斷推動技術創新

低碳建筑需要不斷引入新材料、新技術，以實現能源效率的提高和碳排放的降低。未來，隨著技術的不斷成熟，智能控制系統、建筑能源存儲技術等將逐步成為低碳建筑的標配。同時，低碳建筑還將通過新材料、新技術的引入，實現建筑自身材料和能源的循環利用。

5.3 市場需求和社會認可

隨著人們環保意識的提高，低碳建筑的市場需求和社會認可度將越來越高。尤其是在大城市中，由于環境污染和生活質量問題，低碳建筑將會成為大眾生活的必需品。此外，建筑業也逐漸意識到低碳建筑的重要性，越來越多地選擇低碳建筑技術和材料，這將進一步推動低碳建筑的發展。

5.4 加速推進低碳建筑的市場化

低碳建筑技術的成熟和市場需求的提高將加速推進低碳建筑的市場化。未來，低碳建筑將逐漸走出政策補貼的依賴，成為一個具有競爭力的市場，并且低碳建筑產業鏈的形成也將進一步推動低碳建筑的市場化。這將帶動建筑材料、設備、服務等行業的升級和發展，形成新的產業鏈條和產業生態系統。

5.5 低碳建筑的國際化發展

低碳建筑已成為全球范圍內的環保潮流和未來綠色發展方向，我國將與國際社會共同邁向低碳建筑的發展道路，充分發揮自身優勢，為全球環境保護做出貢獻。同時，低碳建筑的國際化也將帶來更多的國際化標準和經驗，對我國低碳建筑的發展將起到積極的促進作用[7]。

6 結語

隨著新技術、新材料和新模式的不斷涌現，低碳建筑的設計、建造和使用技術也在不斷創新和發展。低碳建筑是我國建筑產業轉型升級的必然選擇，是實現可持續發展的重要手段。因此，應加大政策支持、技術研發和市場開發力度，推廣低碳建筑標準和理念，提高低碳建筑的設計、建造和使用水平。只有堅定不移地推進低碳建筑產業的發展，才能在建筑產業轉型升級的過程中實現經濟、環境和社會的可持續發展。

總之，現代城市低碳建筑的可持續發展是一個復雜的系統工程，需要政府、企業、社會各方共同參與和努力。通過城市規劃與評價模型的有機結合，可以為低碳建筑的實現提供科學的分析方法和決策依據，為城市可持續發展打下堅實的基礎。相信在不久的將來，低碳建筑將成為城市建設和發展的主流趨勢，助力城市實現經濟、環境和社會的協調發展。