從數量統計到效能評估*
——高密度城市綠色空間數據庫的建設與應用

董楠楠　賈 虎　王 敏　何 旸　任 靜

從數量統計到效能評估*
——高密度城市綠色空間數據庫的建設與應用

董楠楠賈 虎王 敏何 旸任 靜

隨著我國城市綠色空間從數量化發展向質量化發展的模式轉變，其效能評估及優化亟需有針對性的數據庫的建設與應用。同濟大學數字景觀實驗室通過跨學科的合作平臺，結合公園綠地、街旁綠地、立體綠化的效能特點，建立了相應的綠色空間信息數據庫，并開展了其在高密度環境中的效能評估與分析嘗試。

數量統計；效能評估；高密度城市；綠色空間；數據庫

0　引 言

近30年來，我國城市尤其是大城市的規模與數量正在以前所未有的速度發展。伴隨著城市空間建設密度的不斷增大，城市綠色空間不僅在數量上發展迅猛，同時在類型與格局上日益多元化，從地面走向空中與立體化、從城市綠地系統走向園區和社區環境。這一發展勢態亟需我們將對城市綠色空間的理解從基于增量發展模式的數量性評價轉變為對綜合效能的評估，并在此基礎上探討既有城市綠色空間的效能優化途徑，為存量發展前提下的高密度城市綠色發展模式提供可靠的技術支持與決策參考。在此背景下，同濟大學數字景觀實驗室嘗試結合公園綠地、街旁綠地、立體綠化的效能特點，分別建立其綠色空間信息數據庫，探索了基于不同數據庫內容特點與應用領域的高密度城市綠色空間效能數據體系與技術途徑。

1　面向智慧化管理與服務的公園綠地數據庫建設

經過快速建設與改造，以上海為代表的高密度城市中的公園綠地數量發展迅速。至2015年底，上海市已有公園161個，年游客量超過2億人次，公園已成為上海市民日常生活不可或缺的組成部分。隨著智慧城市決策與管治模式的提出，以上海為代表的國內高密度城市正加速進行綠色基礎設施和公園管理服務的信息化、智能化、智慧化建設，其中基于“互動、可決策及可預測”①模式的智慧公園建設可以成為未來公園全生命周期管理模式的重要平臺，在公園及城市的智能化管理、節能減排、植物管理、移動信息服務中發揮重要作用。公園綠地數據庫是智慧公園建設的技術基礎，可有效實現公園全生命周期管理的基礎信息平臺、精準管理服務、保障與預警等3個方面的功能［1］，是實現公園智慧化管理服務的重要基礎。

基于公園環境要素的構成特點，課題組建立了工程生命體、自然生命體、社會生命體3個部分的分類綜合數據信息平臺。其中工程生命體系統主要包括環境與構筑物、建筑物、標牌管理系統、非植物設施系統等要素的數據信息庫，針對這些設施的工程壽命與性能特點，統一建設包括地理信息系統和遙感影像數據庫在內的空間信息平臺，并對分散存錄的各公園管理文獻如文檔資料、工程檔案、資產經濟數據、歷史文獻（包括大事記、造園史、節事活動等）等進行統一信息化存檔管理。自然生命體系統主要包括動植物及其棲生環境中重要的水、土壤等自然要素以及人工溫室環境等的數據信息庫。該系統的主要內容是根據公園環境和動植物生長、棲息的規律，進一步明確自然生命體養護的動態工作管理要求，建立包含動植物信息的空間模型及其空間點屬性特征的空間數據庫（如分類、編碼、數據處理、數據庫表），利用航空遙感和衛星遙感等技術，結合公園GIS平臺、移動數據信息采集與巡查系統，完成分區、分類別的自然要素生命期跟蹤監管與保護。隨著城市智慧服務的發展，社會生命體系統數據信息庫建設日益得到重視。這一數據庫結合社區人口數據、志愿者數據、城市交通與相關社會文化活動動態信息庫，重點建立公園公共性社會文化活動與周邊社區及城市重大節事的信息共享平臺，在充分遵循公園分級分類管理原則的基礎上，即時動態更新各公園內社會人群的數量、密度、使用活動、社會矛盾與解決等社會文化生命體信息。

圖1　上海市公園綠地基礎數據庫網絡界面Fig.1 basic database network interface of park green in Shanghai Municipality

在與上海市公園事務管理中心合作建立數據庫的一期成果中，課題組主要完成了工程生命體和自然生命體兩個系統的信息采集與建庫工作。其中數據采集采用外業調研結合激光測距儀的方式，在公園現場對現有公園各歷史年份的測繪圖、竣工圖中的園林苗木定位信息進行數據核對和補測工作，形成專業測繪圖件。在此基礎上建立數據庫要素編號規范，保證數據庫中每一個要素單元編號的唯一性。依據規范將各公園相關的紙質資料轉化為數字化信息，統一分類存檔管理，建立各類資料的屬性表，如公園測繪資料、植物、建筑、大事記、造園史、節事活動等。以數據庫中的植物要素表為例，其屬性字段包括植物名稱、種植方式、胸徑、高度、冠幅、種植面積、種植密度、落葉或常綠、生長狀況、養護等級、病蟲害、古樹名木及花期時間等。數據采集與轉化完成后，根據公園的全園測繪底圖，疊加市域GIS Online基礎地圖，精確配準地理坐標位置。并根據園林要素分類進行相關點、面要素的圖形編輯處理，關聯屬性數據庫里相應園林要素的數據表屬性信息，保證空間數據庫與屬性數據庫中園林要素數據信息的一一對應，得出各公園Shapefile文件存庫，為網絡數據庫提供GIS二次開發的數據。最后構建公園數據呈現與信息共享的平臺，對公園內園林要素的GIS空間數據庫進行二次開發，在網站上作數字化虛擬呈現。系統采用B/S結構，分別部署在政務外網和互聯網上，通過數據交換平臺，實現內外網的數據共享，在導入監測與研究數據的同時，為公園事務管理部門及互聯網用戶提供服務。園林要素屬性數據庫中的公園數字化資料上傳網站數據庫并開放使用后，網站上可直接查詢、調用公園內植物、建筑、設備設施等的屬性數據信息及相關文檔信息，以供開展相關的效能性專題研究（圖1）。

2　面向城市設計的微型綠地效能數據分析

微型公共綠地的概念最早出現于1963年5月，紐約公園協會組織的展覽會上提出了“為紐約服務的新公園”的提議。其原型是高密度城市中心區里呈斑塊狀散布的小公園（Midtown Park），或稱口袋公園（Vest-pocket Park，Mini Park，Miniature Park，Micro-greening）。國內學者將“小公園（Midtown Park）”譯為口袋公園或袖珍公園［2］，又有人稱其為小游園、迷你公園、口袋公園、綠畝公園、貼身公園等，通常用來指任何小于3英畝的休閑場地或其他綠色場所。隨著城市化進程的快速推進，城市土地資源日益緊張，微型公園因其選址靈活、面積小、離散性分布的特點，在快速城市化及舊城更新時期迅速出現在我國的各類城市中。作為城市開放空間的重要組成部分，城市街旁綠地的公共服務質量和在社會生活中發揮的作用直接關系到城市公共生活的優劣。2013—2014年期間，課題組對上海中心城區小于1000m2的微型公共開放綠地進行了實證研究，通過建立基于GIS平臺的綜合效能數據庫，總結了其綜合效能框架及質量水平。

該數據庫以黃浦區內微型城市綠地349個為例，構建微型公共綠地GIS 數據檔案。樣本案例基礎信息遵循當地綠地管理與養護的信息規范標準，構建包括綠地名稱、地點、工程量、綠地GIS系統ID碼、區塊編碼、養護等級等信息內容的構架，并在社會效能方面采取定期現場采集方式加以拓展。在信息采集的基礎上，結合統計分析工具，集中分析以綠色碳匯效能（主要考慮微型公共綠地中的植被碳匯和土壤、水體碳匯）、生物多樣性（選擇維管植物、蝴蝶、鳥類和兩棲動物4個物種群體）、生態經濟性為代表的生態效能指標體系［3-4］，和以可游度、開放度、可達性、游憩活動強度、環境友好度、公平性為代表的社會效益評價指標體系。基于數字化景觀技術平臺，從生態效能與社會效能兩個方面進行高密度城區微型公共綠地綜合效能的耦合性研究。

從該數據庫的分析應用來看，黃浦區樣本案例中微型公共綠地的生物多樣性較好，有重組的植物群落本底基礎，較適宜生物的多樣性發展。同時，各微型公共綠地在黃浦區所處位置較分散，一定程度上填補了城市公園及大型綠地之間的生態空白。相較于大型城市公園、行道樹，黃浦區微型公共綠地對綠色碳匯的貢獻較小。就單一微型公共綠地來看，其內部生物多樣性程度較低，多樣性連貫性較差，喬木生境比例較低。從收集到的數據信息來看，胸徑10cm以下的小樹所占比例很大，直接導致了綠色碳匯效能的普遍偏低。微型公共綠地的群落結構差異較大，因此綠色碳匯效能、生物多樣性、生態經濟性指標參差不齊，且綜合評估結果普遍偏低。

從社會效能看，在相同的選擇機會下，微型公共綠地的游憩面積占總用地面積的比例非常小，且往往不配備游憩設施，因此對市民日常游憩活動的承載能力較差，甚至令人難以駐足停留。大部分街旁綠地缺少活動空間，所能容納的活動類型單調，對周邊居民及市民公共生活的開放程度非常有限。盡管其通常具有很高的“使用密度”，但就時間特征與活動類型而言，步行過境交通才是其主導功能，“經過”是該空間中最基本的行為活動。對照當地社會需求與人群密度的數據特點，微型公共綠地的活動強度和多樣性具有極大的潛力，有待通過城市更新和綠地空間優化來挖掘和實現（圖2）。

圖2　微型公共綠地的視覺開放度和行為活動分布Fig.10 visual openness and activities distribution of micro public green

3　面向城市立體綠化的建筑綠色表皮能效評估模型

隨著我國對綠色建筑與城市立體綠化的引導和推動，高密度城市中的立體綠化呈現出快速的發展趨勢。以上海市為例，其立體綠化工作起步于1997—2002年間，截至2009年底，全市屋頂綠化總面積超過90萬平方米；2011—2013年完成立體綠化81萬平方米［5］。隨著立體綠化成為高密度城市中建成環境的重要組成部分，城市建筑立體綠化在降低能源消耗、緩解熱島效應、城市雨洪滯留、保護生物多樣性等方面的效能也開始得到廣泛關注。針對安裝投入、養護維護投入以及一定的技術實施風險，立體綠化建設亟需發展和完善精確化、即時性并伴隨建筑全生命周期的監測與整體化效益評估。從國際經驗來看，高密度城市立體綠化的能效指標成為當前學術與技術研發領域的關注熱點之一。課題組為此建立了與同濟大學機械與能源工程學院的聯合研究團隊，從數據采集、數據分析模擬、智能監控的全過程初步構建了立體綠化的能效指標評估模型。

本課題實驗內容主要包括軟件模擬與實驗檢測兩個部分，借助CFD軟件（Fluent、Phoenics等）和能耗軟件（DOE-2、EnergyPlus、SOLENE-microclimate、TRANSY等），通過“輕質結構建筑綠色屋面（墻體）熱性能測試實驗”（圖3-4），以輕質彩鋼板實驗房為對象，測試不同高度處的溫度、濕度、太陽輻射、風速、熱流等參數，得到溫度分布以及通過的熱流，用以在不同天氣條件下定量比較綠色屋面（墻體）與普通屋面（墻體）的熱工性能差別。該實驗還記錄了圍護結構周邊的溫濕度參數，用以評價綠色屋面（墻體）對建筑周邊微氣候的影響。基于現有條件對上海地區典型的綠色屋面（墻體）基質進行跟蹤測試分析，主要參數包括：基質的導熱系數、熱容、飽和滲透率以及水分特征曲線。課題組還對不同種類的植物進行了物性測試，確立了立體綠化物性測試的標準化方法和流程，并以測試結果為依據，驗證綠色墻體熱傳遞模型。以上述過程得到的實測數據為圍護結構的熱濕耦合傳遞模型提供驗證，結合“特征植物、土壤熱物性能測試”所建立的數據庫，分析圍護結構熱濕耦合傳遞的基本規律。實體測試樣板房實驗對比自然條件下的綠化屋面、自然條件下的普通屋面、空調條件下的綠化屋面、空調條件下的普通屋面等4組不同熱工條件的房屋類型，分析并歸納出其熱工性能的相關數據。

圖3　綠色（普通）屋面測試現場Fig.3 testing site of green （ordinary） roof

在數據分析的基礎上，課題組進一步開發了基于立體綠化的建筑群室外熱環境預測模型。該模型包括4個子模塊：（1）室內外輻射計算模塊；（2）下墊面熱濕傳遞模塊；（3）建筑熱濕傳遞模塊；（4）室外空氣流動模塊。通過耦合上述四個模塊可以預測不同容積率、不同綠化率、不同建筑高度等具體情況下的室外微氣候，結合預測得到的室外溫濕度、風速和人體受到的總輻射量，可以計算出人體的熱舒適指標SET（Standard Effective Temperature）。此外，借助這一預測模型，通過分析建筑群的能量平衡，還可以得到不同綠化率條件下建筑群能量的流動特性，從而有助于評價立體綠化對建筑群熱島效應的定量影響。

4　結論與討論

通過上述3個不同類型數據庫的數據采集與應用分析，本課題組初步建立了以公園綠地、附屬綠地、立體綠化為主要構成的高密度城市綠色空間基礎數據庫及其分析平臺，主要包括生態效能、社會效能兩個基本模塊，分別構建其通用性指標體系。通過數據庫對整體的綠色空間系統進行評估，不僅可以從微觀上提升綠色空間管理與決策過程中的智能化水平，從宏觀上對整個市域建筑能效的提升與優化、城市熱島效應的緩解、雨洪管理決策的制定等亦具有重要意義。

圖4　夏季典型日綠色屋面和普通屋面的垂直溫度分布：（a）自然條件下的綠色屋面溫度分布；（b）自然條件下的普通屋面溫度分布；（c）空調條件下的綠色屋面溫度分布；（d）空調條件下的普通屋面溫度分布Fig.4 vertical temperature distribution of green roof and ordinary roof in a typical day in summer: （a） green roof temperature distribution in natural conditions； （b） ordinary roof temperature distribution in natural conditions；（c） green roof temperature distribution under the condition of air conditioning； （d） ordinary roof temperature distribution under the condition of air conditioning

隨著我國城市進入存量發展模式下的質量提升與改造階段，綠色空間勢必成為影響城市生態環境、社會文化甚至經濟產業的重要基礎設施之一［6］。借助數字化技術手段開展城市綠色空間分類型的效能數據動態監控和分析評價，需要在實際工作中依托城市綠地管理網絡化建設平臺，增強綠地效能評價分析的科學性和數據調查的協同性，將城市綠地管理中的指標化數據轉化為空間管理的效能化數據，從而準確反映城市綠色空間的環境價值。

注釋：

①根據上海市綠化和市容管理局錢杰處長在同濟大學主辦的數字景觀沙龍的主題報告總結。

［1］董楠楠， 肖楊， 張圣紅. 基于數字化技術的城市公園全生命期智慧管理模式初探［J］.園林， 2015（10）： 16-19.

［2］張文英. 口袋公園——躲避城市喧囂的綠洲［J］. 中國園林， 2007（04）： 47-48.

［3］王敏， 宋巖. 服務于城市公園的生物多樣性設計［J］. 風景園林， 2014（01）： 47-52.

［4］王敏， 石喬莎. 城市綠色碳匯效能影響因素及優化研究［J］. 中國城市林業， 2015（04）： 1-5.

［5］上海市建筑材料行業協會. 建筑綠化技術應用［M］. 上海： 上海科學普及出版社， 2014.

［6］段煥娥. 綠地圖理念下的和諧城市規劃管理策略［J］. 西部人居環境學刊， 2015， 30（03）：67-70.

圖片來源：

圖1-2，4：作者繪制

圖3：作者拍攝

From Quantitative Statistics to Performance Assessment—Establishment and Implementation of Data Base of Green Space in High Dense Cities

DONG Nannan， JIA Hu， WANG Min， HE Yang， REN Jing

Along with the change of the urban green space from quantity to quality in China， both the effectiveness evaluation and the optimization of urban green space need the establishment and implementation of the database. The Digital Landscape Laboratory （DLL）of Tongji University establishes the interdisciplinary collaboration platform， sets up the green space database combined with the characteristics of park green roadside green and vertical green. Based on the database， the urban green performance in high dense cities were analyzed and evaluated.

Quantitative Statistics； Performance Assessment； High Dense Cities； Green Space；Data Base

TU985

B

2095-6304（2016）04-0014-04

10.13791/j.cnki.hsfwest.20160403

2016-06-20

（編輯：鄭曦）

*高密度人居環境生態與節能教育部重點實驗室自主與開放課題資助項目（20151201；20140101；20160101）

董楠楠： 同濟大學建筑與城市規劃學院，副教授，dongnannan@tongji.edu.cn

賈虎：上海市公園事務管理中心，高級工程師

王敏： 同濟大學建筑與城市規劃學院，副教授

何旸： 同濟大學建筑與城市規劃學院，博士研究生任靜： 同濟大學建筑與城市規劃學院，碩士研究生

董楠楠， 賈虎， 王敏， 等. 從數量統計到效能評估——高密度城市綠色空間數據庫的建設與應用［J］. 西部人居環境學刊， 2016， 31（04）： 14-17.