應對氣候變化的沿海地區城市生態表皮初探

劉勝之 潘魁曉 王 齊

(山西省城鄉規劃設計研究院有限公司，山西 太原 030001)

1 概述

政府間氣候變化專業委員會(IPCC)第四次評估報告指出：近100年來(1906年—2005年)全球平均氣溫上升了0.74 ℃，據估計到21世紀末，全球地表平均增暖1.1 ℃～6.4 ℃[1]。氣候變化所引發的高溫熱浪、暴雨洪澇、空氣污染、海平面上升等問題已經對城市的生存與發展產生了一系列的負面影響。沿海地區作為人口和經濟高度集中區域，城市化的發展不僅使得土地利用產生明顯變化，人口大量聚集，城市空間快速擴張[2]，同時也伴隨著災害隱患不斷增多。沿海城市集城市與沿海兩大屬性于一體，災害“放大效應”更為顯著，高強度復合型的自然災害使得沿海城市脆弱性日趨增強，社會經濟損失威脅巨大。

建筑的表皮一直是國內外學者研究的熱門對象，建筑表皮的生態化表達也在應對氣候變化和節約能源方面有著重要意義[3,4]。近年來國內外學者對于表皮的研究已經逐漸地從建筑表皮開始向城市表皮探索，同樣的，城市表皮的生態化表達將會為城市應對氣候變化提供一個新的視角。鑒于國內文獻對城市表皮相關研究少有涉及，本文以低沖擊開發理念作為指導，針對沿海城市的特質，提出了適應沿海城市發展的生態表皮的引入、加厚、連通、留空設計策略，旨在為沿海城市應對氣候變化提供一些新的參考。

2 相關概念

2.1 城市生態表皮

在最初的城市表皮研究中，研究人員多借鑒建筑表皮的研究，將城市表皮理解為城市范圍內最直觀的建筑立面。近些年，隨著景觀都市主義的發展，很多研究人員將城市表皮與都市景觀相融合，認為城市表皮不僅包括建筑表皮，更包括人們觸及最多的大地景觀。本文參照亞力克斯·沃爾(Alex Wall)對城市表皮設計的研究成果，融合城市生態學的理念，將城市生態表皮定義為如下：

城市生態表皮是城市范圍內，人們可直接觸及并觀測到的具有生態屬性的各類“表皮”設施。在地表它包含道路、基礎設施、廣場空間、綠化水系及自然棲息地等，在地上它包含建筑立面、屋頂綠化及其他設施。它具有一定厚度，是有生命的能夠支撐人類活動并影響城市環境的城市生態組織(見圖1)。

正如亞力克斯·沃爾研究的那樣[5]，城市表皮的作用不僅僅停留在人們直觀的美學認知，更多的是通過表皮支撐城市活動，解決城市問題。城市生態表皮就是在城市表皮的基礎上，融入生態的理念，在支撐城市活動及解決城市問題時，通過將表皮生態化處理，去緩解城市所面臨的一些問題，并引導城市向健康積極的方向發展。

2.2 低沖擊開發理念

低沖擊開發(Low-Impact Development，LID)是當前城市應對雨洪問題的一種雨洪管理模式[6]。其主要內容就是針對當前城市內部因為地表改造及水系渠化引起的地表徑流系數增加，進而導致城市蓄洪泄洪能力下降的不利狀況，基于自然生態理念，通過采用源頭的空間分離規模控制及技術改造實現特定區域雨洪控制與利用的一種管理方法。

盡管低沖擊開發最初的領域是城市的雨洪管理，但隨著理論的發展與延伸，低沖擊開發已經上升為一種城市與自然和諧共生的城市發展理念。其核心觀點是采用各種方法減少城市對自然環境的影響和破壞，保持生態韌性[7]。從這個角度來看，與城市生態表皮有著極大的相通之處，城市生態表皮的設計與實施體現了低沖擊開發的理念，同時通過低沖擊開發理念對城市生態表皮設計進行指導將會進一步促進城市生態表皮的建設與發展。

3 沿海城市特質分析

沿海城市往往是全世界人口及經濟高度集聚的核心區域和戰略中心，如我國沿海城市承載著全國25%以上人口，創造著55%以上國民生產總值[8]。實際上，隨著沿海城市人口和經濟的進一步集聚與發展，沿海城市在經濟發展、環境保護、空間功能等方面都面臨著巨大的挑戰。

3.1 沿海城市面臨的“水”威脅

沿海城市有著豐富的水資源，然而處于海—陸交互作用的脆弱敏感地帶，受海—陸復合型災害的影響，洪水、海嘯等突發性災害以及海岸侵蝕、海水入侵、土地鹽堿化、濕地生態退化等緩發性災害疊加，成為自然災害的高發區。

關于海平面上升，2008的中國沿海海平面總體上比1978年上升了90 mm，且預測之后30年，將會比2008年升高80 mm～130 mm[9](見表1)。雖然經過預測各區域的海平面上升程度略有不同，但未來海平面大幅度上升的趨勢卻不能阻止，而沿海城市將會長期面臨由海平面上升引發緩慢性的災害。另外沿海城市還面臨著由內陸河流引起的洪水威脅，河流暴漲引發洪水漫灌城市，不僅會影響城市內基礎設施的運行，同時還會與海水作用引發濱海潮流和波浪的變化，進而改變城市沿海區域及低洼區域的自然和社會要素。實際上1954年—1988年35年間，我國浙江沿海地區先后發生過特大洪水11次，累計淹沒農田157萬hm2，倒塌房屋12.6萬間[10]。關于突發海嘯，其帶來的損失是巨大的。海嘯作為沿海城市破壞性最大的自然災害之一，2004年在印度洋造成死亡和失蹤人數達30多萬，經濟損失近200億美元[11]。

表1 中國四海區海平面變化 mm

3.2 沿海城市面臨的“風”威脅

沿海城市由于其獨特的地理位置，有著豐富的風資源，適當的山風、海陸風不僅可以緩和城市熱島現象、凈化空氣、改善城市環境，還可以提高城市居民的室外舒適度。然而沿海地區除適當的風資源以外還面臨著臺風、風暴潮等災害威脅。

臺風是一種強烈的災害天氣，在其活動區域內常常伴有狂風巨浪，對沿海城市的威脅巨大。中國是世界上登陸臺風最多的國家，且主要為沿海地區[12]。2012年“海葵”臺風登陸，其造成的損失根據不完全統計，致使浙江、上海、江蘇、安徽等沿海城市直接或間接經濟損失42.38億元。風暴潮也是一種由于大氣擾動形成的破壞性極強的自然災害，海水異常、風暴海嘯每年影響著全球沿海城市4 500萬人。風暴潮在我國影響區區域主要是渤海及黃海海岸，在灣區表現最為明顯。根據統計，我國近40年沿海暴潮災害每年造成的直接經濟損失已經由20世紀50年代的平均1億元左右，增加到80年代后期的20億元左右[13]。

3.3 沿海城市面臨的空間發展壓力

隨著人口的增加和經濟的增長，沿海城市需要巨大的空間資源支撐其發展。由于沿海城市空間的缺乏，城市內部越來越趨向于集約發展，高強度與高密度的開發壓縮了城市綠地、廣場等開放空間，減少了防災空間的數量，大大增加了沿海城區應對災害時的風險。

沿海城市的生態保育空間是其重要的組成部分，根據統計，缺乏生態型的海岸帶或者沿海防護林等生態保育空間，會大大降低沿海城市抵御各類災害的能力，進而擴大沿海城市面臨災害時的損失。以天津東疆港填海工程為例，規劃建設中開放空間非常少，并且綠地率僅占10%，較少的開放空間及綠化空間不僅難以滿足應對災害時避難空間的需求，同時開放空間缺乏將間接導致空間高強度的開發，進而增加了災害發生的風險與強度。另外，一定數量的沿海城市由于地形或其他原因，缺乏能夠迅速疏散的防災通道，導致難以及時地疏散受災群眾以減少災害損失。例如沿海島嶼或者半島，其與陸地的交通聯系方式較少，若僅通過少數橋梁或干道與陸地交通網絡連接，就很容易形成交通的“蜂腰效應”，而在災害發生時，將會嚴重影響島嶼或半島疏散的效率。以大連市為例，東西空間最窄處的蜂腰地帶，集聚了聯系東北方向的所有交通路線及各類市政管廊，如有災害發生，將極易造成交通擁堵，降低災害發生時的應急疏散效率，增加城市受損程度。

4 城市生態表皮的設計策略

4.1 策略一：引入——新材質的應用

新材質指的是區別于傳統城市建設材料的具有生態效應并且能夠緩解城市問題的城市建設材料。新材質并非一定為高技術、高成本材料，例如可增加地表滲透面積的透水磚和相關植物的應用不僅可以緩解城市洪澇災害，對改善局部氣候也有著積極的作用。沿海城市處于河流下游或者海岸邊界，由于人口和產業的高度聚集，可滲透地表面積十分匱乏，當遇到大面積洪水災害時，大面積的不可滲透地表存在不僅阻礙了雨水下滲和吸收，反而增大了地表徑流量，補充了洪水災害的力量。城市生態表皮對新材料的引入主要為可透水材料和屋頂或墻體綠化和生物滯留于滲透等。強調利用透水性較高的生態綠地或復合材料，增加表皮的透水性，將雨水下滲，截留甚至過濾，利用城市表皮的生態性減少地表徑流，強化雨水蒸發，改善城市氣候，見圖2。相比傳統的城市表皮硬化處理方式[14]，傳統表皮硬化雖然可以使城市范圍內雨水更快的匯集和流動，同時利用管道、泵等快速排放，但達到城市排水需求的同時卻會帶來一些城市的生態和環境問題。城市生態表皮引入新材料，不僅可以增加表皮的透水能力和滯蓄能力，減少匯流緩解高峰時期的地表徑流，降低災害發生影響，同時可以凈化水質，提高蒸發量，改善城市生態環境。

4.2 策略二：加厚——表皮空間的開發

沿海地區的快速城市化，在經濟增長的同時，也帶來了人口膨脹，交通擁堵，用地緊張，生態環境破壞等一系列問題。城市已經朝著立體網絡的三維方向發展，從城市立體網絡的視角看，城市生態表皮是需要加厚的。

從城市本身的發展趨勢來看，空間資源的有限性使得城市必須加厚城市生態表皮。通過研究香港、東京這些空間資源非常缺乏的沿海城市，可以發現其城市地表的厚度與多樣性都高于一般城市。實際上加厚城市生態表皮，是沿海城市多維空間生長的重要策略，通過表皮加厚不僅可以增加地表的生態性以有效地解決城市面臨的防災及氣候問題，同時可以促進城市空間發展的多樣化。以巴薩羅納的哥倫布大道為例，將抬高于地面地城市道路、林蔭大道、地下停車空間、半地下城市快速道有機結合，就很好地闡釋了如何運用加厚城市表皮，改造傳統城市街道以適應現代新需求[15]。從低沖擊開發來看，加厚的城市生態表皮可融入相應的雨水調蓄設施或通過下凹綠地等折疊地表措施加厚地表空間來應對城市雨洪災害。加厚的城市生態表皮不僅可以在降水時間吸收并且儲存雨水資源，在雨水過后可以通過雨水蒸發，釋放雨水調蓄設施水源來改善生態氣候、補充地下水資源。例如2012北京年在20座立交橋下建設了地下蓄水池，每個池子約1.1萬m3，可以匯集周邊2 km2的雨水，可以確保寶橋區在10年一遇的雨情下道路通暢。

4.3 策略三：連通——藍綠灰網絡的構建

從沿海城市的空間形態來看，城市的綠地空間、水體空間以及基礎設施往往被城市表皮內的建筑、道路或者其他建成空間分割為孤立的“片段”空間。這些本應處于一個絕對相互連通的系統被分割開以后，在應對沿海災害改善城市環境時其效果則大大削減。通過生態連接策略串聯城市生態表皮的藍綠灰空間，可以使得沿海城市應對災害活動時能夠以更系統有效的方法應對。

從綠地空間來看，其不僅可以改善城市氣候，在城市雨洪災害來臨時也是重要的雨水匯集區。通過城市生態表皮構建城市綠地的網狀結構，不僅在平時可以擴大城市居民接觸綠色資源，享受其所帶來的清新空氣，在洪災來臨時網狀的綠地系統更能從整個區域層面，擴大其雨水涵養能力。從水體空間來看，雖然大多水體是相互聯系與流通的，但是部分地區仍然存在人為的或者自然的分隔，例如橋梁、堤壩、或較窄水面，當災害來臨時這些地方也往往是洪水的突發口，受災最嚴重地區。在城市表皮改造中疏通河道，改善橋體堤壩工程結構可以加大雨水流量，迅速排解洪水壓力，緩解城市災害。從基礎設施來看，基礎設施本就是城市生存發展的重要支撐，尤其雨水基礎設施又是城市防洪的重要構成。電力和燃氣等基礎設施全部置于地下空間則是預防強風暴雨損害的有效措施。雨水基礎設施的網絡化構建，則可以加強雨水排放能力，緩解城市災害。此外基于生態表皮連通的沿海城市風廊規劃、高效的路網構建也對城市防災有著重要的意義。

4.4 策略四：留空——公共空間的預留

在城鎮化進程中，城市居民每天都在應對著不斷變化的城市生活。從災害預防角度來看，在城市生態表皮中預留一定的空間來應對城市發展或突發事件是非常必要的。沿海城市地區由于開發強度較大，受自然災害影響威脅更為嚴重，預留相應的場地平時作為公共空間或綠地，災難來臨時作為緊急避難空間就更為重要。

避難空間是指在災害或其他緊急情況發生時及發生后，為災民提供臨時避難、生活、統一管理的安全場所[16]。在城市范圍內，主要避難空間包括具有防災功能的城市綠地、廣場及公園，次要避難空間則包括大型停車場、學校操場、體育場館等開闊地。不同的防災空間在應對城市災害時發揮著不同的作用。沿海城市大多建設于自然海床之上，因海拔較低，地質結構復雜，沿海城市在面臨自然災害時往往受災比較嚴重，屬于較高風險區域。因此，在沿海城市生態表皮構建時，需要預留足夠的避難空間，以應對沿海自然災害及突發災害。在具體避難空間設置時，要注重臨時型、短期型、中長期型避難場所的有機結合，一方面可以避免大量建造避難場所增加土地使用壓力，另一方面可以多類型結合提高沿海城市應對災害的能力。臨時型、短期型避難場所可結合一般城市公共空間設置，中長期型避難場所則需要選擇地質和地勢條件較好空間設置。基于沿海城市生態表皮的設置，避難場所應與生態表皮相結合，重點考慮災害發生初期和中期的避難空間留空，并考慮救災相關配套設施的設置，以保障災害發生時沿海城市居民的自救及政府營救行動能夠正常運作。

5 結語

合理應對全球氣候變化所帶來的問題是未來一段時間內人類必須直面的挑戰。沿海地區由于其獨特的地理條件和發展階段，所承受的因氣候變化引起的自然災害威脅巨大。在沿海城市應對氣候變化進程中，引入城市生態表皮的概念，從生態學角度出發組織構建城市表皮不僅可以有效應對城市的暴雨洪澇、臺風登陸等災害，同時可以一定程度上緩解城市空間的發展壓力。本文結合沿海城市所面臨的實際威脅，結合沿海城市的空間資源特色，提出了引入、加厚、連通、留空四大設計策略，希望通過在沿海城市引入并應用新材質，加厚并開發表皮空間，連通并構建藍綠灰網絡，預留公共空間來構建生態表皮以應對沿海城市在氣候變化背景下所面臨的問題。