面向數字技術探索的綠色城市設計
——以南通蝶湖為例

楊俊宴，張芷晗

0 引言

自萬年以前的舊石器時代開始，綠色便一直伴隨著城市發展。但隨著工業革命以來，因城市的快速拓張，城市與自然的關系從過去的尊敬、依賴轉變為矛盾、對立，隨之帶來了諸如生態破碎、環境污染等現實問題。隨后，生態文明逐漸成為城市發展的重要議題[1]。可持續發展理論奠定了綠色城市設計發展的基本方向。綠色城市設計是通過把握和運用自然生態特點和規律，貫徹整體優先和生態優先的準則，力圖創造一個面向可持續發展的理想城鎮建筑環境[2]。

綠色城市設計涵蓋多類學科，傳統多學科研究往往存在量綱和語境的差異，隨著數字技術的發展，通過數字化技術對綠色城市設計進行定量研究為跨學科研究提供可能。本文基于數字技術建構了綠色城市設計評價指標體系，并通過實證案例進行驗證，試圖為綠色城市設計與數字技術的發展提供參考。

1 綠色城市設計的數字技術探索

就綠色城市設計而言，從早期關注形態與指標，到現階段基于數字技術的定量解析，相關學者分別從城市水土環境[3]、綠地植物群落[4]、物理環境模擬[5]和生態景觀格局[6]方面展開了大量研究。本文基于馬斯洛需求理論，將綠色城市設計涵蓋的各類要素進行整合梳理，進而形成了安全、生態、健康3 個評價維度[7]。

1.1 安全維度

城市中的水土資源是城市發展的根本，是城市安全的保障，安全維度包含湖體徑流和水土環境，湖體徑流基于徑流淹沒模擬、水動力數學模型，實現地貌豐富度、內澇安全度、水體連通度指標的模擬和分析；水土環境基于抽樣實驗，通過YSI 多參數水質監測儀、Sciaps xrf 手持式重金屬分析儀等數字化設備輔助分析城市水土環境質量。

1.2 生態維度

生態效益是綠色城市設計的重要方面，生態維度分為生境綠量和微氣候環境。生境綠量從動植物視角出發，通過遙感數據進行生境穩定度、物種豐富度、植被覆蓋度的分析；微氣候環境側重人的視角，基于ENVI-met、scSTREAM 與Ecotect 軟件分別對城市中的熱、風、光環境進行模擬分析。

1.3 健康維度

綠色城市的目標是為人民提供幸福、健康、宜居的城市環境，健康維度包含低碳能耗和城市景觀。結合城市三維形態數據和DeST 能耗模擬，可以完善建筑用能強度、用能分布均衡度和可再生能源利用度的綜合評價；城市景觀側重人的感知，綜合考慮城市山水可視，通過天際線錯落度、水體可視度和水綠可達度實現城市景觀的優化。

2 基于綠色城市設計數字技術的南通蝶湖實例研究

南通蝶湖地處江海交匯處。城市內部水體眾多，水系呈現出網狀的鏈接關系，城市組團有機地分布于水系網絡之中。

2.1 安全維度：城市湖體徑流與水土環境模擬分析

通過實地調研采樣和Vollenweider 模型分析可知蝶湖周邊水體流動性差，水體納污能力較低，基于MIKE21 對南通蝶湖進行水動力模擬，并提出保障水生態、水安全的低影響沖擊設計策略（圖1）。

1 南通蝶湖水動力模擬

2.2 生態維度：城市生境綠量與微氣候環境模擬分析

蝶湖作為生境微核心，生態效益較高，但是目前生境網絡連接度較低，需要增添纖維廊道和斑島結構，從而增強生境連接度（圖2）。

2 南通蝶湖生境網絡分析

基于南通市遙感數據對其熱島溫度進行反演可知，整個新城區地表溫度大致處較低的狀態（圖3）。規劃區風環境不受地理位置因素影響，規劃區內的主導風向在夏季為東南風（SE），冬季為北風（N）（圖4），形成在高密度城區布置大型點狀綠地、根據主導風向布局水綠復合廊道等優化策略。

3 南通蝶湖熱島反演模擬

4 南通蝶湖風環境模擬

2.3 健康維度：城市低碳能耗和城市景觀模擬分析

城市低碳能耗模擬基于城市三維形態數據和能耗數據的智能疊合，實現現狀能耗的需求分析（圖5）和可再生能源供給的數字化模擬分析（圖6），結合分析結果，聚焦建筑單體，提出太陽能熱水系統、光伏發電系統、光誘導系統的空間布局。

5 南通蝶湖能耗需求模擬

6 南通蝶湖能耗供給模擬

3 結論

“綠色”貫穿于漫長的城市發展過程之中，隨著信息時代的到來，數字技術的突飛猛進為綠色城市設計的科學性、高精度提供了可能，在數字化技術支撐下的綠色城市設計，通過協調城市中各類要素，實現自然與城市的和諧共生。□