集成化城市设计步骤

时间：2022-11-09 百科知识版权反馈

【摘要】：生态安全格局正是解决这些现实问题的一种有效途径，它是联系城乡物质环境规划设计与生态学之间的桥梁，其主要步骤如下：生态景观表述。这是整个生态安全格局途径中较为关键的一步。从城市生态学的内涵以及自然与社会两大生态系统出发，结合区域实际情况，进行区域生态适宜性分析是生态城市设计不可缺少的环节。

3.3　集成化城市设计步骤

通过长期的实践，人们越来越认识到上述城市设计方法不能适应社会、经济的迅速发展。基于对城市开放性——城市的发展与更新永无完结的认识，城市设计界提出了“持续规划”和“滚动式发展”的设计思想，主要着眼于近期的发展与建设，对远景目标则不断地加以修正补充和调整，实行一种动态的平衡，从而抛弃了把城市设计看做城市“未来终极状态”的旧观念。在这种背景下，新的城市设计方法不断涌现，如英国在1968年用新的结构规划和局部规划的两阶段规划方法代替原有的总体规划设计。在内容上除了物质环境规划与设计以外，还增加了经济规划和社会规划，以实现城市的社会经济目标，因此形成多目标、多方面、更为综合的城市设计（图3.3）。

图3.3　集成化城市设计思路图

几则发生在我们身边、众所周知的新闻，迫使我们不得不去反思传统城市设计方法的合理性与可行性。据报道，2004年2月27日，沱江简阳段氨氮指标超标40～50倍，居民区40平方公里内地区无水源；2004年7月10日，一场并非特大的暴风雨袭击了北京城，在几个小时内全市交通几乎濒临瘫痪。这些灾难都反映了我国城市面临着严重问题，快速城市化对人居环境提出了严峻的考验。

城市是一个极其复杂的复合巨系统，其中社会、经济、自然因素通过各种功能流和反馈关系结合成一个错综复杂的时空网络。头痛医头、脚痛医脚的单因单果的链式思维是行不通的，往往会顾此失彼。城市设计必须要有系统观念和网络思维，并综合分析、研究和处理生态城市各要素的整体联系，而不是仅仅为了单纯的物质建设需要，必须和社会、经济发展规划结合起来，同时考虑生态环境安全，不再局限于物质规划，它改变了城市规划其原先的统治地位，融合空间、经济、环境等规划于一体，是一种系统性综合性的设计。城市设计的内容使得城市设计不再是纯工程技术问题，不能由单学科背景的设计师独立完成，它需要多学科参与，并借助计算机技术进行模拟、处理分析、统计数据、建立模型以及其他生态工艺、生态工程等技术手段。设计过程当中，规划师、生态学家、地理学家、社会学家、经济学家等方面学者平等合作，不以一种学科或权力压倒另一种学科或权力，而是采用集成化的生态城市设计步骤，互相配合，使城市设计得到协调，从而促进环境、经济、社会的可持续发展，提高城市生态系统整体效益。

3.3.1　生态安全格局分析

在生态城市设计的前期，需要考虑如何更有效地协调各种土地利用之间的联系；如何在城市发展中形成一种有效的战略性的城市生态灾害控制格局；如何使各类孤立分布的自然保护地通过尽可能少的投入而形成最优的整体空间布局，从而保障物种空间迁徙的安全性和维护生物的多样性；以及如何改善城乡景观，建立连续高效的游憩网络及视觉廊道的控制。生态安全格局正是解决这些现实问题的一种有效途径，它是联系城乡物质环境规划设计与生态学之间的桥梁，其主要步骤如下：

（1）生态景观表述。一般采用“基质—斑块—廊道”的点、线、面模式，或者采用可见度和视觉感知的模式。主要的技术手段包括收集历史资料与气象、水文地质及人文社会统计资料；应用地理信息系统，建立生态景观数字化表述系统（包括地形地物、水文、植被、土地利用状况等）；现场考察和体验的文字描述和照片资料。

（2）生态景观过程分析。这是整个生态安全格局途径中较为关键的一步。在各种过程法分析过程中，趋势表面和阻力模型是一个重要的手段，也是难点。关于生态景观阻力面和过程趋势表面的研究已有许多研究成果可供借鉴。如植物往往需要克服空间阻力达到对某地段覆盖，灾害性昆虫的水平运动、动物穿越生态景观乃至于人口的空间迁移，都带有对空间竞争性控制和克服空间阻力的特性。

（3）生态景观评价。重点评价现有生态景观格局对各种生态景观过程的价值和意义，即是否有利于或有害于生态景观过程的健康和安全。对于不同的过程可以采用不同的生态景观评价模型和方法，包括通常采用的生态环境评价方法、景观的美学评价方法、社会经济效益评价方法等等。

（4）生态景观改变。生态景观改变的方案可能多种多样，尤其在微观尺度上。随着艺术成分的增加,为解决同样的问题，可能会有多种解决方案。所以，寻求生态景观改变城市规划是一个多解规划设计的过程 ^[1]。

（5）影响评估。如果方案改变，或者在对多个生态基础设施方案进行生态服务功能的综合的影响评估时，必须评估其对各种自然过程、生物过程和人文过程的意义。对多解方案，还应比较各个不同方案之间的差异，以便决策者进行选择。这些评估可以用各种模型或实际观测来实现。但在设计阶段，对其自然过程、生物过程和人文过程的健康性和安全性，往往体现为各个利益代表的不同关注和态度，如水利部门对洪水等自然过程的关注，环保部门对生物过程的关注，文化部门对遗产保护的关注等等。城市设计的本质是各个利益主体之间分配与协调的过程，所以，生态影响评价可以通过对各个利益主体的态度和反应来评估，最终得到各方利益代表的共同认可。

（6）生态景观决策。针对上述多种建设方案和评估结果，决策者可以选择合适的实施方案，并将其作为城市或区域发展规划和城市设计的刚性控制条件。

生态景观安全格局理论与方法对于解决如何在有限的土地上，以最经济和最高效的生态景观格局，维护生态过程的健康与安全，控制灾害性过程，实现人居环境的可持续性，尤其是恢复和重建中国大地上的城乡生态景观系统，有效地阻止生态环境的恶化，具有潜在的理论和实践意义。

3.3.2　区域生态适宜性分析及应用案例

从城市生态学的内涵以及自然与社会两大生态系统出发，结合区域实际情况，进行区域生态适宜性分析是生态城市设计不可缺少的环节。区域生态适宜性评价的主要步骤是调查分析土地利用中的环境问题和发展趋势：识别区域规划及区外经济活动可能导致的主要环境影响；选择对所确定的土地利用目标影响最大的一组因素作为生态适宜性的评价指标，确定它们对影响开发区生态环境的权重及其在空间上的组合，在此基础上，对区域的各种土地利用类型进行评估，确定是否适宜及适宜的程度。丘陵是一种特有的地貌，在城市设计中我们更应该采用集成化城市设计方法认真分析研究。以长株潭城市群生态绿心地区为例，具体按如下步骤分析进行区域生态适宜性(图3.4)。

图3.4　长株潭城市群生态绿心地区生态

1）评价方法

本案例研究的技术路线：地形图数字化—转成ArcGIS文件格式—对各个指标分别进行评价—利用ArcGIS的空间分析功能对多个指标进行快速的综合评价—对评价结果进行分析。

2）评价指标体系

（1）候选因子筛选赋权重

根据选择原则，提供了以坡度、高程、基本农田分布、坡向等因子进行筛选。将这些候选因子筛选并进行打分，经过综合，得出的结果为：高程（Pel）0.3，坡度（Psl）0.2，基本农田分布（Plt）0.4，坡向（Pas）0.1（权重总和为1）。

（2）确立指标值

将上述因子量化分级，并根据当地情况对每个级别确定得分。由于长株潭城市群生态地区80米以下地势相对平缓，而120米以上则为陡峭山地，城市建设基本在120米以下地区，因此高程指标因子主要集中在120米以下划分；坡向评价按照南北坡情况考虑，分为0～360度，以正北为0(360)度，按顺时针方向递增。

3）评价结果

长株潭城市群生态绿心地区之间发展战略规划用地适宜性评价采用分项图层叠加、分类指标汇总的方法，主要采用ArcGIS的空间分析模块进行，评价结果不仅以表格形式显示出来，而且结合地形呈现出准确的图形形式。

（1）高程分析

数字高程模型(Digital Elevation Model，简称DEM)是地面高程的数字表示，是GIS中赖以进行二维空间数据处理和地形分析的核心数据，DEM常用的数据结构主要分为规则格网和不规则格网两种形式，不同形式的数字高程模型的数据结构对其应用有着重要的影响。与传统的地形图比较，DEM作为表示地面信息的一种数字表达方式的优越性在于它可以直接输入计算机，供各种计算机辅助设计系统利用；可用于多层数据结构，存储丰富的信息，包括地形图无法容纳与表达的地物的垂直分布信息；可以方便地转换成其他形式(如传统的地形图、表格)的地表资料文件及产品，便于修改、更新、复制及管理；DEM是一种三维模型，比传统二维地形图更加形象直观，感观分析更加准确便捷。

图3.5　长株潭城市群生态绿心地区高程分析图

综合实际情况，列出长株潭城市群生态绿心地区用地评价指标，利用ArcGIS的三维分析模块，将高程数据生成DEM（ArcGIS中一般称之为不规则三角形(TIN)）。为了统计各高程段用地所占面积和比例，需要将TIN栅格化成Grid主题，Grid主题由规格相同的网格构成，网格的大小和分析范围必须在栅格化之前确定。生成Grid主题后，利用空间分析模块的重新分类命令Analysis Reclassify，按照指标以10分制来进行用地评价,高程越低越利于城市建设(图3.5)。高程60米以下为最适宜建设发展用地，分值为10分；高程在60～80米为一些低矮山头，只要稍加工程改造就可以直接用来做建设用地，将它划为适宜建设发展用地，分值为8分；高程在80～120米的用地，需要采取一定的工程措施才能用于建设，分值为5分；高程在120米以上为较高的山头，地形复杂，生态绿化条件优良，形成了一定的走向，用地组织和工程建设往往难度很大，应尽量作为生态绿地保护起来，禁止建设开发（表3.1）。

表3.1　长株潭城市群生态绿心地区高程分析统计表

（2）坡度分析

坡度作为地形的一个特征信息，除了能够间接表示地形的起伏形态以外，在交通、规划以及各类工程中还有着很大的用途。例如，在城市规划和建设中，平地要求有不小于0.3%的坡度，以利于地面水的排除和汇聚，地形过陡也将出现水土冲刷等问题。尤其是丘陵地区，坡度大小对道路的选线、纵坡和确定及土石方工程量影响尤为显著。因此必须将坡度分析作为土地利用评定的一个必要因素。这里按适用程度分为＜5%、5%～15%、15%～20%、20%～30%和＞30%五个梯度（图3.6）。

图3.6　长株潭城市群生态绿心地区坡度分析图

目前，利用DEM提取地面坡度的算法可归纳为5种：四块法、空间矢量分析法、拟合平面法、拟合曲面法、直接解法。其中前3种方法是为解求地面平均坡度而设计的，后2种方法是为解求地面最大坡度而设计的。经证明，发现拟合曲面法是解求坡度的最佳方法。拟合曲面法一般采用二次曲面，刚好ArcGIS的三维分析模块中已经内嵌着这种方法的数据模型和可运行程序。使用Surface菜单中的Derive Slope 命令对DEM进行坡度分析，坡度分析的结果也是Grid主题。分析过程中根据提示将分析范围和网格的大小设置成与高程分析相同，便于以后的叠加分析。按照用地评价指标合理设置值分类和颜色系列，得出分析结果（图3.6）。从图中可以看出，颜色由深到浅，用地坡度依次降低，建设开发更加方便。同样我们利用空间分析的重新分类命令(Analysis Reclassify)对各指标段用地以10分制来进行统计和评分，坡度小于5%地势平坦，适宜城市建设，分值10分；5%～15%地势比较平坦，稍加平整就可以用来开发建设，分值9分；15%～20%地势相对有些坡度，应适当考虑用地性质，分值7分；20%～30%地面坡度较大，需要经过一定的工程施工才能作为建设用地，分值5分；坡度大于30%表示地面陡峭不适合于作为城市建设用地，应加强绿化，以防止雨水冲刷造成滑坡等自然灾害（表3.2），分值在7分以上（坡度＜20）用地的面积所占比例为86.65%，分值在7分以下(坡度＞20)用地的面积所占比例为13.35%，水域占总面积的2.2%。由此我们可以得到结论，在规划控制范围内坡度较小的用地所占比重较大，对于限制城市空间发展影响不明显，在最后的综合评价中我们可以适当降低该因子的权值，使评价更加科学合理。

表3.2　长株潭城市群生态绿心地区坡度分析统计表

注：表中a表示坡度。

（3）基本农田分布

保护基本农田是我国的基本国策，随着我国经济的持续发展以及城市化、工业化的快速推进，农业耕地被无序占用现象十分严重。因此城市建设工作者在进行城市用地规模论证和发展用地选择时要重视这个因素，以保护基本农田和土地生态环境。要将农田分布纳入空间分析，首先要将基本农田分布情况转成ArcGIS面主题，并对其中的农田标识，再对面主题以标识值进行栅格化，具体命令为 Convert To Grid，为了便于统计，将分析范围和网格大小与前面两个因子设置相同。最后利用Analysis Reclassify进行分类评分，基本农田必须重点保护，评价分值会较低，其他可占用的用地分值会较高。图3.7、表3.3为基本农田分析结果，图中浅黄色表示为基本农田所占比例为21.8%，我们可以看出避开基本农田还是有广阔的地方用来做建设的。

图3.7　长株潭城市群生态绿心地区基本农田分布图

表3.3　长株潭城市群生态绿心地区基本农田统计表

（4）坡向分析

丘陵城市中，不同坡向的用地获得太阳能和自然风的程度不同，从生态城市设计的角度，应尽可能利用自然坡向，增强城市的节能能力，使空间设计更加合理。当基于DEM计算坡向时，坡向通常定义为:过网格单元所拟合的曲面上某点的切平面的法线的正方向在平面上的投影与正北方向的夹角，即反方向水平投影向量的方位角。在DEM层面上，表示为每个栅格与它相邻的栅格之间沿坡面向下最陡的方向。^[2]利用ArcGIS中Surface菜单中的Derive Aspect命令可以直接从DEM上生成坡向分析图(图3.8)。图中颜色较浅为南向、东南向和无方向阳光充足的用地，颜色较深为北向或偏北向的太阳照射较少的用地。坡向分析图也是Grid主题，Grid的要素与前面分析的因子相同。和前面几个因子分析一样，对用地进行分类与评分，朝向好的用地到朝向差的用地分值由高到低(表3.4)。