生态城市发展中的城市物理环境变迁

从城市物理环境变迁到生态城市发展的思考城规0801 黄亚蕾摘要：近年来,我国的城市化进程加快,带来了新的城市建设高潮。大规模的建设,在改善居民生活质量、调动群众积极性的同时,必然带来其它的影响,尤其是对环境的损害。因而，本文从建筑物理环境声、光、热的角度，分析了当今城市环境方面所面临的问题并从规划的角度提出解决建议，指出生态城市是营造健康良好的城市物理环境的发展方向，同样我们也必须努力营造好的物理环境以促进可持续发展的生态城市。关键词：城市规划 物理环境 生态可持续1、概念及内涵物理环境是指研究对象周围的设施、建筑物等物质系统，物理环境质量与人的身体健康和舒适程度有着密切关系。同时，物理环境也指基地自然条件和人工环境,它制约着建筑入口设里、室内外联系、形态构成等方面.如地形、气候、植被、文通和城市空间肌理等。通过对城市物理环境课程的学习，我认识到城市物理环境学是基于物理学发展起来的一门新兴学科，从物理学角度探讨环境质量的变化规律，研究物理环境同人类的相互作用，进而分析出保护和改善环境的方案。环境物理学是一门未完全成形的学科，目前包括环境声学、环境振动学、环境热学、环境光学、环境电磁学和环境空气动力学等分支。相对于郊区、农村，城市人口更为密集，活动更为活跃，因此，由于人类行为产生的环境物理问题在城市更为明显。城市化进程推动了城市环境物理问题的泛化和深化，城市环境物理学的重要性日益凸显。2、城市规划中的“城市物理环境”问题我国城市目前的建设基本思路是做大,把城市做得越大越好。因此,城市的基本发展模式就是“摊大饼”,城市由中心逐渐向外扩大,以致城市的外环路越修越多。城市要扩大,必须大量地征用农田,为了缓解交通拥堵,道路越修越宽、越修越多,这些都造成城市硬质地面增加。开发商为了经济效益,楼层建得越来越高,相邻建筑间距越来越小。同时,“亮化工程”成为这些年城市建设的另一潮流,街道、建筑、树木、河、湖、桥、广场等到处都装了各种各样的彩灯,形成“夜如白昼”的场面。总的来说,目前我国城市建设现状如下:（1）“摊大饼”式的扩大;（2）照抄照搬,千篇一律,缺乏特色;（3）道路、广场越来越多,硬质地面增加;（4）行政决策缺乏理论依据,因而主观主义、形式主义、急功近利、不顾全大局的思想时有表现;（5）环境破坏较大;(6)施工工艺落后,设计脱离城市现状,往往大建,浪费较大。综上所述,我国目前的城市建设往往伴随着环境的破坏,而且很多城市的设计规划过程中没有对物理环境进行合理的设计,没有组织相应的专家进行可行性分析、调研,因而造成很多物理环境问题。2.1城市声环境噪声污染与控制“摊大饼”式的城市建设模式,使城市的中心城道路机动车密度增加,道路交通网逐渐扩大和外延,并增加大量的高架立交和轻轨路桥,使得城市交通噪声声级不仅难以下降,且交通噪声影响范围扩大,由地面向高空发展。中心城和城镇经济的发展,促使农村劳力向城镇转移,人口密度的增加和人们社会活动的频繁也造成社会生活噪声和商业性噪声增加。城市为了增加就业,带动经济的发展,第三产业的发展较快,新建酒店、宾馆和办公大楼通风、空调、油锅炉、冷却塔、娱乐等配套设施均会产生大量的噪声。如图为南京长江大桥机动车噪声级变化情况，随着年代的递增，车流量在不断增加，同时也带来了更多的噪声污染。严重的噪声污染，对人们日常生产生活都产生了严重的影响。首先，噪声污染严重影响睡眠和休息，试验表明:在 4045dB 的噪声刺激下,人睡眠的脑电波就出现觉醒反应;60dB 的可使 70%的人惊醒。同样,噪声会影响人的睡眠质量, 当睡眠受干扰而不能入睡时, 就会出现呼吸急促、神经兴奋等现象；其次，干扰人的正常工作和学习，当噪声高于 90 分贝时, 交谈和思维几乎不能进行, 它将严重影响人们的工作和学习；再者，就是对听力的损害。2.2城市光环境光污染城市灯光环境的发展，一方面，随着居民生活质量的提高，夜生活也逐渐丰富，出行带来的交通照明，消费带来的商业照明都大幅增长；另一方面，政府部门通常把城市夜景的绚丽程度等同于城市的现代化程度，大力发展城市亮化，处处实施夜景工程。但是有些城市对照明工程缺乏统一规划或规划滞后,缺乏科学设计,对绿色照明工程认识不足或不全面,未能关注光污染,更没有认识到光污染的危害性,因而造成夜间光污染,出现了白昼似的夜空。形成不利于人们健康的光环境，陷入灯光夜景照明建设的误区，给自然环境带来破坏的同时还浪费了大量资源。2.2.1误区一：以亮为荣亮度地位近年来，为了增加城市亮度，不少地方政府实施了一系列城市灯光工程。2001年上海市实施的“内光外透”工程，在实施高楼室外泛光照明的基础上，楼内照明灯光也要开启建，筑物的外观通过泛光照明表现出来，建筑物内灯光通过玻璃窗折射出去，使整幢大楼显得晶莹剔透、美轮美奂。看似奢华的夜景建立在破坏生态环境，浪费能源的基础上。然而东京的摩天大楼晚上虽有许多灯光, 但那是公司员工在加班；纽约的摩天大楼晚上也有许多灯光, 但那是重要的金融公司出于安全防盗的考虑；法兰克福的摩天大楼只有少许的泛光照明。但没有人会因此而怀疑它的欧洲金融中心地位。城市的地位到底和亮度有没有关系, 国际大都市的发展有力地回答了这一问题。2.2.2误区二：以光为美缺少文化底蕴城市灯光夜景的视觉效果从宏观上看,在于灯光夜景整体景观的合理性,而灯光夜景的整体布局是否合理,关键在于是否突出了城市的发展地位及其文化特色。而很多城市则陷入另一个误区，大量使用五彩缤纷的花灯来装点美化城市景观达到美化城市的目的。看似绚丽实为空洞，显示出一派浮华浮躁的心态。景观照明设施不同于节庆灯，是长期的城市基础设施，照明的对象是建筑、广场、街道、园林绿化等城市的景观元素，他们是照明的载体，照明要突出的部分，过于花哨的照明则会喧宾夺主。 建筑是构成城市景观最重要的元素，记载了城市的历史、文化，夜间照明如果不能很好的表现出建筑本身的个性与气质，就很难展现一座城市的文脉。2.2.3误区三：照明随意化夜景观分布不合理 城市夜景在带来种种效益的同时也造成了一定不良后果。如右图为视觉错差率及精神疲劳百分率与照度变化的关系，反应照明对我们人体的影响。夜幕降临后，商业建筑上的广告灯、霓虹灯刺眼夺目，令人眼睛不适、疲劳，甚至造成交通隐患。在强光照射下，夜晚如同白天一样，即所谓人工白昼，使人夜晚难以入睡，扰乱人体正常的生物钟，使人白天头晕心烦，食欲下降，情绪低落，从而导致工作效率低下，造成心理压力。人工白昼的危害不仅止于人类，强光源周围温度较高，对附近草坪、植被生长也很不利。由于过多的使用灯光，大城市普遍天空过亮，看不见星星，影响了天文观测、航空等，很多天文台因此被迫停止工作，处处衍生着光污染。2.3城市热环境热岛效应城市建设使城市进一步扩大,大量占用农田、山地、河湖等,交通道路网越来越大,硬质地面越来越多,使得下垫面性质变化很大。大量开挖、施工形成的粉尘散发到空中,致使城市区域上空有较多的积云,大气层含有较多污染粉尘、悬浮物,严重影响城市的热环境。城市热岛的形成及强度与城市特征（如城市建筑物平均高度及密度、街区走向、城市规模、人口密度、人为热的排放量等）以及气象环境都有密切关系。从图中我们可以看出，影响城市热岛产生的因素大体可以分为三大类，即气象气候等自然条件、城市下垫面的热物理性质与人为释放热，并且这些因素通常是交叉相互影响的。在我国苏南地区的苏州、无锡、常州、镇江、南京5座城市及分别邻近的吴江、江阴、漂阳、江宁县5市在持续30年来的热环境诸因素也发生了明显的变化,表中可以看出，随着年代的增加，温度上都普遍增高，风速却在减小，湿度也在减小，部分地区雾日数也有增多趋势。这些都是由于物理环境中得热环境遭到破坏出现的问题。还有其他造成的影响，如：（1）太阳辐射量减少。太阳辐射是影响空气温度的主要因素,大气透明度降低将导致太阳辐射量减少。（2）城市形成凹凸不平的粗糙下垫面,改变了风向风速,同时不同下垫面热容量、反射率等也不同,因而形成不同的微气候。（3）绿地与水体减少使城市对微气候的调节能力减弱。草坪和树木对太阳辐射的反射率大,土壤含水量多,蒸发耗热多,植物覆盖的地面热容量大,因而绿地在夏季起减温作用,冬季起保温作用。同样水体由于热容量大,蒸发水份多,也起调节气温的作用。（4）人工热源增多。城市热环境中空气温度的提高,除接受太阳辐射能外,城市工业、交通以及居民生活使用能源所释放的大量余热也有重要影响。（5）城市“热岛”、“干岛”、“湿岛”、“雨岛”的四岛现象加剧。（6）城市的雾天数增多。3、城市规划与环境问题的结合及解决3.1规划角度的噪声污染解决办法 3.1.1加大资金投入，完善城市基础设施在城市规划上，要优化道路交通系统，首先应发展高效、大容量、快捷、便利的轨道交通系统，如城市地铁、轻轨等。其次建设新的交通干线，如外围环城路、过境物流运输专用通道，拓宽原有道路路面，改善道路路况，将环行交叉口代替信号交叉口，以降低机动车启动频率噪音。此外还应完善步行交通系统，在重要路口、客流量大的路口修建地下通道或过街天桥，完善现有过街通道设施，避免人车争道，缓解交通拥堵问题。建立高效、便捷的公共交通体系。根据城市定位、客流量和流向规律，优化公共交通线路，合理布设公交线路和站点，以此增加公交出行率。同时还可以采取相应的经济补偿措施，如降低公共交通费用，来吸引乘客，减少自驾车出行。修建隔音挡板或建设绿色防护栏。在道路和现有敏感建筑物之间修建隔音挡板或建设绿色防护栏，可以有效隔离和降低噪声污染。加快停车场建设，完善现有地下、露天停车场设施。3.1.2合理规划、布局在城市规划过程中，对城区环境污染严重的企业应以“退二进三”、“出城入园”的整体规划思想为指导进行部署，有重点、分层次、分区域、分时段进行搬迁、改造或关闭、停产。在旧城改造和新城区建设中，在道路规划设计阶段中，各规划部门就应合理划定建筑物与交通干线间的防噪声距离，制定出相应的规划要求。在道路规划过程中，必须对路网结构进行合理规划、布局，避免过境车辆穿越市中心; 改造道路时，应全面结合功能区状况和道路性质进行调整; 此外，在建设停车场、过街通道时也应合理规划布置。3.2规划角度的光污染解决办法3.2.1亮度地位实际对于规划设计上而言，夜景观不是越亮越好。亮度过高会破坏视觉适应的平衡，导致视觉中心和亮度层次的缺失，不能形成美感。对于单体建筑，当亮的地方则亮，该暗则暗，对象的形态结构通过亮与暗关系得到整体体现，暗部与亮部通过艺术性的配合，展现出层次丰富、不单调、乏味的形象；对于整座城市，照明本身不是景观的主角，是展示城市形象的手段，景观照明应选择最有代表性的景观，突出城市的个性与特点，体现出不同城市的差异性。大面积的照明、亮化使得建筑面貌乃至城市面貌主次不分明。3.2.2以灯光表现文化为了突出城市自身特点和文化内涵，灯光夜景的建设,应建立在对城市夜间环境形态做出合理组织的基础上,并通过各种灯光的协调配合和艺术处理,以另一种形式再现与白天不同但又紧密联系的景象,做到神似形不似。要做到这一点，首先要尊重空间环境本身的功能、属性和人文环境，营造与之相适应的灯光形态和氛围,提升城市夜晚环境空间的意境。其次，在一定区域内确定一个主体光色，主光源和辅助光源相统一，使每一个对象都融入环境，不突兀，不孤立。欧洲城市夜晚的色彩总体感觉差不多，因为几乎都使用暖白色或黄色灯光，整体性很强。即使有的建筑使用了彩色光，但是由于“基底”即背景色彩统一，并没有打乱整体的色彩格局。3.3.3合理分布夜景观城市夜间照明已成为城市不可缺少的一部分，对于光污染这一问题不能因噎废食，限制夜间照明。光污染不可避免，但可以控制在不影响周边生态环境的范围内，很多城市夜景观分布不均匀，有的地区过于密集，饱受光污染困扰，有的地区则很少甚至没有夜景观，不能享受城市夜景带来的效益和更高质量的夜生活。城市夜景观分布的不均匀很大程度上是由城市本身发展不平衡导致，越发达的区域夜景观越丰富，商业建筑照明更是加剧了光污染。欠发达地区由于缺少消费娱乐场所，夜晚出行较少，因此对应的建设的夜景观也较少。夜景观少，导致居民更不愿意出门，陷入恶性循环。然而，夜景观的建设成本远低于商业建筑的建设成本，可以通过夜景观的建设吸引居民外出，从而创造消费机会，带动商业发展，最终实现城市均衡发展。同时也减小了原有商业区的吸引力，从而迂回的减少了原商业区的商业照明，减轻当地的光污染。3.3规划角度的热污染解决办法3.3.1合理控制城市用地扩展规模与速度，适当鼓励中高密度土地开发模式首先，分析并把握城市扩张的基本规律，在满足人口集聚对城市向外扩张需求的同时，合理控制城市新区用地规模和速度，严格控制城市用地蔓延成片。其次，在满足公共环境质量的前提下（如对日照、绿地率等的需求）适当鼓励中高密度土地开发模式，改变以往居住空间大幅度扩展的“摊大饼”发展模式，推行紧凑型高层或小高层居住开发模式。这样一来，不仅可以减缓城市扩展对农耕地、林地、水域等的侵蚀，而且可以降低道路灯基础设施以及居住、公建等建设过程及投入运转之后所带来的能源耗费与温室气体排放量。3.3.2构建开敞的城市生态空间，增加城市降温增湿功能在规划中的绿地系统中，充分利用自然山体、水体、湿地、农田等自然绿色空间的降温增湿特点，结合城市绿地建设，构建诸如“绿楔”等开敞空间，开展滨水绿廊建设，形成以“水”与“绿”为要素的带状空间，发挥降温增湿功能。此外，对建筑的高度和密度也要加以控制，防止因建筑过高和密度对城市风道的阻挡。城市风道两侧建筑也应当由低向高规划，形成易于通风散热的城市空间结构，以缓解城市热岛效应。3.3.3优化用地功能布局和交通体系，降低城市人为热排放量首先，充分利用工业郊区化的内在驱动力，加快主城区的工业用地调整，依法关闭或整体搬迁高能耗、高污染的工业项目，尽量将工业用地布置在城市边缘生态容量高、通风良好的区域。同时，提高工业用地的利用效率，增加单位面积用地的投资强度，引导企业积极采用先进生产设备、工艺和技术，降低单位能耗，进而减少工业热的排放。其次，对于旧城区内稠密的老居住区和商业区，规划宜采用高层低密度的布局方式改善拥挤的建筑布局，见缝插针的布置小型绿化广场和街头绿地，尽量创造开敞、通风的散热体系。再次，重视公共交通尤其是轨道交通的发展，规划一个能体现和实现公交优先的城市交通体系，并在城市交通政策上给予公交发展的优先地位，提升公共交通竞争力，尽量减少过度使用小汽车带来的温室气体等污染物的排放量。3.3.4开展城市下垫面规划设计，增强城市热量反射和透水性能合理的规划设计能够改善城市下垫面的热属性，这也具有积极作用。首先，在提高城市用地植被覆盖率的同时，应根据不同用地类型有针对性的进行植被规划设计。例如，在工业用地上，针对其排热量大的特点，沿道路、给热管道以及热源厂区的屋顶、墙壁构建多层次立体植被覆盖层；对于商业用地或建筑密度高的居住用地，应以种植行道林荫树为主，鼓励屋顶绿化；对于公共用地，则以对阳光有遮挡作用的植被为主，尽量减少草地或硬质铺装。其次，对于建筑物单体的外观设计宜采用浅色高反照率透水透气的建筑材料，推进生态绿色建筑的实行。如图所示，生态建筑的建筑投资虽然高于一般建筑，但是从长远时间来看，二者必将在某个时间段契合等同并最后远远低于一般建筑的投资。4、规划发展趋势造就物理环境新变化4.1当今规划趋势下的生态城市发展当前诸多的教训告诉我们不能一味的开发资源，不加停歇的发展壮大，今后的城市建设不能再走靠开发资源，加大投资的形式来推动发展的老路，必须以可持续发展为发展的准则，将生态环境建设为重点，建设资源节约型、生态型城市，保证经济与环境互不冲突。改善城市生态环境，城市规划是最先也是最主要的环节，所以要想达到可持续发展目的，就必须以城市规划为基础进行生态城市的建设。生态城市的理念是：随着经济实力的发展和生活水平的提高，人们对城市在景观、人文、经济、建筑、交通、环境和生活质量方面的要求越来越高。城市建设不仅要体现科技进步，更要注重以人为本，创造更多的适宜环境，满足城市居民的生理心理需要和人居环境的可持续发展。这也将是今后城市发展的方向