国外生态城市设计案例研究与启示

国外生态城市设计及其启示------基于阿联酋Masdar城的案例研究摘要：文章以Foster＋Partners在阿联酋的新作-------生态城市Masdar为例，详细探讨了生态城市设计的目标、关键生态策略的确定以及具体设计手法，指出了对我国城市建设的若干启示，在此基础上对当前国内生态城市设计进行了展望。关键词：生态城市，Masdar，生态城市设计引言在世界环境问题日趋严峻的时代背景下，生态城市成为当前国际上许多城市所致力的发展方向，生态城市相关议题在学术界更是得到了越来越多的重视，但总的来看，当前“生态城市领域的发展还处于初级阶段”注释[西]米格尔·鲁亚诺著，吕晓惠译.生态城市---60个优秀案例研究〔M〕.北京：中国电力出版社，2007.P.2，已有的研究大多局限于理论探讨层面，在实践中如何促成生态城市的实现仍有大量工作有待去做，在这一方面，注释[西]米格尔·鲁亚诺著，吕晓惠译.生态城市---60个优秀案例研究〔M〕.北京：中国电力出版社，2007.P.2Masdar在阿拉伯语中具有“能源”（thesource）的含义。1Masdar生态城市计划生态城市Masdar位于阿拉伯联合酋长国（UAE）首都阿布扎比（AbuDhabi）的东南部，距离阿布扎比市区约17公里。基地形状大致呈梯形，东侧紧邻阿布扎比国际机场，西侧为已经开发的社区，北接波斯湾，南面为浩瀚的沙漠，规划占地总面积约6.4平方公里（图1）。其目标是要建成为全球首个“无碳、无废物、无汽车”的城市，树立全球生态城市的样板。Masdar是阿布扎比2030年发展计划的重点项目，同时也是世界自然基金会(WorldWideFundforNature/WorldWildlifeFund)旗下OnePlanetLiving(TM)OnePlanetLiving(TM)的目标是要证明人类在环保制约下仍可生活，甚至提升生活质素。OnePlanetLiving(TM)致力于透过旗下项目，比如本文的研究对象Masdar城，OnePlanetLiving(TM)的目标是要证明人类在环保制约下仍可生活，甚至提升生活质素。OnePlanetLiving(TM)致力于透过旗下项目，比如本文的研究对象Masdar城，把永续发展的原则付诸实践。“世界首座生态城市”的发展目标使得此项目异常受人注目。项目由世界知名设计事务所Foster＋Partners担纲设计。设计者诺曼·福斯特对此寄以厚望，正如他所说：“Masdar的环境目标十分远大---零碳和零废物，在世界上来说是第一，这给我们带来了设计上的极大挑战，并从根本上质疑传统的城市标准，Masdar项目将会给未来的可持续性城市提供新的设计基准”转引自福斯特及其合伙人事务所.德累斯顿车站重建工程及马斯达开发项目.城市建筑,2008（2）:39转引自福斯特及其合伙人事务所.德累斯顿车站重建工程及马斯达开发项目.城市建筑,2008（2）:39Masdar城市设计中的关键生态策略为达成“无碳、无废物、无汽车”的城市发展目标，切实把生态城市的概念落到实处，Foster＋Partners在Masdar城市设计中确立了一系列关键性生态策略，策略的制定特别突出了空间形态与当地风土特征以及生态性能之间的协同思考。2.1尊重地方风土特征的城市形态Masdar地处中东地区炎热的沙漠环境，年降水量不足50㎜，淡水极其缺乏，蒸发量大，这样的环境状况下一般绿色植物难以存活；日照强烈，辐射力强，炎热的夏季每年长达9-10个月，夏季白天气温高达50℃，即便是在树荫下平均温度也超过40℃。面对如此极端的风土环境，设计者Foster＋Partners并没有采取其擅长的“高技术”途径，转而汲取中东地区传统聚落的营建智慧，提出了“设计遵循地方风土特征”的基本概念。城市设计框架建立在对当地地理与气候特征详细分析与有机应对基础之上，力求城市形态形态的各个层面与当地风土环境充分融合。2.11整体层面，塑造密集紧凑的空间肌理，应对当地极端的气候条件整个城市由“城墙”和宽阔的绿带环绕，环城12米高的城墙及绿带有效遮蔽了强烈的日照，阻隔了来自附近机场的噪音，同时还可以有效地抵御南部沙漠热气的侵袭，庇护着城内的生活（图2）；城市内部密实排列的建筑墙体互相遮挡，互为连接，极大减少了外墙面积和外部空间尺寸，提供尽可能多的遮蔽空间，并可以有效减少外部热量向室内的渗入（图3、图4）。2.12中观层面，巧妙设置水廊、风廊，改善城市局部气候条件=1\*GB2⑴借助人工运河，形成水廊，引入凉爽的海水进行降温通过Masdar的平面计划可以发现，南北方向有若干条蜿蜒的水系空间贯穿城市，水系北端与波斯湾的海水相连接，并穿过城市外围的绿化空间，从北部海湾引来的凉爽海水伴随着绿化从一定程度上降低附近区域的气温，可以有效地改善城内的微气候。在Masdar主要的公共空间和建筑内部，设计者更是充分发挥了水在改善微气候方面的重要作用，通过丰富多样的景观水体设计，为使用者塑造了较为舒适的城市环境（图5）。在当地炎热气候条件下，对“水”的向往和追求十分强烈。水的引入一方面可以满足沙漠地带对水的心理渴求，另一方面，通过水的蒸发，还可以吸收热量从而改善街区的微气候。=2\*GB2⑵设置风廊，引入通风，改善局部小环境Masdar北部边界适当开放，并设置长短不一的凹形带状空间，形成朝向北方的风廊系统，便于引入来自北部波斯湾凉爽的空气流，改善城内微气候，风力的进入还可以促进运河水体的蒸发，进一步降低气温。在城市南侧，通过对风廊空间的曲折处理和开口尺寸的控制，有效缓解了来自南部沙漠地段带来的热空气。总之，对风道的巧妙设计促进了城市微气候的改善，并从一定程度上减缓了极端气候的侵袭（图6）。2.13微观层面，通过街巷与建筑空间的适应性设计，着力营造舒适的生活场所=1\*GB2⑴街巷空间形态塑造中的阴影营造策略在极端炎热、太阳异常毒辣的中东地区，阴影空间是难得的财富。受传统聚落的启发，Masdar的街道空间采取了狭窄高耸的空间形态，街道的宽度限制在3米以下，狭窄的街道两边是1-5层的密集建筑物，街区建筑高密度紧凑布置，形成彼此紧贴相互遮挡的整体，这种街区和街道形态有效减少了外部空间的数量和暴露面积，便于形成有遮蔽的空间，使得街道空间大部处于阴影区中，加上每条路径和公共空间上方都有遮盖物（一种特殊的滤网，在提供遮荫的同时可以通过光电转换设备把太阳能转换为电能），因而即使在极端气候下行走也不会难以忍受（图7、图8）。=2\*GB2⑵主动与被动技术手段相结合，塑造建筑空间的宜居性。基于特殊的气候条件和伊斯兰居民重视“私密性”的文化观念，建筑布局采用内向展开的“合院形式”，并借助风塔的使用促进空气对流，改善建筑环境的宜居性。所有建筑单体采用1-5层的中、小体量，密集布局形成互相连接的整体，可以减少暴露在外的表面积从而降低热量侵入，同时通过建筑墙体和顶部的遮阳-光电复合装置，有效遮蔽强烈的太阳辐射，并把太阳能转换为城市能源，使得主动与被动生态技术有机结合，进一步完善了建筑的生态性能（图9）。2.2“自我维持与自给自足”的城市运行模式为减少环境影响，削减城市的“生态足迹”，Masdar采用了“自我维持”的城市运行模式。这种自我维持的城市模式与生态城市的“低负荷运作、低环境影响”理念是一致的。“自我维持”的城市发展模式主要表现在两个方面，首先是功能上的自我完善，居住、工作、休闲、公共服务等复合共生；其次表现在能源利用层面上的自给自足，Masdar的能源供应全部采用城内的太阳能、风能、废物循环能等可再生能源；借助太阳温室在城市周边进行农业种植，为城市提供食物；城市废物通过回收利用，循环用于产生其他能源或者形成资源；依赖太阳能驱动的海水淡化设备为城市提供淡水；废水处理后用于农业浇灌或者植物种植…。这种“自给自足”的运行模式最大限度的减少了对外部环境的依赖。2.3紧凑复合的土地使用方式通过土地使用和绿色交通的有机联动，“紧凑城市”的理念在Masdar的规划设计中得到了较好的体现，这表现在两个方面：一是高密度的城市形态；二是多功能复合发展的功能结构。Masdar的城市开发主要集中在两个带有“城墙”的方形区域内部，形成两个高密度的“城中城”。城区内部建筑紧密毗邻互连成片、街道狭窄密集，形成紧凑高密度的城市肌理，城市的建筑覆盖率达到50％以上，同时，所有的街道宽度均控制在3米（10feet）以内，这种布局类似于当地传统紧凑的聚落，并“接近于威尼斯的密度”（图10）。从功能结构上看，Masdar城含括了居住、商业、文化、休闲和制造业（专门生产环境友好型产品）等多种功能，并设有一座大学（MISTMIST：Masdar理工学院，该学院由麻省理工学院(MIT)合作开办，目标是建成全球首间专为再生能源而设的学位大学，将招募一批学生和教授，专注开发新一代能源，解决全球日益依赖化石燃料的死结，学院计划于2009年开幕。）以及“阿布扎比未来能源公司”（AbuDhabiFutureEnergyCompany）的企业总部，此外，城中还有政府办公部门、科学博物馆和教育设施，共同构造了多功能复合的城市区域。继而通过土地利用与交通系统的协同设计，城市功能设施得以布局、建立在步行尺度的基础之上。这种紧凑的土地利用模式有助于减少通勤交通，并能够为步行、塑造城市活力提供良好的支持（图11）。MIST：Masdar理工学院，该学院由麻省理工学院(MIT)合作开办，目标是建成全球首间专为再生能源而设的学位大学，将招募一批学生和教授，专注开发新一代能源，解决全球日益依赖化石燃料的死结，学院计划于2009年开幕。2.4步行与公交为导向的交通体系Masdar的城市设计计划遵循以“公共交通和步行为导向”的开发模式。紧凑的街道便利于人们步行，同时在城市内部设计了复合型公共交通网络，未来城内将不允许使用小轿车，而是由电力车承担城市客运和货运交通。城市交通系统被安排在一个复合基面上：空中基面安排公共电车和轻轨系统，地表基面为步行交通系统，整个城市内部将不考虑小汽车，来访者把汽车停放在城墙外后，进入城就必须步行、骑自行车或乘坐无人驾驶的公共电车。绿色交通的设想还惠及城外，一种电动铁路系统将连接Masdar与周围城市的交通。在土地利用与交通协同考虑的基础上，Masdar城市设计充分考虑了交通站点、公共服务设施的合理分布，使得从城市任何一处到这些公共设施的距离均不超过200米，人们可以方便地通过步行到达（图12）。因而小汽车在这里将毫无用处。小汽车的消失使得Masdar的“零碳”目标成为可能，并使城市街道的尺度能够适应当地极端的气候条件。交通站点及其周边的城市设计在Masdar也得到了高度重视，设计者运用各种手法，把站点营造成一个富有活力、环境宜人的城市标志性空间，成为组织城市街区的基本核心，同时交通站点也是一个重要的公共交往场所，为人与人之间面对面的交往提供了有效平台（图13）。2.5基于循环经济和可持续原则的资源利用策略2.51可再生能源尽管具有十分丰富的石油资源阿联酋的石油含量十分丰富，阿布扎比是当今阿联酋的石油含量十分丰富，阿布扎比是当今世界第五大石油出口地。强烈的太阳辐射是导致阿布扎比极端气候特征的主导因素，同时丰富的太阳能也是一种极为可观的潜在能源。设计者敏锐地挖掘了这种独特的资源，并通过多样化的技术手段使之转换为城市的绿色能源：城市将在起步阶段建设一座60兆瓦的光电发电厂，其电能可以供给后续的施工建设以及未来的城市运行所需能源；同时还可以利用建筑墙体、周围城墙、以及覆盖在公共空间上面的“天棚”系统表面的太阳能发电设施产生电能；还有用于海水淡化的太阳能脱盐工厂。除了太阳能之外，风能和生物能源也是重要的能量来源。位于Masdar周边的风力发电厂、生物燃料厂、以及废物循环利用均可产生相当的能源供应。另外，城市周围将种植棕榈树和红树林，形成一个环城绿色地带，在改善环境的同时，这些树木可以提供制造生物燃料的原料。Masdar建成后，城市周边的沙漠中将布满无数太阳能光电板和反光镜，竖立在大海与沙漠之间的众多大型风车也将成为一道独特的风景。2.52生态水循环高效的水循环是衡量城市生态性能的一个重要方面。中东地区淡水资源缺乏，需要依赖高昂的设备把海水淡化，因而淡水显得极其珍贵，有“水贵如油”之说法。在Masdar计划中，城市的用水来自于一座太阳能脱盐厂。淡水的获取通过对海水的脱盐化处理取得，其能源则来自太阳能的利用。通过对现有设施与工艺的改进，可以大幅度提升海水淡化效率。而废水则通过生态净化的手段进行循环再利用，比如经过水处理厂处理过的灰水（graywater）可以供给周边的农业生产和绿化种植，提供浇灌水源，周边的乡土绿化植物如棕榈和红树反过来可以用于生物燃料的制作，为城市提供能源。2.53废弃物循环利用对废弃物的循环回收利用是Masdar重要的生态策略。具体表现在：建设废弃物转变为能源的工厂、建立高效的垃圾回收利用机制等。相比较同类城市需要数百万平方米土地作为垃圾堆填区，Masdar则基本上毋须堆填。城市周边布置有供研究用的田地，加上绕城种植的棕榈树和红树，在为城市生物燃料厂供应原料的同时，也有助于减少废物排放，因为碳的沉降能抵消工厂产生的气体。2.6社会绿色生活方式引导策略除了从物质形态和空间设计角度塑造生态城市基本框架之外，在社会绿色生活方式引导方面也是Masdar城市设计所极为重视的一条策略。绿色生活方式引导策略主要体现在三个方面，首先是太阳能电力交通工具替换小轿车的举措，降低化石燃料的消耗，降低碳排放；其次是企业的准入制度，未来城区的企业类型均应当是环境友好类型的，倡导的行业包括永续运输、废物管理、食水和污水再生、绿色建设、建筑及工业材料、循环再用、生物多样性、气候转变、再生能源及绿色金融机构；三是通过智能的测量系统精确计算生活消耗，Masdar的居民在任何时候都可以知道到跟全城的人均消耗相比，有多少能源、水和碳被自己消耗掉了，以此激励人们逐步迈向一种绿色环保的生活方式。3几点启示Masdar的城市发展计划集中体现了当前生态城市的研究进展，尤其对于国际生态城市的实践来说颇具启发意义。首先，Masdar的设计是基于整体生态思维的。这种整体思维不仅仅在于把城市与周边自然环境统一考虑；还在于生态设计概念从城市整体到局部切实有效的融贯；也体现在土地使用、功能安排、交通组织、能源利用、主动与被动技术等各方面的协同设计；以及通过物质和非物质手段引导人们方向绿色环保的生活方式。其次，Masdar的设计经验告诉我们，地域主义特征是生态城市设计的一条重要途径，在当代生态城市的营造中，应当重视传统的智慧。在长时间的历史进程中，经过人与自然环境之间不断的磨合、调试，先辈们在聚落营建方面积累了丰厚的生存智慧，其特点在于巧妙运用适宜技术达成与当地风土环境的有机共生，同时又是自然朴实而简洁有效的。在技术已有很大进步的当今社会，它们不仅不应被忘却，反而有可能成为当代设计的源泉，引领我们真正步入人与自然共生的生态时代。同时，我们还可以发现，Foster＋Partners所制定的Masdar计划遵循了多目标导向的生态设计策略：在进行城市空间设计或形态设计的同时，兼顾生态、社会目标的共赢，摆脱单向思维的设计手法。典型的例子表现在街道和公共空间上方的多功能“天蓬”，既可以遮挡强烈的太阳光线，提供阴影空间，又可以把太阳能转换为城市运行所需要的能源，对于下方的使用者来说，增加了一种独特的空间体验，一举三得，构思巧妙，充分体现了设计者的智慧和良苦用心，其他诸如围绕城市的城墙和环城绿化都具有类似的多功能用途。这标志着设计的一种观念转型：“把多元化和混合变量融入到城市规划的系统方法中，这比单纯进行空间规划更重要”（米格尔·鲁亚诺，2007）[西]米格尔·鲁亚诺著，吕晓惠译.生态城市---60个优秀案例研究[西]米格尔·鲁亚诺著，吕晓惠译.生态城市---60个优秀案例研究〔M〕.北京：中国电力出版社，2007.P.5.附图：图1：Masdar所在地理位置图2：Masdar的整体城市形态图3：Masdar与传统聚落的紧凑城市肌理具有相似特征图4：“城墙城市”以及结构致密的城市肌理巧妙借鉴了传统聚落的智慧图5：水体的引入有助于改善Masdar城市环境的微气候图6：风廊的设置巧妙回应