基于城市生態(tài)系統(tǒng)視角的城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)理論方法研究

廣州市城市規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院 陳俊仲

自19世紀(jì)以來(lái)，由于快速城市化建設(shè)發(fā)展，自然景觀逐漸被城市建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施侵蝕和割裂，擾亂了自然系統(tǒng)中眾多的自然過(guò)程[1]。在全球氣候變暖、極端天氣多發(fā)的背景下，世界多數(shù)沿海城市化地區(qū)受到潮汐洪水、河流洪水等自然災(zāi)害威脅。在此背景下，城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施，一種將建成區(qū)和城市基礎(chǔ)設(shè)施與景觀生態(tài)相融合的跨學(xué)科概念，受到廣泛關(guān)注[2]。本文旨在從理解城市生態(tài)學(xué)與景觀生態(tài)學(xué)相關(guān)理論入手，嘗試?yán)斫獬鞘猩鷳B(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性，回顧并探討城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施的相關(guān)理論、設(shè)計(jì)方法和過(guò)程的可能性。

一、理解城市生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性

城市生態(tài)系統(tǒng)作為一個(gè)融合經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)的復(fù)雜系統(tǒng)，經(jīng)歷不斷增長(zhǎng)、積累、重組和更新的自適應(yīng)過(guò)程，結(jié)構(gòu)不斷變化，充滿不確定性[3]。城市生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和模式需在時(shí)空維度下觀察，Meyer提出“3x3x3”的時(shí)空模型，通過(guò)三個(gè)相隔十年以上的時(shí)間維度，在宏、中、微三個(gè)地理尺度下，觀察景觀、基礎(chǔ)設(shè)施、建成環(huán)境三個(gè)物理層的動(dòng)態(tài)來(lái)了解系統(tǒng)性變化，回顧、預(yù)測(cè)人類系統(tǒng)與自然系統(tǒng)間的變化與聯(lián)系[4]。另一個(gè)被廣泛接受的系統(tǒng)模型是非生物-生物-文化(ABC)資源模型[5]。該資源模型與景觀生態(tài)學(xué)理論觀點(diǎn)一致，揭示了人類發(fā)展需求引起非生物和生物系統(tǒng)間的相互作用。城市生態(tài)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)與復(fù)雜性決定了城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施成功的關(guān)鍵是將關(guān)鍵生態(tài)功能和文化功能在時(shí)空維度上結(jié)合起來(lái)[5]。

（一）城市生態(tài)學(xué)中對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的理解

城市生態(tài)學(xué)理論是城市和生態(tài)理論的混合體，解釋了城市生態(tài)系統(tǒng)的行為機(jī)制。城市生態(tài)學(xué)是研究城市生態(tài)系統(tǒng)中人類活動(dòng)與生態(tài)過(guò)程的相互作用，并探索這些相互作用如何形成多種城市生態(tài)模式[6]。理解這些模式需運(yùn)用POM（Pattern-Oriented Modelling）模型方法，需要通過(guò)多個(gè)尺度觀察模式并檢驗(yàn)城市生態(tài)系統(tǒng)的各類假設(shè)[7]。比如在時(shí)空維度上分析生態(tài)斑塊和土地鑲嵌體的結(jié)構(gòu)和功能等是理解人類與生態(tài)系統(tǒng)相互作用的常用方法。此外，在這種自適應(yīng)和非線性系統(tǒng)中，地方和區(qū)域的偶發(fā)事件偶爾也會(huì)引起系統(tǒng)適應(yīng)性變化[6]。對(duì)地方和區(qū)域的偶發(fā)機(jī)會(huì)事件的分析對(duì)于理解和預(yù)測(cè)城市生態(tài)系統(tǒng)的后續(xù)影響與發(fā)展也尤為重要。

（二）景觀生態(tài)學(xué)中對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的理解

近二十年來(lái)，景觀生態(tài)學(xué)已成為一門揭示景觀空間結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的綜合學(xué)科，對(duì)景觀生態(tài)學(xué)的回顧有助于闡明城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施的景觀生態(tài)學(xué)原則。1950年至1980年，得益于航拍發(fā)展，景觀生態(tài)學(xué)一詞首先被用來(lái)描述景觀的具體空間格局，在這一階段，景觀生態(tài)學(xué)僅指區(qū)域生態(tài)。[8]自1980年開始進(jìn)入“土地鑲嵌體”階段，景觀生態(tài)學(xué)開始作為綜合學(xué)科出現(xiàn)，涉及棲息地破碎化、廊道連接、定量方法、異質(zhì)性和邊界研究等在該階段中，福爾曼的景觀鑲嵌模型（Landscape Mosaic Model）作為典型通用模型之一定義了景觀生態(tài)學(xué)的基本三要素：斑塊、廊道和矩陣[9]。斑塊是一個(gè)相對(duì)均質(zhì)的、區(qū)別于周圍環(huán)境的非線性區(qū)域，應(yīng)根據(jù)斑塊的大小、數(shù)量和位置進(jìn)行分析，以判斷斑塊對(duì)景觀功能的利與弊[5]。斑塊由廊道連接，廊道是一種區(qū)別于周圍環(huán)境的、線性的土地覆蓋類型，如河流、運(yùn)河[9]。廊道確保景觀連通性，緩解隔離和分裂，尤指生物遷移[8]。水系廊道的生態(tài)完整性也直接決定了氣候變化引發(fā)的水文災(zāi)害下的生態(tài)表現(xiàn)。因此，廊道應(yīng)該從連通性、寬度和類型學(xué)方面進(jìn)行分析。最后一類是矩陣，指一定范圍內(nèi)的主要土地覆蓋類型，其具有高度的連通性和連續(xù)性，在其景觀環(huán)境中具有高度動(dòng)態(tài)性[9]。除了基本三要素，景觀生態(tài)的特征主要從三個(gè)方面來(lái)定義：結(jié)構(gòu)、功能和變化趨勢(shì)。景觀生態(tài)結(jié)構(gòu)指上述景觀要素的空間格局。功能通過(guò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，代表動(dòng)植物的運(yùn)動(dòng)，水、風(fēng)、能源和物質(zhì)的流動(dòng)。變化趨勢(shì)指隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的結(jié)構(gòu)和功能[8]。

（三）城市生態(tài)系統(tǒng)中的城市景觀要素的示例

表1羅列了景觀鑲嵌模型中各城市景觀要素的示例?？赏ㄟ^(guò)時(shí)間維度來(lái)觀察哪些人工基礎(chǔ)設(shè)施阻礙景觀連續(xù)性，如鐵路、公路等，阻礙生態(tài)活動(dòng)并造成景觀碎片化，來(lái)分析哪些人類活動(dòng)破壞生物和非生物過(guò)程，如開荒和封土。該方法也利于確定哪些景觀結(jié)構(gòu)和元素需要維護(hù)或修復(fù)以恢復(fù)生態(tài)功能。這些信息有助于評(píng)估建設(shè)項(xiàng)目以及景觀保護(hù)計(jì)劃的必要性，為改變土地利用性質(zhì)提供依據(jù)。

表1 根據(jù)景觀鑲嵌模型分類的城市景觀要素示例[5]

二、城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)理論方法

（一）從“網(wǎng)絡(luò)”到“節(jié)點(diǎn)”

城市生態(tài)系統(tǒng)在空間上是網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)要素在多尺度、多層次的空間組合[2]?！背鞘芯坝^基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)方法，將圍繞“網(wǎng)絡(luò)”和“節(jié)點(diǎn)”來(lái)展開：“網(wǎng)絡(luò)”指“流動(dòng)空間”，是連接、交互和信息交換的物理結(jié)構(gòu)，是在較大尺度上的區(qū)域戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)；“節(jié)點(diǎn)”指“場(chǎng)所空間”，是人類活動(dòng)與生態(tài)過(guò)程的交互場(chǎng)所[10]，是在較小尺度中作為城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，指符合景觀結(jié)構(gòu)承載力的城市建設(shè)項(xiàng)目作為“場(chǎng)所空間”置入到區(qū)域結(jié)構(gòu)中。

（二）網(wǎng)絡(luò)：作為區(qū)域戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)的城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施

城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施強(qiáng)調(diào)在人類主導(dǎo)的景觀中實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)功能，作為結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)發(fā)展[11]。城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)是構(gòu)建景觀本身為未來(lái)創(chuàng)造條件的過(guò)程，而不是在景觀中添加建筑的過(guò)程，其設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)多功能性、整合性和連通性、時(shí)序策略和跨學(xué)科等特征[2]。城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)需要指明須維護(hù)或修復(fù)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，并需尊重社會(huì)需求和價(jià)值觀，滿足人的使用需求[12]。因此，城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施有助于綜合實(shí)現(xiàn)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)緊密交互、可持續(xù)的城市化。

城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施有三個(gè)典型領(lǐng)域——交通、綠地和水系基礎(chǔ)設(shè)施[2]。第一個(gè)領(lǐng)域包括交通、能源供應(yīng)、廢物處理和信息通信等設(shè)施。當(dāng)這類設(shè)施融合科學(xué)技術(shù)、生態(tài)功能、美學(xué)和社會(huì)價(jià)值等多種功能時(shí)，可為未來(lái)城市發(fā)展創(chuàng)造條件，轉(zhuǎn)化為具有公共景觀功能的交通空間。第二個(gè)領(lǐng)域是成體系的綠地網(wǎng)絡(luò)，能維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值，創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)識(shí)別景觀特征，創(chuàng)建由綠地斑塊、走廊和矩陣組成的相互連接的系統(tǒng)。綠色景觀基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)于提高建筑環(huán)境的生態(tài)功能有重要意義。最后一類指水系，在全球變暖，極端天氣多發(fā)的背景下，該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)重點(diǎn)是防洪系統(tǒng)和城市排水系統(tǒng)。如英國(guó)的可持續(xù)排水系統(tǒng)（SuDs），多階段實(shí)現(xiàn)雨水管理。源頭強(qiáng)調(diào)控制和滲透，減少流入河流或排水管網(wǎng)的水量。中端強(qiáng)調(diào)預(yù)處理和輸送，指排水系統(tǒng)和生物沼澤系統(tǒng)凈化并快速排放到水道和含水層。最后是儲(chǔ)存，即雨水的滯留，指可淹沒(méi)空間和蓄水水體。由此看出，城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計(jì)是一種跨尺度的區(qū)域戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[13]。

（三）節(jié)點(diǎn)：符合景觀結(jié)構(gòu)承載力的城市建設(shè)項(xiàng)目

“節(jié)點(diǎn)”是城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，場(chǎng)所空間需要依附城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行組織[2]。這些場(chǎng)所空間作為具體的城市建設(shè)項(xiàng)目，其規(guī)劃和建設(shè)過(guò)程需要充分考慮景觀結(jié)構(gòu)的生態(tài)承受力，以下將簡(jiǎn)要介紹基于景觀承載力的城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的經(jīng)典原則。

第一個(gè)經(jīng)典例子是蓋迪斯的山谷斷面（The Valley Section），強(qiáng)調(diào)綜合考慮區(qū)域環(huán)境來(lái)安排城市建設(shè)。該模型考慮到地質(zhì)和地貌特征，根據(jù)自然環(huán)境的條件在空間上對(duì)自然活動(dòng)、人類活動(dòng)和城市功能區(qū)進(jìn)行安排。另一個(gè)經(jīng)典例子是麥克哈格的《設(shè)計(jì)結(jié)合自然》。通過(guò)將生態(tài)、歷史、社會(huì)等多要素圖層疊加，總結(jié)景觀環(huán)境特征，是一種評(píng)估城市規(guī)劃符合景觀承載力的工具。該著作提供了一套經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)評(píng)估自然系統(tǒng)的約束條件，和城市景觀開發(fā)的潛在影響和協(xié)同作用，評(píng)價(jià)系統(tǒng)包括氣候、地質(zhì)、地貌、水文、土壤學(xué)、植被、野生動(dòng)物和土地利用等，評(píng)估土地利用的潛在價(jià)值，根據(jù)承載能力布局城市功能與建設(shè)項(xiàng)目，即“網(wǎng)絡(luò)”中的“節(jié)點(diǎn)”[14]。

三、結(jié)論

城市生態(tài)系統(tǒng)作為復(fù)雜系統(tǒng)，需通過(guò)時(shí)空維度的分析了解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和模式。城市生態(tài)學(xué)和景觀生態(tài)學(xué)提供了理論工具，如POM模型和Land Mosaic模型，用于解讀城市生態(tài)系統(tǒng)中的信息，理解建成環(huán)境與景觀之間的交互動(dòng)態(tài)。城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施是在時(shí)空維度下對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以增強(qiáng)生態(tài)服務(wù)并提供社會(huì)功能的手段。其設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)“流動(dòng)空間”和“場(chǎng)所空間”，即基于景觀承載力的交通、綠色、藍(lán)色景觀基礎(chǔ)設(shè)施和城市規(guī)劃設(shè)計(jì)的整合。城市景觀基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)踐證明單一目的、學(xué)科的規(guī)劃建設(shè)已不符合可持續(xù)發(fā)展要求，對(duì)城市生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)、跨學(xué)科的空間干預(yù)越發(fā)重要[2]。