大气颗粒物污染视角下的城市街区健康规划策略

陈 明

戴 菲*

傅 凡

陆文婷

“健康城市”是为改善城市人居环境、提高公众生活健康而提出，世界卫生组织强调其健康人群、健康环境和健康社会相结合的有机整体[1]，涉及健康的大气环境、食品、饮水、公共空间等多方面内容。改善城市大气环境，为人们提供清洁和安全的环境，是健康生活最基本的保障，被世界卫生组织列为健康城市的首条标准。我国当前仍面临着严峻的城市环境问题，其中悬浮于大气中的颗粒物是大部分城市的主要污染物之一，按照粒径可分为总悬浮颗粒物(TSP)、可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)等。其中以PM10、PM2.5为主要污染物的大气颗粒物污染频发，增加呼吸系统疾病、肺癌患病风险，对人们的身体健康造成严重危害[2]，本文以此进行主要的考量。然而目前城市规划设计中的空间环境营造对环境气候因素考虑不足，在当前城市高密度发展和严重的大气颗粒物污染的形势下，城市的健康环境建设成为迫切需求，优化城市空间环境至关重要。

城市街区是城市肌理、空间形态、功能与管理的基本单元，也是健康城市实施的落脚点，具有较高的实操性。目前，研究通过量化手段证实在城市复杂的空间环境中，街区尺度的PM10、PM2.5浓度存在显著差异[3]。相关研究内容较广，但成果零散，不成体系。为了系统性地构建基于大气颗粒物改善的城市街区健康规划设计体系，需要深入了解街区空间环境及其大气环境特征相互影响的“格局-效应”机制，加强城市空间环境对大气环境的适宜性研究，并运用于城市空间规划设计中。本文基于城市街区影响颗粒物浓度与分布的要素、作用路径，以及国外城市应对颗粒物污染的空间规划策略的经验总结，提出街区空间环境优化设计方法，为城市管理者和建设者提供一点借鉴。

1 城市街区影响颗粒物浓度与分布的要素及作用路径

基于大气颗粒物污染视角，城市街区的健康规划主要依据空间环境对颗粒物浓度与分布的影响[4]。城市街区下垫面类型及其所占比例(绿地、建筑、道路等)[5-6]、街区形态(街区肌理形态与街道高宽比、长宽比、两侧建筑高度比等街道空间形态)[7-9]、建设强度(建筑密度、容积率等)[6-7]均对街区的颗粒物浓度与分布有重要影响。例如在低层低密度的传统街区中，由于绿化覆盖率较低、建筑密度较高、人口密集，较多地区通风不畅，从而导致较严重的大气颗粒物污染[10]。在高层高密度的商业街区中，底层裙房形成较为封闭的空间，底层空间通风不畅，阻碍颗粒物的扩散[11]。

影响街区颗粒物浓度与分布的因素复杂多样，颗粒物浓度与分布除了受到城市空间环境因素的直接影响，也受到由于空间形态差异所产生的局地微气候(例如环境温湿度、风速风向等)的间接影响。基于风景园林及相关学科，城市街区空间环境对颗粒物的缓解作用主要通过“源—流—汇”①3个路径得以实现：1)控制污染源(控源)，通过调整街区用地结构、优化用地布局与交通体系，减少污染源产生；2)引导颗粒物的流动扩散(引流)，优化街区空间形态，改善内部通风环境，促进颗粒物的扩散；3)沉降、吸收颗粒物(汇聚)，通过街区绿色基础设施对颗粒物的拦截、吸附作用，降低大气颗粒物浓度。

图1 大气颗粒物污染视角下的城市街区规划设计研究框架

2 大气颗粒物污染视角下城市街区空间策略

目前，尽管业界已充分认识到大气颗粒物等环境因素在城市规划设计中的重要性，但基于大气颗粒物污染改善的城市街区空间规划未形成体系。一方面，伦敦、洛杉矶、鲁尔工业区等历史上发生重大空气污染事件的城市或地区的治理经验具有较高的借鉴价值；另一方面，又需着眼于中国城市空间环境现状特征，从既有研究成果中提取规划设计策略(图1)。

2.1 国际经验借鉴

1)规划编制成果是规划措施实施的重要保障。洛杉矶近年制定的若干规划编制成果，关注居民的城市生活品质(如健康)。例如2013年编制的《设计一个健康的洛杉矶》，从街道绿化、慢行交通、公共交通与开放空间等方面，提出健康社区的营造策略，并鼓励人们积极出行以提高居民的健康水平[12]；2015年编制的《洛杉矶郡总体规划2035》通过环境资源管控营造健康的社区空间；2015年编制的《健康洛杉矶规划：总体规划的健康要素》注重街区道路的设计，强调更加清洁健康的街道环境。

2)产业转型与绿色交通是关键所在，能减少对传统能源的依赖，控制源头排放。鲁尔区由单一的工业结构向多样化的产业结构发展，在不同街区的产业布局中，以新兴工业为主，培育高新技术产业，例如健康工程和生物制药、物流、文化等[13]。伦敦在20世纪六七十年代的产业转型中，第三产业不断取代工业，工业污染源逐渐消失，促使大气颗粒物污染根本好转[14]。伦敦还将绿色交通体系当作一项重要策略，优先发展公交网络，鼓励步行、骑行、公交等出行方式，建立智能交通信息系统减少交通拥堵、能源消耗与尾气排放。绿色交通体系与绿色空间相结合也极大改善了空气质量[15]。

3)优化街区形态，改善通风环境是中间环节。针对脏乱的街区卫生环境，伦敦重新规划建设城市街区，从更新建筑布局、街道空间优化、绿化用地建设等方面，改善街区物质空间环境与通风条件[16]。利用泰晤士河，结合城市盛行风与带状绿地，形成绿色通风廊道，将郊区新鲜的空气引入城市街区，同时带走街区浑浊的空气，改善街区空气质量[17]。

4)绿色空间的末端吸收是最后一个重要环节。伦敦城区内部的绿地建设上，强调绿色空间的网络性与连通性，即使在建筑密集区中也有绿地穿入[18]。德国鲁尔工业区制定“绿色计划”，依托各组团的山水、森林、耕地等生态资源隔离污染区，在工业密集区内紧凑布绿，将散置的绿色空间连接构建生态网络[19]。依托绿道联系区内居民点组团、邻里单元，促进人们健康出行，增加体力活动锻炼机会，从而提高人们的身体健康与街区的健康水平[20]。

2.2 文献研究理论依据

1)合理的用地结构是城市生态环境的重要保障，而街区的用地是城市用地可持续发展的基础。不论是城市尺度还是街区尺度的用地结构，均倡导复合、紧凑、集约的土地利用[21]。街区的功能混合一方面提高了土地利用效率，有利于绿地、水体等发挥的生态效应渗入街区内部，缓解颗粒物污染；另一方面有利于促进人们出行，减少机动车污染，从而提高街区的健康环境[22]。道路网络是街区的骨架，也是街区空气污染的主要来源。有学者以北京为例，通过土地利用回归模型量化不同路网密度下的街区PM2.5浓度，提出紧凑路网优于稀疏路网[23]。基于此，利用“单向二分路”代替中央超宽主干路，不仅增加道路数量，营造中部的绿色开放空间，同时能承担更多的交通流量[24]。然而，路网密度过高则会增加负面效果，需要营造网络化的步行与骑行空间，或结合机动车道进行生态改造，增设步行或骑行道，控制机动车流量，提高步行与骑行的可能[25]。

2)建筑的不同组合分布构成街区形态的多样性，影响街区内部通风环境，引发颗粒物的不同扩散规律。街区整体空间形态上，较低的建筑密度、立面面积指数(frontal area index)②(尤其是0～15m高度的底层裙房)以及差异性较大的建筑高度组合[6，26-27]可以提高街区内部的通风环境。而高层高密度街区通风环境较差，甚至有可能出现静风状态，影响颗粒物的扩散[28]。因此需严格控制建筑密度，通过局部更新的方式，调整建筑群空间形态，结合城市主导风向留出风道[29]。在建筑平面布局上，与大体量连片的布局方式相比，小体量分散式布局往往具有更多的建筑间隙促进颗粒物的扩散[30]。街区局部形态上，街道峡谷(街谷)的底层空间1～10m高度往往是污染最严重的区域。除了需要优化目前普遍提出的对颗粒物具有显著影响的街谷高宽比、长宽比、两侧建筑高度比等指标[9]，由天空可视因子(sky view factor)衡量的街谷开敞度越高，越有利于街区颗粒物浓度的降低[31]。

3)绿色空间(广义)是指城市中的任何植被，例如公园、开放空间、行道树等，在街区中是缓解空气污染的重要因素[32]。街区尺度的绿色空间规模、形态对颗粒物均有显著影响。规模上，街区的绿化覆盖率、三维绿量均与PM10、PM2.5呈显著负相关与非线性关系，植物的消减作用随绿化覆盖率、三维绿量的增加呈现减缓的趋势[5，33]。在此基础上，街区中的绿色空间斑块中拥有规模较大的核心斑块越有利于改善街区的空气质量[34]。形态上，由边缘密度或长度(edge density、edge length)衡量的绿地形状表明越复杂的绿地形态有利于消减颗粒物[35]。在绿色空间布局上，集中分布且具有较高连通性的绿色空间更有利于大气颗粒物的改善[36]。然而当绿地达到一定规模时，采用分散式的布局方式有利于将绿色空间渗透至街区各处，产生更大的生态效益[37]。

3 基于颗粒物改善的城市街区健康规划指引

在城市控制性详细规划、城市设计等实际规划设计中，考虑对颗粒物浓度与分布具有显著影响的城市空间要素与形态布局，有利于促进城市街区健康环境的发展。基于国外代表案例的经验总结与相关研究成果，得到颗粒物改善的城市街区空间规划控制和引导内容，其中现有文献资料的考证为引导内容提供有力支撑，案例总结为实际规划提供经验借鉴(表1)。从城市空间要素对颗粒物的作用路径——“控源”“引流”“汇聚”三方面构建规划指引内容与指标体系。除了目前常用的衡量街区空间密度的规划设计指标，还纳入了聚散性、连续性等衡量街区空间形态以及三维空间形态等特色指标，能代表街区布局、街道与建筑关系，丰富城市街区规划设计新维度，在实践中可指引详细设计，落实到绿地、街道、建筑等具体的形态设计。有待考证的指引内容包括文献的个案研究、规律性探索、尚未完全证实以及潜在的影响因素等方面，需要进一步研究以提供有力支撑。

1)优化街区形态减少污染源的产生。一方面，基于“生态街区”“绿色街区”等理念，构建紧凑弹性的功能与空间布局，形成街区的大本底。合理布局街区中的灰绿空间，耦合发挥较大的生态效益；另一方面，以“小街区、密路网”的布局形态构建街区骨架，同时提高街区中支路与次干道的比例[23]。不仅引导更多的城市“穿堂风”穿过街巷，疏散大气颗粒物，也有利于缓解街区的交通压力，避免拥堵与减少汽车尾气排放，间接地改善街区空气质量，还能促进人们步行出行。在具体空间策略上，需结合现状街区建筑布局环境，连接尽端路、T型路，增加道路连通性与道路密度，同时考虑绿地建设的可能性(图2)。

表1 大气颗粒物污染视角下城市街区空间规划指引

2)建筑布局改善街区通风环境。适以散点式更新营造相对开敞、密度适中、高度差异大、界面变化丰富的建筑立体空间形态，以改善街区通风环境。城市街区的通风廊道是空间层级最小的一级，其规划设计首先需要与周围的城市风道系统相衔接，以便引入城市风道气流。基于现状街区特征，其风道设计的关键在于打通受阻的空间，形成连续通畅的界面，并尽量增加风道数量(图3)。在高密度的城市街区中，一方面，利用街道、线性水体或绿地、开放空间等要素构成风道的主体部分；另一方面，通过适当降低建筑密度、增加建筑间距，控制新建建筑高度、密度、体量，合理布置板式建筑避免阻挡风向等方式，营造相对连续的开放空间，即广义上的通风廊道[38]。然而针对不同街区空间形态，风道设计也有所差异，应根据不同街区空间形态提出相应策略。在更基础的街谷层面，重点优化底层空间形态，打破其连续的界面，疏导更多能进入街区的风场。优化街道两侧建筑的高度、相对距离，以提高天空可视因子。

3)绿色空间布局吸收大气颗粒物。在绿色空间容量上，需要合理利用街区中的空地进行增绿。然而在高密度的城市街区中，大规模地新增绿地难度较大，可采用局部覆绿的方式(屋顶绿化、垂直绿化等)，以提高绿化覆盖率或三维绿量。在更微观的尺度，需考虑不同植物类型的绿量所产生的生态效益，适以乔灌为主，合理搭配草地[39]，营造集生态、景观、游憩于一体的绿色空间。在绿色空间的布局形态上，提高街区中大型绿色斑块面积，提高其优势度，并以此为核心，利用社区级绿道、道路行道树、绿化带等绿色廊道，加强与中、小型绿色空间的连通性，形成网络化的生态结构与稳定的生态系统，并与周围及城市整体的生态结构相协调，有利于发挥更大的颗粒物吸附作用[37](图4)。在绿色斑块的形态上，通过设计手段的引导增加其不规则程度，有利于提高生物的扩散物质和能量，以及与周围环境的交换，使绿色空间吸收更多颗粒物。

图2 街区“窄路密网”的道路形态

图3 街区建筑布局优化与风道构建策略

图4 街区绿色空间布局模式

4 结论与讨论

本文基于街区大气颗粒物污染的改善，为构建健康的街区空间环境提供优化路径与指引。然而实现城市街区的健康可持续发展不仅限于大气颗粒物污染问题，还涉及健康的食品、公共空间、饮水等多方面内容，是未来可探讨的方向。文中提出的大气颗粒物污染视角下城市街区空间规划指引，仍可进一步补充更多潜在指标，为改善城市空间环境提供更全面的规划设计指引。此外，国际经验与研究支撑对我国具有积极的借鉴价值和指导意义。

1)完善的“控源—引流—汇聚”规划设计体系。在城市控规、修规、城市设计、城市更新等实践中，首先优化街区用地结构、道路形态、产业布局，建设绿色交通体系，减少污染源；其次优化街区形态构建通风廊道，引导与加速颗粒物扩散；最后通过街区绿色基础设施的末端吸收作用，增加规模、优化布局与形态，再次降低大气颗粒物浓度。

2)将改善空气环境纳入规划编制成果。洛杉矶的治理经验给予的启示表明，应将提高城市空气质量作为城市空间环境设计的重要目标之一，注重物质空间规划设计与大气环境相协调，营造健康宜居的生活活动空间，并将具体的规划设计内容纳入成为规划编制的重要成果，形成类似海绵城市的规划设计导则。

3)长期有序的治理规划。改善城市空气质量是一个长期、复杂的过程，伦敦、洛杉矶等城市经历了几十年。对于我国大气颗粒物污染的现实情况，需要制定一个长期的治理计划，针对整治的各个阶段实施相应的空间规划策略。

4)完善的制度保障。伦敦、洛杉矶等城市的大气环境治理均以严格的环境立法作为保障制度，例如《清洁空气法》为改变城市能源结构、加大清洁能源比例提供法律保障。街区层面的控制性详细规划作为一种法定规划，需要结合相关法规，进一步构建完善的制度保障。

注释：

① “源—流—汇”理论是大气污染研究的一项基本原理，“源”即一个过程的源头，“汇”即一个过程消失的地方，“流”是“源”和“汇”相连接的过程。

② Frontal area index是指在某一风向上，街区建筑立面面积占街区面积的比例，一定程度上反映街区的通风性能。