山体缓冲区建设策略研究

2021-08-05宋达周鑫腹孙昌盛

智能建筑与智慧城市 2021年7期

宋达，周鑫腹，孙昌盛

（桂林理工大学土木与建筑工程学院）

1 引言

2018 年3 月，中共中央印发的《深化党和国家机构改革方案》指出“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计。必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，统筹山水林田湖草系统治理”。生态建设已经受到全国的广泛重视并落实到城市的建设发展过程中。城市中的山体是生态物种的最佳栖息地，但现状的城市建设对于山体空间的退让没有科学的依据和方法，这加深了城市发展与山体生态保护之间的矛盾，因此需要充分保护并发挥城市山体生态效益，为城市高质量发展提供科学的生态空间保障。

在城市山体缓冲区的规模控制方面，林俊强将城市山体及山体周边的公益林或开敞绿地作为山体缓冲区的规模大小[1]。这类方式虽然具有较强的实用性，但是由于公益林或开敞绿地范围变化程度高，因此这类方式不具有科学性。易沙虽然提出山体自然保护界线的划分方法，但是仍然停留在对山体本体的保护，并没有涉及山体缓冲区的范围认知[2]。黄敬军对山体及山体的重要程度进行分析，提出保护等级确定路径，但并未提出山体缓冲区的具体范围[3]。李政霖提出中心城区山体分为三级，分别对应建筑后退山体至少10m、8m、5m 的要求[4]。周星宇[5]提出山体保育线和山体协调线，并确定生境阈值宽度：中小型山体外扩30m；大型山体外扩100m；山体连绵带外扩200m。丁兰基以山体高程超过100m、未超过100m为准，分别向外扩100m～150m、100m[6]。景阿馨从生态资源保护角度建议以山脚线为基准，向外扩50m范围作为山体缓冲区划定依据[7]。以上学者虽然均给出具体的山体缓冲区数值，但是这类具体数值范围确定的主观随意性强，并且对于山体的规模变化敏感度不高，考虑不够精确。

在城市山体缓冲区的建设策略方面，对城市建设高度进行控制的方法中，赖晓雪等运用分区控制法和视廊控制法两种方法[8]。黄明华综合运用视觉分析法和因子分析法[9]。王晓薇则运用眺望控制法[10]。而钮心毅则对山体背景景观提出显露要求[11]。丁兰对城市山体缓冲区城市建构筑物的高度、形态、色彩以及开敞度均提出了管控要求，并针对特别的“水边山”、“城中山”、“林中山”分别控制滨水绿地、建筑天际线、生态廊道等[6]。李政霖面对市域山体提出分为核心区、缓冲区、协调区，并分别给出保护山体、保护生境宽度、开发建设需保护山体轮廓线，控制建筑体量、密度、色彩、造型等[4]。刘慧将山体景观面分为四类，分别采取禁止建设活动；建设少量游步道；规划森林休憩区；控制建筑高度、形态、色彩等措施[12]。王南希提出需要控制山体周边建筑高度、密度、形式、视线通廊，以及增加小型、更多功能的绿色斑块建设[13]。前人的研究中多是对建筑的高度、密度、形态、体量进行控制，以满足视线通廊、山体的开敞度、山体轮廓线的保护，更进一步，也有进行建筑天际线、生态廊道和空间功能的丰富的建设，但是均没有综合协调这些特点，在各类研究中，或多或少的有所遗漏。

2 基地概况

桂林市位于南岭山系西南部，广西壮族自治区东北部，地处东经109°36′50″——111°29′30″，北纬24°15′23″——26°23′30″。桂林市山体属于喀斯特山貌，其形态多为孤峰、峰丛、峰林等，因此能够更加清晰的呈现出城市与山体之间的关系。

研究的基地范围为桂林市中心城区，主要由七星区、象山区、叠彩区、秀峰区组成，基地范围内，山体多被城市建设物所包围，且形态多为孤峰，更易显现出城市山体与城市建设之间的矛盾关系。而本次研究主要选取桂林市中心城区内15 座山体为参照点，分别是南溪山、穿山、普陀山、老人山、西山、叠彩山、斗鸡山、铁封山、月牙山、国家山、龙头山、骑马山、飞凤山、大头山、铜鼓山等。

在桂林市城市规划管理规定中，有对30 余座城市山体的退让标准规定。将山体分为一、二、三级保护山体及其他山体四类，分别给定建筑退让20m、15m、10m、10m 的规定[14]。退让标准并没有科学依据，拟定的比较主观随意，同时，对于山体周边的建构筑物，仅仅只有高度的控制，并且缺乏对山体缓冲空间的分类分级，造成城市建设与自然山体之间的隔离情况严重。

3 控制方法

3.1 基础概念及理论

城市山体缓冲区，指城市建设用地范围内的山体周边能对山体造成影响或受山体影响的空间区域，是城市与城市自然山体之间的衔接区域，该区域因城市开发建设活动的不同而呈现不同特征。控制改善对该区域的城市建设活动，为城市山体及其物种群落的保护提供空间保障基础，并能够改善城市环境，提高城市的人居品质。

本研究以人类休闲居住环境中的公园、别墅、普通小区的绿地率常见标准为基础，推演城市山体的缓冲区规模大小。其中公园的绿地率为100%，别墅区绿地率不低于50%，普通小区的绿地率不低于30%。该类指标已被广泛运用到城市建设领域，为大众接受认可，因此作为本项研究的参照标准。

城市是人工建造环境，城市山体是自然环境，按照城市生态学原理指导，在两类群落系统的交界处会催生出一类空间，并在该空间内产生边缘效应，因此需要对此类效应进行保护和利用，提高空间品质，改善城市建设与对自然环境破坏的矛盾现状，促进人与自然的和谐共存，减少城市卫生、环境等问题的滋生。

3.2 规模控制路径

常规计算山体林地面积多是计算垂直投影的面积，即山体林地的图斑面积[15]。在城市中，绿地率的计算统计通常以二维平面面积为数据基础，而城市山体相对于简单的二维绿地平面来说，是三维立体的自然物种承载体，由于其高度和规模庞大，具有不容忽视的实际承载面积[16]。因此本研究以绿地覆盖面为基础，改变传统简单的山体占地面积为绿地面积，以山体实际三维立体所承载的绿地面积统计，进行二维面积的折算，以此得到城市山体相对于二维平面绿地等同的空间规模大小，即作为山体的缓冲区大小，按照人类休闲居住环境的绿化常见标准，对山体缓冲区进行分级（见表1）。

表1 城市山体缓冲区分级表

基于采集的城市DEM 图，对应城市卫星图，确定城市山体的位置，运用GIS软件，对相应的山体进行山体占地面积、山体周长、山体坡度、山体表面积进行统计计算。由于山体规模庞大，山体表面积折算到二维平面面积时，会沿着山体呈现带状环绕空间带，而城市山体缓冲区的面积是由山体表面积与山体占地面积相减的结果，并且可以简单的看作山体周长与退让山体本体线的距离之间的乘积。因此可以得到如下的计算公式：

式中：D表示相对应缓冲区边界退让山脚线距离，m；S2表示山体表面积，m2；S1表示山体占地面积，m2；C表示山体的周长，m；g表示相对应的绿地率标准。

3.3 建设控制原则

山体本体应禁止进行人类开发建设活动，并针对破损山体应该提出相应的修复策略，以恢复山体的完整性。一级缓冲区与山体本体贴近，作为山体保护的底线缓冲带，应尽可能减少人为建设活动，以保护山体的完整性。二级缓冲区，与山体间隔一级缓冲区宽度，可进行适量的城市建设活动，需保护及发挥出大部分的山体环境效益，如山体景观、色彩、形态等。三级缓冲区，与山体间隔一级、二级缓冲区宽度，山体环境效益影响比较小，应保护并凸显山体的常见环境效益，如山体轮廓线，山体空间开敞度等（见图1）。

图1 技术路线图

4 缓冲区规模控制及建设

4.1 数据获取及整理

本研究所包含的数据有桂林市Land‐sat8 OLI_TIRS 卫星数字产品，以及GDEMDEM 30M 分辨率数字高程数据，均来源于地理空间数据云平台，为2018年数据。

本研究选择桂林市中心城区内15 座山体的缓冲区作为研究对象，分别是南溪山、穿山、普陀山、老人山、西山、叠彩山、斗鸡山、铁封山、月牙山、国家山、龙头山、骑马山、飞凤山、大头山、铜鼓山等（见图2）。基于ArcGIS10.4软件平台，在桂林市Landsat8 OLI_TIRS 卫星数字产品中，选择波段4、波段3、波段2 组合而成的自然真彩色，用目视解译的方式确定山体的位置，并在桂林市GDEMDEM 30M 分辨率数字高程数据中标识出来，山体本体的确定是按照桂林市数字高程地图所确定。

图2 桂林市中心城区山体位置标识图

利用ArcGIS10.4软件平台，以桂林市DEM 图为数据，生成TIN 格式的数据集，通过“表面坡度”及“面体积”分析工具，计算得到所研究山体的表面积，再根据所确定的山体本体，统计计算出所研究山体的占地面积和山体周长。

从选取主要的城市山体位置标识图（见图2）中可以看出，西山、飞凤山、老人山、铁封山、叠彩山城市靠北，相互之间互为邻里关系.月牙山、普陀山处于城市中部位置，并相互接壤。骑马山处于城市东部位置，并仅有一座山体。龙头山、大头山、南溪山、斗鸡山、穿山、国家山处于城市南部，并互为邻里关系，其中穿山单独在河流一侧，国家山处于城市最南部，相对而言距离群山较远。

4.2 数据运算及结果

由于在日常山体保护线的划定工作中，参照的山体本体是按照植被覆盖范围来确定，但是由于人类活动区域的扩大，植被范围很容易逐渐缩小，因此容易造成山体本体的判断失误，从而导致实施保护措施后的结果不容乐观。对此，本研究按照地形现状，重新划定山体本体线（见图3）。通过与植被覆盖范围进行比对，发现绝大多数的城市山体的地形本体线均要比植被覆盖范围要大，因此以地形为基础确定山体本体是一项提高规划工作中对山体保护效率的有力举措。

图3 桂林市中心城区山体修订图

通过对山体本体的确定，发现桂林市的城市建设已经部分侵占山体范围（见图4）。在所选取的15 座山体中，有12 座山体空间有明显被城市建设所侵蚀的现象，包括城市北部的西山、飞凤山、老人山、铁封山、叠彩山五座山体，城市中部的普陀山、月牙山两座山体，城市东部的骑马山，以及城市南部的龙头山、大头山、南溪山、国家山等。虽然桂林市有城市建设退让山体标准，但是，仅退让明显的植被覆盖山体区域，忽视了已经被侵占的，没有植被覆盖的山体本体，因此山体保护措施有着技术上的漏洞。

图4 桂林市中心城区侵占山体示意图

通过带入运算公式，得到山体的三级缓冲区范围（见表2、图5）。通过运算的结果，每座山体都有相应的三级缓冲区范围标准，并且可以得出城市山体的一级缓冲区更加靠近山体，从几米到十几米不等，山体与山体之间的一级缓冲区均不相互干扰，仅有月牙山和普陀山一级缓冲区部分相互融合。城市山体的二级缓冲区按照绿地率50%进行推算，得到的数值范围相对一级缓冲区较大，部分山体的二级缓冲区出现融合现象，具体包括飞凤山、老人山、西山的二级缓冲区融合一片。铁封山和叠彩山、月牙山和普陀山等均出现二级缓冲区的融合，龙头山、大头山、南溪山、铜鼓山也出现二级缓冲区的融合。城市山体的三级缓冲区是以绿地率30%进行推算的，范围比起一级、二级缓冲区更大，因此在城市北部山体的三级缓冲区均出现融合态势。城市中部的两座山体出现融合，城市南部的龙头山、大头山、铜鼓山、南溪山、斗鸡山也出现三级缓冲区的融合。只有距离群山较远的穿山、国家山、骑马山的三级缓冲区均没有受到其他山体缓冲区的影响。

图5 桂林市中心城区山体三级缓冲区示意图

表2 桂林市中心城区山体三级缓冲区统计计算表

综上分析发现，桂林市城市山体周边的城市建设已经对山体造成了破坏，具体体现在。

①城市建设已经侵占了山体本体的范围；

②桂林市对城市山体的保护并没有缓冲分级指导，山体保护区域与城市高密度建设相接，造成城市山体物种的高强度隔离，没有提供相邻山体物种之间的交流空间，加速山体物种的灭亡；

③没有提供人与自然交流的空间，山体自然生态没有更好的渗透到城市空间当中，降低山体效益的价值发挥和人类生活品质。

4.3 生态空间建设策略

针对桂林市城市山体周边建设的现状问题，提出解决的措施和建议（见表3）。

表3 城市山体生态空间建设策略表

4.3.1 按照坡度现状，重新划定山体本体线，拆除侵占山体的城市建构筑物，并在范围内种植山体植被

本研究根据坡度地形确定山体本体，对于现状的城市建设已经侵占山体本身的部分，对城市建构筑物实施拆除措施，按照常用山体修复的方式，包括土壤修复、植被修复、边坡修复等[17]，修复破损山体，其中选择该区域的适生植物，重建山体植被群落。

4.3.2 将桂林市城市山体周边的空间划定三级缓冲区，并提出每级缓冲区的建设改造策略

按照上述计算路径，将桂林市城市山体周边空间划定为三类级别的缓冲区。

根据计算结果可知，一级缓冲区宽度较小，空间形态呈环绕山体狭长带状，适宜作为山体物种群落蔓延空间带。建筑退让山体本体界线空间，建议不进行任何城市建设活动，并种植区域适生植物，将该缓冲空间打造成景观绿带。

根据建设控制原则，在二级缓冲区内可进行适量的城市建设活动，其建设容积率可以参照常见的别墅区建设容积率指标。同时，组合运用分区控制法和视廊控制法对建筑的高度及布局进行控制，满足山体高度1/3 以上部分的凸显，并保证山体主要景观面的开敞度。为协调整个空间环境以山体为主导的生态氛围，建议对建筑的形态及色彩进行控制，实现人工建设物与自然环境的和谐统一。

三级缓冲区空间规模比较大，距离山体本体最远，按照建设控制原则，只需要能够凸显山体重要景观即可。因此，以山体三级缓冲区边缘线为界，以山体主要景观面为目标对象，对三级缓冲区空间内的人工建设物进行整体控制协调，满足山体高度2/3 以上部分凸显，并保证山体轮廓线的完整度。以二级缓冲区内预留出的山体主要景观面的开敞空间为基础，在山体三级缓冲区内控制建设布局，衔接二级缓冲区内的开敞空间，并建议在三级缓冲区内，建设中小型、多功能的绿色斑块，与山体呼应，形成“点——线——面”的绿色生态系统。