空气污染暴露下的哈尔滨市部分城区街道可步行性评价

冷红，王如月，袁青

（哈尔滨工业大学建筑学院，寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室，哈尔滨 150006）

0 引言

随着新型冠状病毒肺炎疫情的爆发，公共健康问题受到广大学者的重点关注。营造促进公共健康的城市建成环境一直是现代城市规划的重要研究内容，已有研究证实，建设良好的城市步行环境，可以增加城市步行友好程度，从而促进体力活动和公共健康[1]，可步行性（walkability）常被用来衡量城市的步行友好水平[2]。然而寒地城市冬季空气污染情况随静稳天气增多而加重，冬季降雪对街道可步行性产生负面影响[3]，若忽视空气中污染物的影响，依靠改善物质空间环境来促进可步行性，可能会提高行人的空气污染暴露水平，反而不利于健康。基于上述问题，文中在空气污染暴露的视角下，以寒地城市哈尔滨部分城区街道为例，将空气污染暴露水平纳入街道可步行性评价中来，综合评估街道的可步行性，并借鉴国外寒地城市街道可步行性优化方法和经验，提出相应的可步行性优化建议。

1 空气污染暴露下的可步行性相关研究

空气污染暴露（Air Pollution Exposure）是指个体居民与空气污染物直接接触使其暴露在空气污染中的状态或过程。美国学者以定量方式评估了基于空气污染暴露的步行出行风险和收益，发现城市中存在步行健康效应为正的甜点区和步行的健康效应为负的酸点区[4]。国内空气污染暴露下的可步行性研究起步较晚，上海静安区的研究将交通污染情况纳入到对可步行性的评价中来，评价结果与仅考虑设施便利性的可步行性评价呈现较大差异[5]。由此可见，街道可步行性还有待纳入空气污染暴露水平来进一步分析评价。

2 基于空气污染暴露的哈尔滨市街道可步行性评价

文中选取哈尔滨市已经集中连成片建设发展的地块作为研究区域，研究区域面积约3.4m2，街道总长度约53229m 见图1。

图1 研究区域

街道可步行性评价开展两步计算与分析：第一步采用世界上普遍认可的步行指数计算方法，获得研究范围内各街道基于步行指数的可步行性现状；第二步，将空气污染暴露数据按照一定计算方式进行叠加计算，得到受空气污染暴露衰减的街道可步行性综合评价结果。

2.1 基于步行指数的街道可步行性现状

2.1.1 基础步行指数

基础步行指数是依据单元内不同设施的数量和空间分布计算得出。参照Walk Score 和《城市居住区规划设计规范》（2016 年修订版）设施分类，以及调查问卷结果，将日常使用设施分为8 大类16 小类，每一类设施的权重如表1 所示。

表1 日常使用设施分类及权重

调查共发放问卷300 份，其中有效问卷264 份，有效率88%。调查人群覆盖青年、中年、老年，分别占人群总数的35.61%，34.47%和29.92%。

将实测得到的冬季居民步行速度数据加权计算，得到哈尔滨市居民冬季步行平均速度为4.70km/h。通过问卷调查，得到冬季居民步行舒适时间平均值为4.88min，容忍时间平均值为12.34min，抵抗时间为16.78min。将设施距离衰减系数用分段函数的方法表示，如图2 所示。

图2 设施距离衰减系数

将出发点1.31km 范围之内不同圈层的设施权重乘以相应的衰减系数后相加，可得到基础步行指数。基础步行指数最高值为15，为了便于评价，将其等比例放大，使结果值在0～100 之间。计算公式如下：

式中，Walk Score 为基础步行指数；W 为某类日常使用设施的影响权重；i 为不同类型的日常使用设施；n 为所有类型的日常使用设施；s 为某类日常使用设施离该街道的步行距离，m；f（s）为s 在衰减函数中所对应的衰减系数。

2.1.2 街道步行指数

根据相关研究结论，采用交叉口密度和街区长度两个指标对量化后的基础步行指数进行修正，衰减率对照如表2 所示，街道步行指数的计算公式：

表2 交叉口密度和街区长度衰减率对照

式中，walk 为街道步行指数；wi为基础步行指数；α交为交叉口衰减系数；α长为街区长度衰减系数。

街道步行指数结果如图3、图4 所示，从步行指数的数值分布可发现，研究区域作为哈尔滨老城区，设施配套完善，道路密度高，街道整体可步行性水平较好。根据美国步行指数分级评价表，得分在70 分以上可步行性较好的道路占研究区域内道路总长的74.69%；其余道路得分等级为可步行性一般，步行指数最低得分为63.78。

图3 街道步行指数得分

图4 街道步行指数等级

但利用步行指数评价街道的可步行性，评价结果区分数不高。因此，纳入空气污染暴露水平对街道可步行性进一步综合评价。

2.2 空气污染暴露水平现状

2.2.1 PM2.5 数据的获取

研究采用手持式空气颗粒物检测仪和GPS 手持机对街道空气污染暴露水平数据进行实地测量，保证每个数据具有空间和时间信息。将研究范围划分A、B、C 共3个分区，见图5，每个分区由1 套采集设备和1 名志愿者组成。采样时将检测仪置于距地面1.5m处，以尽可能多地采集到PM2.5 质量浓度数据为前提，志愿者的采样路径不予强制规定。

图5 采样分区

在调研期间2020 年12 月～2021 年2 月的90d中，有85d 风力等级为2～3 级，风速在1.6～5.6m/s。剔除个别空气污染严重的日期，平均空气质量指数在60～70 左右。2020 年12 月2 日～2020 年12 月4 日风力为3 级，平均空气质量指数在65 左右，在哈尔滨冬季具有一定的代表性。因此研究选取2020 年12 月2 日～2020 年12 月4 日作为采样时段。

2.2.2 数据校正

为了排除由于非同一台测量设备造成的数据误差，在测试前24h 进行同步数据采集。将所有设备放置在道外承德广场国控站监测点同一环境中，通过线性拟合，得到相关系数R 在0.983～0.996 之间，满足研究要求，仪器精度可以保证。

通过回归分析，可得到采样点污染物浓度数据和国控站监测点监测数据二者的回归方程，利用标定后的方程对相应检测仪器采样的污染物浓度数据进行校正，最终获取约2.6 万条有效数据。

2.2.3 空气污染暴露水平空间分布

将3d 内采集的污染物浓度数据以50m 为空间单元取平均值，共获得920个PM2.5 质量浓度空间模拟插值点，再通过空间插值可获得研究范围内各条街道的空气污染情况，最终结果如图6、图7 所示。根据中国环保部官网的环境空气质量指数（AQI）技术规定（试行）（HJ 633-2012），研究区域内等级为优和良的街道数量为零，整体空气污染暴露水平较高，街道污染等级统计结果如表3 所示。

表3 街道污染等级统计

图6 空气污染暴露水平

图7 空气污染暴露等级

马家沟河以北的花园街和与其垂直的路段是研究区域中街道污染等级最高的路段，街道PM2.5 质量浓度≥134.05ug·m-3；而在建设商业步行街附近街道污染等级较低，街道PM2.5 质量浓度在91.70～98.35 g·m-3之间。街道污染等级最低的路段分布在马家沟河以南的比乐街、洁净街及与其垂直的路段。

研究区域内，空气污染物浓度空间分布与街道步行指数呈现较大差异。越靠近城市中心，路网密度越高、各项设施越完备，具备越高的步行性，但同时也伴随着更多的机动车尾气排放和更密集的人类活动。因此，城市建成区街道的综合可步行性还有待对街道步行指数和空气污染暴露水平的进一步的分析。

2.3 可步行性综合评价及分析

已有研究表明，交通环境对步行出行活动影响显著，其优势比（由于交通环境的存在而进行步行出行活动的优势与不进行步行出行活动的优势之比）为1.5[6]。所以，若以1 为街道环境对出行的总影响来计算，那么空气污染暴露情况对可步行性的影响系数为0.4。研究利用衰减系数来表示空气污染暴露情况对步行指数的修正，划分出5个相等间隔的衰减等级。叠加街道空气污染暴露等级的街道可步行性综合评价计算方法如下：

式中，WalkP为叠加空气污染暴露衰减系数的可步行性综合评价得分；Walk Score 为基于设施便利度的步行指数得分；ap为各路段空气污染暴露衰减系数。

2.3.1 评价结果

得到研究范围内街道可步行性综合评价结果如图8、图9 所示。

图8 可步行性综合评价得分

图9 可步行性综合评价得分等级

可步行性综合评价结果得分最高的路段集中分布于两处:一处在马家沟河南侧东西走向的连戎街、永和街、人和街等路段，南北走向的雨阳街、光芒街、士课街等路段；另一处在秋林商圈内的邮政街、建民街、集市街和南岗商业步行街等路段。而得分最低的路段同样集中分布于两处：一处在与花园街相交的国民街、光芒街、阿什河街、铁岭街等路段；另一处主要分布在宣化街辅路附近，大成街、平准街、平公街等路段。

2.3.2 评价结果分析

为了能更加直观地展示是步行指数与空气污染暴露水平叠加产生的结果，根据可步行性综合评价得分、空气污染暴露水平结果和步行指数空间分布结果，将研究区域内部街道分为5 种类型:①步行指数高，空气污染暴露程度低的可步行性综合评价得分高型街道；②步行指数一般，空气污染暴露程度低的可步行性综合评价得分高型街道；③步行指数低，空气污染暴露程度高的可步行性综合评价得分低型街道；④步行指数一般，空气污染暴露程度高的可步行性综合评价得分低型街道；⑤步行指数高，空气污染暴露程度高的可步行性综合评价得分低型街道。

显然，前两类高可步行性综合评价得分街道间对健康的影响是正向的，也是城市规划中应增加的健康正效应空间；后三类低可步行性综合评价得分街道不利于居民健康，是应进行优化的空间。通过对这五类街道进行定性分析，总结了基于空气污染暴露的可步行性影响因素,如表4 所示。

表4 综合可步行性影响因素

3 优化建议

从影响因素分析看可以得出，管控污染源和引导空间规划设计是降低空气污染暴露水平，提高可步行性的重要手段。因此，文中主要从污染源管理和空间规划设计两个方面提出优化建议。

3.1 污染源管理

3.1.1 提高道路通行能力

城市交通拥堵是造成交通污染的重要原因之一，在机动车缓慢行驶或是机动车在停车仍未熄火的情况下，会增加尾气排放率，产生更多的空气污染物。使用新能源汽车是从源头上控制污染排放的方法之一。除此之外，还可以通过优化城市路网，加强交通组织管理，来提高通行能力，减少机动车尾气排放。可采用建立停车位和车主之间实时有效连接的方式，解决特殊时段因乱停车导致交通拥堵，交通污染的问题，如在铁岭小学附近路段设置电子引导牌，开发错峰停车App，提高现有停车泊位的使用率，减缓交通拥堵给行人带来的尾气污染。同时，完善改造现有路网，畅通微循环。如打开光芒街与果戈里大街中间封闭的人和街路段，有效缓解光芒街和果戈里大街高峰时段的交通压力，减少尾气排放。另外，底层商铺和流动摊贩占道经营会迫使行人走上车道，增加行人危险，引发交通拥堵，增加空气污染暴露水平，如宣化街辅路及其相邻路段。应重点加强对这些路段的管理，划定经营范围，保证步行空间。

3.1.2 加强道路防护

在控制污染源上，行道树的防护也不容忽视，其具有吸滞污染，改善空气的作用。在冬季落叶后，行道树的防护作用会大大降低。因此，在树种组成上可采用“常绿树为主，与落叶树结合”的方式，增加常绿针叶树种的数量，如雪松、油松、圆柏等。雪松等针叶树叶片表面粗糙，气孔开度和密度较大，叶面积系数高，在冬季依然可以很好的吸滞PM2.5[7]。

同时应注意植物群落的排列顺序，小灌木应在靠近道路的一侧，之后是大灌木和高大的乔木。在保正生长空间的前提下，增大郁闭度，减小疏透度，更多的隔离污染物见图10。可以采用完善街道两侧植物配备的方法，来改善人行道空间充足但空气污染暴露水平高的街道，如花园街。对于已存在的特殊形式道路，如宣化街辅路上的高架桥，可以通过设置隔离带、护栏来提高附近人行道上的空气质量。

图10 街道防护示意图

3.1.3 科学排放商铺废气

对于底层商业、上层居住的混合住宅，开设餐饮类对周边环境有影响的店铺要征询居民意见；对于国民街、光芒街等住宅底层已配有餐饮店的街道，商家应严格按照GB 18483-2001《饮食业油烟排放标准（试行）》和HJ 554-2010《饮食业环境保护技术规范》的要求，采取科学的油烟收集方法和净化措施，规范烟污染治理技术和排放限值，减少对周边道路空气质量的影响。

污染源管理相关优化措施如表6 所示。

表5 污染源管理相关优化措施

表6 空间规划设计相关优化措施

3.2 空间规划设计

3.2.1 降低污染暴露风险的街道设计

在街道空间规划设计时，应注意趋利避害，一方面，应减少行人在空气污染水平严重路段上的通行与逗留时间，降低污染暴露的风险。

如城市主干路宣化街辅路，应保证其人行道的通畅度与连续性，注意平整路面，规范绿化方式。同时，减少空间界面与行人的互动以及建筑边界的模糊渗透，减少凹形空间和建筑底层临街界面的开口，方便行人通过。

要增加低污染暴露街道的吸引力，在适宜步行的低污染街道上，通过对街道界面的设计，构筑物，建筑物的细节处理打造适合人们在冬季停留的空间，提高行人步行的舒适度和安全感，增加行人使用在此类街道的频率。同时，良好的街道庇护设施也能吸引行人驻足，如在南岗商业步行街及其附近步行街旁设置具有加热功能的座椅，或者利用塑料薄膜遮蔽街道空间，既起到了保暖作用，又可使行人观察街道所发生的活动。

3.2.2 完善公共开敞空间体系

公共开敞空间是城市的进气系统，能够稀释空气中的污染物，应保证其连续性，尽量避免其零星分散布局。如建新街与宣德街交口处的三角广场，属于零星布局，并与道路结合的绿地类型，不但对街道空气污染暴露程度没有改善作用，相反，还会增加在此处活动居民的污染暴露风险。而形成一定规模开敞空间的儿童公园，具有很好的滞尘效果，有效的优化了局部街道空间的颗粒物分布，其附近的街道如比乐街等PM2.5 质量浓度低至84.35～91.70ug·m-3。未来可加强马家沟河为整体的公共开敞空间的连续性，提高居民的步行意愿。

空间规划设计相关优化措施如表6 所示。

4 结语

研究的街道可步行性综合评价建立在街道空气污染暴露水平现状与街道可步行性现状研究结果之上，利用衰减系数法整合空气污染暴露水平对街道可步行性的修正结果，从而对街道进行可步行性综合评价及分析，总结出道路形式、交通状况、街道步行空间、开敞空间是4个基于空气污染暴露的可步行性影响因素,并从污染源管理和空间规划设计两个方面提出了优化建议。研究成果对优化寒地城市冬季街道可步行性有一定的启示。