面向数字技术探索的绿色城市设计——以南通蝶湖为例

杨俊宴，张芷晗

0 引言

自万年以前的旧石器时代开始，绿色便一直伴随着城市发展。但随着工业革命以来，因城市的快速拓张，城市与自然的关系从过去的尊敬、依赖转变为矛盾、对立，随之带来了诸如生态破碎、环境污染等现实问题。随后，生态文明逐渐成为城市发展的重要议题[1]。可持续发展理论奠定了绿色城市设计发展的基本方向。绿色城市设计是通过把握和运用自然生态特点和规律，贯彻整体优先和生态优先的准则，力图创造一个面向可持续发展的理想城镇建筑环境[2]。

绿色城市设计涵盖多类学科，传统多学科研究往往存在量纲和语境的差异，随着数字技术的发展，通过数字化技术对绿色城市设计进行定量研究为跨学科研究提供可能。本文基于数字技术建构了绿色城市设计评价指标体系，并通过实证案例进行验证，试图为绿色城市设计与数字技术的发展提供参考。

1 绿色城市设计的数字技术探索

就绿色城市设计而言，从早期关注形态与指标，到现阶段基于数字技术的定量解析，相关学者分别从城市水土环境[3]、绿地植物群落[4]、物理环境模拟[5]和生态景观格局[6]方面展开了大量研究。本文基于马斯洛需求理论，将绿色城市设计涵盖的各类要素进行整合梳理，进而形成了安全、生态、健康3 个评价维度[7]。

1.1 安全维度

城市中的水土资源是城市发展的根本，是城市安全的保障，安全维度包含湖体径流和水土环境，湖体径流基于径流淹没模拟、水动力数学模型，实现地貌丰富度、内涝安全度、水体连通度指标的模拟和分析；水土环境基于抽样实验，通过YSI 多参数水质监测仪、Sciaps xrf 手持式重金属分析仪等数字化设备辅助分析城市水土环境质量。

1.2 生态维度

生态效益是绿色城市设计的重要方面，生态维度分为生境绿量和微气候环境。生境绿量从动植物视角出发，通过遥感数据进行生境稳定度、物种丰富度、植被覆盖度的分析；微气候环境侧重人的视角，基于ENVI-met、scSTREAM 与Ecotect 软件分别对城市中的热、风、光环境进行模拟分析。

1.3 健康维度

绿色城市的目标是为人民提供幸福、健康、宜居的城市环境，健康维度包含低碳能耗和城市景观。结合城市三维形态数据和DeST 能耗模拟，可以完善建筑用能强度、用能分布均衡度和可再生能源利用度的综合评价；城市景观侧重人的感知，综合考虑城市山水可视，通过天际线错落度、水体可视度和水绿可达度实现城市景观的优化。

2 基于绿色城市设计数字技术的南通蝶湖实例研究

南通蝶湖地处江海交汇处。城市内部水体众多，水系呈现出网状的链接关系，城市组团有机地分布于水系网络之中。

2.1 安全维度：城市湖体径流与水土环境模拟分析

通过实地调研采样和Vollenweider 模型分析可知蝶湖周边水体流动性差，水体纳污能力较低，基于MIKE21 对南通蝶湖进行水动力模拟，并提出保障水生态、水安全的低影响冲击设计策略（图1）。

1 南通蝶湖水动力模拟

2.2 生态维度：城市生境绿量与微气候环境模拟分析

蝶湖作为生境微核心，生态效益较高，但是目前生境网络连接度较低，需要增添纤维廊道和斑岛结构，从而增强生境连接度（图2）。

2 南通蝶湖生境网络分析

基于南通市遥感数据对其热岛温度进行反演可知，整个新城区地表温度大致处较低的状态（图3）。规划区风环境不受地理位置因素影响，规划区内的主导风向在夏季为东南风（SE），冬季为北风（N）（图4），形成在高密度城区布置大型点状绿地、根据主导风向布局水绿复合廊道等优化策略。

3 南通蝶湖热岛反演模拟

4 南通蝶湖风环境模拟

2.3 健康维度：城市低碳能耗和城市景观模拟分析

城市低碳能耗模拟基于城市三维形态数据和能耗数据的智能叠合，实现现状能耗的需求分析（图5）和可再生能源供给的数字化模拟分析（图6），结合分析结果，聚焦建筑单体，提出太阳能热水系统、光伏发电系统、光诱导系统的空间布局。

5 南通蝶湖能耗需求模拟

6 南通蝶湖能耗供给模拟

3 结论

“绿色”贯穿于漫长的城市发展过程之中，随着信息时代的到来，数字技术的突飞猛进为绿色城市设计的科学性、高精度提供了可能，在数字化技术支撑下的绿色城市设计，通过协调城市中各类要素，实现自然与城市的和谐共生。□