城市生态公园使用功能总容量的计算方法研究.pdf

四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 6卷第 3期 2 0 1 0年 6月 城市生态公园使用功能总容量的计算方法研究 邓毅， 龚兆先 ( 广州大学建筑与城市规划学院， 广东 广州5 1 1 4 4 2 ) 摘要： 针对城市生态公园在生态保护方面的特殊要求， 提出了使用功能总容量的概念和理想模型， 进而根据理想模型的思 路和设计实践， 研究了使用功能总容量的两种计算方法景观分区法和碳氧平衡法。 关键词： 城市生态公园； 使用功能总容量； 计算方法 中图分类号 ： T U 9 8 6 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 0 ) 0 3 3 0 4 0 4 Re s e a r c h o n t h e c a l c u l a t e me t h o d s o f u r b a n e c o l o g i c a l p a r k S u t i l i t y f u n c t i o n c a p a b i l i t y DENG Yi GONG Z h a o x i a n ( C o l l e g e o f A r c h i t e c t u r e a n d U r b a n P l a n n i n g ， G u ang z h o u U niv e i ty， G u a n g z h o u 5 1 1 4 4 2 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T o t h e s p e c i al e c o l o g i c a l p r o t e c t i o n d e m a n d s o f u r b an e c o l o gi c al p a r k ， t h i s p a p e r p u t f o r w a r d t h e c o n c e p t and i d e al m o d e l o f u ti li t y f u n c t i o n c a p a b i l i t y F u r t h e r mo r e ， t w o c alc u l a t e me t h o d s o f u t i l i t y f u n c t i o n c a p a b i l i t y s u c h a s l a n d s c a p e z o nin g a r i t h me t i c an d c a r b o n o x y g e n b ala n c e a r i t h me t i c w e r e s t u d i e d o u t ， wh i c h b a s e d o n t h e i d e a l mo d e l a n d d e s i g n p r a c t i c e Ke y wo r d s： u r b an e c o l o g i c al p a r k； u t i l i ty f u n c t i o n c a p abi li t y； c alc u l a t e me t h o d s O 前言 1 使用功能 总容量的概念 城市生态公园是城市景观的一种特殊类型， 指 于城市城区或近郊 ， 通过保 留、 模仿或修复地域性 自 然生境来建构主要环境 ， 以保护、 营建具有地域性 、 多样性和 自我演替能力的局部生态系统进而改善城 市生态系统为主要 目标 ， 以生态文化或技术为主题 ， 提供与 自然生态过程相和谐 的游览 、 休憩、 实践等活 动的公共 园林 J 。保护生态环境、 创 造优美景观、 提供适宜活动场所 ， 是城市生态公园的三大重要 目 标。城市生态公 园是一个特殊的景观生态系统 ， 目 的是在不需要长期的、 高强度的投入和管理 的基础 上 自我维持和发展， 它的平衡调节能力是有限的 ， 必 然对所容纳 的各种人类 活动有 总量 的限制。在这 里 ， 生态功能和使用功能是一对矛盾混合体 ， 要综合 实现生态公园的三大 目标 ， 需要通过控制生态公园 的使用功能总容量来进行规划协调。 收稿 日期 ： 2 0 0 8 - 0 1 -03； 修回 日期 ： 2 0 1 0 -01 - 3 1 作者简介 ： 邓毅 ( 1 9 7 4一) ， 男 ， 湖南桂 阳人 ， 副 教授 ， 博 士， 研究方 向为建筑环境与景观设计 。 基金项 目： 国家 自然科学基金资助项 目( E 0 8 0 2 O 2 5 o 9 0 8 O 5 8 )； 住房与 城乡建设部 2 0 0 9年科 学技术计划资助项 目( 2 0 0 9 一 K 6 - 6 ) E m a i l ： d e n g y i g z h u e d u c a 环境对外部影响有一定反馈 调节能力 ， 在一定 限度内， 环境不会因为受人为活动的干扰而被破坏 ， 这一限度范围是随时间、 地点 和利用方式而有所差 异的， 环境 的这种 自净调 节能力称之为环境容量。 环境容量可分为四类具体的指标 ： 生态容量、 社会文 化容量、 心理容量和管理容量。 城市生态公园的性质决定了它的使用功能设置 必须遵循生态容量安 全原则 ， 亦 即在一定时间内使 用活动量必须保证公园的生态系统安全。与一般公 园规划中常用的环境 容量不 同在于， 生态容量不是 根据人均面积或人均设施等抽象的数据进行计算 ， 而是根据不 同区域的不同活动对植物、 动物 、 土壤、 水、 空气等生态因素等所造成的影响程度决定容量。 城市生态公园的生态功能主要由生态核心区和生态 缓冲区所承担， 可行景观格局规划确定 了生态核心 区和生态缓冲区的类 型和布局 ， 通过分析预测生态 核心区和生态缓冲区对不 同类型活动 的容纳程度 ， 可以确定一个安全生态容量 。功能格局规划应通过 活动项 目的取舍、 规模的调整和空间布局的规划， 保 证使用活动量和游人总量不超过安全的生态容量， 使公 园生态系统能可持续地发展。 根据生态容量安全原则， 要考虑公园生态系统 对使用功能体系总体规模的承受能力。公园日 游客 邓毅， 等： 城市生态公园使用功能总容量的计算方法研究 3 0 5 数量是使用功能总量 的重要指标 ， 但还不是一个全 面的指标。相同的游客数量， 不同的类型和规模的 使用功能， 对公园生态系统的影响是不同的。使用 功能总容量的概念 ， 是指公 园生态系统能够承受 的 一 定数量的使用者在一段时间内完成某些类型使用 功能的总容量。使用功能总量的控制， 是拓展传统 的日 游客数量计算方法， 引人相关生态评价因子， 以 保证公园生态系统的安全。 2 使用功能总容量的理想模型 公园设计规 范中关 于游 客容量 的公式为 ： C= A A ， 即公园总面积除以游人人 均 占有 面积 ， 计算 简单， 但对游客数量与生态系统承受力的关系没有 直接反映。 在旅游规划中， 环境容量的概念是预测游客数 量的重要基础。通常认为， 环境容量是指在保证旅 游资源环境质量不致下降和生态环境不明显退化的 条件下 ， 一定时空可容纳 的旅游者数量 。规划实践 中 “ 环境容量” 计算主要有“ 面积容量法” 、 “ 线路容 量法” 和“ 卡 口容量法” 等 3种估算方法 。 2 1 面积容量法 对于地形平坦或水面宽广、 旅游资源可及度高 的公 园或景区， 通常采用面积法 ， 计算公式为： C =( A a ) D=( A l a )( T t ) ( 1 ) 式中c 为面积法计算的日环境容量( 人次) ； A为 可游览面积； a为每位游人应 占有 的合理面积 ； D为 周转率 ； 为景点开放时间； 为游览景点所需时间。 2 2线路容量法 对于地形切割强烈 、 相对高差较大 、 旅游资源可 及度低的公园或景 区( 丹霞地貌型及 中、 低山沟壑 型) ， 游人 只能沿步道游览 ， 通常采用线路法计 算 ， 计算公式为： C J=( MI m( 1+ t j t f ) ) x D = ( MI m( 1 + 1 ) )( T t 1 ) ( 2 ) 式中G 为线路法计算 的 日环境容量 ； M 为游道全 长； m为每位游客 占用合理游道长度 ； D为周转率 ； T 为游览全天开放时间 ； 为游览全程所需时间； t 为 沿游道返回所需时问； t l t ， 为不完全游道系数 ( 当 为完全游道时， 该值为0 ， t 视为无穷大) 。 2 3 卡 口容量法 对于地形特殊的洞穴、 天险或旅游资源可及性 存在明显“ 瓶颈” 现象的公园或景 区， 通常采用卡 口 法计算， 计算公式为： C k = AD =A( T t 1 )= A( t 2 一t 3 ) 1( 3 ) 式中c 为卡口法计算的日 环境容量( 人次) ； D为 日游客批数； T 为每天实际游览时间； 为两批游客 相距时间； 。 为每天开放时间； 为游完全程所需时 间； A为每批游客人数。 这几种方法针对不同景区的使用特征采取不同 计算 ， 比以公 园总面积除 以游人人均 占有面积的计 算方法要具体。但所取得的环境容量数值基本还是 反映“ 游览空 间” ( 包括面空间与线空 间) 对游客的 承载能力 ， 即是 “ 空间环境容量” ， 还需进一步考虑 生态环境对游客的不 同类型活动的承载能力 ， 即使 用功能总容量。 城市生态公园在空间格局上分为生态核心区、 生态缓冲区和使用功能区三大类， 每一类区域在使 用上具有不同的特点。因此， 计算使用功能总容量 的理想方法可以表述为： 首先， 按照景观格局规划中具有不同使用功能 的景观单元( 斑块、 廊道等基本元素为单位) 分别计 算容量值。 其次， 考虑上述影响容量大小的生态环境 因素 ， 确定各单元关键性影响 因素 ， 然后区别不 同因素进 行容量大小的测定， 以最小的容量为该单元最后的 生态容量值。另外， 还要结合季节特点、 游客动态管 理进行动态容量 的估测 ， 给出不 同管理水平和季节 或时间段使用功能总容量的大小。其数学模型为： i=1 C= ( 4 ) n U i =m i n ( Pl ， P 2 ， ， P ) ( 5 ) 式中 C表示一定管理水平 和时间段的使用功能总 容量； 表示第 i 个单元的容量； 表示景观单元 数； P 表示第 m个影响因素约束下的容量。 这种理想模型涉及的因素非常多 ， 需研究 不同 类型景观单元影响生态容量 的主导因子和影 响方 式 、 生态系统承受旅游活动影响的程度 ， 可操作性受 限于具体项目的复杂程度， 但它为实际应用提供了 一 个大方向。 3使用功能总容量的计算方法 根据上述理想模型的思路， 结合实践经验 ， 本文 提出两种城市生态公园的使用功能总容量计算方 法： 景观分区法和碳氧平衡法。 3 1景观分区法 景观分 区计算法是在理想模型的基础上， 对 “ 面积容量法” 、 “ 线路容量 法” 和“ 卡 口容量法 ” 的 综合应用 ， 仍 以游客人数为主要指标 ， 计算公式为 C=C 。 +C b +C ( 6 ) 式 中 C为公园总的使用功能总容量； C 为生态核 心区容量； C 为生态缓冲区容量； C 为使用功能区 容量。 四川建筑科学研究 第 3 6卷 C 。 的计算依据生态核心区类 型而采用不 同方 法。如果核心区是可开放 的生态设施 ， 可采用面积 容量法或线路容量法计算， 此时： C 。 =( A a 。 )( T t ) ( 7 ) 或 C l = ( M m 。 ( 1 +t l t f ) )( t 1 ) ( 8 ) 式中A 为核心 区可游览面积 ； Mo为核心区游 道 全长； T 为核心区开放时间； 其余各项取值同公式 ( 1 ) ， ( 2 ) 。每位游人应 占有 的合理面积 a 或合 理 游路长度 m 不能直接套用一般公园和风景 区的指 标， 而应根据生态设施的性质和功能拟定 。 如果核心区是栖息地， 自然保护管理 的惯例是 有限开放， 管理限制成为卡 口， 此时 c 可采用卡 口 容量法计算。 c 和 c 的计算一般可采用面积容量法， 即： C b =( A b )( T t ) ( 9 ) C =( A a )( T t ) ( 1 0 ) 式 中A 为生态缓冲区面积 ； A 为使用功能 区面 积； T为公 园每 日开放的时间； t 为游客平均逗 留时 间。由于使用方式和功能不 同， a 可参考 自然公 园 和保护公园的指标取值， a 参考城市综合公园的指 标取值( 表 1 ) 。 表 1 景观分区法计算取值 Ta b l e 1 Nu m e r i c a l v a l u e i n l a n d s c a p e z o n i n g a r i t h me t i c 城市生态公园类型 大型 ( m 人 ) 中型( m 人 )小型 ( m2 人 ) 景观分区计算法根据城市生态公园中不同类型 的景观区域的生态特点分别计算其游客容量 ， 可操 作性强， 比按总面积计算的方法更准确 ， 也更符合生 态公园的特点。不足之处是总容量对具体的生态因 子不敏感 ， 各项指标 的取值依赖经验数据 ， 准确性有 待项 目实证检验。 3 2 碳氧平衡法 任何使用功能的完成 ， 都需要人的参与、 合适的 场所和空间以及物质能量 的消耗。因此， 人 、 场所 、 物质能量流3个因素表明了公园的使用功能的类 型、 规模、 强度等特征， 可以从整体上描述使用功能 的总容 量 。 通过具体的生态因子的研究来控制使用功能的 总容量有多种选择 ， 如选择污染物、 水资源等因子。 但从因子的普遍性和计算的可操作性来看， 以空气 碳氧平衡为生态因子是 比较合适 的。公园中人的使 用活动需要消耗氧气和排出二氧化碳 ， 而植物则在 白天太阳光照耀下， 吸收二氧化碳进行光合作用放 出氧气。大到全球生态系统 ， 小到公园生态系统 ， 碳 氧平衡都是一个生态系统能否 自维持和可持续发展 的基础 。尤其是城市生态公园还负有改善城市生态 环境的责任， 应该对整个城市区域的碳氧平衡有所 贡献， 达到其自身的碳氧平衡应该是生态保护和建 设的最低标准 ， 是生态容量的安全线。 碳氧平衡法的思路是 ， 根据景观格局规划计算 出公园植物吸收二氧化碳的能力 ， 然后计算公 园各 种使用功能建设和运行所产生的二氧化碳总量， 看 二者是否平衡； 不平衡， 则需调整景观格局和使用功 能体系、 降低游客容量 ， 从而确定合理、 安全的使用 功能类型和规模 。 公 园中植物吸收二氧化碳的能力与其种类和数 量有关 ， 需要平衡的二氧化碳总量， 应考虑来 自三方 面因素： 一是人的呼吸活动直接排放出的二氧化碳； 二是提供使用功能的公园设施和建筑在其生命周期 所放出的二氧化碳 ； 三是维持各种使用功能所需物 质 、 能量流在其生命周期所放 出的二氧化碳。可见 ， 碳氧平衡法考虑的二氧化碳排放量并不仅限于在公 园空间内完成 的排放 ， 而是考虑与公 园建设和运行 全过程相关的排放 ， 其标准是着眼于地球生态圈的 总体平衡， 建立广义和长期的“ 碳氧平衡空间” ， 在 公园的生命周期达到全面的碳氧平衡 。 据此 ， 碳氧平衡法的计算公式如下 ： n m M =C M。 +S I K i +三P j ( 1 1 ) 式 中 为植物每天可吸收的二氧化碳量； C为 日 游客容量 ； 为人均二氧化碳 释放量 ， 按公 园一天 开放 8 h计 ， 一般取 0 3 k g 开放 日； S 为第 i 种建筑 或人工场地 的面积； K i 为建设 和使用第 i 种建筑或 人工场地的 日均二氧化碳偿还量 ； P j 为第 种能源 的日均使用量； 为使用第_ 种能源的日 均二氧化 碳排放量系数。 根据相关研究 ， 植物每天可吸收的二氧化碳量 可采用下式计算 ： r l M =1 9 P iD i 3 6 5 ( 1 2 ) i=1 式中 为植物每天可 吸收的二氧化碳量 ， k g ； 1 9 为每立方米绝干材积吸收二氧化碳的系数； P ； 为第 i 种植物年均生长量 ； D i 为第 i 种植物年均生长量的 绝干系数。 公式( 1 2 ) 实 际是运用 了植 物的净初 级生产力 来计算吸收二氧化碳的能力， 具体设计时是按植物 种类计算相加。在规划阶段可按景观区域面积和植 被类型快速估算， 综合文献 生态学 J 、 绿建筑解 说与评价手册 相关研究， 植被吸收二氧化碳的 能力在 自然植被保存较好 的区域可参考表 2取值 ， 而以人工植被为主的区域可参考表 3取值。 2 0 1 0 N o 3 邓毅， 等 ： 城市生态公园使用功能总容量的计算方法研究 3 0 7 表 2 自然植被吸收 C O 能力指标 Ta b l e 2 CO2 a s s i mi l a ti o n c a p a d o f n a t u r a l v e g e t a t i o n 表3 人工植被吸收 C O 能力指标 Ta b l e 3 CO2 as s i mi l a ti o n c a p a c i t y o f a r t i f i c i a l v e g e t a t i o n 高 草 花 花 圃 熹 亭 芋野 草 地 ( 高 约1 m ， 土 壤 深 度 3 1 0 2 5 m以上) 一 低 草 花 娈圃 案 芋 野 草 地 ( 高 约 0 2 5 m ， 土 壤 深 度 o 9 5 0 2 5 m以上) 人工修建草坪0 建筑或人工场地的日均二氧化碳偿还量实际等 于在它们的生命周期内排放的 C O 总量除以生命 周期的总天数 ， 亦 即在它们的生命周期 内， 从建材生 产 、 运输安装、 日常维护到最后拆除再利用的整个过 程中释放出的 C O ， 会在它们的生命周期的时间内 完全被吸收， 不 会对全球生态 系统 造成额外 负担 。 公园设施和建筑在其生命周期中二氧化碳的释放量 的确定需要大量的统计基础资料， 参考林宪德对建 筑建材产业的研究 ， 可计算出基本指标( 表4 ) 。 表4日均 C O 偿还量 K指标 T a b l e4 Nu m e r i c a l v a l u e o fi nd e xKt 建 筑 或 雾 目前在我国 ， 绝大多数能量是 以燃烧矿物或固 体燃料获取的， 因此， 公园中具体功能的安排在决定 了日常能耗大小 的同时， 也决定了与能耗相关的 C O 排放。不同燃料的 C O ： 排放量见表 5 ， 由此可 换算不 同能源的 日均二氧化碳排放量系数 。如果公 园完全采用水电、 太阳能等清洁能源， 则此项可不计 算 。 表 5 不同燃料的 C O 排放量 Ta b l e 5 C02 d i s c h a r g e o f d i ffe r e n t f u e l s 燃料 C O2 排放量 ( k g G J ) 天然气 石油产品 黑煤 棕煤 电( 燃煤产生 5 5 O 7 7 0 91 7 9 5 3 2 8 6 0 4 计算示例 假设某城市生态公园总面积 1 0 h m ， 规划中生 态核心区面积为 4 h m ， 植被为近 自然的常绿阔叶 林； 生态缓冲区面积为 3 h m ， 植被为密植乔木林； 使用功能区为3 h m ， 植被以草地和观赏花木为主； 管理和活动共需要建筑 2 0 0 0 m ， 道路 6 0 0 0 m ， 广 场 2 0 0 0 m ， 计算其 日游客容量 。 4 1 按一般城市公园指标计算 其规模相 当于社 区公 园 ， 人均 面积指标 A 取 4 0 m 人 ， 则 C： A A = 2 5 0 0人 天 4 2 按景观分区法计算 假设核心区为有限开放栖息地 ， 每天允许进入 5 批游客， 每批 2 0 人。缓冲区和使用功能区均按面 积容量法计算 ， 指标取值按表 1 小型生态公园考虑， 口 b 取 1 0 0 n q 人 ， 口 取 2 0 m 人 ， 根据公 式 ( 8 ) 可 得 ： C=C +Cb+C =1 0 0+3 0 0+1 5 0 0=1 9 0 0 天 4 3 按碳氧平衡法计算 假设公 园完全 采用水 电， 因此 不计 算 能源 的 C O ： 排放量， 其余各项参考表 3 ， 4和表5取值， 根据 公式( 1 1 ) 可得 ： n C=( M 一s iK i ) I M i =1 = ( 4 7 3 24 3 1 4 ) 0 3=1 4 3 3 人 天 从计算示例可 以看出， 碳氧平衡法 和景观分 区 法计算的容量比采用一般城市公园指标按面积计算 的要小， 因为前两种计算方法考虑了生态公园的使 用特点。碳氧平衡法计算出的容量最小， 因为它还 多考虑了与使用功能相关建筑、 场地和能源对生态 系统 的影响 ， 公园碳 氧平衡能力的十分之一被用来 补偿这方面的影响。因此， 用碳氧平衡法控制使用 功能总量可以有多种手段 ， 既可以调整游客容量， 也 可以调整功能体系， 从而改变建筑、 场地、 能源的类 型和规模。 参 考 文 献 ： 1 邓毅 城市生态公园的发展及其概念之探讨 J 中国园林， 2 0 0 3 ， ( 1 2 ) 2 李振基， 等 生态学 M 北京： 科学出版社， 2 0 0 0 ： 2 8 5 3 、刘志武， 等 广州岭南花园住宅区生态绿地规划的研究 M 广州： 华南理工大学出版社， 2 0 0 2 ： 9 4 中国台湾内政部建筑研究所绿建筑解说与评价手册 M 台北： 建筑情报出版社， 2 0 0 0 ： 1 2 - 1 7 5 林宪德 绿色建筑计画 M 台北： 詹氏书局 ， 1 9 9 6 ： 4 0 4 1