生态韧性视角下的山地雪上运动场馆设计策略研究_全禹.pdf

CA 2023/06 当代建筑 125全 禹 哈尔滨工业大学建筑学院博士研究生，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梅洪元 哈尔滨工业大学建筑学院教授、博士生导师，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陈玉婷 哈尔滨工业大学建筑设计院助理研究员生态韧性视角下的山地雪上运动场馆设计策略研究RESEARCH ON DESIGN STRATEGIES OF SNOW SPORTS VENUES IN MOUNTAINOUS REGIONS FROM THE PERSPECTIVE OF ECOLOGICAL RESILIENCE全禹梅洪元陈玉婷QuanYuMeiHongyuanChenYuting 收稿日期：202303231 生态韧性的概念及内涵生态韧性（Ecological resilience）的概念起源于20世纪6070年代，加拿大生态学家克劳福德 霍林首次将韧性思想应用于生态学学科，将其定义为“能够在较短时间内恢复原有状态并保持系统结构和功能的能力，它并非单一、稳定的状态，而具有多重均衡状态，并具备转化为其他平衡状态的可能性”1。相较于其他韧性系统，生态韧性更侧重于系统自身的演变与发展，主要从四个方面进行度量：由平衡态到失去恢复能力的幅度，系统受外力干扰而保持平衡状态的抵抗能力，系统当前状态接近崩溃临界值的程度，以及内部组分层级的关联性。生态韧性是应对全球生态恶化客观现实的重要举措，更是城市生态安全的重要保障，以及自然、社会、经济之间的重要纽带（图1）。韧性联盟（Resilience Alliance）2指出，韧性城市在经历外部干扰和冲击时，通过抵抗（系统维持）、适应（系统变化）与自我组织（系统重构）的方式达到新的平衡状态。其延伸至建筑工程领域则形成了韧性适应与转型评估框架（RATA评估框架，The Resilience Adaptation&Transformation Assessment），更加强调系统的主动性，认为工程项目中的生态韧性涵盖策划、设计、建造及运营各个阶段，并通过物质与能量交换的方式维持系统稳定。此外，工程项目更加注重“前准备”而非“后管理”，通过提高系统的自选择、自适应、自转化与自组织的能力，为其可持续发展提供不竭动力。2 山地雪上运动场馆的生态韧性设计认识随着后冬奥时代的到来，我国冰雪建筑产业进入了全新的发展阶段。其中，山地雪上运动场馆与生态环境之间的矛盾日益凸显，而韧性思想则成为解决二者之间矛盾的重要突破口。因此，如何运用生态韧性思想解决山地雪上运动场馆中的现实问题，使其既符合自然环境的保护要求，又满足人工环境的发展要求，成为山地雪上运动场馆设计的关键。2.1 山地雪上运动场馆的生态问题解读2.1 山地雪上运动场馆的生态问题解读山地雪上运动场馆即人们进行滑雪比赛、训练、健身和娱乐相关活动的场所，包括滑雪道及摘要 山地雪上运动场馆作为一项建设规模大、涉及范围广、聚积效应强的复杂系统工程，建设过程时常面临生态破坏、环境污染、人类冲突等不安定因素的干扰。本文引入生态韧性理论，针对山地雪上运动场馆中的关键问题，提出保护与开发相结合的发展目标，从准备阶段、规划阶段、建设阶段与运营阶段制定山地雪上运动场馆的设计框架，并以河北省张家口市崇礼地区为例进行实践应用，提出从项目选址、规划布局、场地塑形到景观补偿的设计策略与具体方法，推动山地雪上运动场馆从低效、盲目扩张，向科学、理性发展。关键词 生态韧性；冬奥会；雪上运动场馆；设计策略Abstract As a complex system engineering project with a large construction scale,wide scope of involvement and strong cumulative effects,the snow sports venue in mountainous region often faces disturbances from factors such as ecological destruction,environmental pollution and human conflicts.This paper introduces the theory of ecological resilience and proposes a develop-ment goal that combines protection and development for the key issues in the mountain snow sports venue.A design framework for the mountain snow sports venue is formulated from the preparation stage,planning stage,construction stage and operation stage.Taking the Chongli area in Zhangjiakou,Hebei Province as an example,specific strategies and methods are proposed from aspects of project site selection,planning layout,site shaping and landscape compensation,in order to promote the transformation of the mountain snow sports venue from inefficient and blind expansion to scientific and rational development.Keywords ecological resilience;Winter Olympics;snow sports venue;design strategy其配套建筑、设施。3作为山地生态格局的重要组成部分，山地雪上运动场馆往往具有社会与物质的双重属性，但其发展过程中也伴随着严峻的生态、环境及资源问题。在自然环境方面，山地雪上运动场馆所在山地复杂的地形地貌、水域环境共同构成生态系统的基础资料，对于外界干扰的敏感程度高，自我恢复能力差。一方面，山体为人类活动提供必要的场地条件，但盲目采用切破、挖填等技术手段，对山地地形及景观风貌造成了极大程度的损害；另一方面，山体能够起到绿色屏障的作用，但大规模的树木砍伐以及挖山取石对于山地生态环境造成了破坏，出现了水土流失、滑坡等现象，以及生物多样性的缺失。在人工环境方便，山地雪上运动场馆建设过程中往往存在修建工期长、建设难度高、投资金额大、资金回收缓慢、后期经营管理复杂、维修场馆金额高、附属设施可持续经营难度大等问题。此外，山地雪上运动场馆对于环境的依赖程度较高，尤其缺乏对于生态环境全寿命期的可持续性考量，虽然部分山地雪上运动场馆采取保护性开发模式，但开发过程中只考虑经济利益而忽视生态环境，尤其缺乏对于自然及人为扰动的应对能力，当气候变化和暴雨、火灾、地震等突发事件发生时，所在的山地生态环境势必将面临被严重破坏的情况。2.2 山地雪上运动场馆的生态影响分析2.2 山地雪上运动场馆的生态影响分析山地雪上运动场馆作为集自然生态、人文生态和社会生态于一体的复杂耦合系统，在促进城市发展的同时，也带来生态危机、环境压力、资源约束等不利影响。如何从全局角度为山地雪上运动场馆制定发展战略，从关注本体转为关注生态发展，保护环境、节约资源、降低能耗，是目前山地雪上运动场馆中要解决的主要问题。本文根据全寿命期理论，从以下四个阶段对山地雪上运动场馆的生态影响进行分析（图2）：1）准备阶段。山地雪上运动场馆所在山地的地形地貌复杂，植被水域充沛，生物种类多样。设计团队利用地理信息系统（GIS）的空间分析技术，分别对地形因子（海拔、坡度、坡向）、水文因子（河流、湖泊、湿地）、生物因子（植物、动物多样性）等多项因素进行综合考量，对126 学者论坛 SCHOLARS FORUM山地雪上运动场馆进行动态保护与适度开发，使得山地开发强度处于可控范围。2）规划阶段。山地雪上运动场馆的开发强度、开发方式与保护方式因山体特征的差异性而有所变化，规划布局应考虑城市与区域发展的需求，构建生态产业链完整的冬奥雪上场馆体系，以较少用地获得更多的建筑空间，带动区域安全、稳定、长效发展。3）建设阶段。山地雪上运动场馆的场地设计应充分发挥在地资源优势，遵循环境负荷减量化与减物质化原则，通过自然环境与人工设施的有效结合，实现降低环境干扰、减少环境危害的效果，并应考虑运动项目特点、适宜人群等因素，为其制定远期发展目标。4）运营阶段。山地雪上运动场馆实现可持续发展的前提是生态系统的完整性不被破坏，因此应将合理利用和保护山地生态环境作为基本任务，通过智慧山地雪上运动场馆监控和防灾预警系统，对长期发展过程中造成的环境破坏进行动态监测，并对水体、动植物等资源进行开发性保护，实现山地雪上运动场馆的生态安全与可持续发展。2.3 山地雪上运动场馆的生态韧性体系2.3 山地雪上运动场馆的生态韧性体系生态韧性理论将环境干扰看作非静态变化的过程，实现韧性发展的前提是生态系统的完整性不被破坏。4因此，在山地雪上运动场馆中，设计团队应统筹生态环境保护、开发、修复、更新及再生需求，打造要素流动的“链网基质”，通过结构与功能的不断调节，改善山地雪上运动场馆的生态环境，从生态安全、环境提升、可持续发展等方面，探索场馆的生态发展之路。因此，本文应用生态韧性的基本原理，将山地生态环境保护与雪上运动场馆开发融为一体，在对山体调查研究的基础上，统筹考虑地域、气候、资源、技术等要素，建立山地雪上运动场馆的生态韧性体系（图3）。该体系由准备、规划、建设、运营四个阶段组成，以“生态优先、环境友好、绿色低碳、资源节约”为目标，以降低对环境的影响为原则，通过保育山体生态、修复破损山体、控制水土流失、丰富生物多样性等方式，使被破坏的生态系统得以改善，通过分析地质、气象数据，明确准备与规划阶段禁止、限制和适宜建设的山体界限，并建立配套设计、建设与管理标准，实现山地雪上运动场馆的健康、有序、可持续发展。3 生态韧性视角下的雪上运动场馆设计实践以崇礼地区为例山地雪上运动场馆是一个复杂、多样的综合系统，在长期的发展过程中势必面临众多不可预估的外界干扰。本文以崇礼地区为例，在充分认识和了解地区生态环境条件的基础上，运用生态韧性理念指导设计实践，面对雪上运动场馆所造成的急性冲击和慢性压力，逐渐建立起一种动态平衡的生态系统，满足山地雪上运动场馆不同阶段的发展需求。3.1 准备阶段：基于生态保护的项目选址3.1 准备阶段：基于生态保护的项目选址在项目选址方面，生态韧性思维因地域差异而呈现出不同的倾向和特征，设计团队应寻求具有地方性智慧成分的韧性提升路径。山地雪上运动场馆多位于寒地山脉之中，场馆内山、水、城融合共生。因此，山地雪上运动场馆的选址应在尊重自然环境的基础上，重点考量山体海拔、坡度、水域、植被、雪量、雪质等方面因素（图4），划定适建范围。崇礼地区属于典型的中温带半干旱区大陆季风气候，冬季平均温度为12，年均降雪量为63.5 cm，存雪期为150天，雪的颗粒硬度、黏度等各项指标均符合滑雪标准。在地貌条件方面，崇礼地处阴山山脉和燕山交界的大马群山之中，属于坝上与坝下过渡地带，其地貌特征为“山连山、沟套沟”，海拔为7982 165 m，落差可达1 361 m。海拔决定了项目的建设难度，坡度能够影响山体利用并规避地质灾害，植被与水体能够有效改善景观质量，调节微气候。综合上述分析，该区域共计云顶、万龙、富龙、银河、太舞、多乐美地、长城岭和翠云山8家雪上运动场馆5（图5），用地面积为0.21.3 km2，综合海拔为2 1002 174 m，垂直落差为300 m左右，符合崇礼地区的地域特征。3.2 规划阶段：基于生态适应的规划布局3.2 规划阶段：基于生态适应的规划布局在规划布局方面，生态韧性以适应性理论为基础，考虑到雪上项目对环境的特殊要求，设计团队依照“依山就势”的设计原则，确定雪上场馆的适建范围。其中，崇礼地区生态环境优良，地表资源存量丰富，但存在利用结构不合理、利用率整体偏低的问题。通过山地雪上运动场馆的功能规划与分区布局，设计团队建立结构完整、功能完善且具备自我反馈调节能力的“自然社会经济”复合生态系统，以此实现生态保护与开发建设二者之间的平衡。崇礼万龙滑雪场（图6）项目选址于红花梁区内，设计团队依据山势布置雪上运动场馆及配套设施，并对各类分区进行统筹规划。其核心区准备阶段（）生态韧性作为雪上运动场馆的理论基础，借助常态方案和应急预案，实现场馆发展治理过程综合化。建设阶段（）生态韧性作为雪上运动场馆的关键方法，从“抵御”和“控制”的角度减少对生态环境的不利影响。规划阶段（）生态韧性作为雪上运动场馆的方案依据，制定了一套切实可行的、科学的、高效的韧性场馆设计方法。运营阶段（）生态韧性作为雪上运动场馆的优化措施，从“适应”和“管理”的角度实现人工与自然生态环境的融合。1 生态韧性的作用原理示意图2 不同阶段山地雪上运动场馆的生态影响分析图12CA 2023/06 当代建筑 127包括初级、中级、高级滑雪道共30条，总长度为44.99 km，包括魔毯、吊椅与配套缆车；缓冲区包括22个区域，其中树林野雪区总面积为2.3 km2；服务区包括餐饮、住宿、贵宾休息、医疗救护、雪具储存、公共卫生、停车场等配套设施。自然和人工的共同作用，可以促进人与自然之间的复杂互动6，使其具备自我演替能力和环境适应能力，从而增强系统的整体韧性。同时，设计结合缓冲区设置冗余空间，即使地震、火灾等灾害发生时，也能够为市民提供避难空间，并有助于提升山地雪上运动场馆的安全韧性。3.3 建设阶段：基于生态开发的场地塑形3.3 建设阶段：基于生态开发的场地塑形在场地设计方面，生态韧性思维将人、社会、自然予以有机关联，通过生态系统的恢复、改良和重建，实现自然资源的永续利用。山地雪上运动场馆的建设会扰乱原有土地生态，因此应以减少干预为手段，建立多维度、低影响、微尺度的场地布局模式，通过消隐、覆土、化小、打散等方式减少对原有生态环境的影响，从而建立起全新的动态平衡。对于雪上竞技类项目场地，赛道落差大，赛道距离短，故应选择山体相对陡峭的区域，并利用自然山体作为天然屏障，形成适宜比赛的无风环境。在密苑云顶滑雪公园（图7）中，设计团队设置三个场地7：A场地位于坡度较大的西侧山体上，沿途设置旗门或需要避开的波浪、雪坝、小跳台等障碍物，完成平行大回转与障碍追逐；B场地与A场地相邻，结合山体形态与墙壁、桌子、铁轨等障碍物，完成“U”形场地技巧与坡面障碍技巧；C场地位于坡度较缓的东北侧山体上，结合场地高度、落差设置密集雪包，完成空中技巧、雪上技巧。对于雪上竞速类项目场地，赛道落差小，赛道距离长，故应选择山体相对平缓的区域，并结合自然起伏的上坡、下坡和平坦雪面设置赛道。如崇礼冬季两项中心，延续自然场地坡度，以1 665 m为基准标高8，保证填挖平衡，无土方外运，在降低成本的同时，考虑未来回收利用。崇礼越野滑雪中心则设置在朝北的缓坡上，并沿等高线设置多个赛道，通过将跳台滑雪场与越野滑雪场的完美结合，形成北欧两项竞技场地，减少赛道的长度和延展范围。3.4 运营阶段：基于生态补偿的景观再生3.4 运营阶段：基于生态补偿的景观再生在景观再生角度，生态韧性聚焦于绿色基础设施的韧性内涵，主张通过自我调节来适应并应对灾害与风险。对于山地雪上运动场馆建设过程中造成的环境冲击，应执行严格的生态保护空间边界与管理限值，有效避开水源、动植物等自然资源充沛的区域，通过景观的吸收、减缓、适应与再生（图8），提升景观韧性，即使面对灾害破坏也能迅速恢复原状。对于水体景观而言，应构建水源涵养与雨洪调蓄系统，改善水文条件，调节径流，净化水质，通过“渗、滞、蓄、净、排”8实现水资源的循环利用。水源涵养，即制定合理的用水策略，优先利用天然降水、地表径流等作为人工造雪的水源。雨洪调蓄，即实现水资源的旱涝调控，设置“100年校核、50年标准”的防洪渠，保证水体与自然河流的连接，形成活水，降低内涝风险的同时实现生态涵养，雨水可沿植草沟排入防洪渠，在夏季暴雨时控制径流峰值，实现“生态径流恢复、地下水位稳定回升，生态质量环境根本改善”9。3 基于生态韧性的山地雪上运动场馆设计体系示意图4 崇礼地区的环境分析图5 崇礼山地雪上运动场馆的选址分布图354万龙滑雪场翠云山滑雪场银河滑雪场富龙滑雪场长城岭滑雪场云顶滑雪场太舞滑雪场多乐美滑雪场整体目标阶段分析构成要素应对策略生态优先准备阶段E1城市区位条件E2气候资源条件E3土地资源条件E4生物资源条件E5总体规划方案E6比赛场地方案E7训练场地方案E8配套建筑方案E9配套设施方案E10绿色景观设施E11水体景观设施E12环境卫生设施E13防灾减灾设施综合考虑区位合理性与交通可达性，带动区域协同发展建立微气候系统，调节风速、风向、温湿度等气象参数场地土方施工与赛道土方工程相结合，确保填挖平衡通过自然保护与人工补偿的方式，维护生物多样性平衡依照“依山就势”的原则布置场馆，提高土地利用效率考虑防雪、防风和防滑要求，兼顾运动员心理舒适度感受将竞赛与训练赛道合并设置，以减少赛道长度和延展范围采用预制装配式结构，减少现场作业的投入成本与工作量采用观众席、厕所等临时设施，赛后拆卸搬走并回收利用以减少干预为手段，遵循山地原生态地貌、地形、景观建立完善的储雪、储水和排水体系，作为场馆用水的补充降低环境影响性，对于污废物进行处理及无害化再利用从自然灾害、地质灾害、突发事件应对等方面保障安全规划阶段建设阶段K运营阶段环境友好绿色低碳资源节约海拔分析图例图例用地范围0 5 10 20 km0 5 10 20 km0 5 10 20 kmNNN2 165 m798 m62.193 80坡度分析用地分析降水分析林地草地耕地建设用地未利用地水域400400425425450 450475475500500525525550550128 学者论坛 SCHOLARS FORUM参考文献1 ODUM E.Fundamentals of ecologyM.Stamford:Cengage Learning,2004:135-138.2 RIGGIO A.The essence of an ecological philosophyM.Springer,2015:111-114.3 张利，张铭琦雪上运动场馆群山地设计技术初探：以北京2022年冬奥会与冬残奥会张家口赛区古杨树场馆群为例J建筑技艺，2021，27（5）：20-274 WALKER B,MEYERS J.Thresholds in ecological and social-ecological systems:a developing databaseJ.Ecology and Society,2004,9(2):3.5 张莹，叶海波，陈艳霞冬奥会背景下崇礼县滑雪场发展现状与前景J冰雪运动，2016，38（2）：78-826 WALKER B,HOLLING C S,Carpenter S R,et al.Resilience,adaptability and transformability in social-ecological systemsJ.Ecology and Society,2004,9(2):5.7 陈荣钦，曹婧娴云顶滑雪公园：衔接大型赛事与长期运营的冬奥场馆设计J建筑学报，2021（合刊1）：对于植被景观而言，考虑到雪上运动场馆生态敏感度高的特点，设计团队采取了“工程避让、工程减缓、工程补偿”等手段。10通过自然避让的方式，使赛道、助滑道和着陆坡底部架空，使山体中的森林、草地、湿地、矿产等静态资源得到直接保护，为山区动物迁徙提供空间。设计团队通过人工补偿的方式，在场馆施工前剥离表层土并集中堆放，施工结束后通过地表土回覆与本地植被移栽，实现动植物等活态资源的间接调控。同时，采用“岩质高切坡交错叠摞梯形格宾石笼支护”体系，在格宾箱上铺设含草籽的种植土，以实现生态恢复与再造的效果。4 结语生态发展是雪上体育产业转型的必经之路，也是我国实现山地雪上运动场馆可持续的重要议题。本文通过对生态韧性视角下的山地雪上运动场馆的生态问题进行分析，建立了生态韧性与山地雪上运动场馆之间的有效联系，进而构建了山地雪上运动场馆的生态环境评价体系和生态韧性设计框架，并结合崇礼地区的工程实践，验证山地雪上运动场馆的设计策略。希望未来山地雪上运动场馆的发展能够逐步形成统一的标准、规范、评估与认定体系，在全寿命期阶段引导其策划、规划、设计、建造、运营与管理，真正实现体育场馆的生态转型。177-1798 张维，赵婧贤，龚佳振国家冬季两项中心：采用可持续“3E”策略的冬奥场馆设计J建筑学报，2021（合刊1）：159-1639 HE G Z,YEERKENBIEKE G,BANINLA Y.Public Partici-pation and information disclosure for environmental sustainability of 2022 Winter OlympicsJ.Sustainabil-ity,2020,12(18):7712.10 ZHANG H S,YU Y,ZHA T G,et al.Assessing previ-ous land-vegetation productivity relationships on mountainous areas hosting coming Winter Olympics Games in 2022J.Science of The Total Environment,2021,788:147870.图片来源 图1、图3、图5、图6、图8：作者绘制图2：作者根据网址（https:/www.resalliance.org/assessment-resources）中的内容绘制图4：作者根据张家口市崇礼区景观生态风险评价一文绘制图7：作者根据网址（https:/ 基于生态适应的崇礼万龙滑雪场规划布局示意图7 基于生态适应的崇礼云顶滑雪公园场地开发分析图8 基于生态修复的景观要素再生示意图78I级生态保护区III级生态改造区IV级生态开发区II级生态缓冲区建立生态保护制度，对雪上运动场馆功能保障、环境安全和资源利用等方面提出监管要求通过山体生态系统适度开采和利用，充分挖掘土地潜力，开发雪上运动场地通过人工生态系统的补充，建立良性循环的生态系统位于自然与人工生态交界的特殊区域，起到一定的缓冲作用 在地性自然生态环境保护 多样性自然生态资源保护 比赛训练区人工场地塑造 树林野雪区自然山体利用 功能供应区配套建筑开发 服务保障区配套设施开发 建立屏障生态缓冲边界划定 实现防护水土保特污染治理6场地A-坡面回转出发点转弯处终点区 终点跳跃点跳跃点终点道具区跳台区跳台助滑坡跳台着陆坡“U”形池场地A-障碍追逐场地B-“U”形场地场地B-坡面障碍场地C-空中技巧场弛C-雪上技巧景观分级环境塑造环境调控人本关怀污染治理水源涵养人工补偿自然避让雨洪调蓄