基于擴(kuò)展DPSIR框架的生態(tài)城市畫像與管控技術(shù)

2023-03-03 02:17:52顧中煊羅淑湘李玲魯東靜

智能建筑與智慧城市 2023年2期

顧中煊，羅淑湘，李玲，魯東靜

（北京建筑技術(shù)發(fā)展有限責(zé)任公司）

1 引言

本研究所述的生態(tài)城市主要指綠色生態(tài)城區(qū)，即以創(chuàng)新、生態(tài)、宜居為發(fā)展目標(biāo)，在具有一定用地規(guī)模的新開發(fā)城區(qū)或城市更新區(qū)域內(nèi)，通過科學(xué)統(tǒng)籌規(guī)劃、低碳有序建設(shè)、創(chuàng)新精細(xì)管理等諸多手段，實(shí)現(xiàn)空間布局合理、公共服務(wù)功能完善、生態(tài)環(huán)境品質(zhì)提升、資源集約節(jié)約利用、運(yùn)營管理智慧高效、地域文化特色鮮明的人、城市及自然和諧共生的城區(qū)[1]。

在系統(tǒng)觀點(diǎn)的視角下，城市系統(tǒng)是人類活動(dòng)與互動(dòng)高度集中的地理區(qū)域，其嵌入在多尺度的相互依存的社會(huì)、工程和自然系統(tǒng)中，在空間和時(shí)間尺度上影響著人類的福祉。城市系統(tǒng)依賴于生態(tài)系統(tǒng)所提供的服務(wù)，城市系統(tǒng)的土地利用、資源與能源利用帶來的污染又威脅著生態(tài)系統(tǒng)。綠色生態(tài)城區(qū)的尺度一般可達(dá)數(shù)平方公里，由于自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等多系統(tǒng)因素間的相互作用，呈現(xiàn)出由相互作用的部分與綜合的整體所定義的動(dòng)態(tài)實(shí)體特征，影響因素的相互作用往往由不受邊界限制而延伸至包含社區(qū)、建筑場地等多個(gè)嵌套的空間尺度在內(nèi)的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

由于綠色生態(tài)城區(qū)的“復(fù)雜性”，單一因素對生態(tài)城區(qū)整體的影響往往難以預(yù)測，因而生態(tài)城區(qū)的規(guī)劃建設(shè)與運(yùn)營管理需要理解并構(gòu)建諸多因素之間時(shí)空關(guān)聯(lián)的整體模式，綠色生態(tài)城區(qū)的生態(tài)平衡和環(huán)境優(yōu)化問題也不能基于簡單因果邏輯的環(huán)境修復(fù)、污染治理和綠色運(yùn)營，而需要復(fù)雜的系統(tǒng)耦合和動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)。

綠色生態(tài)城區(qū)影響因素的多樣性、動(dòng)態(tài)性與關(guān)聯(lián)性日益顯著，生態(tài)城市總體上變得越來越復(fù)雜。相應(yīng)地，傳統(tǒng)生態(tài)城市規(guī)劃-建設(shè)-管理全鏈條中，特別是綠色生態(tài)城區(qū)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)中對于生態(tài)要素和城市系統(tǒng)要素的辨識和表述能力越發(fā)捉襟見肘，隨著傳統(tǒng)藍(lán)圖式規(guī)劃向動(dòng)態(tài)規(guī)劃的轉(zhuǎn)變，建成環(huán)境管控的難度也日益增大。為了應(yīng)對綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設(shè)管理的復(fù)雜性，孿生城市等數(shù)字化理念被提出并付諸實(shí)踐。在當(dāng)代社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)背景下，特別是“雙碳”目標(biāo)提出后，如何以生態(tài)、生產(chǎn)、生活等空間資源的優(yōu)化配置，兼顧減少碳排放和增加碳匯的各個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)空間效益整體最優(yōu)，更加需要系統(tǒng)化的分析工具。

筆者在《綠色生態(tài)城區(qū)畫像與管控技術(shù)框架研究》[2]一文中提出了以“驅(qū)動(dòng)-壓力-狀態(tài)-影響-響應(yīng)”(DPSIR)框架分析綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展影響因素的方法，本文將結(jié)合實(shí)際案例探討該框架在城市畫像和管控中應(yīng)用的方法，并對其框架提出擴(kuò)展方向。

2 綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設(shè)管理

綠色生態(tài)城區(qū)的規(guī)劃建設(shè)和管理離不開以生態(tài)文明理念為指導(dǎo)的綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略研究。城市發(fā)展背景分析是前期戰(zhàn)略研究中非常重要的一個(gè)部分，是整個(gè)工作的基礎(chǔ)。運(yùn)用綠色生態(tài)理念分析城市發(fā)展的基礎(chǔ)，評判綠色生態(tài)發(fā)展水平，分析城市綠色生態(tài)發(fā)展?jié)摿Γ侵贫ňG色生態(tài)城區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略的重要內(nèi)容，也是綠色生態(tài)專項(xiàng)規(guī)劃編制的前期工作。

綠色生態(tài)專項(xiàng)規(guī)劃的編制和實(shí)施是在生態(tài)理念指引下，通過系統(tǒng)研究、規(guī)劃銜接、制定兼顧剛性管控和彈性適應(yīng)的量化指標(biāo)體系，并基于管控監(jiān)測的區(qū)域指標(biāo)的動(dòng)態(tài)評價(jià)與平衡的過程。

生態(tài)專項(xiàng)規(guī)劃的編制在技術(shù)方法上，從現(xiàn)狀生態(tài)系統(tǒng)問題辨識入手，明確規(guī)劃主要對象和目標(biāo)，并通過對上位規(guī)劃解讀，明確與發(fā)展定位相匹配的生態(tài)格局，最終確定總體目標(biāo)和指標(biāo)體系。

傳統(tǒng)綠色生態(tài)城區(qū)指標(biāo)體系構(gòu)建采用主題-層次法，對發(fā)展戰(zhàn)略在空間上做出響應(yīng)?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51255-2017《綠色生態(tài)城區(qū)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中對綠色生態(tài)城區(qū)的評價(jià)體系共分為土地利用、生態(tài)環(huán)境、綠色建筑、資源與碳排放、綠色交通、信息化管理、產(chǎn)業(yè)與經(jīng)濟(jì)、人文等八個(gè)方面，此外還對技術(shù)創(chuàng)新加以鼓勵(lì)。其指導(dǎo)思想是設(shè)定并嚴(yán)守三道紅線（資源消耗的上限、環(huán)境質(zhì)量的底線、生態(tài)保護(hù)的紅線），其邏輯在于通過嚴(yán)守資源能源消耗上限，降低碳排放、污染物排放等對環(huán)境產(chǎn)生的壓力，從而最大程度地降低其對自然生態(tài)的沖擊。

當(dāng)前綠色生態(tài)城區(qū)指標(biāo)體系研究通過對城市功能系統(tǒng)的綜合集成和指標(biāo)體系的選取梳理建立了指標(biāo)體系框架，然而在各獨(dú)立指標(biāo)選擇上仍然存在一些爭論，由于指標(biāo)之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，某項(xiàng)指標(biāo)的完成受到相關(guān)聯(lián)的其他指標(biāo)的影響，需要綜合分析確定。對于指標(biāo)的空間落實(shí)和動(dòng)態(tài)管控還需搭建智慧平臺以確保實(shí)現(xiàn)綠色城區(qū)所需要達(dá)到的指標(biāo)要求。

3 基于擴(kuò)展DPSIR框架綠色生態(tài)城區(qū)畫像

GB/T 51255-2017《綠色生態(tài)城區(qū)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》為綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設(shè)管理提供了基礎(chǔ)的評價(jià)框架，隨著綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展的不斷深入，生態(tài)理念先后經(jīng)歷了從工程思路到生態(tài)思路再到人本主義的升級，各地方也推出相應(yīng)的地方標(biāo)準(zhǔn)，將新理念融入其中，拓寬了綠色生態(tài)城區(qū)的內(nèi)涵。在高質(zhì)量發(fā)展時(shí)期，綠色生態(tài)城區(qū)發(fā)展需要因地制宜，在相應(yīng)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)評價(jià)框架的基礎(chǔ)上，聚焦重點(diǎn)問題，充分考慮國家和地方發(fā)展的戰(zhàn)略要求，并全面對接上位規(guī)劃，指標(biāo)體系面臨著持續(xù)升級和更新迭代的需求。針對這種需求，數(shù)字畫像技術(shù)為其提供了技術(shù)手段。

數(shù)字畫像是隨著互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代和大數(shù)據(jù)時(shí)代的來臨而產(chǎn)生的，數(shù)字畫像的通用基礎(chǔ)邏輯與步驟主要有以下三步：①采集數(shù)據(jù)；②分析建模；③生成畫像。借鑒信息管理領(lǐng)域分面模型的知識，研究人員建立了城市畫像的初步框架[3]。但現(xiàn)存的城市畫像存在下列缺陷：①僅描述靜態(tài)特性；②缺乏對不同維度指標(biāo)間關(guān)聯(lián)關(guān)系的因果聯(lián)系。

生態(tài)城區(qū)專項(xiàng)規(guī)劃的編制實(shí)施是一個(gè)“問題-目標(biāo)-戰(zhàn)略-布局-機(jī)制”的過程，城市畫像有助于從問題識別、到目標(biāo)制定、戰(zhàn)略措施、空間布局的落實(shí)。本研究將DPSIR分析框架引入城市畫像模型。DPSIR本質(zhì)是一個(gè)因果框架，采用DPSIR模型對綠色生態(tài)城區(qū)指標(biāo)體系進(jìn)行優(yōu)化重構(gòu)，不僅可以整合指標(biāo)，而且可以從不同角度解釋綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營的動(dòng)態(tài)機(jī)制，從而更好的指導(dǎo)綠色生態(tài)城區(qū)的規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營。

DPSIR模型由“驅(qū)動(dòng)力Driving Force—壓力Pressure—狀態(tài)State—影響Impact—響應(yīng)Response”五個(gè)模塊組成，對復(fù)雜巨系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和因果關(guān)系等問題研究具有普適性，已廣泛應(yīng)用于資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)等多個(gè)領(lǐng)域的研究中。對于城市系統(tǒng)，國內(nèi)已有大量學(xué)者將其應(yīng)用于低碳城市、健康城市和城市可持續(xù)性的研究。

DPSIR模型涵蓋經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境四大要素，不僅表明了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類行為對資源的消耗與生態(tài)環(huán)境的影響，也表明了人類行為及其最終導(dǎo)致的資源環(huán)境狀態(tài)對社會(huì)的反饋。其中“驅(qū)動(dòng)力”是指造成資源環(huán)境變化的潛在原因，主要指城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，代表性指標(biāo)有城市產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與規(guī)模、城市建設(shè)規(guī)模等；“壓力”是指人類活動(dòng)對其緊鄰的資源環(huán)境以及自然資源環(huán)境的影響，是資源環(huán)境的直接壓力因子，主要表現(xiàn)為資源能源的消耗強(qiáng)度，代表性指標(biāo)為地區(qū)生產(chǎn)總值能源和資源的消耗強(qiáng)度、居民消費(fèi)水平等；“狀態(tài)”是指資源環(huán)境在上述壓力下所處的狀況，主要表現(xiàn)為區(qū)域的生態(tài)環(huán)境污染水平，代表性指標(biāo)為各項(xiàng)污染物的排放強(qiáng)度；“影響”是指系統(tǒng)所處的狀態(tài)對資源環(huán)境及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展質(zhì)量的影響，主要代表性指標(biāo)為大氣污染指數(shù)、年平均氣溫變化率、人口平均預(yù)期壽命；“響應(yīng)”過程表明人類所采取的對策和制定的積極政策，如轉(zhuǎn)變產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、提高能源資源利用效率、建設(shè)綠色建筑、提升自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力等措施，代表性指標(biāo)為新建綠色建筑比例、廢棄物綜合利用效率、城區(qū)綠色覆蓋率等。

DPSIR框架為分析生態(tài)城市各影響因素之間的關(guān)系提供了基本方法，但也存在不足，如驅(qū)動(dòng)力表征的是需求帶來的潛在影響，其并不能直接引起相應(yīng)壓力，為便于分析生態(tài)城市的相關(guān)活動(dòng)引起的壓力，對DPSIR框架進(jìn)行擴(kuò)展，在其中增加活動(dòng)(Activity)環(huán)節(jié)，將DPSIR模型擴(kuò)展為DPASIR模型，并以蘇州吳中太湖新城為例，對其綠色生態(tài)城區(qū)進(jìn)行分析。

蘇州吳中太湖新城作為江蘇省首個(gè)國家三星級綠色生態(tài)城區(qū)，啟動(dòng)區(qū)占地面積10km2，規(guī)劃人口13萬（見圖1）。該綠色生態(tài)城區(qū)將碳足跡作為生態(tài)核心控制目標(biāo)之一，確立了到規(guī)劃末期，在保證經(jīng)濟(jì)正常發(fā)展的同時(shí)，人均碳足跡比蘇州市現(xiàn)有利用模式下人均碳足跡減少85%的目標(biāo)。針對該目標(biāo)，該示范區(qū)制定了能源綜合和綠色建筑相關(guān)指標(biāo)如表1所示。

圖1 蘇州吳中太湖新城啟動(dòng)區(qū)

表1 蘇州吳中太湖新城綠色生態(tài)專項(xiàng)規(guī)劃能源綜合和綠色建筑相關(guān)指標(biāo)

本文采用DAPSIR框架對綠色建筑碳排放控制目標(biāo)進(jìn)行分析，繪制出從驅(qū)動(dòng)力到響應(yīng)的系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 綠色建筑子系統(tǒng)DAPSIR框架

針對建筑碳排放管理，國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 51366-2019《建筑碳排放計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)》明確了建筑物排放的定義、計(jì)算邊界、排放因子以及計(jì)算方法，而隨著國家標(biāo)準(zhǔn)GB 55015-2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》的實(shí)施，建筑碳排放計(jì)算成為強(qiáng)制要求。通過應(yīng)用DAPSIR框架分析，發(fā)現(xiàn)專項(xiàng)規(guī)劃和指標(biāo)體系中缺少針對碳排放計(jì)量監(jiān)測的相關(guān)指標(biāo)，不利于實(shí)時(shí)了解綠色建筑碳排放狀態(tài)和對環(huán)境影響的評估。為此，在能源綜合利用領(lǐng)域提出了搭建能源與碳排放管理平臺的技術(shù)策略，并接入全部已運(yùn)行建筑，以獲得建筑碳排放相關(guān)數(shù)據(jù)。上述分析體現(xiàn)了DAPSIR框架這一整體思維模型對于指標(biāo)體系完善優(yōu)化方面的作用。

由于傳統(tǒng)的管理未能基于情景對城市發(fā)展驅(qū)動(dòng)力進(jìn)行辨識，DPSIR框架作為一種系統(tǒng)化的方式可捕捉到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的環(huán)境需求及其對自然環(huán)境產(chǎn)生的影響之間的重要關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而為上述因素的分析提供了方法。在對綠色建筑子系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)而可通過多個(gè)DAPSIR框架的串聯(lián)，將前一個(gè)框架中采取的響應(yīng)作為下一個(gè)框架細(xì)化分析的起點(diǎn)，以對綠色建筑子系統(tǒng)中所采取的節(jié)能降碳措施進(jìn)行深入分析。

4 基于擴(kuò)展DPSIR框架綠色生態(tài)城區(qū)管控

以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)、以目標(biāo)為導(dǎo)向的綠色生態(tài)城區(qū)畫像不能停留在確立方向、目標(biāo)層面，還必須明晰實(shí)施路徑及實(shí)現(xiàn)方式，否則無法落地。DAPSIR框架為綠色生態(tài)城區(qū)規(guī)劃建設(shè)管理全過程提供了集成評估框架，可對各項(xiàng)管理措施進(jìn)行評估，管理壓力并決定針對各種活動(dòng)所應(yīng)采取的措施，并將各項(xiàng)管控措施納入集成的管理計(jì)劃中。通過城市駕駛艙（數(shù)據(jù)儀表盤）的方式使利益相關(guān)方不僅看到數(shù)據(jù)本身，而且看到數(shù)據(jù)背后的關(guān)聯(lián)，將有助于其更有效的采取行動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)“蘇州未來城市建設(shè)的最高水平”的定位目標(biāo)，推動(dòng)“雙碳”措施落地，確保綠色生態(tài)城區(qū)建設(shè)總體成效，啟動(dòng)了蘇州吳中太湖新城綠色生態(tài)綜合管理平臺開發(fā)。平臺一期開發(fā)將形成綠色生態(tài)初步管控，最終實(shí)現(xiàn)全流程綠色生態(tài)與碳排放信息化運(yùn)營管理。該平臺運(yùn)用城市畫像方法通過對城市運(yùn)行數(shù)據(jù)的深度挖掘、立體展示，實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生城市能力、綠色生態(tài)全過程管控能力、基礎(chǔ)信息匯集能力。政府部門管理者可以通過“領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙”一覽全貌，快速了解城區(qū)綠色生態(tài)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)營總體情況，整體進(jìn)度，主要指標(biāo)等，實(shí)時(shí)掌握綠色生態(tài)，并可通過綠色生態(tài)全過程管控系統(tǒng)對城區(qū)、地塊、項(xiàng)目進(jìn)行多層面綠色專項(xiàng)管理。平臺綠色建筑管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)太湖新城啟動(dòng)區(qū)綠色建筑規(guī)劃管理、運(yùn)營管理，對綠色建筑綠色生態(tài)規(guī)劃指標(biāo)信息、城鄉(xiāng)用地類型信息、項(xiàng)目階段信息、綠色建筑星級信息的展示和管理；實(shí)現(xiàn)對啟動(dòng)區(qū)內(nèi)重點(diǎn)綠色建筑項(xiàng)目運(yùn)營基本數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、挖掘和管理，推動(dòng)新型綠色建筑技術(shù)推廣使用，提升管理者對于城市綠色建筑發(fā)展的掌控力度（見圖3）。

圖3 蘇州吳中太湖新城綠色生態(tài)綜合管理平臺綠色建筑管理系統(tǒng)主要功能

本文提出的擴(kuò)展DPSIR框架為綠色生態(tài)城區(qū)畫像與管控提供了全面整體分析框架，對指標(biāo)體系的制定起到支撐作用。

5 結(jié)語

本文以蘇州吳中太湖新城國家三星級綠色生態(tài)城區(qū)為案例，分析采用DAPSIR框架建立指標(biāo)間關(guān)聯(lián)關(guān)系的可行性，并對綠色建筑子系統(tǒng)碳排放的控制指標(biāo)和策略進(jìn)行了分析完善，本研究所提出的綠色生態(tài)城區(qū)畫像為指標(biāo)體系的制定提供了前期分析基礎(chǔ)，既是對指標(biāo)體系的靜態(tài)描述，也包括對指標(biāo)體系的動(dòng)態(tài)刻畫，能夠體現(xiàn)動(dòng)態(tài)交互過程。