碳中和背景下的合肥市城市滨水空间设计探究

蔡小雨

(合肥学院 设计学院，安徽 合肥 230601)

随着现代工业社会的发展，二氧化碳排放持续增长，全球气温以前所未有的速度上升，对生命系统形成威胁。在这一背景下，我国积极应对，提出碳达峰和碳中和目标：中国在第75届联合国大会向世界宣布二氧化碳排放力争于2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和的目标。习近平总书记在中央财经委员会第九次会议上强调，拿出抓铁有痕的劲头，如期实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的目标。这些举措标志着碳中和已成为国家战略。碳中和是指在规定时期内，二氧化碳的人为移除与人为排放相抵消。目前，我国碳排放量位居全球第一，如何减少碳排放，合理吸收、移除大气中的二氧化碳是我国实现碳中和重点研究的问题。城市是人口、产业等要素集聚的场所，也是碳排放的集中区域，而城市滨水空间由水体和陆地组成，包含丰富的动植物生态系统，植物能有效吸收城市大气中的二氧化碳，在城市滨水空间设计中融入碳中和思想，不仅可以契合碳中和背景下的城市发展需求，也是城市滨水空间生态化、人性化设计的新尝试。

1 城市滨水空间研究现状

近年来国外学者开始以城市规划视角关注城市滨水区的建设，认为城市滨水空间开发应与城市设计、市场经济及生态等因素相结合，肯定了城市滨水空间与城市整体发展的相关性[1]；部分学者提出城市滨水空间不仅要联系城市文脉、历史及环境，还要与区域发展战略相统一，重新定义了滨水空间在城市建设层面的意义，肯定了城市滨水空间对改善城市环境的作用[2]。随着城市发展，国内部分学者注意到滨水空间与城市居民生活方式和城市经济发展密切相关[3]；还有学者对城市滨水空间生态修复与景观提升进行研究，提出滨水空间生态效益策略[4]。总体而言，国内关于碳中和景观设计的研究多为景观植物生态种植方向及城市景观低碳设计层面[5]，基于城市滨水空间层面碳中和设计的研究相对较少。

从研究现状来看，国内城市滨水空间研究多以环境治理为出发点，对于滨水空间的研究局限于宏观设计层面，对城市滨水空间的地域特色、生态效益、节能环保等微观层面设计研究较少[6]，缺少基于碳中和理论的城市滨水空间整体设计研究。

国外一些城市滨水空间将低碳思想融入规划设计，如美国总督岛公共空间规划中将搬迁的建筑废料堆叠成山，打造成观景山顶，节省了运输废料的成本；公园周边采取生态恢复行动，保护湿地动植物生态圈；内部提供免费木质自行车，居民以绿色健康的方式观赏美景，降低城市滨水空间建设和使用中的碳排放。随着城市生态文明建设推进，国内很多城市开始探索城市滨水空间低碳化设计，如河北迁安三里河生态廊道，规划设计串珠式下洼“绿河”，实现旱期可维持串珠状湿地；结合城市雨水收集和中水生态净化回用，可进行雨洪调节；沿绿带建立步行和自行车系统，与城市慢行交通网络有机结合，使自然景观与人工景观有机融为一体。

本文以合肥城市滨水空间为研究对象，调研合肥滨水空间规划设计现状，以碳中和作为研究背景，借鉴国内外优秀设计案例与技术手段，探究适宜合肥城市滨水空间的减碳、低碳设计策略，为城市更新和滨水空间设计提供一种新的解决思路，这对国家实现碳中和目标具有重要意义。

2 城市滨水空间碳排放

城市滨水空间内部有丰富的自然景观，包括植物、水体、山体、生物群落等，由于人的亲水性，城市滨水空间成为城市居民休闲、运动的首选场所。滨水空间的植物可以改善城市小气候、吸收空气中的二氧化碳，但滨水空间自身的建设施工及后期的场地运行都可能产生碳排放。 针对滨水空间的碳中和设计，首先应明确滨水空间内的碳排放来源，从源头解决空间内的碳排放问题。

2.1 城市滨水空间概况

城市滨水空间对城市空间形象塑造具有非常重要的价值，城市中的滨水区域可以改善周边小气候、美化城市风貌、彰显地域特色。滨水空间中的河流、湖泊、森林等属于自然景观，内部的公共建筑、园路、景观小品等属于人工景观，自然景观中的植物可以有效吸收空气中的二氧化碳，但人工景观的建设和运行会产生一定的碳排放。城市滨水空间在前期建设中会产生隐含碳排放，在后期使用过程中会产生运行碳排放(见图1)。

图1 滨水空间碳排放示意图

2.2 城市滨水空间隐含碳排放

材料生产阶段碳排放。滨水空间在建设过程中会消耗大量的建造材料，人工景观的建造需要不同的建筑材料，如园路的铺设需要大量混凝土、钢筋、沙砾、石材等，景观小品需要消耗铁件、不锈钢、木材、石材等(见表1)。

表1 滨水空间建造材料生产阶段碳排放量

这些材料在滨水空间建设中用量大，其生产过程会产生一定的碳排放，滨水空间常用建造材料在生产阶段产生的碳排放，水泥、钢筋及铁件、混凝土、沥青在滨水空间建设中用量大、碳排放因子高，而木材、石材等天然材料在生产阶段可以视为零碳排放[7]。

材料运输阶段碳排放。建筑材料在生产完成后，需要转运到滨水空间场地内，途中可能经过多次转运、跨省转运、跨国转运，材料在运输阶段产生的碳排放量见表2，可知材料在运输过程中原石、砂砾、混凝土、沥青的碳排放量较高，板材类石材、木材、不锈钢板的碳排放量相对较小。

表2 滨水空间建造材料运输阶段碳排放量

施工阶段碳排放。滨水空间建设施工阶段涉及土方平整、水域填挖、园路施工、景观建筑施工、植物种植等，施工现场会采用各种机械、人工完成，同时产生相应的碳排放。城市滨水空间具有场地面积大，施工工期长、工程量大的特点，在设计中对原场地改动越大，施工产生的碳排放量也相应提升。

2.3 城市滨水空间运行碳排放

滨水空间建成后，在使用过程中会产出运行碳排放[8]，主要有场地环境能耗(照明、音响)、公共设施能耗(供水、供配电)、功能性能耗(信息系统、电器、办公系统等)，其中照明和设施供电会消耗大量能源，也是场地内运行碳排放量产生的主要因素。

3 合肥城市滨水空间碳中和设计现状调研

合肥地跨长江、淮河两大流域，环巢湖，南淝河贯穿合肥城区，界内水资源丰富，沿岸建有众多滨水公园。选取大蜀山国家森林公园、合肥环城公园、巢湖沿岸滨水空间为调研对象，以场地内植物、硬质景观、景观建筑、配套景观小品等为研究内容，调研分析目前合肥城市滨水空间碳中和设计现状，了解其中存在的问题，为下文碳中和设计策略提供依据。

3.1 合肥大蜀山滨水空间调研

植物种植分析。场地内森林覆盖率达95%，拥有植物133科756种，植物种植以自然式为主，沿主干路两侧种植层次为乔木、小乔木、灌木、地被四层群落种植[9]；背景林多采用原生树种，在保留场地现状树木的前提下根据地形铺设园路；水生植物以荷花、蒲苇为主。园区树木品种主要有香樟、朴树、雪松、梅花、樱花、紫叶李、构树、柳树、女贞、桂花、孝顺竹等(见表3)，多为合肥本地常见树种及原场地内保留的现状树种，不仅能减少场地内树木移栽产生的碳排放，而且能稳定滨水空间内部生态群落，维持物种多样性。

表3 大蜀山森林公园植物种植调研表

硬质景观。场地内主要采用的硬质景观材料为：沥青混凝土和天然石材，其铺设面积占比约为：沥青混凝土53.7%、天然石材41.2%，其他材料为5.1%。主干道铺装材质为沥青混凝土，主路贯穿整个公园，可供市民日常跑步、骑行，成为很多市民健身锻炼的场所。园区支路及游步道采用石材、青石砖铺设，部分场地采用嵌草砌石铺设，这种铺装形式增加了场地的绿化面积。

景观建筑。园区内设有公共售卖亭、后勤管理用房等配套设施，结合内部景点设有游人休憩的亭、廊。其中配套设施建筑材料为木材，亭廊以砖砌为主,其景观建筑材质及数量(见表4)。

表4 大蜀山森林公园景观建筑用料表

景观小品。公园内小品有座椅、雕塑、垃圾桶、指示牌等，座椅材质以石材和塑胶为主；垃圾桶为塑胶材质；指示牌为铁制；雕塑为石材，其中石材与铁制品为高碳排放材料。

3.2 环城公园滨水空间调研

合肥环城公园位于包河区，在旧城墙基础上环绕合肥老城区一周而修建的城市滨水城市公园[10]，共有西山公园、包河公园、银河、环西、环东和环北六大景区。

植物种植分析。园区内部植物覆盖率达85%，共有植物205种，共计77科146属，乔木94种，灌木及藤本73种，草本20种，水生植物7种，较好地保留了老城区建设时期种植的乔木，树木体量较大，林荫面积广，可有效降低场地小环境温度，提升空气质量。水域内植物种植品种多为挺水植物，水生植物品种较少。

硬质景观。场地内主要采用硬质景观材料为：天然石材和木材，其铺设面积占比约为：天然石材87.5%、木材8.4%，其他材料为4.1%。环城公园内部禁止车辆通行，园区道路多为步行道，结合地形与植物种植设置游步道，路面由天然石材铺贴而成。在园区入口和中心节点处设有多处活动空间，供市民锻炼、休闲，内部活动空间形式多样，成为周边居民日常固定休憩空间，带动城市居民绿色健康的生活方式。

景观建筑。园区内建筑材料多为砖混材质(见表5)，新型环保材料应用较少。传统的砖混结构在施工建设中会产生大量碳排放，不利于节能降碳。

表5 环城公园景观建筑用料表

景观小品。园区内灯具均为常规型号，没有节能环保设备，缺少对太阳能绿色能源再利用。景观座椅多为天然石材(见图2)，天然原石类石材在运输和施工过程中会产生大量碳排放，不属于节能环保材料。

图2 合肥环城公园景观建筑及小品

3.3 巢湖沿岸滨水空间调研

巢湖地属合肥，湖水面积约800平方公里，是我国五大淡水湖之一，沿岸以生态湖岸景观为基础，是长三角重要的区域生态基础[11]。巢湖沿岸有十大景区，调研选取紧邻湖岸的滨湖湿地森林公园、峔山岛景区、红石咀公园景区，分析巢湖沿岸滨水空间碳中和建设现状。

植物种植分析。巢湖沿岸植物覆盖率约为90%以上，区域内木本植物共计60科，400多种；水生维管束植物、湿地高等植物共30科，44属52种。沿岸滨水空间植物种植多为现状原生树种，以生态保护为前提，保护现状植物群落，维护区域内生态稳定性，对现有的植被改造较少。同时将区域内的荒地改造成供游人观赏的草花花海，提升滨水空间景观的观赏性，增加场地内绿化面积。因草花可自播繁殖、生长，无需太多的人工维护，后期景观管理成本低，符合碳中和设计思想。

硬质景观。巢湖沿岸硬质景观占地较少，主要为沿湖车行道及绿色步道，主要采用的硬质景观材料为：沥青、塑胶、天然石材、木材，其铺设面积占比约为：沥青47.3%、塑胶13.5%、天然石材23.6%、木材10.9%，其他材料为4.7%。特色环湖步行道总长约170公里，整个步道贯穿湖岸，沿岸散布景点风景宜人，成为市民日常徒步、骑行的主要路线。沿湖绿道可引领市民健康生活方式，自觉选择环保自行车作为日常出行交通工具，降低城市碳排放，提升城市活力。

景观建筑。场地内景观建筑体量较小，多为木质结构的亭架(见表6)，结合木质步道设置亲水游步道。湖岸因生态保护未建设大体量景观建筑，较好地保护了沿岸滨水空间生态环境。

表6 巢湖沿岸滨水景观建筑用料表

景观小品。巢湖沿岸滨水空间面积广、空间类型多样，观光景点内部景观小品较多，景点以外区域景观小品相对较少，多为基础设施。场地内部路灯、垃圾桶等小品均为常规型号，没有新能源设备及雨水渗透回收系统。

3.4 分析与总结

为分析合肥滨水空间碳中和设计现状，对大蜀山森林公园、合肥环城公园、巢湖沿岸滨水空间进行调研，对其场地内植物种植、硬质景观、景观建筑、配套景观小品设计现状进行分析，指出目前合肥城市滨水空间碳中和设计存在的问题(见表7)[12]，为碳中和设计策略提供依据。

表7 合肥滨水空间碳中和设计问题分析

通过调研以上滨水空间可知，目前合肥滨水空间植物品种多为乡土树种，植物种植形式与水生植物品种相对单一；硬质景观多采用常规高碳排放材料，新型低碳材料的使用较少；景观建筑以混凝土砖混结构为主，很少使用新型环保材料和可回收材料；景观小品多为常规型号，对新能源的利用较少。综合目前合肥滨水空间碳中和设计存在的问题，结合城市滨水空间碳中和理论研究，可以将合肥滨水空间碳中和研究方向归纳为：探究如何降低场地建设及后期运行中产生的碳排放；探究如何提升场地内植物或水域空间的降碳能效。

4 合肥城市滨水空间碳中和设计策略

城市滨水空间丰富的植物资源和水资源可以有效吸收、降低城市产生的二氧化碳，但在滨水空间的建设和使用过程中也会产生一定的碳排放。合肥城市滨水空间碳中和设计应从降低场地碳排放和提升场地吸碳、降碳能效两大方面入手。同时，城市滨水空间作为大众日常生活、休闲的主要场所，应该融入绿色生活设计，引领城市居民日常出行、休闲、运动时选择低碳环保的方式。

4.1 减少高碳排放材料的使用，降低隐含碳排放指标

滨水空间常用景观材料有石材、沥青、水泥、木材，这些材料隐含碳排放量为生产碳排放量与运输碳排放量之和，具体数值见表1、表2，分别为石材4.36 m3/kg、沥青混凝土65.44 t/kg、水泥445.17 t/kg、木材62.47 m3/kg。从工业生产来看，水泥和钢铁是材料制造行业碳排放主要来源。其中水泥制造占全球碳排放总量的7%，钢铁制造碳排放占7%-9%。混凝土占6%-10%。降低滨水空间建设产生的直接和间接碳排放，滨水空间景观建筑、景观园路、广场、景观小品所使用的景观材料应减少水泥、钢铁及混凝土这类高碳排放的材料使用，采用一些先进技术及工艺以减少水泥的使用，如使用非化石燃料的胶凝材料替代水泥、增加混凝土养护时间。场地内的景观小品和景观建筑可以采用可再生材料代替高碳排放材料的使用，如利用回收塑料及废弃木材合成的新型木塑材料，来替代水泥、混凝土、钢铁，作为景观亭廊、景观铺装、景观小品的替代材料，根据设计需要对材料进行异性加工。同时，这种材料也可以再次回收，并继续加工再使用，实现对资源的循环利用。

在景观建筑施工过程中，采用建筑预制板及装配式建筑也可以减少施工过程产生的碳排放，装配式材料在施工过程中比传统方式可减少建设垃圾排放70%，减少木材使用60%，节约水泥砂浆55%，节约水资源消耗25%[13]，可以降低场地施工造成的环境污染与垃圾排放，降低扬尘与噪音，有利于城市生态文明建设。

4.2 增加可再生能源利用，减少场地运行碳排放

城市滨水空间占地面积广、工程量大，为降低场地后期运行产生碳排放，可在园区设计中融合可再生能源技术，降低场地不可再生能源消耗。电能是场地运行消耗的主要能源，一些灯具、音响、设备的维持都需要电能供给。可在场地照明系统中加入太阳能灯具的使用，结合光控系统根据日光亮度控制灯具开关，不仅有效利用太阳能，还能降低不必要的能源成本。在场地的建筑立面上也可安装太阳能光板，供给场地其他设施用电，达到场地内部用电自给自足，景观亭顶部结合造型增加太阳能光板，转化电能，供给辅助设施用电[14]。

4.3 植物生态化设计，提升场地降碳能效

保留现状树种，选择乡土树种。城市滨水空间往往沿水系呈带状分布，占地面积大，沿岸有丰富的原生植物。不合理地引入外来植物，可能造成植株无法适应本地环境而死亡，树木死亡率每增加0.5%-4%，该植株的总碳储存量会减少70%。对滨水空间进行设计前，应做好场地的前期调研，在植物种植设计中尽可能保留现状树木，减少场地内树木移植及运输产生的碳排放，保护原生物种多样性，维持生态稳定性。

适当增加幼龄植株，控制栽植密度。幼龄植物的碳周转效力远胜于壮年植株，其碳汇能效相对更高。平均胸径在10-20cm的植株群落年固碳量最高，在种植设计时应充分结合场地现状，采用幼龄植株替代大树栽植，不仅可以有效提升场地碳汇能力，还可降低施工成本，提高植株成活率。

植株的数量增多可以提升场地的固碳能力，但是过密的种植会引起植株生长不良，导致植株枝叶病变甚至死亡。在一定区域内，植物的碳汇能力会随着栽植密度增加而提升，但是到达一定量值之后反而会下降。研究数据表明，栽植密度在300-450株/hm2的植物群落固碳效力最高，栽植密度在0-150株/hm2的群落固碳效力最低，为前者的1/2。在种植设计采用中等栽植密度可使群落保持最佳状态，起到更好的降碳作用。

采用生态群落种植，增强群落固碳释氧能力。不同植物的固碳能力有显著差异，其中乔木具有明显优势(见表8)。滨水空间主干道或核心空间植物设计可采用多层次生态化群落种植，上层为大乔木、小乔木，中层为灌木、小灌木，下层为地被、草坪。利用多层次生态种植空间，充分发挥群落的固碳释氧能力。

表8 不同类型植物固碳释氧能力 g/d

采用多层次种植可有效增加场地内的绿化率，充分发挥植物的吸碳、降碳作用，降低城市大气碳含量。在停车场、园路、活动场地设计时可采用嵌草式铺装(见图3)，降低场地的硬质景观面积、减少建筑材料的使用、提升空间绿化率。

图3 嵌草式铺装

增加水生植物面积，改善水域生态。在场地水域内种植适宜的水生植物，可增加植物种植面积、改善水域生态环境、丰富水面景观。同时，人的行为活动具有亲水性，种植荷花、睡莲、美人蕉、蒲苇等可观花、观叶的水生植物，可以增添场地趣味性，吸引游人观赏。

4.4 配套人性化设计，引领城市绿色低碳生活

城市滨水空间景观设计时应结合城市地域特色，在景观设计中融入地域文化符号，展现城市特色。在设计中要充分考虑到城市居民的兴趣、审美、生活方式和文化内涵，将城市文化背景注入到滨水空间景观设计中，为其赋予以人为本的人文精神，使市民在游赏时可以产生情感共鸣，提升场地亲切感、认同感和文化感。

滨水空间场地设计应合理细分景观空间尺度，引导市民在一定范围内选择低碳环保的游赏方式。结合人车分流设计人行与车行流线，保障场地内人行动线流畅。在场地内应设计丰富多变的游步道，如提升铺装趣味性、结合地形设置曲折多变的步行道、丰富步行道两侧景观层次等，引导市民选择步行方式游览。

在滨水空间设计中可结合水系设计带状城市绿道，将滨水开放空间自然和人工廊道串联一体，设置可供市民步行、骑行的景观线路，将散点化的景观区域通过线性道路连接起来，改善滨水空间生态环境、涵养城市水源、保持水土；还可以引领城市居民绿色出行方式，减少机动车辆使用，树立健康、环保的低碳观。同时，在滨水空间公共空间中可增加新能源汽车充电桩、共享自行车停放点等配套设施，提倡市民在场地内以自行车作为交通工具，将自行车道与慢跑道设计相结合，增加滨水空间景观与人的参与性，提升场地空间使用率，促进公众绿色低碳出行，引领城市绿色生活。

5 结论

城市建设与碳排放之间的矛盾是城市发展过程中必须面对的问题，也是社会发展与进步的必然过程。本研究通过对合肥城市滨水空间碳中和设计进行调研分析，为城市滨水空间碳中和设计策略提供依据[15]。立足碳中和相关理论，结合滨水空间的特点，提出降低场地能源消耗与提升降碳能效策略，从低碳材料的使用、可再生能源的利用来解决滨水空间碳排放问题[16]，从生态化设计、提升绿地率来解决滨水空间降碳能效问题，从人性化配套设计来解决城市生活、出行高碳排放问题。通过对合肥城市滨水空间碳中和设计的研究，为其他城市滨水空间碳中和建设提供可参考方案，有助于提升合肥城市整体形象，将合肥打造成生态化文明城市，对我国实现“双碳”目标具有重要意义。