面向城市高密度社区的工业遗产公园生态设计策略研究*

肖 希 陆 剑 黄晓彤 陈 光

(广东工业大学建筑与城市规划学院, 广州 510090)

0 引 言

伴随着我国城市产业结构调整和环境管制的工作，2011年，广东省发改委、广东钢铁集团宣布广钢环保迁建，2012年12月上旬，广钢新城项目启动，开发建设为广钢新城住宅区，以超高层建筑为主，最高60层，最低26层。广钢中央遗址公园(简称“广钢公园”)位于广钢新城中央位置，紧邻住宅区，新城规划居住人口20.3万人，面积为6.57 km2，折合居住人口密度为高密度住宅区3.0万人/km2，是典型意义的高密度居住区，广钢的历史和现状见图1、2。

图1 广钢厂区历史照片Fig.1 The historical photo of GISE Plant Area

图2 现状广钢遗址和周边住宅区Fig.2 Ruins of GISE and its surrounding residential area

因此，广钢公园除了承载了一般工业遗产公园活化利用的要求，还需积极探索作为高密度社区中的开放空间，应如何提供生态基础设施保障，尽可能地营造宜居环境，同时平衡城市公共空间、工业遗产、文化生活等多维需求，为面向高密度社区的工业遗产公园生态设计提供参考。

1 工业遗产公园的国内外研究进展

常湘琦等在梳理近代工业遗产景观化的发展中，对其景观化发展历程进行了总结[1]。伴随着工业革命、钢铁和混凝土的大量使用，采石场成为了第一批工业革命后被改造的对象。随后，伴随着20世纪60年代大量的文学和电影文艺作品产生，人们也逐渐用艺术和生态的方式，开始重新接纳工业遗址。于是，开始出现废弃工厂改造的景观作品[1]，工业遗产公园改造如1968年设计的美国旧金山吉拉德利广场和1969年设计的西雅图煤气公园。2003 年《下塔吉尔宪章》发布世界公认的第一份保护工业遗产国际共识性文件，至此，工业遗产公园的整体性和连续性保护理念、审美价值、认识和保护的理念延续至今。

而获得美国景观建筑师协会最高设计奖的西雅图煤气公园，占地面积8.3 hm2，位于美国西雅图市联合湖北湖的山顶，是对工业废弃地进行再利用的先例，它在公园的形式和工业景观的美学文化价值方面都有着重要的意义[2]。随着对遗产价值的整体性理解，风景园林在工业遗产的再利用中逐渐有了更多影响力的作品，包括德国北杜伊斯堡风景公园(1990年设计)、关税同盟煤矿工业区(2005年设计)等。

我国的工业遗产保护与利用发展较晚，收录为第一批国家工业遗产的首钢于2010年停产并搬迁，伴随着同时期开始有工业遗产景观化再利用的实践案例产生。而以“工业遗产公园”为关键词在中国知网进行检索，得到的相关论文从2011年开始呈现逐年上升的态势。其中较为有代表性的实践项目包括：北京首钢工业遗址公园，也是世界上首个服务奥运的城市综合功能区；矿坑类的改造项目，如上海辰山植物园的矿坑花园、南京园博园采石场花园等；由于工厂的原厂址不少都具有滨江/滨水或临接码头区域的特质，该类别也成为了典型的工业遗产景观化利用的典型类别，包括前身为中山粤中造船厂的中山岐江公园、上海世博会后滩公园等。

通过对以上案例进行工业遗产公园改造设计的规律总结，发现其共同特征：1)区位特征均为远离城市中心，或是与城市建筑密集的区域分隔一段空间距离；2)在环境上共同的特征包括通透、开敞、通风、日照良好，视觉景观上360°近乎100%的天空可视率。既没有造成视觉障碍和压抑，相反在广阔的天空背景和荒野衬托下，工业遗存设备的粗犷、雄伟、异构特征与周边旷野景观的荒凉、野趣相协调，产生遗存的沧桑与自然的活力碰撞的美感。工业遗址公园的设计特征共性包括：1)价值的重构，使遗迹与风景的关系从对抗转变为和谐统一；2)生态修复和再利用，对深层被污染的土壤通过引进能分解这些污染物的酵素和其他有机物质，进行生物和化学反应并逐步清除污染等。

而广钢公园与上述公园不同，特征主要包括以下两点：1)紧邻高密度住宅区，广钢公园位于广钢新城的中心位置，公园旁道路两侧紧邻高层和超高层住宅社区。2)广钢公园在《广州都会区生态廊道总体规划与东部生态廊道概念规划》中，规划定位为组团生态廊道，具有连接珠江后航道(106-01)和花地河(101-04)两条区域级生态廊道及周边绿道的重要生态意义(图3)。因此，广钢公园遗产公园的设计是充满挑战的，除了工业遗产保护与活化利用外，还应考虑协调生态开敞空间的功能。

2 研究对象和研究方法

研究对象广钢公园的面积约35 hm2，宽度范围100～200 m，长约1.8 km，位于广东省广州市荔湾区花地生态城东南部、珠江西岸的白鹤洞片区，是连接珠江后航道和花地河的生态廊道。场地原主要为广钢厂区道路、绿地和部分堆场设施，目前公园现存工业遗产约3.7万m2，包括工业建(构)筑物遗存以及高炉重力除尘器、煤气柜、传送带、铲煤机械、吊车梁、热风炉、高炉、火车头、烟囱等重要工业建筑及设施，具有重要的工业遗产价值。

从区域生态的角度，广钢公园是连接珠江后航道的重要生态廊道，作为组团级生态廊道，目前场地存在高温处理后回填的土壤板结、植被生态稳定性较差、生境结构单一的问题。在场地通过样方法(选取200 m×200 m的样方)进行物种多样性调查，发现场地现状以大量入侵植物为主，包括银合欢、类芦、五爪金龙、三叶鬼针草、薇甘菊等，覆盖率超过90%，因此作为生态廊道目前尚未能发挥其生态价值。

而对于高密度的片区而言，由于人为活动干扰因素超高，相应的研究对象和生态学所涉及和关注的核心问题都应面向使用者有一定调整。与自然生态系统不同，城市生态系统中应考虑人类赖以生存的基本物质环境的关系，包括由于岭南地区夏季高温强度高、持续时间长，带来的湿热气候地区的缓解对策等。因此，本设计的目标为“立足于遗址与风景和谐的面向人群舒适与生态修复再利用的设计”。

基于以上考虑，研究主要从三方面来进行分析，包括：逼仄空间内庞大的工业景观可能对人视觉的影响、生态廊道微气候的舒适性评价、人群亲近自然和自然教育的需求基础，对应从3个方面进行设计策略提出，包括：视线解决策略、适应湿热气候的水体和植物布局策略、基于动物友好的动物生境营造策略(图4)。

图4 研究技术路线Fig.4 Research technology roadmap

3 面向高密度社区的广钢公园主要问题分析

3.1 基于人群视觉影响模拟的分析

针对两侧密集的建筑界面与场地的巨大工业遗产形成视觉上的拥堵和刚性冲突问题，进行视觉模拟分析。首先根据人眼水平观测120°，垂直60°进行视线模拟，在场地周边的建筑上分别选择一个观测点，共计23个典型视点，按照低层、中层、高层各选取观测点进行视域典型模拟，保证能够几乎覆盖几种情况的视线模拟。再在Arcgis中视点工具进行分析和计算，可以叠加得出区域的可视程度。按照从绿色至红色以此代表视域从不可见到可见的叠加程度，颜色越红证明视域叠合的可见性越差，越绿则可见性越好(图5)。

a—低层23点视域叠加；b—中层23点视域叠加；c—高层23点视域叠加。图5 视域模拟分析Fig.5 Visual simulation analysis

由于模拟视线看到的工业遗产等构筑物的可见性越好则意味着可能带来不佳的视觉感受，尤其在两侧建筑物距离中心庞大体量的高炉区，将各种情况下的典型视域进行叠加，得到需要重点关注的区域，及有可能需要进行遮挡处理的界面(图6)。

图6 叠加后重点关注视域及建筑界面Fig.6 Key focus areas and architectural interface after stacking

3.2 基于微气候影响模拟的分析

室外微气候泛指室外活动空间的气候条件，是影响人体健康与舒适的主要因素。在湿热地区，影响人体在室外空间的舒适度主要包括温度、湿度和风速等微气候要素。

计算机数值模拟是微气候研究的主要通用方法。研究通过使用计算机立体力学软件PHOENICS公园场地在高密度住宅区中的风环境分布特征，通过ENVI-met获取场地内的在典型夏季气象日下的温度分布特征。基于模拟结果明确场地优化微气候的方向和基本策略。

3.2.1 风环境模拟分析

使用计算机立体力学软件PHOENICS模拟公园场地在高密度住宅区中的风环境分布特征。GB/T 50134—2019《绿色建筑评价标准》的第8.2.8条对场地的夏季和冬季风速均提出要求。为了更全面地揭示场地的风环境特征，模拟了冬夏两季的风环境，其中冬夏两个工况下的模拟边界条件见表1，模拟条件满足JGJ/T 449—2018《民用建筑绿色性能计算标准》对室外风环境模拟的要求。

表1 夏冬工况的风环境模拟边界条件Table 1 Simulaed boundary conditions of wind environment in summer or winter

夏季和冬季风环境模拟结果见图7。由图可知，受周边高层建筑级高密度社区建设影响，公园虽是大面积开敞空间，夏季场地内整体风速偏低，大多数均低于2 m/s。夏季较低的风速不利于提升场地内的热舒适度，且不利于污染物的快速扩散。冬季风速相对较大，但并不存在风不安全区域。为了进一步对场地进行精细化分析，对风速进一步分级，将风速低于0.9 m/s的区域定于为弱风区，该区域通风不利，夏季弱风区较冬季弱风区域更不利于场地热舒适，且均不利于污染物的扩散。而对风速大于3 m/s的可认为有风速过大的潜力区，在冬季可能存在适当的风安全隐患。夏季场地紫色区域风速较高，利于人群活动；黄色区域风速较低，应注意污染物的堆积。冬季风速大的区域人群趋于快速通过，风速相对较小更适宜停留(图7)。

a—夏季风速模拟；b—冬季风速模拟。冬季不利通风区(风速0.9～3 m/s)； 冬季有利通风区(风速0～0.9 m/s)。图7 风环境模拟分析及策略Fig.7 Wind environment simulation analysis and strategy

综合权衡冬季和夏季的风速分布，考虑到南方地区夏季通风的诉求大于冬季防风，得出全年的舒适区域分布图，可用于辅助设计的功能划分，见图8。其中红色区域为叠加冬季和夏季人体舒适度最佳的区域，可用于布置供居民休憩娱乐的设施和活动场所，绿色区域为冬季和夏季人体舒适感差的重叠区域，因此在该绿色区域应重点解决通风问题，在中部区域注意避免污染物的堆积。

图8 风环境综合分析Fig.8 Comprehensive analysis of wind environment

3.2.2 热环境模拟分析

使用ENVI-met模拟场地的温度分布特征，模拟模型中的建筑依据实际情况建立，场地内的铺装和绿化依据现场调研而确定，模拟广州夏季典型气象日的场地热环境，模拟结果见图9。通过对场地冬季和夏季的热环境模拟分析发现，夏季受高密度居住区影响的区域温度相对较低，即高大建筑的阴影区会适当降低温度，较大的高宽比带来了更多的建筑阴影，在广州地区减少太阳辐射可有助于场地热舒适度的提升。因此在夏季可适当利用高大建筑物的自遮挡效应，明确阴影遮挡范围，合理布局场地内的活动区域。冬季场地各处温度均高于15 ℃，人体舒适感相对较好，周围高大建筑物有利于场地挡风，营造良好的场地使用感受。

图9 热环境综合分析Fig.9 Comprehensive analysis of thermal environment

综合权衡冬季和夏季的气温分布，绿色区域为叠加分析得出的人体舒适度最佳的区域，可用于布置供居民休憩娱乐的设施，设计营造主要的活动场所；红色区域为冬季和夏季人体舒适感差的重叠区域，考虑到南方地区夏季降温的诉求大于冬季升温，因此在该红色区域应重点解决夏季降温问题(图9)。包括通过采用不同类型的植物或是构筑物遮荫、增加地块内对热环境有积极作用的下垫面类型，减少热辐射缓解夏季气温过高的问题。

3.2.3 亲近自然和自然教育的需求基础

城市居民处于高密度社区，空间逼仄、人口密集带来的压力感较大，故对于他们而言，维持可以看到的自然景观尤为重要。有研究表明，能否经常看到自然景观与居民对生活状态的满意程度紧密相关[3]，能常看到绿色景观的人群心理和生理状态会比较好[4]，学生住在能看到自然景物的宿舍中学习注意力更集中，成绩会更好[5]。伴随着21世纪初，我国推行基础教育改革，把环境教育渗透在学科教育中，并把环境教育作为跨学科主题纳入中小学综合实践课程，我国自然教育行业也在近些年得以迅速发展。自然教育是以自然环境作为教育场所，以人类自发性实践体验的形式来帮助人们对自然中的事物、现象及过程产生认知，进而认识、了解和尊重自然，形成爱护、保护自然的意识[6-7]。在此过程中，儿童从自然教育中可以学习如何热爱自然、尊重生命，感受到美好的自然景观，长期生活在高密度环境中的成年人也可以接触自然、放松身心。为保证真实、全过程的自然教育，在设计自然教育基地的时候，应该尽可能的从动物友好性的角度出发，从鸟类、鱼类、两栖昆虫的视角，解决动物“吃住行”的需求，构建人与动物友好的生物社区。

回溯历史，也不难发现，广钢所处的白鹤洞片区，在清朝时期，该地土地肥沃，水草繁盛，引来白鹤觅食以及群居，后来逐步有人迁徙而至形成村落。因此，设计通过鸟类生境的营造，也更能唤醒人们对于白鹤的美好回忆，通过生态修复，希望能够重现昨日白鹤齐聚，人鸟和谐的美好场景。综上所述，综合考虑视线控制、风环境、热环境的模拟分析结果，可充分发挥景观对人群视线感知、场地微气候的生态调节作用。

4 生态设计策略

4.1 视线屏蔽和引导方案

在重点建筑物需要遮挡或者美化界面，根据原有建筑保护级别及其功能类型，采取不同的视线策略。如对西侧区域3个煤气柜，由于其北侧有较大量空地，可以采用植物进行遮挡的方式；而中部区域的高炉区由于其体量庞大，且离北侧居民区较近，采用立体绿化的方式对其进行局部处理；在东侧的干煤棚属于建议改造的工业遗产类型，通过建筑本身的艺术化处理加强视觉美观性，减弱过于庞大的体量对周边住宅楼中居民带来的视觉影响。

4.2 适应湿热气候的水体和植物布局方案

按照风环境的情况，可以将场地分为4大类，在结合热环境分布的“夏季高温、冬季较适宜”与“夏季低温、冬季较适宜(四季较适宜)”两类区域，正交得到8种不同的场地风热环境特征。依据不同场地区域的风热环特征，分别提出对应的解决思路和策略，具体见表2。由于广州高温、高湿热的气候特性，夏季降温和疏风是改善户外空间舒适度的重要方向和措施。优化风热环境策略主要包括：选择夏季风速较大冬季静风区的位置布置水体，综合考虑夏季风速较大区域的面积，可以选择西侧地块中较大且连续的夏季强风区进行水体的布局；在夏季静风的区域主要采用舒朗的植物、使其尽可能起到疏风的作用，并在夏季热辐射较高的区域通过进行软化下垫面的方式来降温，增加场地的舒适度；在夏季和冬季静风区要尤其注意避免污染物的堆积；在冬季强风的区域，应注意北侧增加植物层次和厚度，遮挡冬季的北风；在整个场地的夏季高温区域，下垫面可以通过选取包括浅色地面砖、透水性地面砖、草地及水体等降低地表温度。具体见图10。

表2 适应湿热地区风环境和热环境的对策Table 2 Wind environment and thermal environment adapted to humid and hot areas

图10 分区生态设计策略Fig.10 Design strategy of regional ecology

4.3 动物生境营造策略

首先广钢公园地块宽度约为150 m，满足了生态廊道的适宜动物活动的一般规模要求(30～200 m)[8]。同时大量研究数据表明，宽度、连接度对于生态廊道是非常重要的，因此在进行生态廊道规划设计和工程实施的时候应该满足几个基本宽度要求：鸟类生境的基本宽度为12 m[9]，鱼类生境(河流)的基本宽度为30 m[10-11]。在此基础上进行拓宽设计和扩大生境的边缘效应可以增加生境的多样性和稳定性,使其成为既能够满足动物各类需求，也能成为满足人类生态教育和学习的场所。

在结合场地工业遗产文化和景观风貌的基础上，营造丰富的动植物生境。通过规划若干大小不等的生境斑块以及层次丰富的植被群落，根据焦点物种——鸟类、昆虫和鱼类的生活习性，进行觅食地、栖息地、繁殖地、交往地的生境规划，一是确保生物生存与人群之间的安全距离，二是确保物质与能量的顺畅流动(图11)。

图11 主要物种生境斑块规划Fig.11 Habitat patch planning of main species

4.3.1 鸟类生境营造策略

为了提高园区的鸟类多样性，在结合公园景观设计的基础上，从植物群落、水源和鸟类友好设施3个方面，开展鸟类生境的营造。植物景观群落营造的措施包括阔叶林、林沿线和林中草地、水边草地等要素；鸟类水源的营造包括引鸟溪流和浅水池；鸟类友好设施包括冬季补饲点、人工巢穴和观鸟台等。其中，鹭类等大中型涉禽一般选择高大乔木筑巢，巢呈盘状，巢盘体积大，质量重，因此采用大型的巢架式人工巢穴，再结合溪流中的木桩，作为鹭鸟捕食和休息的补充设施(图12)。

冬季补饲点； 人工巢穴； 观鸟台； 溪中木桩和浅水池。图12 鸟类生境营造规划Fig.12 Habitat planning of birds

在植物层次方面，营造丰富的阔叶林区域，合理搭配各种鸟嗜植物，围合出林间空地，辅以人工巢穴和冬季补饲点，营造出适宜攀禽栖息的树林鸟类生境，陆地区可参考乔木层选取朴树、乌桕、木棉等，灌木层选取忍冬、九里香、海桐和杨桃等，地被选择野牡丹；滨水区的乔木层可选取香樟、水杉等，草本层在浅滩区宜选用芦苇、芦竹和所欲草，在浅水区可以选择千屈菜，而深水区可以选择狐尾藻。

4.3.2 鱼类和生境两栖类营造策略

基于场地宽度的限制，选取焦点物种包括以鲤科、鳅科为主的小型鱼类和以蛙科、蟾蜍科、龟科为主的两栖类动物。通过对焦点物种行为偏好的研究，提出鱼类生境营造模式(图13)。

图13 鱼类和两栖类生境营造规划Fig.13 Habitat planning of fish and amphibians

1)深潭和浅滩的设计。针对人工河道，应在沿河流方向剖面，塑造地形，形成近自然的深潭和浅滩，深浅变化明显。

2)多孔隙驳岸结构。可采用植物护岸、植物木材与石料组合护岸、植物袋与混凝土组合护岸、石笼与植物组合护岸，保证河岸周边生物留下充足的生存空间。

而两栖动物主要需要更多的林缘地、泥泞地，便于它们获取盐分和矿物质；同时还需要有阳光充足的石块或者泥地有利于取暖；并有饮水源、有遮风挡雨的茂密草丛。因此，主要生境营造手段包括：

1)结合自然驳岸，用原木搭建庇护箱或庇护场所。

2)创造蓄水的人工湖或小型水塘，通过生态草沟串联，蓄积地表径流形成湿地泡。针对人工河道，应尽量营造河流的曲折，利用水流运动塑造河床的多样形态，以丰富水流环境的多样性。

3)水体与陆地交界1～3 m的范围内，采用多孔隙的驳岸设计，包括抛石驳岸、草皮护岸(可采用狗牙根、黑麦草、百喜草等)、松木柳条和生态石笼的模式，多孔缝隙可供多种水生湿生植物扎根生长，也可为多种水生微生物和螺、贝壳类的底栖生物提供生境(图14)。

图14 4种不同断面示意Fig.14 Schematic diagram of four different sections

4.3.3 蝶类生境营造策略

蝶类生境营造关键在于通过植物景观设计来吸引野生蝶类。蝶类是完全变态的昆虫，幼虫和成虫在生态习性上完全不同，蝶类在幼虫阶段最主要的食物来源于相应的寄主植物，而成虫阶段最主要的食物来自蜜源植物。寄主植物不但为蝶类幼虫提供生长所需的营养，也为其提供生存及繁衍的栖息环境。在营造时，可以通过结合地形和不同的植物结构来营造不同的空间(表3、图15)。

图15 蝶类生境营造规划Fig.15 Butterfly Habitat planning of butterflies

表3 蝶类生境营造空间和植物结构Table 3 Butterfly habitat construction space and plant structure

按照人工干预保护的程度可以分为保育模式和观赏模式两种，再按照其中对应的空间特征不同，划分为半开敞空间、开敞空间和垂直空间3类。

保育模式以保护蝶类幼年阶段为目的。在环境选择上，最好有自然的地形起伏，一侧起坡，但坡度应小于40°，另一侧平缓，保留足够的空间，满足蝶类成虫的生理活动。保育模式的植物选取，应尽量营造丰富的植物层次，上层植被选用寄主植物中的乔木，中层植被选用寄主植物中的小乔木、灌木及竹类，下层植被选用寄主植物中的藤本、地被及保留的野生植物。观赏模式以招引成年阶段蝶类，营造蝶类观赏景观为目的。在环境选择上，应选择景观重要节点处的平整场地，保留足够空间满足蝶类成虫生理活动。观赏模式的上层植物选用以蜜源植物为主的冠幅较大、观赏性较强的乔木，可以采用孤植的方式，下层选用花大、颜色鲜艳、多蜜或群集花序的蜜源植物，可以采用花田或花境的种植模式，营造出蝶类在空旷处飞舞的景观。

5 结束语

广钢公园作为城市高密度社区中心的公园，同时也是具有重要连通性的生态廊道，场地存在着显著的特征性。本文平衡了生态开敞空间的设计与工业遗产保护与活化利用，在人作为重要影响因素的城市生态系统中，进行了从分析到策略的生态设计探索。

从人体视觉感受和微气候影响出发，进行了视线模拟和微气候影响模拟分析，并针对性的提出了应对措施，从而在规划层面延续生态廊道功能定位，并在设计层面提升生物多样性。构建30～200 m宽度的连续廊道、若干大小不等的异质性动物生境斑块、层次丰富和功能显著的乡土植物群落、物质和能量流顺畅的食物链、生物友好的生态工程和设施。从而综合解决人体舒适度问题，协调了动植物生存空间、人类休闲空间和工业遗存保护与活化利用空间。既为城市新型生态景观设计起到了示范作用，又为同类公园建设提供了生态技术支撑。