资源代谢视角下乡村空间优化设计路径和策略研究——以淄博西单村为例.pdf
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1、50规划与建设PLANNINGANDCONSTRUCTION现代城市研究2023.08文章编号:10 0 9-6 0 0 0(2 0 2 3)0 8-0 0 5 0-0 9中图分类号:TU984;X 3 2文献标识码:Bdoi:10.3969/j.issn.1009-6000.2023.08.008基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 17 7 8 3 4 9);教育部人文社会科学研究青年基金资助项目(2 0 YJCZH252);山东省自然科学基金资助项目(ZR2019PEE037);济南市哲学社会科学规划重点项目(JNSK22B51)。作者简介:周忠凯,天津大学建筑学院博士研究生,山东建筑
2、大学建筑城规学院副教授;杨锐,山东建筑大学建筑城规学院硕士研究生;郝欣然,山东建筑大学建筑城规学院博士研究生;赵继龙,通信作者,山东建筑大学建筑城规学院教授,博士生导师。资源代谢视角下乡村空间优化设计路径和策略研究-以淄博西单村为例Research on the Optimal Design Path and Strategy of RuralSpace from the Metabolism Perspective:A Case Study ofXishan Village,Zibo City周忠凯杨锐郝欣然赵继龙ZHOU Zhongkai YANG Rui HAO Xinran ZHAO
3、Jilong摘要:从乡村资源流动和高效利用的内在规律出发,将资源循环代谢理念融入乡村空间优化设计,是缓解城乡矛盾和实现乡村空间转型的重要途径。文章在解读资源代谢内涵属性及构成要素的基础上,梳理资源高效利用视角下乡村空间营建的理论、方法及案例,探索乡村资源代谢系统与各空间形态要素在技术、空间和社会层面的整合模式。基于物质流分析法及适宜生态技术设施整合措施,提出适用于乡村空间特征的资源代谢分析和空间优化的设计路径和操作策略,并以淄博西单村为例开展资源代谢系统与功能布局和空间形态互动的优化设计研究,以期对促进乡村空间的生态转型、拓宽乡建设计思路、提升乡村人居环境品质提供理论和实践参考。关键词:乡村空
4、间;资源代谢;物质流分析法;空间优化设计;淄博西单村Abstract:Starting from the inherent mechanism of rural resource flow and eficient utilization,integratingthe idea of resource circulation and metabolism into the optimal design of rural space,is an importantapproach to alleviating the urban-rural contradiction and realizing
5、 rural transformation.Based on theinterpretation of the connotative attributes and constituent elements of resource metabolism,the theories,methods and cases of rural spatial construction from the perspective of eficient use of resources are sortedout,the integration mode of rural resource metabolis
6、m system and various spatial form elements fromthe technical,spatial and social levels are explored.Based on the material flow analysis(MFA)and theintegration of appropriateecological infrastructure,the design path and operation strategy for resourcemetabolism analysis and space optimization suitabl
7、e for rural spatial characteristics are proposed,andthe optimization design research on the interaction of resource metabolism system,functional layout andspatial form is conducted,taking Xishan village in Zibo as an example.It hopes to provide theoretical andpractical reference for promoting the ru
8、ral ecological transformation,expanding the design thinking of ruralconstruction and improving the quality ofrural human settlement.Key words:rural space;resource metabolism;material flow analysis(MFA);spatial optimal design;Xishanvillage,Zibocity0引言2021年中央一号文件提出全面推进乡村振兴的总体部署,强调加快农村生产生活方式绿色转型和提升农村51
9、以淄博西单村为例|周忠凯杨锐郝欣然赵继龙资源代谢视角下乡村空间优化设计路径和策略研究人居环境整治水平。然而当前中国乡村地区日趋单向线性的资源使用方式和类城市化的建设发展模式,往往忽视与乡村生产、生活方式及空间要素的有机结合,对乡村人居环境构成巨大挑战。如何从构成乡村人居环境的资源流动过程及其与空间要素的作用规律出发,探索一条适宜乡村资源条件和社会结构特征的设计路径和营建模式,是实现乡村资源高效利用及空间转型发展的重要途径。从资源代谢的系统理念出发,以建成环境为主体并包括农田和自然用地在内的乡村空间,可被视作以农业为基础、具备新陈代谢机能的有机体,各种资源流在其生态系统边界内交织组构、协同共生。
10、在适宜的生态技术和空间条件支持下,实现乡村各主要资源要素的合理分配和高效利用,是乡村人居环境可持续发展的本质诉求与核心目标,聚焦物质能量流动过程和利用效率优化提升的资源代谢研究,从更深层次阐释乡村人居环境动态更新机制,有利于实现乡村生态空间的科学营建和更新。本文从资源代谢理念及乡村“资源一空间”互动特征出发,对国内外乡村人居空间资源代谢相关的研究成果进行梳理,从空间和技术两个层面,总结和探索乡村资源代谢系统与各层级空间要素的互动规律与一体化整合模式,提出基于乡村空间资源代谢分析的空间优化设计路径和策略。并以淄博西单村为例,开展融人资源代谢理念的乡村空间优化设计实证研究,以提升对于乡村人居空间可
11、持续发展的规律认知,推动乡村空间优化设计的实践进步。1资源代谢理论对乡村空间营建的启示1.1乡村资源代谢的理念概述“资源代谢”源于“新陈代谢”这一生物学术语,包含“物质代谢”和“能量代谢”两个方面。乡村资源代谢是以村域为系统边界,包含各类物质和能量的流动、积累、转化等输人输出过程,因此乡村人居环境可被视作具备资源代谢和转化机制的空间系统。资源代谢早期以城市空间作为主要研究对象,通过多学科的交叉融合探索创立了基础理论体系并形成一套相对成熟的分析操作方法,尤其是以质量通量表达资源存储和流动状况的物质流分析法(material flowanalysis,MFA)为代表的定量分析方法2,用于解析空间系
12、统边界内各类资源流流动转化的内在特征和运行机制,揭示特定位置的资源流与环境的互动关系特征,以实现对空间资源的合理配置和更新优化,对构建以资源高效利用为目标的乡村空间营建策略和方法具有一定的借鉴意义。相较于城市空间,从资源要素和空间构成两个方面审视,乡村空间更适于构建理想的资源代谢系统。首先,资源要素齐备,乡村空间的层级相对简单、尺度较小,其作为农业生态系统核心环节的农业空间更可承担食物生产、生物质资源消纳转化等多重职能,具备构建资源代谢系统的“三生”(生产、生活、生态)要素基础和完整循环路径,易于建立“在地资源循环再利用”的资源产用模式。其次,空间高度整合,乡村的生产、生活、生态空间彼此渗透融
13、合、边界模糊,更适应各类资源要素互补共生的一体化代谢作用特征(图1)。1.2乡村“资源一空间”的互动特征乡村以农田和自然环境为生态本底,对农业生产有强烈的依生性,以村居庭院为基础的建成空间布局分散,某种程度上需要通过空间与资源的一体化整合实现持续发展。此外,乡村空间要素布局形式紧密关联农业资源利用方式,更强调生物质资源的就地循环利用及其与空间环境要素的多样整合,“资源一空间”一体化的关键在于遵循乡村资源系统的代谢规律 3 发达国家早期的生态村建设中,将农业经济作物种植充当绿化和公共空间,并与被动式太阳能、自然排水等生态技术设施进行有机整合4。日本学者以10 0 hm为基本尺度单元构建了3种生态
14、村的资源代谢空间系统,提出资源代谢设施与空间形态的整合特征 5。在生态村模式基础上发展的荷兰“温室村”理念,将农业温室系统与乡村居住及公共活动功能空间融合,构建了包含食物生产、水循环、养分循环、生物质产用在内的资源代谢要素与生产生活空间一体化技术布局模式6。中国农业经济领域研究人员较早关注乡村院落尺度的能量流动和物质循环,对“四位一体”“六位一体”等庭院经济的生态模式进行了技术总结,结合庭院生态系统以沼气为纽带的资源利用特点,多角度探讨了庭院功能布局优化措施,以及庭院农业与景观一体化的整合方式8。另外,早期以北京留民营村等为代表的典型生态乡村建设案例,将循环农业经济与资源高效利用相结合,在村域
15、尺度构建了包含生物质能源、养分和水循环的资源循环技术体系,并以此优化村庄功能空间布局。以生态村为代表的乡村营建方法和路径,围绕资源代谢过程特点所构建的理论体系和实操框架,可看作乡生产空间生活空间生态空间生产空间生产空间图1村庄生活生产空间的边界模糊、彼此交融52规划与建设PLANNINGANDCONSTRUCTION现代城市研究2023.08村空间与资源代谢结合的初步尝试,集中体现了乡村资源循环利用与空间要素互动共生的作用特征。2资源代谢系统与乡村空间要素的互动模式构建乡村空间布局特点是小而分散不能直接模仿和照搬“类城市化”的集中式空间建设和基础设施布局模式9。以城市代谢、农业资源管理为代表的
16、相关研究,在探索资源代谢技术与人居环境发展的互动模式方面提供了宝贵经验,在技术和空间两个方面,初步建立了资源多样性、梯级性、循环性利用模式,以及自下而上的分布式空间操作等理论和方法,可有效启发乡村空间问题研究。2.1技术整合模式乡村资源代谢过程强调多样性分散性、循环和梯级性的技术体系特征,资源品位的流动转化应与代谢过程中不同类型的活动需求相匹配。各类功能空间及场地设施需要彼此依托最大化利用剩余资源流和闭合资源循环,以实现能源、水资源系统与各类功能空间布局的紧密互动。例如农业种植(包括温室)除了提供食物和绿色开放空间,还兼任能源供应、水体净化及有机垃圾处理等多重角色,因此以生态农业为组件,可连通
17、生产系统和生活系统,构建包含沼气为主的生物质能源产用及污水资源化利用的技术体系,形成具有多样性、循环性和梯级性特征的资源利用模式。荷兰超级利用事务所(SuperuseStudio)从产业生态学视角出发,提出“循环连接器”(cyclifiers)策略,一是引人具有资源互补利用潜力的功能类型(温室种植、沼气站、生态化水处理中心等),建立多样化的资源转化途径,二是基于资源相互依存利用关系(例如一个功能空间的输出资源可作为另一个功能的输人资源),确定各类空间要素的相对位置关系,并将此策略应用于荷兰海尔伦(MSPHeerlen)产业园区的生态化更新设计 10)(图2)。2.2空间操作模式对乡村空间的优化
18、和重构操作,需要在整合乡村适宜资源利用技术前提下,结合资源流动代谢机制,实现对空间资源的合理配置,配置方式与农业资源利用特征密切相关。2.2.1资源配量分析与空间要素互动通过实地调研和问卷调查,获取乡村社区的基本物质空间信息及关联各类资源利用、流动、转化的量化信息,再结合文献研究,对缺失数据进行补充、修正和细化。运用物质流分析法(MFA),分析现状各类资源的流动转化状况,基于资源代谢目标设定(如实现生物质资源的循环回用),通过植人生态基础设施、重构资源输配连接路径等方式,优化代谢系统的资源循环利用效率和效度,并借助桑基图(Sankeydiagram)进行可视化定量表达。为后期村庄空间要素的占地
19、面积、形态体量、位置选取等空间操作提供指导和依据2.2.2基于资源互补的空间布局乡村空间要素布局的相对位置关系,需要综合考虑经济性和资源要素物理学属性的影响,相关功能设施具有较好空间邻近性可以保证资源利用效率和共享协作。乡村的生物质资源丰富,但以村居庭院为主的空间要素布局扁平且分散,因此将资源处理设施与村庄各类生活生产功能空间进行分布式整合,可以减少资源输配的过程损耗。例如沼气生产设施靠近需要沼气的村居庭院、温室大棚等场所,小型温室及降水收集空间结合村居建筑设置,结合村居坡屋顶的太阳能热水装置就近供给生活热水或满足房屋采暖需求等,依托空间临近性实现资源就近产用和循环共享。2.2.3自下而上优化
20、空间乡村包含村居庭院、邻里组团、整体村域3 个尺度,每个尺度层级都可构建包含不同资源和空间要素的资源循环流动路径。依照自下而上的操作路径,从村居庭院至村域空间,适宜生态技术设施结合乡村空间形态要素逐级递进消纳各类资源,低层级未能处理的剩余资源可向上输出至高层级空间,在更大的范围内进行循环利用,如此往复迭代,可有效减少资源的过程损耗,提高其利用效率,最终仅向系统外部(村域外空间)输出数量有限的废弃物(图3)。资源管理闭合循环8810产业生态系统1019居住组团10资源管理居住设施闭合循环产业生态系统1停车场2 教育中心3 蘑菇种植(与公寓结合)4 温室5 太阳能板(所有区域)作为循环连接器的资源
21、循环利用资源梯级利用6水生植物净化带7 沼气站/热电联产设施8鱼塘9 城市衣场/牧场10 水体缓冲区功能空间/场地设施热流冷流图2基于资源梯级利用和互补循环机理的代谢系统优化图片来源:根据参考文献 10 改绘。村居庭院邻里组团整体村域难于消纳难于消纳的资源的资源资源回用资源回用有限废弃物排放图3自下而上的乡村空间优化路径53图5金台村社区生态循环系统示意116 棉干饺水绘罐晓成速地香河木入附然满电之剪,用邮地水生棉物对灰水搏利用系统和生清水,用干绿镜和冲丽地下耀气系绕可沙酒的铺装系线地下土编以淄博西单村为例|周忠凯杨锐赤郝欣然赵继龙资源代谢视角下乡村空间优化设计路径和策略研究2.2.4资源与空
22、间的分布式整合基于福曼(Forman)提出的“大集中、小分散”乡村生态空间形态的整体控制原则 2,将资源处理设施与空间要素进行分布式整合,可兼顾资源循环利用和乡村风貌保持,并有效减少人力物力投人13。部分学者以农村住宅单元为基础,基于庭院生态系统中以沼气为纽带的“四位一体”能源利用模式,提出对于村居庭院功能布局形式的优化策略14。在近几年所涌现的乡村营建案例中,出现了较多将资源代谢理念融人乡村微观尺度空间更新营建的实践探索。例如中国乡建院在广东莲麻村的设计实践,将水资源生态净化系统与村庄公共空间改造相结合115(图4);香港大学林君翰等在其设计建造的四川金台村重建项目中,在邻里组团及单体村居层
23、面整合了雨水收集、禽畜养殖、沼气制备、生态湿地净化等多种资源循环技术,构建了具备资源自循环代谢机制的乡村社区空间6)(图5)。由此可见,分布式的能源及水资源利用布局模式可以更好地适应村庄空间特点,具有较好的经济和环境效益。3融合资源代谢理念的乡村空间设计策略常规的生态乡村规划及建筑设计操作,都是基于上位规划及所在区域发展状况,调研并获取村庄的人文用地、产业等信息,结合村民及村集体诉求,形成基本设计策略框架,进而开展道路交通、基础设施、景观环境及建筑等分项空间形态设计操作最后再将生态技术措施与空间简单叠加,并没有从起始阶段主动适配乡村资源流动过程规律,难以达成真正的乡村资源高效利用和空间生态效益
24、提升目标。基于资源代谢和高效利用理念的乡村空间更新设计操作,从乡村“三生”空间的资源代谢系统运行特征出发,在获取各类资源运行数据基础上,借助物质流分析法(MFA)解析村域系统边界内乡村物质能量流动转化过程,可在空间维度上定位资源流动转化问题(如资源输配路径过长、资源剩余价值利用不充分、缺少资源转化技术设施等)。通过调适和优化适宜生态基础设施系统的技术布局,在不同尺度层级有机整合乡村空间形态要素并采取合理有效的管理运行和村民参与方式,形成资源、空间、社会要素三者循环互动的乡村空间优化设计模式,以实现资源的在地化高效利用目标(图6)。3.1基于物质流分析法(MFA)的资源代谢系统优化策略一般而言,
25、MFA对研究对象采用“黑箱”或“灰箱”的操作方式,主要关注系统边界内资源代谢通量核算而与乡村人居空间设计结合,需要纳人空间维度因素,综合考虑各类物质能量要素代谢流动与空间形态要素的互动关系和作用机制。因此,基于物质流分析的乡村空间资源代谢系统优化,需要在定义系统边界内(包括系统的地理边界和逻辑边界)17,通过多种方式获取资源流数据并解析和可视化资源流动代谢过程,包括以下几个方面:(1)定义系统边界。基于国内现有的乡村管理体系,乡村资源代谢研究对象的系统边界与村庄行政边界是相一致的,即村域范围。在此范围内研究水、能量(电能和热能)、农业生产、有机废弃物等资源的代谢流动规律。(2)获取资源流数据。
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