规划科技进步奖二等奖 | 城区与街区尺度规划减碳关键技术

导读

中国城市规划学会科技奖是规划领域首个专享的社会科技奖，专门奖励规划领域的科学技术成果和规划科技人才，是学会的最高科技奖励。2022年度中国城市规划学会科技进步奖授奖项目共31项，其中一等奖4项，二等奖9项，三等奖18项。“中国城市规划”微信公众号将陆续介绍授奖项目。

本文字数：4102字

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中国城市规划设计研究院等单位的郑德高团队凭借“集成方向-关键技术-核心指标”的规划减碳技术、城区规划方案减碳优化技术和街区精准化减碳适用技术三个方面的技术创新获得2022年度中国城市规划学会科技进步奖二等奖。

项目名称：城区与街区尺度规划减碳的关键技术研究

主要完成人：郑德高、孙娟、林辰辉、罗瀛、陈阳、吴浩、匡晓明、翁婷婷、陈海涛、吴乘月、马璇、邵玲、邹宇亮、高靖博、陈君

主要完成单位：中国城市规划设计研究院、上海同济城市规划设计研究院有限公司、中建工程产业技术研究院有限公司

一

技术研发背景

为应对全球气候变化，我国在第75届联合国大会上提出“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060 年前实现碳中和”的庄严目标承诺。新的减碳目标将倒逼整个经济与社会系统进行结构性调整，向低碳转型已经成为我国当前城镇化新阶段的重要发展目标。

城市是我国碳中和的主阵地，但城市规划领域尚缺乏减碳的关键技术。根据联合国人居署的统计，城市占地球表面不到2%的面积，消耗了78%的能源，产生超过60%的温室气体。国务院发布的《2030年前碳达峰行动方案》明确要求，“加快推进城乡建设绿色低碳转型”，“推动建立以绿色低碳为导向的城乡规划建设管理机制”。因此，发挥规划系统性减碳优势，研究规划减碳关键技术对于推动城市低碳转型发展具有重要意义。但当前减碳技术主要集中在城市的能源和工业领域，规划领域目前仍然缺乏关键技术。

图1 全球范围内城市面积、消耗能源、排放温室气体的比例

数据来源：联合国人居署《城市气候行动 - 国家自主贡献的城市内容：2022 年全球回顾》Urban Climate Action - The Urban Content of the NDCs: Global Review 2022

当前规划领域减碳技术集中在建筑单体，而城区和街区尺度的减碳研究尚属空白。纵观世界范围内的低碳规划研究，都经历了从建筑尺度——城区/街区尺度——城市尺度的历程。随着我国进入城镇化后期，城市建设多以中观尺度为主，城区和街区减碳可以发挥城市规划的管控与引领作用，具有重要的实践指导价值。当前我国的减碳技术研究主要集中在微观单体建筑层面，而中观层次的城区与街区尺度的系统性减碳研究尚属空白。通过合理的规划系统集成技术促进城区和街区减碳，将成为城市减碳的重要方向。

本次研究通过规划系统思维协同多个关联领域，形成 “集成方向-关键技术-核心指标”的规划减碳技术，建构集成化的框架。研发碳核算与减碳技术效能模拟算法，聚焦城区规划方案减碳和街区精准化减碳适用关键技术，建立定量化的模型。通过在地化的应用，在标准导则及规划项目中，对集成框架、减碳技术和算法模型进行应用、检验与修正。本次研究对于我国同地域类型、不同发展阶段、不同功能类型城区和街区的减碳规划实践具有直接指导作用，为中国的城区和街区减碳规划提供坚实的技术路径和借鉴样本。

图2 技术路线图

资料来源：笔者自绘

二

主要科学技术内容和科技创新点

01

集成化的框架

通过碳排放溯源，实现从生产端转译至消费端。当前国际上较成熟的碳排放核算模型——IPCC模型——主要是从生产端统计碳排放，其分类来源于温室气体的生产部门，无法直接判断城市消费端各维度对碳排放的贡献情况，对提出规划减碳策略缺乏直接的指导意义。本次研究对《IPCC 2006年国家温室气体清单指南》2019改进版中能源、工业生产过程、农/林业和其他土地利用、废弃物四个维度进行拆分、细分、重组，将各部门碳排放转译至城市消费端，确定城市活动碳排放的六大领域，具体包括建筑、工业、交通、其他用能、土地利用和废弃物，实现IPCC温室气体排放清单与城市规划体系的相互衔接。

图3 碳排放从生产端转译至消费端

资料来源：笔者自绘

形成了“集成方向-关键技术-核心指标”的减碳技术体系。基于碳排放公式，根据不同系统之间的协同效能，以消费端减碳维度的碳排放核算为基础，综合考虑各系统规划设计技术的应用规模和减碳效应，提升减碳效率，使各类规划减碳技术形成合力。本次研究综合确定规划减碳的六大集成方向，包括城绿共生的融合城市、TOD导向的紧凑城市、集约高效的循环城市、人性化的街坊、清洁循环的低碳产业与建筑及智慧管治支撑系统。在六大集成方向的基础上，根据碳排放核心因子提取规划减碳关键技术，构建17项关键减碳技术和可测度、可评价的35项核心指标。

图4 “集成方向-关键技术-核心指标”的减碳技术体系

资料来源：笔者自绘

02

定量化的模型

本次研究建立了基于碳核算的减碳效能计量平台。突破城区和街区尺度两个关键技术，完成超过300个不同地域、不同功能城区和街区碳排放数据及因子收集整理，形成包含能源活动、工业碳排、农业活动、废弃物处理、植被碳汇等5大类数据以及200项碳排因子的数据库，并按照消费端碳排放分维度进行批量核算，形成城区和街区碳核算方法。以此构建基础数据、机器学习、智能推演、动态监测、反馈优化的五大模块，并在城区层面实现优秀规划案例自主学习、规划减碳方案多情景推演等功能，在街区层面实现建成街区碳排放动态监测、基于物理环境模拟的适用技术反馈等功能。该技术取得1个计算机软件著作权《城市碳计量与减碳模型软件V1.0》。

图5 “集成方向-关键技术-核心指标”的减碳技术体系

资料来源：笔者自绘

关键技术一

城区规划方案减碳优化关键技术

针对城区尺度、规划环节的减碳，搭建碳核算计量平台，导入城区方案，基于消费端进行初始方案的碳评估，实现规划方案的定量化模拟核算。构建机器学习算法，自主学习国内外优秀减碳案例，形成自动扩充、自我迭代、多系统集成的规划减碳技术库，并将减碳技术与碳排放核算进行关联算法分析，实现定量化、全过程的减碳测算、模拟预测和监测。针对原规划方案，设定多种减碳情景，在减碳技术库内选取不同减碳技术和指标，对原规划方案进行空间优化，形成多情景减碳方案推演。通过对多情景方案的定量模拟，明确各方案的减碳效能，便于规划优化与辅助决策。

图6 基于碳核算的多情景减碳方案推演

资料来源：笔者自绘

关键技术二

街区精准化减碳适用关键技术

针对街区尺度、设计建设环节的减碳，搭建碳排放动态监测平台，以24小时为周期动态采集街区能耗、交通出行、废弃物和植被等数据，可实现实时监测碳排放数据，并可实现用热、用冷、用电、交通、废弃物处理等分项碳排放数据的监测分析。通过风、光、热、水等仿真模拟插件，模拟分析街区物理环境，根据环境特性有针对性选取通风、光伏、光热、水循环等相应的减碳技术。此外，基于模拟结果，结合成本-减碳关联评价，根据项目减碳需求和成本控制要求，精准选取减碳适用技术。

03

在地化的应用

一是形成了绿色低碳规划设计标准和建设导则，填补了我国“双碳”目标下集成规划设计标准和技术导则的空白。在标准上，基于十三五国家重点研发计划课题《城市新区绿色规划技术集成与示范》的研究成果，形成了国内首个面向城区尺度、指导绿色低碳的《城市新区绿色规划设计标准》（T/CECS 1145-2022）团体标准；在导则上，基于住房和城乡建设部与上海市2021年合作开展新城绿色低碳试点区建设，形成了上海《新城绿色低碳试点区建设导则》。

二是指导了城区层面的规划实践项目。研究应用于多个城区规划实践项目，围绕“双碳”目标因地制宜选择减碳技术，实现城区规划方案减碳。以天府新区、浦东新区张江片区为例，通过空间形态、功能混合、生态网络等优化技术，分别实现碳排下降25%、10%。

三是指导了街区层面的规划实践项目。应用减碳技术，对街区规划建设项目进行优化调整，实现街区的减碳。以上海数字江海、上海之鱼街区为例，通过能源中心、建筑光伏、资源循环等优化技术，分别实现碳排下降20%、18%。

三

与国内外同类技术比较

本研究通过以中国科学院院士褚君浩为组长的专家组评审，认定该研究总体达到国际先进水平。中建·滨湖设计总部、西安市幸福林带建设工程、中德生态园被动房推广示范区、青岛西站换乘中心区等四个街区低碳示范经专家组评审，针对4个示范项目在建筑、交通、水资源、废弃物、道路设施、绿色空间、可再生能源等7个维度的碳排放定量评价，4个示范项目人均碳排放均低于欧洲33国人均碳排放指标，在同类项目中达到了国际先进水平。

四

推广应用情况和应用前景

研究成果推广应用于雄安新区起步区、浦东新区张江西北片区等多城区等多个规划实践项目，围绕“双碳”目标优化了各城区现有规划。针对中建滨湖设计总部、西安市幸福林带建设工程、中德生态园被动房推广示范区等多个街区建设实践，灵活运用减碳技术，对街区规划建设项目进行优化调整，实现街区的减碳。

本次研究对于我国同地域类型、不同发展阶段、不同功能类型城区和街区的减碳规划实践具有直接指导作用。城区层面，可以在减碳技术库内选取不同减碳技术和指标，进行定量模拟，对城区规划进行优化。街区层面，可在风、光、热、水等仿真模拟的基础上，精准选取高减碳效果的技术，指导街区的低碳规划设计和建设。

五

经济社会效益

01

通过规划减碳技术实现碳排放减少，产生相应收益

本次研究的绿色减碳技术应用于12个规划项目和中德生态园被动房推广示范区、西安幸福林带建设工程、中建·滨湖总部区、青岛西站换乘中心区等4个示范项目，所实现的减碳效果经碳价格折算，可分别带来3646万元/年和135万元/年的经济效益。

02

广泛发表学术报告和演讲，推动规划行业凝聚绿色低碳共识，助力技术持续进步

研究小组主导和参与学术研讨、行业交流、城市培训等多类型论坛活动20余场，围绕规划减碳主题广泛发表重要学术报告和核心演讲，包括中国城市规划年会、中国城市规划学科发展论坛等，凝聚行业共识，助力技术持续进步。中国城市规划设计研究院加入碳中和联盟并作为常务理事单位，与联盟共同举办“低碳”论坛、发布“碳中和”路线图、公开发布《长三角城市碳排放报告》等，提高了社会对绿色低碳的关注度。

六

知识产权情况

研究过程中产出了多项软著和专利。研究形成基于消费端的城区与街区碳核算方法，产出了涵盖城市-城区-街区的标准化减碳效能计量平台，并形成1个计算机软件著作权和3项专利，发表论文16篇，参与编写专著2部。

供稿人：郑德高，中国城市规划设计研究院 副院长，教授级高级城市规划师；孙娟，中国城市规划设计研究院上海分院 院长，教授级高工；林辰辉，中国城市规划设计研究院上海分院 院长助理，高级城市规划师

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