基于建筑碳汇容量的城市低碳空间布局优化

Due to the carbonization of those concrete, the city buildings have the function of carbon sequestration, which could continuously absorb carbon dioxide in the air. A large number of buildings, greenbelts, soil, soil, etc. constitute the artificial and natural system of carbon sequestration in the city. Therefore, this research of carbon sequestration’s capacity and space distribution is important to optimize the urban low-carbon planning and improve the city’s environment. From the angle of city’s architectural carbon sequestration space, we put forwards some ways to quantify parameters of architectural carbon sequestration. Through the technological selection of urban constructions’ capacity, we can easily build a spatial database of urban constructions’ capacity and analysis the layouts of different city carbon sequestration by using the system of GIS. Then we can seize the regular of city’s architectural carbon sequestration’s spatial distribution. Under the theory of ‘Process – structure’, we can find how the change of city carbon effects the city’s architectural carbon sequestration. According to the distribution of carbon sequestration’s capacity and the spatial layouts of the natural carbon, we could put forwards to a complete urban space control scheme. We also build a low carbon city space layout optimization based on city’s architectural carbon sequestration’s ecological functions. The research could provide reference and support to the spatial planning of city’s carbon sequestration.

城市建筑由于自身混凝土的碳化，持续吸收空气中的二氧化碳，具有固碳功能。城市中的大量建筑与绿地、土壤等构成了城市人工与自然复合碳汇系统，因此进行建筑碳汇的容量及其空间布局研究对城市低碳规划及改善城市环境意义重大。本课题从城市建筑固碳空间的角度，提出建筑碳汇固碳系数量化方法，结合建筑容量提取技术，构建城市建筑碳汇容量空间数据库，在GIS系统下分析不同布局与形态下的城市碳汇格局，揭示城市建筑碳汇容量空间分布规律。基于“过程-格局”理论，阐明城市碳循环生态过程中空间格局变化对建筑固碳效应的影响机制。根据建筑碳汇容量分布规律与自然碳汇的空间关系，提出完整城市碳汇空间调控方案，构建基于生态功能的城市复合碳汇系统，形成低碳空间布局优化方法。研究成果可以为城市复合碳汇系统的空间规划提供理论依据和技术支持。

本课题采用理论公式推导与实验数据结合的方式，建立混凝土建筑单体固碳模型；利用“3S”技术，解译沈阳市QuickBird遥感影像，提取建筑容量与空间分布信息，结合实地样方调查，计算样地建筑碳汇量；通过逐步回归进行因子筛选，建立城市不同类型建筑固碳模型；耦合建筑容量空间布局，构建城市建筑碳汇空间数据库；分析城市建筑碳汇空间分布规律，并提出碳汇提升优化策略。本文的研究内容与结论：.1.城市建筑信息提取与建筑容量空间模块建立.沈阳市三环范围内土地利用总面积为45609.42 hm2，提取建筑总计109270栋，将研究区内建筑划分为5类，各类建筑分别为居住建筑76242栋，，工业类建筑11593栋，商业服务类建筑7369栋，公共设施类建筑11898栋以及其他类建筑2168栋；按建筑容量将研究区建筑分为5个等级区，Ⅰ级区建筑容量为15762.69×104m3；Ⅱ级区建筑容量为122307.59×104m3；Ⅲ级区建筑容量为118959.24×104m3；Ⅳ级区建筑容量为182828.35×104m3，；Ⅴ级区建筑容量为28974.72×104m3。.2.建立单体到城市建筑固碳模型.从建筑常用材料混凝土的碳化理论出发，采用理论分析、统计计算、实验分析等方法相结合，明确各因素对建筑固碳能力的影响机制；通过理论模型进行了推导，建立单体建筑固碳量计算模型；采用遥感解译与实地调研相结合的方式，根据单体建筑固碳模型计算出样地建筑碳汇量并建立特征变量回归模型，并与逐步回归模型对比，确定最终的城市各类建筑固碳量模型。.3.城市建筑碳汇空间数据库构建与空间分布规律分析及优化策略.基于ArcGIS平台提取城市容量空间信息，建立沈阳城市建筑碳汇空间数据库。结果表明沈阳市建筑固碳总量约为1.769Tg，平均碳密度为124.22 t/hm2。研究区内大部分区域固碳量平均分布，各类型建筑的固碳量分别为居住建筑1.212Tg、工业建筑0.085 Tg、商业建筑0.223Tg、公共服务建筑0.222Tg和其他建筑0.026Tg。碳密度最高为商业建筑156.908t/hm2，最低为工业建筑38.887t/hm2；从调整布局增加建筑使用寿命，加强对城市废弃混凝土建筑的回收利用以及新技术与新材料的开发使用三个方面提出城市建筑碳汇优化策略。