基于空间结构形态的城市能耗和碳排放评估模型研究

This research aims to develop assessment models of urban energy consumption and carbon emissions based on spatial structure and form. In recent years, although progress has been made on low-carbon planning theories and empirical evidences in China, related research on assessment modeling remains weak. Meanwhile, western models face difficulties in addressing urbanization with Chinese characters (i.e., large scale planning, all-round development, leapfrog growth) and decision making in local practices. This research will: (1) explore dynamic mechanisms of the impact of the city, neighborhood and building-level spatial form's interaction on energy consumption and carbon emissions in the transportation, building and production sectors; (2) establish a city-level greenhouse gas emissions inventory methodology integrating the urban structure element; (3) develop energy consumption and carbon emission models at the city and neighborhood scale to assess city master-plans and regulatory plans, respectively, and apply them in real city cases. The research hopes to fill the gap in the field of urban planning assessment on energy consumption and carbon emissions, and to guide energy saving and emissions mitigation approaches to shift from passive end-of-pipe treatment to proactive reduction of the source of demand.

本课题旨在建立基于空间结构形态的城市能耗和碳排放评估模型，对城市规划编制中的模型应用进行深入探讨。近年来，国内在低碳城市规划理论和实证方面取得了一定进展，但相关评估模型研究仍较薄弱，而西方模型又难以适应我国城镇化阶段大范围规划、整体推动、空间跳跃性强等特点以及稀缺数据制约下的现实决策需要。课题研究拟（1）探讨快速城镇化过程中"城市-街区-建筑"三级尺度空间形态的互动对交通、建筑、生产等部门能耗和碳排放的动态影响机制；（2）建立整合空间结构要素的城市温室气体排放清单编制方法；（3）开展街区尺度能耗和碳排放实证分析；（4）以城市总体规划和控制性详细规划两个尺度的规划编制为对象，构建相应的规划方案能耗和碳排放评估模型，并应用于实际城市案例。研究有望填补国内城市规划能耗和碳排放评估领域的空白，推进当前节能减排工作由被动末端治理向源头需求疏导转变。

近年来快速城镇化和机动化对我国应对全球气候变化提出了严峻的挑战。本研究提出了城市空间结构形态演变对能耗和碳排放的动态影响机制，在北京、济南和郑州等地开展实证研究，并以济南为重点案例搭建了整合“城市-街区-建筑”三级尺度空间要素的城市能耗和碳排放评估模型，能够适应现实稀缺数据环境以及面向新城建设、存量更新的空间规划决策需要，有望推动我国节能减排工作从被动末端治理向源头需求疏导转变。.本研究主要取得以下结论：.（1）我国在快速城镇化发展过程中，大城市流动人口的居住选择以就业地为中心，小城镇人口从过去以自然村为核心的“分散居住-就近耕种”模式，转变为以中心社区为核心的“集中居住-新型就业”模式。城市空间结构形态对能耗和碳排放的动态影响遵循“人-空间-活动需求-能耗-碳排放”的路径逻辑。.（2）低碳空间规划建设方面，城市应强调TOD（公交先导开发）模式，加强停车需求管理，以“微笑街道”理念完善步行和自行车系统，推广“窄马路、密路网、小街区的”的低碳住区模式，并对现行标准进行必要修订。.（3）实证研究表明，家庭出行碳排放与城市尺度TOD结构和圈层结构关系密切，而与多中心结构无关。街区尺度提高土地开发强度、用地混合度、路网密度、街道设施密度和建筑贴线率等，有利于减少家庭出行碳排放。此外，超大街区对家庭高碳出行模式具有中长期的锁定效应。.（4）构建能耗和碳排放评估模型宜采用基于横截面调查数据的直接建模法。如交通模块可通过整合家庭交通工具选择和出行距离等子模型，校核本地化参数，外挂能耗和碳排放因子，实现多项评估指标的输出，并通过Hold-out方法检验，具有低门槛、渐进式和可操作性的特点。以济南市为例，对三种规划情景进行评估，量化了优化空间规划的节能减排潜力，证明模型在实践领域具有较好的科学性和可行性。