双碳城市空间体系的探索与实践丨中国丨清华同衡

导 读

广东省双碳生态专业委员会近期正式成立，专委会副主任委员尚嫣然受邀在成立大会上作了题为《低碳城市空间体系的系统架构和技术方向》的特邀报告，以下为报告全文。

尚嫣然

教授级高级工程师、注册规划师

总体研究中心副主任、总体一所所长

中国城市规划协会女规划师专委会副秘书长

广东省生态修复协会双碳专委会副主任

首先热烈祝贺广东省双碳生态专业委员会的成立，今天是一个特殊且有意义的日子，两年前的今天，即 2020 年 9 月 22 日，习近平总书记在 75 届联合国大会上郑重宣布我国二氧化碳的排放要力争于 2030 年达峰和 2060 年中和。对于这个庄严承诺可以一分为三的来看待。

首先它是一个责任，我们中国作为世界上最大的发展中国家，将用 30 年时间完成全球最高的碳排强度降幅。而且我们也要用全球历史上最短的时间实现从达峰到中和的路径，难度可想而知非常巨大。

第二它是一个信号，在全球经济中已经建立了一种新的壁垒，就是绿色的贸易壁垒。高耗能高排放的产业在国际市场当中实际上是受到了阻击，未来如果继续延续粗放式的发展道路将面临一系列的类似绿色贸易壁垒的挑战。

第三方面更多的是一个机遇，根据相关研究，实现 3060 战略意味着 2060 年全国清洁能源等基础设施投资规模将达到 16 万亿美元，而且有望创造新增的就业岗位是 4,000 万个。

这是对于中国双碳承诺的三点的基本认识。

今天还想给大家分享两个双碳的故事。就是双碳实际上正在改变着世界的运行规则。

除了我们所熟知的优化能源结构以外，基于碳本位的话语权将会越来越占到主导的地位，导致了各国在话语权上的改变，而且会改变我们的产业逻辑、生活方式等等。

第一个故事是特斯拉的故事。特斯拉在 2020 年首次实现了全年盈利，而且是靠出售碳排放的积分，获得了 15 亿美元的营业收入，超过了该公司的 7 亿元的净利润。这个故事告诉我们，发达国家目前正通过绿色低碳作为整个经济产业的重要着力点，正在形成一种新的国际竞争优势。

第二个故事，前面所讲到的碳排指的是二氧化碳，但是温室气体还有一部分的比例是甲烷，甲烷实际上主要来自于农畜产品。在新西兰这样的一个乳制品的出口大国，它的生物甲烷的排放占到温室气体排放的 35%，乳制品占到整个出口额 20%。新西兰也是加入到全球双碳发展的责任中，明确提出生物甲烷排放量要在 2050 年下降 1/2。这 1/2 意味着什么呢？引用农民联合会副主席的原话，如果达到这个目标，他们除了大量宰杀牲畜是没有办法实现的。这对于一个以乳制品出口占到非常大份额的畜牧业大国来讲，是非常重大、也是非常颠覆的一个经济产业的调整。

这两个双碳的故事实际上鲜活的告诉了我们，由于新的双碳规则的运行影响了方方面面，双碳同样也影响着我们的规划建设。

一、双碳对于规划建设的影响

减碳这个事情，如果我们单纯认为它是一种任务的话，可能更多的是给我们的一种压力或者是阻碍。因为过去 40 年的规划建设，其实上是一个碳增加的过程。现在如果要走内涵式发展，很大程度上是要通过碳减排的行动来实现。如果把减碳看成是发展的话，可能就会找到一种新的发展动力。

从规划建设的角度来讲，就是如何科学协调发展和减碳，因为减碳并不意味着不发展，是要找到发展和减碳之间的平衡点。

从规划本身的角度来讲，双碳工作还是需要规划学科的介入。一方面通过规划的手段，我们可以通过更小的成本，比如说像基础设施、交通绿色空间等这种多维度的协调，来实现城市整体最大的减碳效果。另一方面可以看到，很多城市仍然处在快速增量的发展的阶段，也就意味着这些城市必然还会有产业、建筑、交通等等部门的新增建设带来的碳排放。这些部门建设都离不开规划建设空间的有效配置。

第二个观点，从规划建设角度，提倡节能减碳同时，还要保证如何提高人民的生活品质和幸福的指数。在解决好工程的硬指标之外，实际上从规划建设的角度，我们还需要满足人民的舒适性。

1、双碳要求下的业务特点

第一，是集成性研究。不仅涉及到能源（比如说氢能的使用）、ccus 等等技术的研发、电力结构的调整，还包括生态经济和规划，它不是单一学科能解决的复杂问题，需要发挥多学科多维度的叠加效应。就城市规划本身而言，实际上也需要系统的集成，需要找到规划当中的一些关键的技术，影响碳排的一些核心指标，包括从城市建设形态上的空间的引导，来实现我们减碳技术的集成。

第二，是路径特性。可以看到虽然中国与欧美日等国家处于“共同且差别化”的双碳责任，但是大家的减排策略是比较相似的。主要包括能源供给端和消费端:能源供给端怎么能深度的脱碳，消费端怎么节能降耗。但是在具体的路径上,各个国家以及各个地区之间还存在较大的差异。差异性主要体现在达峰的时间、达峰的质量以及达峰到中和的路径。

第三，作为技术人员本身要加强技术储备，一方面我们也不能老瓶装新酒，将我们已有的技术简单扣一个双碳帽子输出出去，这是不应该的。但是同时也要意识到，生态文明建设在我国已经践行多年。在生态建设、绿色建设上实际已经储备了大量的核心技术，接下来是需要围绕着双碳最新的目标，在已有的绿色低碳技术体系上进行空白的填补，包括达峰模型测算，政策创新研究（尤其是金融政策等），及时修正已有的技术体系。

2、双碳要求下的业务体系

一个基础，就是以碳测算为基础，包括碳排的测算，碳汇的测算，关键的系数以及模型计算。

一个体系，是以达峰的战略、综合的产业战略重组、空间体系系统支撑为核心的一个体系。

一个切实可行的行动方案，包含了减碳的实施路径，实施的路线图，以及关键重点领域的空白方案和政策研究，以及哪些是影响到碳达峰的重点任务清单。

以上三个“一”构成了双谈业务的规划技术架构。

图 1：双碳业务的规划技术架构（作者自绘）

二、双碳重点技术体系

基于此，我也梳理了今天想重点交流的一些技术方向。首先是 4 个工程层面的核心技术。我们必须了解这些工程层面的核心技术究竟有哪些，以此来不断修正和填补我们城市规划的一些技术。

1. 电力脱碳的主题。

目前我国的核心堵点是大量火电的规模化替代路径。因此研究清洁能源，像光伏为代表的，包括储能技术等，这些是核心技术突破的关键点。

2. 终端电气化的主题。

目前来讲我国在这个领域主要涉及商用车的电气化，包括建筑的电气化以及化工等电气化。对应核心堵点首先解决的是氢能燃料电池，石墨电、石墨电极，以及现在已经投入到了使用当中的装配式的建筑，包括公寓半导体等等，这些是核心技术方向。

3. 排放、绿化的主题。

现在的堵点包括废塑料等废弃材料如何脱碳，以及碳捕获、碳捕集的技术固碳和生态固碳。

4. 碳交易市场以及未来如何跟国际碳市场接轨的主题。

去年我国的碳市场已经正式起步，未来发展潜力还是比较大。但是我国的碳市场跟欧盟的碳市场接口上还存在较大问题，是我们需要研究的重点。包括碳金融体系，也是我们需要突破的核心技术方向。

三、规划层面的双碳核心技术

从城市规划角度来讲，清华同衡 10 多年来持续在生态和低碳和绿色方面进行有益的探索和尝试。主要包括三个方面，一是绿色低碳的策略，二是关键技术积累，三是双碳规划实践研究。

1. 绿色低碳策略研究

主要聚焦在城市群或城市尺度，以及城市片区，比如说生态功能区，生态城镇等等。

（1）第一个研究是《全国绿色城镇化模式研究》课题。在全国绿色城镇化的模式研究基础上，提出了基于国土全域、次区域城镇和乡村不同尺度之间的人和自然和谐共生的空间范式。

（2）第二个研究是在《中国城镇化与城乡发展建设的绿色化道路探究》专著中明确提出，中国城市的绿色化实际上是要走生态的低冲击、资源的低消耗、环境的低影响，以“三个低”为核心，最终实现绿色化的营造、绿色化的运行以及绿色化的管理。

在片区尺度绿色化研究中，例如在《临沂国际生态城空间战略研究》针对山东临沂的绿色建设如何能更好的反馈到人民生活当中，实现绿色富民，以及如何衔接政府管理，形成一个绿色的闭环。并围绕绿色建设、绿色富民和绿色治理提出了一套发展范式。

2. 低碳绿色关键技术

（1）一是低碳绿色指标体系的构建。在绿色指标体系方面，基于全国的绿色城市的研究，提出面向全国不同类型、不同地区、不同阶段绿色城市的指标考核体系和要求。

（2）二是资源环境视角下的城市群的规模和结构的研究。结合生态环境承载力的长江经济带城市群的建设研究，课题组也提出了基于城镇化水平和资源环境协调发展理论基础上建立耦合分析模型。

图 2：城镇化与生态环境耦合协调发展评价指标体系

（资料来源：清华同衡《基于生态环境承载力的长江经济带城市群建设研究》）

三是基于两化理论建立生态价值核算模型。所谓两化就是生态产业化和产业生态化。在这个背景下，如何去衡量生态价值？从生态价值核算的角度，首次提出了两化的融合发展的理论框架。首先是包含自然资源资产化的制度的体系，其次是涵盖山、水、林、田、湖、草、沙等等自然资源的系统保护和利用的框架。再次是发展绿色经济，因为核心还是要将绿水青山转化为金山银山。在此基础之上建构一套模型，不仅是仅衡量生态效益，还要衡量经济效益和社会效益，只有这三个效益叠加起来最大化才是两化的最终目的。

图 3：“两化”融合发展理论框架

（资料来源：清华同衡《重庆市万州区渝东“生态产业化、产业生态化”示范区规划》，2020 年度全国优秀工程咨询成果三等奖）

在生态效益具体核算中，不仅关注静态的存量价值，更关注在城市开发过程中生态价值流量的变化。流量有增有减，有一部分由于城市开发对于生态造成的减量，也有由于合理规划为生态能带来的增值。

通过存量加流量的角度来得出生态效益核算体系。

在福建武夷山著名的世界双遗产地，也探索搭建生态银行等绿色金融平台，推动生态文化资源实现综合价值转化。

图 4：生态效益核算框架

（资料来源：清华同衡《重庆市万州区渝东“生态产业化、产业生态化”示范区规划》2020 年度全国优秀工程咨询成果三等奖）

四是典型生态系统的生态修复保护和整治。

兰州市生态修复和城市修补规划中，探讨兰州作为西北湿陷性的黄土地区城市，大规模种树对于兰州市是否是好的生态修复方式？我们研究完之后发现并不是这样。反而大量的种树会导致蒸发量过大，在干旱地区并不适用。因此我们提出因地制宜的解决方案，引入以灌木和无芒隐子草草甸为主的修复技术。这种修复方式因地制宜、既低成本、低干扰、又符合兰州实际生态系统。也针对山体、旱沟等提出不同修复方式，包括阳坡、阴坡以及垂直分区上提出不同的植物修复方案。

在旱沟修复当中，我们提出不仅仅要强调简单的生态修复，更要把生态修复跟人的活动结合在一起。在修复当中植入公共服务设施形成公共绿化空间，来改善兰州市民集中反映的公共空间较少的核心问题。既达到修复目的，又达到城市居民宜居目的。

图 5：因地制宜生态修复思路

（资料来源：清华同衡《兰州市生态修复、城市修补专项规划》，2019 年度全国优秀城市规划设计二等奖）

在内蒙古巴彦淖尔 484 万亩盐碱化耕地项目中，我们跟清华的倪维斗院士进行合作。倪院士重点对于土地的盐碱化的核心技术，提出了一系列国际领先的策略。包括了上膜下结以及暗管排盐、脱硫石膏和生物利用等等对于土壤的核心改良技术。

清华同衡利用系统集成的技术优势，提出了改土的同时水利要同步，才有可能将排水排盐的体系和处置能力提升上来，从而根本性的解决土壤盐碱化的问题。水利同步的基础上，还要再进一步加强盐碱的收纳利用。

因此也提出消盐利用同步，包括盐生植物以及盐水养殖等方案。综上提出了土、水、盐同步的改良技术，也是土生态修复方式上的转变。

图 6：盐碱地生态修复思路

（资料来源：清华同衡《内蒙古巴彦淖尔市 484 万亩盐碱化耕地综合治理和利用规划》，2018 年度华夏建设科学技术二等奖）

五是对碳汇通风效果，以及热岛效应改善进行模拟和评估。

3、双碳规划实践研究

在国家提出双碳目标的近两年里，清华同衡也围绕双碳进行了一些有益的探索。

一是对碳达峰的测算，二是建立城市空间跟碳排之间的量化研究。三是省级层面、市级层面以及片区层面的低碳技术的研究，四是不同类型的功能区低碳建设。

（1）碳达峰仿真测算

通过山东省、烟台市以及海阳市，广州市南沙区的不同地区、不同尺度的碳达峰测算实践之后，发现省级达峰测算、城市级、区级测算三者差异较大。

第一个差异是体现在数据基础上。

省和城市的宏观统计数据相对来讲比较全面，如可以获取能源平衡表等详细统计数据。但越到小尺度，比如片区级，能源平衡表等统计数据相对不全，带来了基础数据上的困难。

第二个差异性体现为系统性和单元性的差距。

省级是可以作为一个自平衡单元体系。但区级，碳汇能力非常有限，能源结构自行调整难度相对较大，很难作为一个自平衡单元。

第三点差异性体现在宏观趋势客观性。

省市级的宏观趋势整体来讲是比较平稳，通过分析历年碳排放数据，是比较平稳的上升，也比较全面客观。但是到区级往往会受到单一要素影响，波动会非常大。比如说关停一个火电厂，对于南沙区来讲可能就是一个非常重要的达峰关键节点。这是对于不同空间尺度的测算的差异。

达峰测算的难点，首先是统计资料的获取以及基于经验的真实性判断。其次是未来能源结构调整的可行性也是需要经验判断，尤其是涉及各个部门的关键环节判断。接下来从几个具体实践案例来展开介绍。

山东高质量达峰研究的核心结论已经纳入到国务院关于支持山东深化新旧动能转化和推动绿色低碳高质量发展的意见当中，为山东的低碳发展贡献了一份切实的清华力量。

我们首先采用自上而下的方法，通过 GDP 增速、能源强度降耗等等来得出总能耗以及对于未来能源结构的调整，得出总的排放总量。是不是我们这样自上而下算完以后就可以？我们发现并不是，因为在自上而下的测算中，如果要实现单位 GDP 的碳排下降，天然气比例将会占到一个非常大的比例。即使可以算出达峰时间，但是却不是符合实际的。主要问题是能源结构的调整仅仅是数字上的调整，因为在自下而上的部门校核中发现，天然气比重是没有办法分解到山东实际的各个部门当中。比如对于工业部门很难实现用天然气完全替代煤的使用。即使从数据上测算是可以实现达峰的，但是在具体的能源结构利用中是不合理的。因此需要自下而上，根据每个部门的能源结构调整可行性，来验证达峰时间。经过反复推演得出了最后的达峰时间。

图 7：山东省达峰路径

（资料来源：清华同衡《关于山东省争取创建国家绿色低碳高质量发展先行区的研究总报告》，2022 年度清华同衡院优项目）

在南沙碳达峰研究中，也是基于不同因子来分析达峰时间。对于南沙来讲，尺度越小，实际上波动性和不确定性越大。

达峰的时间取决于几个关键要素，第一个要素就是火电厂的关停时间和关停决心。第二个就是工业交通等政策的引导力度，比如燃油汽车是否有可能全部退出，以及退出的时间也决定了南沙的达峰时间。同时既有建筑的改造，也涉及到大量的资金的问题，并不仅仅是一个技术的问题。

因此，在南沙提出三个不同情景的达峰路径。选取哪个路径完全取决于刚才所提到的几个关键要素，政府采取的决心以及资金的投入情况。

图 8：广州南沙达峰测算

（资料来源：清华同衡《南沙新区开发建设 20 年评估与优化研究》，2022 年度清华同衡院优项目）

2、不同功能区的双碳建设

今天先对低碳社区进行分享。实际上低碳社区这个说法，最早是国家发改委在 2015 年的时候印发的低碳社区建设试点指南中提出的。指南明确提出要降低社区能源资源的消耗，实现低碳排放的城乡社区。随着我国“双碳”战略的实施，低碳社区试点建设在各地逐步推广。如何在保障社区居民生活水平稳步提高的同时提高社区用能效率、实现社区减碳目标，已经成为社区规划研究的重要内容。

研究不同低碳社区在国内的建设标准，国外相关的技术体系，以及国外典型案例地区，比如英国贝丁顿社区、瑞典哈马比、瑞典马尔默以及德国弗莱堡等著名的低碳社区，我们汇总了低碳社区的衡量指标。

从社区空间视角出发，从社区碳排放测算、空间类因素分析和空间规划对策三个方面对北方采暖区城市社区进行研究。

针对社区碳排放测算，以社区范围内各类生活性能源生产消费、废物产生及碳汇为计算边界进行碳排放折算；明确了以统计方法与生活方式方法相结合的社区碳排放测算方法。

探索建立一种基于城市级统计数据与 CLA 相结合的社区碳排放总量测算方法，从城市级层面进行全市社区碳排放总量测算。

以城市统计年鉴、区域统计年鉴、各地市统计年鉴及统计公报数据为基础，按照居民生活能耗类型，分别测算各个城市居民生活用电、生活用气、生活用水、住宅供热和生活垃圾碳处理的排放量，最后进行加总。

在原因分析上，从住宅布局与建设方式、设施共享利用、垃圾生产及处理、交通出行及停车、植被绿化程度等方面研究其影响社区碳排放的机制。

分析出气候与经济水平是影响我国北方采暖区城市社区碳排放的主要因素。

通过相关性分析，发现人均碳排放水平与气候、人均可支配收入水平两个因素显著相关。

构建线性回归模型对测算数据进行拟合，得出北方城市冬季平均低温每升高 1℃，社区人均年碳排放降低约 0.10 吨；人均可支配收入每提高 1000 元，社区人均年碳排放增长约 0.07 吨。

并从城市级宏观、建筑微观两个层面研究容积率、住宅布局等空间因素通过影响社区微气候对社区碳排放的间接影响情况。

其中，热岛强度≈0.75*FAR+0.25，换算后容积率每提升 0.1，住宅供热能耗降低约 5MJ/m2。容积率过高，建筑结构对水泥和钢材等建材消耗量显著上升，导致单位建筑面积碳排放过高；容积率过低，建材利用效率降低，单位面积碳排放提高。住宅建筑适宜采用多层、中高层住宅，对应适宜容积率区间在 1.5-2.0 之间。此外，在北方高纬度地区，围合式住宅平面布局比板式住宅更能抵御冬季风导致的建筑内部及庭院内部公共空间的热量耗散，进而在冬季寒冷气候下可有效减少供暖能耗。

在对策措施上，以烟台市为例，从优化社区住宅布局及建设方式、提升公共资源利用水平、改进基础设施与用能方式等方面提出社区节能减碳与低碳社区建设对策。从社区空间规划的视角提出可能的绿色社区建设对策。

图 9：低碳社区规划空间类规划指标体系

（资料来源：清华同衡《烟台市智能低碳城市发展空间规划》，2022 年度清华同衡院优项目）

四、结语

以上今天跟各位专家分享的是同衡已经有的研究基础和近几年正在进行的一些新领域的探索。但可以看到双碳这件事情实际上是多学科需要共同去寻找更为真实的答案。

对于城市规划来讲，还有非常大量未知领域的前沿探索。我们也是非常希望能借着这样一个平台，能加强跟不同行业不同专业专家的合作交流，共同为中国的双碳事业贡献一份智慧和一份力量。也欢迎大家进行合作交流探讨，谢谢！

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排版｜李刚

封面图/图片｜供稿部门

供稿｜清华同衡 总体中心一所